CN110905448B - 一种无限分级全通径压裂滑套组件系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无限分级全通径压裂滑套组件系统，所述系统包括通过管道串联连接且与多个开启机构一一对应的多个子压裂滑套，每个子压裂滑套包括上接头、下接头、内套、剪切连接件和定位槽，定位槽形成在上接头的内周壁上且沿上下方向具有预定长度；任意相邻的两个子压裂滑套中的上一个的定位槽的长度小于下一个的定位槽的长度；每个开启机构的定位弹性件的长度均对应于唯一一个子压裂滑套的定位槽的长度。本发明的优点包括可实现所有层段压裂完成后，整个管柱无需钻除作业即为全通径，从而有利于后期生产管理，多级滑套串联可实现无限级；作业风险低、作业效率高；装置结构设计合理，易于加工和装配。

Description

一种无限分级全通径压裂滑套组件系统

技术领域

本发明涉及石油天然气工业井下压裂工具技术领域，具体来讲，涉及一种新型结构的无限分级全通径压裂滑套组件系统。

背景技术

一般来讲，根据目前的情况来看，非常规致密气藏、页岩气勘探开发将会是未来重点开发领域。

发明人表示，对于这类气藏增产作业改造可采用无限级套管完井方式，例如，需要采用连续油管带工具进行开启。然而，发明人发现在采用连续油管带工具进行开启的过程中可能存在以下不足：若套管变形后可能导致连续油管卡钻，无法下到指定位置开启滑套，连续油管在井内还存在作业风险高、作业效率低、成本高等问题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的之一在于提供一种新型结构的压裂滑套系统。又如，本发明的另一目的在于提供一种具有管柱内全通径、无需连续油管开启作业、压裂施工段数不受限制和无需钻磨作业的压裂滑套系统。

为了实现上述目的，本发明提供了一种无限分级全通径压裂滑套组件系统，所述压裂滑套组件系统包括多个开启机构、以及通过管道串联连接的多个子压裂滑套，其中，所述多个子压裂滑套中的每个子压裂滑套包括上接头、下接头、内套、剪切连接件和定位槽，其中，所述上接头和下接头同轴固定连接并构成外筒体，所述上接头的圆周壁上贯穿设置有压裂孔；所述剪切连接件将套装设置在外筒体内的内套与所述上接头固定连接，以使内套处于覆盖所述上接头的压裂孔的第一位置；所述定位槽为形成在所述上接头的内周壁上且沿上下方向具有预定长度的凹入，并且所述凹入位于内套之上；并且，所述多个子压裂滑套中任意相邻的两个子压裂滑套中的上子压裂滑套的凹入的长度小于下子压裂滑套的凹入的长度；所述多个开启机构中的每个开启机构均具有柱体和设置在柱体上的定位弹性件，所述柱体直径能够使自身穿过所述内套；每个开启机构的定位弹性件的长度均对应于所述多个子压裂滑套中的唯一一个子压裂滑套的凹入的长度，以使该开启机构在到达对应的凹入时能够张开其定位弹性件，从而将该开启机构的定位弹性件嵌入对应的凹入。

在本发明的一个示例性实施例中，所述每个子压裂滑套还可包括设置在内套与外筒体之间的第一密封件和第二密封件，其中，第一密封件设置在内套的下端部的外圆周上，第二密封件设置在内套的上端部的外圆周上。

在本发明的一个示例性实施例中，所述每个子压裂滑套的压裂孔的数量可以为6至10个，且可均匀设置在该子压裂滑套的上接头的圆周壁上。

在本发明的一个示例性实施例中，所述每个子压裂滑套的定位槽可以为环形凹入。

在本发明的一个示例性实施例中，所述开启机构可由可溶性合金制成。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括以下内容中的一项或多项：

