CN111021990A - 一种固井完井用可溶趾端滑套及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油田开发领域，具体涉及一种固井完井用可溶趾端滑套及其使用方法上接头，包括：所述上接头内轴向具有通孔一；下接头，所述下接头上端插入上接头内，所述下接头和上接头重叠面形成环形腔体，所述下接头内轴向具有通孔二，所述上接头内壁面和下接头外壁面分别位于环形腔体部位开有第一凹槽和第二凹槽。本发明由于上、下接头间置入高强度可溶合金材料内套，确保固井碰压过程工具、管柱满足承高压要求，后期自溶解，实现工具内外连通。通过上、下接头壁体上的壁面凹陷处理，既确保内套与井液有效隔离，同时又人为预置了管体薄弱，当需要密闭腔进液内套溶解时，可轻易加压打开，开启可靠。

Description

一种固井完井用可溶趾端滑套及其使用方法

技术领域

本发明涉及油田开发领域，具体涉及一种固井完井用可溶趾端滑套及其使用方法。

背景技术

固井完成后井筒为封闭腔体，为了给后期压裂改造提供液进通道，需打开完井管柱趾端的一处套管及其外部水泥环，沟通井筒与地层。对于目前储层深度3500m、水平段长度1500m以内的井，常规使用连续油管或电缆携带井下爬行器采用水力或火力射孔枪射孔实现这一目的，对于储层深度超过3500m、水平段长度超过1500m的井，上述方式则因连续油管柔性特征加力下压无效，爬行器对井筒清洁度有要求，导致工具无法送达管柱趾端而无法改造，该问题已成为目前长水平段固井水平井开发领域的一个瓶颈问题，为了解决这一技术问题，业界积极探索将管柱趾端液流通道建立与套管操作相结合，用于以省去下工具射孔作业，这样既规避了目前无技术手段送达的现状，同时减少了因起下工具带来的作业时间长，作业效率低，施工费用高、风险大的问题。

专利公开号为CN107288602A公开了一种电控趾端压裂滑套，该发明基于无限电磁波控制，其特点是：机构、结构复杂，工具壁厚，内径小；电磁元件成本高；操作复杂；工具可靠性受井深、井温影响大，容易失效，且失效后无法开启。

专利公开号为CN105089598A公开了一种爆破启动滑套。该发明提供的启动式压裂控制阀，通过井口加压方式击碎工具内预置的爆破片，液体进入活塞腔推动活塞，露出压裂端口建立压裂通道。缺点是存在空气腔，工具壁厚，内径小，对后续固井有一定影响，更为重要的是空气腔结构对密封要求较高，易失效，失效后无法开启。

再如专利公开号为CN105064973A公开了一种爆破式压裂控制阀，在通过常规方式开启滑套的基础上，增加了一种备用开启方式（即引爆爆破弹），如果无法正常开启，可以提高高压液体的泵送压力，启动导爆装置，进而引爆爆破弹，在滑套内筒和滑套外筒上炸出一个洞，实现滑套的开启。提高了滑套成功开启的概率。但其中的爆破弹具有一定的破坏性和危险性，容易对周围的套管造成破坏，滑套开启作业风险较高。

发明人发现现有技术至少存在以下技术问题：

现有技术提供的各类套管接工具方式中，有通过空气腔、爆破片、电控元件等机构动作开启端口的，此类由于存在机构设计，工具复杂，壁厚厚，内通径较下入套管变化大，固井难度大，同时由于电磁元器件有遇高温、潮湿易失效的特点，工具在复杂多变的井况中应用，稳定性不可控，且失效后无补救措施；还有采用爆破式，此类则具有一定的破坏性和危险性，特别气井作业存在较大安全隐患。

发明内容

本发明提供一种固井完井用可溶趾端滑套及其使用方法，解决了只能采用常规爆破式使井筒与地层的通道脚力，实现了稳定可控的打通方式。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种固井完井用可溶趾端滑套，其特征在于，包括：

上接头，所述上接头内轴向具有通孔一；

下接头，所述下接头上端插入上接头内，所述下接头和上接头重叠面形成环形腔体，所述下接头内轴向具有通孔二，所述上接头内壁面和下接头外壁面分别位于环形腔体部位开有第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽位于第二凹槽上方，所述第一凹槽内底面与上接头外壁面之间距离小于第二凹槽内底面与下接头内壁面之间的距离，所述通孔一和通孔二同轴，且通孔一和通孔二内径相同；