(1)获得了一种新型的油气井用压裂滑套；

(2)有利于实现套管固井完井压裂改造一体化作业；

(3)装置结构设计合理，易于加工和装配。

附图说明

图1示出了本发明的无限分级全通径压裂滑套组件系统的一个示例性实施例中的子压裂滑套的结构示意图；

图2示出了本发明的无限分级全通径压裂滑套组件系统的一个示例性实施例中开启机构的定位弹性件嵌入定位槽的示意图；

图3本发明的无限分级全通径压裂滑套组件系统的一个示例性实施例处于滑套打开状态的示意图；

图4示出了图2中所使用的开启机构的示意图。

附图标记说明如下：

1、上接头，2、密封圈，3、压裂孔，4、销钉，5、内套，6、下接头，7、定位槽。

具体实施方式

在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的无限分级全通径压裂滑套组件系统。

在本发明的第一示例性实施例中，无限分级全通径压裂滑套组件系统包括多个开启机构、以及通过管道串联连接的多个子压裂滑套。

子压裂滑套也可称为无限分级全通径压裂滑套，其可包括上接头、下接头、内套、剪切连接件和定位槽。

其中，上接头和下接头同轴固定连接并构成外筒体，上接头的圆周壁上贯穿设置有压裂孔。例如，上接头可通过螺纹与下接头同轴连接，然而，本发明不限于此。压裂口可以为多个均匀布设在上接头的圆周壁上并沿径向贯穿该圆周壁的开口，例如，其数量可以为4至10个，然而，本发明不限于此。

内套(也可称为内滑套)套装设置在外筒体内，并通过剪切连接件与上接头固定连接，从而使得内套能够覆盖处于覆盖上接头的压裂孔位置(记为第一位置)。例如，内套的第一位置可位于外筒体的上部、上中部或中部，从而使得内套脱离剪切连接件后能够移动至外筒体的下部并露出压裂口，此时对应的内套位置可记为第二位置。剪切连接件可以为销钉，然而，本发明不限于此。

定位槽被设置为形成在上接头的内周壁上凹入，所述凹入沿上下方向具有预定长度，并且所述凹入位于内套之上。例如，所述凹入位于内套的上端与上接头之间。此外，定位槽可以为环形凹入，从而更有利于与开启机构的定位弹性件配合。

每个开启机构均可具有柱体和设置在柱体上的定位弹性件(例如，定位弹片)。柱体的直径能够使该开启机构穿过所述内套。多个开启机构中的每个开启机构的定位弹性件的长度均对应于唯一一个无限分级全通径压裂滑套的定位槽的长度，以使这个开启机构在到达长度对应的定位槽时能够张开其定位弹性件，从而将该开启机构的定位弹性件嵌入所述长度对应的定位槽中。例如，在无限分级全通径压裂滑套组件中，所述多个开启机构的数量可以等于所述多个子压裂滑套的数量。这里，开启机构可采用可溶性合金(例如，可溶性镁铝合金)制成，从而在所有层段压裂完成后，开启机构溶解后整个管柱即为全通径。

在本发明的另一个示例性实施例中，无限分级全通径压裂滑套还可包括设置在内套与外筒体之间的第一密封件和第二密封件。第一密封件设置在内套的下端部的外圆周上，第二密封件设置在内套的上端部的外圆周上。例如，第一、二密封件可以为密封圈。

图1示出了本发明的无限分级全通径压裂滑套组件系统的一个示例性实施例中的子压裂滑套的结构示意图。

如图1所示，在本发明的第二示例性实施例中，无限分级全通径压裂滑套组件系统可包括多个开启机构、以及通过管道串联连接的多个子压裂滑套。

子压裂滑套也可称为无限分级全通径压裂滑套，其可包括外筒体和设置在外筒体内的内滑套。其中，外筒体由上接头1、下接头6构成，二者可通过螺纹同轴连接。上接头1的外表面圆周均布有8个压裂孔3，且压裂孔3贯穿上接头1内外。上接头的上端可与上部管串相连，下接头的下端可与下部管串相连。

内滑套由内套5构成，内套5与上接头1、下接头6通过密封圈2滑动密封配合。内套5在初始状态时(相当于内套处于第一位置)通过销钉4配合安装在上接头内，并能够覆盖压裂孔3；当内滑套向下运动至下接头6底部(相当于内套处于第二位置)时，上接头上的压裂孔3贯通管内外。

内套5安装在上接头1内时，内套5与上接头1之间形成一个呈环形的定位槽7。定位槽7用于为相应的开启机构(也可称为开启工具)进行定位。具体来讲，可通过设置具有沿上下方向具有不同长度的定位槽来对应具有不同长度的开启机构。