内套，所述内套设置在环形腔体内，所述内套内外壁面分别与下接头外壁面和上接头内壁面密封接触，所述内套位于第二凹槽上方，所述内套外圆周面完全覆盖第一凹槽。

所述上接头顶端具有内锥螺纹。

所述下接头底端具有外置锥螺纹。

所述上接头由内圆周面上部向上接头内圆周面下端依次开有内径逐渐增大的第一阶梯、第二阶梯和第三阶梯，所述下接头由外圆周面下部向下接头外圆周面上端依次开有外径逐渐减小的第四阶梯、第五阶梯和第六阶梯，所述第一阶梯与第六阶梯接触，所述第三阶梯与第四阶梯接触，所述第二阶梯和第五阶梯之间形成环形腔体，所述内套位于环形腔体内，所述内套内外壁面分别与第五阶梯和第二阶梯接触，所述第一凹槽和第二凹槽分别位于第二阶梯壁面和第五阶梯壁面。

所述第一阶梯壁面设置有第一密封环，所述第一密封环与第六阶梯壁面接触，所述第四阶梯壁面设置有第二密封环，所述第二密封环与第三阶梯壁面接触，所述第一阶梯壁面与第六阶梯壁面螺纹连接，所述第一阶梯壁面与第六阶梯壁面螺纹连接处位于第一密封环下方 。

所述第二阶梯壁面和第五阶梯壁面分别对称设置有第三密封环和第四密封环，所述第三密封环和第四密封环分别与内套内外壁面接触。

所述第二阶梯壁面和第五阶梯壁面分别开有上限位台和下限位台，所述内套顶端和底端分别与上限位台和下限位台接触。

所述内套为可溶合金材料，该可溶合金材料组分为Mg50.8-51.5%、Ai37.4-38.4%、202稀土10.7-11.4%和Ba0.4-0.7%；均为质量百分比。

一种固井完井用可溶趾端滑套的使用方法，至少包括上述任意一项所述的一种固井完井用可溶趾端滑套，还包括如下步骤

第一步，将上接头通过内锥螺纹与上部套管连接，下接头外锥螺纹与与下部套管连接，然后下入井筒内；将趾端滑套随井筒套管下入油井内预定位置，

第二步，入井后，通过油井套管向油井内通入预设量的水泥；正向挤注水泥，投入投固井胶塞，尾追顶替液，当水泥从管内经浮箍、浮鞋流到环空后，继续上返，随着上返高度增加使水泥与上接头和下接头外壁面接触，再继续上返，上返快到位时，第一凹槽与上接头外壁面之间破裂，水泥进入第一凹槽进入内套顶端与第一阶梯和第五阶梯形成的腔体内，同时通过第三密封环和第四密封环限制水泥进入内套底端与第二阶梯和第五阶梯形成的腔体内，环空水泥继续上返，当管内顶替液推胶塞移动至碰压短接处后，井口继续加压，使顶替液下接头内壁面压力增加，下接头与第二凹槽之间破裂，顶替液进入内套底端与第一阶梯和第五阶梯形成的腔体内，然后持续加压，使顶替液推动胶塞至碰压短接至其卡死密封，同时顶替液与内套反应；

第三步，侯凝水泥0.5天后，内套顶端与第一阶梯和第五阶梯形成的腔体内的水泥凝固，形成小体积水泥塞；

第四步，顶替液与内套反应后9天内，在固井施压前，内套溶解至承压不低于35MPa，随后逐渐溶解散落至内套底端与第二阶梯和第五阶梯形成的腔体内，顶替液上涌充满环形空间，与内套顶端与第一阶梯和第五阶梯形成的腔体内凝固的水泥接触；

第五步，井口加压，使顶替液压击穿滞留第一凹槽中的水泥和压击穿内套顶端与第一阶梯和第五阶梯形成的腔体内凝固的水泥，使第一凹槽与上接头外壁面之间连通，井筒与地层液流通道建立。

本发明的有益效果是：由于上、下接头间置入高强度可溶合金材料内套，确保固井碰压过程工具、管柱满足承高压要求，后期自溶解，实现工具内外连通。

通过上、下接头壁体上的壁面凹陷处理，既确保内套与井液有效隔离，同时又人为预置了管体薄弱，当需要密闭腔进液内套溶解时，可轻易加压打开，开启可靠。

克服了现有接套管工具存在机构设计，工具复杂，壁厚厚，内通径较下入套管变化大，固井难度大。

采用高强度可溶材料内套对端口进行可控暂堵，省掉昂贵的破裂盘阀或是电控元件的使用，避免了现有技术中通过空气腔、爆破片、电控元件等机构动作控制滑套的打开的不确定性，爆破式的危险性，简化了工具结构，工具通径较大，开启可靠、简单、安全，经济，提高了固井完井井在井筒趾端建立液流通道的成功率，同时解决了水平井固井多级压裂井筒趾端液流通道建立难的问题，且使用可靠、安全、方便。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构示意图。

图中：1-上接头；101-上限位台；102-第一凹槽；111-第一阶梯；112-第二阶梯；113-第三阶梯；121-第一密封环；122-第三密封环；2-下接头；201-下限位台；202-第二凹槽；211第四阶梯；212-第五阶梯；213第六阶梯；221第二密封环；222第四密封环；3-内套；4-通孔一；5-通孔二。

具体实施方式

实施例1:

参照图 1，是本发明实施例 1 的结构示意图，一种固井完井用可溶趾端滑套，其特征在于，包括：

上接头1，所述上接头1内轴向具有通孔一；

下接头2，所述下接头2上端插入上接头1内，所述下接头2和上接头1重叠面形成环形腔体，所述下接头2内轴向具有通孔二，所述上接头1内壁面和下接头2外壁面分别位于环形腔体部位开有第一凹槽102和第二凹槽202，所述第一凹槽102内底面与上接头1外壁面之间距离小于第二凹槽202内底面与下接头2内壁面之间的距离，所述通孔一和通孔二同轴，且通孔一和通孔二内径相同；

内套3，所述内套3设置在环形腔体内，所述内套3内外壁面分别与下接头2外壁面和上接头1内壁面密封接触，所述内套3位于第二凹槽202上方，所述内套3外圆周面完全覆盖第一凹槽102。

实际使用时：上接头1通过与分段压裂工具串连接，下接头2与碰压短接螺纹连接，然后下入井筒内，入井后，正向挤入水泥一段时间后，然后投入投固井胶塞，在注入顶替液，顶替液推动胶塞下移，通过通孔一进入通孔二，同时由于固井胶塞推动水泥，使水泥通过继续上返，上返时通过下接头2外壁面和上接头1外壁面，随着水泥上返的高度增加，上接头1和下接头2承受的压力增加，从而使第一凹槽102和上接头1之间破裂，水泥进入环形腔体内，由于环形腔体内具有内套3，使水泥不能下移形成限制，水泥停留在内套3顶端，同时进口加压，顶替液给予上接头1和下接头2的内壁面压力增加，使下接头2内壁面和第二凹槽202之间破裂，顶替液通过下接头破裂处和第二凹槽202进入环形腔体内，由于内套3限制，使顶替液不能上返，然后持续加压，使顶替液推动固井胶塞至碰压短接至其卡死密封，同时顶替液与内套3反应，待水泥凝固后，同时顶替液溶解内套3，然后井口加压，顶替液通过环形腔体与水泥接触，由于压力作用下，使顶替液压穿水泥，顶替液通过第一凹槽102和上接头1破裂处进入上接头1外，井筒与地层液流通道建立。

本实施例中第一凹槽102和上接头1之间壁厚承压低于环空水泥静液柱压力。

本实施例中下接头2内壁面和第二凹槽202之间壁厚承压低于30+管内静液柱压力。

实施例2:

参照图 1：所述上接头1顶端具有内锥螺纹。

实际使用时：将上接头1通过内锥螺纹与分段压裂工具串连接，上接头1的内锥螺纹便于与其他工具连接。

实施例3:

参照图 1：所述下接头2底端具有外置锥螺纹。

实际使用时：下接头2外锥螺纹与碰压短接螺纹连接，下接头2的外锥螺纹便于与其他工具连接。

实施例4:

参照图 1：所述上接头1由内圆周面上部向上接头1内圆周面下端依次开有内径逐渐增大的第一阶梯111、第二阶梯112和第三阶梯113，所述下接头2由外圆周面下部向下接头2外圆周面上端依次开有外径逐渐减小的第四阶梯211、第五阶梯212和第六阶梯213，所述第一阶梯111与第六阶梯213接触，所述第三阶梯113与第四阶梯211接触，所述第二阶梯112和第五阶梯212之间形成环形腔体，所述内套3位于环形腔体内，所述内套3内外壁面分别与第五阶梯212和第二阶梯112接触，所述第一凹槽102和第二凹槽202分别位于第二阶梯112壁面和第五阶梯212壁面。