外筒体(例如，上接头)与内套之间可设有若干销钉4。

为了便于内套5与上接头1、下接头6更好地滑动配合，上接头与内套之间的密封面上可设有一个密封圈；下接头与内套之间的密封面上可设有另一个密封圈。

图2示出了本发明的无限分级全通径压裂滑套组件系统的一个示例性实施例中开启机构的定位弹性件嵌入定位槽的示意图。图3本发明的无限分级全通径压裂滑套组件系统的一个示例性实施例处于滑套打开状态的示意图。图4示出了图2中所使用的开启机构的示意图。

如图1至图4所示，对于本示例性实施例的无限分级全通径压裂滑套组件系统而言，其施工使用时步骤可如下：

将各个无限分级全通径压裂滑套连同套管下入到设计位置，完成固井作业施工。各个无限分级全通径压裂滑套的环形定位槽的长度不同，并且定位槽的长度由下至上逐级减小。也就是说，越位于井中下方的无限分级全通径压裂滑套，其定位槽的长度越长。

准备多个开启机构。如图4所示，每个开启机构均可具有柱体和设置在柱体上的定位弹性件(例如，定位弹片)。柱体的直径能够使自身穿过所述内套。多个开启机构中的每个开启机构的定位弹性件的长度均对应于唯一一个无限分级全通径压裂滑套的定位槽的长度，以使这个开启机构在到达长度对应的定位槽时能够张开其定位弹性件，从而将该开启机构的定位弹性件嵌入所述长度对应的定位槽中。

由井口先后投入多个开启机构，且开启机构投放顺序根据其定位弹性件(例如，定位弹片)由长至短对应相应的无限分级全通径压裂滑套的定位槽长度。

具体来讲，井口泵注液体推动开启机构沿套管运动，开启机构经过长度短的定位槽时，定位弹片不会张开定位；继续向下运动至对应长度的定位槽时，定位弹片张开以定位在滑套环形定位槽内，如图2所示；继续泵注液体管内憋压剪断销钉，推动开启机构带动内套一起向下运动，露出压裂孔实现管内管外沟通，如图3所示，随后完成滑套开启并进行压裂施工作业。该级压裂施工作业完成后，井口投放下一级开启机构，如此依次向上对各个无限分级全通径压裂滑套进行定位开启，直至全井段压裂完成。

在本发明的第三示例性实施例中，无限分级全通径压裂滑套组件系统可包括多个开启机构、以及通过管道串联连接的多个子压裂滑套，并且所述多个子压裂滑套中任意相邻的两个子压裂滑套中的上一个子压裂滑套的凹入的长度小于下一个子压裂滑套的凹入的长度。

所述多个子压裂滑套中的每个子压裂滑套均可具有如上述第一示例性实施例中的或第二示例性实施例中的无限分级全通径压裂滑套的结构。

具体来讲，每个子压裂滑套可包括上接头、下接头、内套、剪切连接件和定位槽。其中，上接头和下接头同轴固定连接并构成外筒体，上接头的圆周壁上贯穿设置有压裂孔。例如，上接头可通过螺纹与下接头同轴连接，然而，本发明不限于此。压裂口可以为多个均匀布设在上接头的圆周壁上并沿径向贯穿该圆周壁的开口，例如，其数量可以为4至10个，然而，本发明不限于此。

内套套装设置在外筒体内，并通过剪切连接件与上接头固定连接，从而使得内套能够覆盖处于覆盖上接头的压裂孔位置(记为第一位置)。例如，内套的第一位置可位于外筒体的上部、上中部或中部，从而使得内套脱离剪切连接件后能够移动至外筒体的下部并露出压裂口，此时对应的内套位置可记为第二位置。剪切连接件可以为销钉，然而，本发明不限于此。

定位槽被设置为形成在上接头的内周壁上凹入，所述凹入沿上下方向具有预定长度，并且所述凹入位于内套之上。例如，所述凹入位于内套的上端与上接头之间。此外，定位槽可以为环形凹入，从而更有利于与开启机构的定位弹性件配合。

所述多个开启机构中的每个开启机构均可具有柱体和设置在柱体上的定位弹性件(例如，定位弹片)。柱体的直径能够使该开启机构穿过所述内套。所述多个开启机构中的每个开启机构的定位弹性件的长度均对应于唯一一个无限分级全通径压裂滑套的定位槽的长度，以使这个开启机构在到达长度对应的定位槽时能够张开其定位弹性件，从而将该开启机构的定位弹性件嵌入所述长度对应的定位槽中。例如，在无限分级全通径压裂滑套组件中，所述多个开启机构的数量可以等于所述多个子压裂滑套的数量。这里，开启机构可采用可溶性合金(例如，可溶性镁铝合金)制成，从而在所有层段压裂完成后，开启机构溶解后整个管柱即为全通径。

在本发明的另一个示例性实施例中，每个子压裂滑套还可包括设置在内套与外筒体之间的第一密封件和第二密封件。第一密封件设置在内套的下端部的外圆周上，第二密封件设置在内套的上端部的外圆周上。例如，第一、二密封件可以为密封圈。

在本发明的第四示例性实施例中，如上述第三示例性实施例的无限分级全通径压裂滑套组件系统所对应的压裂施工工艺可通过以下步骤实现：

将通过管道串联连接的多个子压裂滑套安装至油气井中。

将与所述多个子压裂滑套中位于最下方的子压裂滑套对应的开启机构下入井中。该开启机构的定位弹性件的长度与该位于最下方的子压裂滑套的定位槽的长度对应，故而，该开启机构能够顺序通过上方的其余子压裂滑套，直至到达该位于最下方的子压裂滑套的定位槽处，该开启机构的定位弹性件张开定位。随着泵注液体憋压剪断该位于最下方的子压裂滑套的剪切连接件，该位于最下方的子压裂滑套的内套与开启机构一起向下运动，露出该位于最下方的子压裂滑套的压裂口，实现该子压裂滑套的压裂(也可称为该级压裂)。

然后，按照上述实现压裂的步骤，使用具有对应长度的定位弹性件的开启机构依次向上对所述多个子压裂滑套中的其余子压裂滑套的压裂口进行压裂，直至全井段压裂完成。

综上所述，本发明适用于套管固井完井压裂改造一体化作业，其优点包括以下内容中的至少一项：

可实现所有层段压裂完成后，无需钻除作业，整个管柱即为全通径，从而有利于后期生产管理，多级滑套串联可实现无限级；

通过将内套安装在上接头内，且在内套与上接头之间形成一个长度可调节并能够配合开启机构的定位槽，使得装置结构更加合理，压裂施工工艺便于操作，且作业风险低、作业效率高；

装置结构设计合理，易于加工和装配。

尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。

Claims (2)

1.一种无限分级全通径压裂滑套组件系统，其特征在于，所述压裂滑套组件系统包括多个开启机构、以及通过管道串联连接的多个子压裂滑套，其中，

所述多个子压裂滑套中的每个子压裂滑套包括上接头、下接头、内套、剪切连接件和定位槽，其中，所述上接头和下接头同轴固定连接并构成外筒体，所述上接头的圆周壁上贯穿设置有压裂孔；所述剪切连接件将套装设置在外筒体内的内套与所述上接头固定连接，以使内套处于覆盖所述上接头的压裂孔的第一位置；所述定位槽为形成在所述上接头的内周壁上且沿上下方向具有预定长度的凹入，并且所述凹入位于内套之上；所述每个子压裂滑套的定位槽为环形凹入；并且，所述多个子压裂滑套中任意相邻的两个子压裂滑套中的上子压裂滑套的凹入的长度小于下子压裂滑套的凹入的长度；

所述每个子压裂滑套还包括设置在内套与外筒体之间的第一密封件和第二密封件，其中，第一密封件设置在内套的下端部的外圆周上，第二密封件设置在内套的上端部的外圆周上；

所述多个开启机构中的每个开启机构均具有柱体和设置在柱体上的定位弹性件，所述柱体直径能够使自身穿过所述内套；每个开启机构的定位弹性件的长度均对应于所述多个子压裂滑套中的唯一一个子压裂滑套的凹入的长度，以使该开启机构在到达对应的凹入时能够张开其定位弹性件，从而将该开启机构的定位弹性件嵌入对应的凹入；所述开启机构由可溶性合金制成。

2.根据权利要求1所述的无限分级全通径压裂滑套组件系统，其特征在于，所述每个子压裂滑套的压裂孔的数量为6至10个，且均匀设置在该子压裂滑套的上接头的圆周壁上。