实际使用时：上接头1和下接头2阶梯式结构可以形成环形腔体，便于井筒与地层液流通道建立，同时便于安装内套3，同时第一阶梯111与第六阶梯213接触和第三阶梯113与第四阶梯211接触可以增加上接头1与下接头2径向承受的压力，不会使环形腔体变形，同时通过内套3支撑在第二阶梯112和第五阶梯212之间，可以增加上接头1和下接头2重叠部分的径向压力，防止环形腔体变形。

实施例5:

参照图 1：所述第一阶梯111壁面设置有第一密封环121，所述第一密封环121与第六阶梯213壁面接触，所述第四阶梯211壁面设置有第二密封环221，所述第二密封环221与第三阶梯113壁面接触，所述第一阶梯111壁面与第六阶梯213壁面螺纹连接，所述第一阶梯111壁面与第六阶梯213壁面螺纹连接处位于第一密封环121下方。

实际使用时：第一密封环121可以防止顶替液或水泥通过第一阶梯111和第六阶梯213接触面进入环形腔体，同时通过第二密封环221可以防止顶替液或水泥通过第三阶梯113和第四阶梯211接触面进入环形腔体，第一阶梯111壁面与第六阶梯213壁面螺纹连接，可以增加上接头1和下接头2连接强度，防止在作业时脱离，第一阶梯111壁面与第六阶梯213壁面螺纹连接处位于第一密封环121下方，可以防止前期顶替液过早接触第一阶梯111壁面与第六阶梯213壁面螺纹连接处，使锈蚀更加更加严重。

实施例6:

参照图 1：所述第二阶梯112壁面和第五阶梯212壁面分别对称设置有第三密封环132和第四密封环232，所述第三密封环132和第四密封环232分别与内套3内外壁面接触。

实际使用时：通过第三密封环132和第四密封环232可以防止顶替液和水泥给予压力时，顶替液和水泥通过内套3与第二阶梯112和第五阶梯212之间通过，保证在水泥凝固之前的密封性。

实施例7:

参照图 1：所述第二阶梯112壁面和第五阶梯212壁面分别开有上限位台101和下限位台201，所述内套3顶端和底端分别与上限位台101和下限位台201接触。

实际使用时：通过上限位台101和下限位台201可以限制内套3在环形腔体内串动，以致达不到预期效果。

实施例8:

参照图 1：所述内套3为可溶合金材料，该可溶合金材料组分为Mg50.8-51.5%、Ai37.4-38.4%、202稀土10.7-11.4%和Ba0.4-0.7%；均为质量百分比。

实际使用时：Mg50.8-51.5%、Ai37.4-38.4%、202稀土10.7-11.4%和Ba0.4-0.7%的组分进行混合，使内套3既能保证承压要求，由不会过早溶解。

实施例9:

参照图 1，一种固井完井用可溶趾端滑套的使用方法，至少包括上述所述的一种固井完井用可溶趾端滑套，还包括如下步骤

第一步，将上接头1通过内锥螺纹与上部套管连接，下接头2外锥螺纹与与下部套管连接，然后下入井筒内；将趾端滑套随井筒套管下入油井内预定位置，

第二步，入井后，通过油井套管向油井内通入预设量的水泥；正向挤注水泥，投入投固井胶塞，尾追顶替液，当水泥从管内经浮箍、浮鞋流到环空后，继续上返，随着上返高度增加使水泥与上接头1和下接头2外壁面接触，再继续上返，上返快到位时，第一凹槽102与上接头1外壁面之间破裂，水泥进入第一凹槽102进入内套3顶端与第一阶梯111和第五阶梯212形成的腔体内，同时通过第三密封环132和第四密封环232限制水泥进入内套3底端与第二阶梯112和第五阶梯212形成的腔体内，环空水泥继续上返，当管内顶替液推胶塞移动至碰压短接处后，井口继续加压，使顶替液下接头2内壁面压力增加，下接头2与第二凹槽202之间破裂，顶替液进入内套3底端与第一阶梯111和第五阶梯212形成的腔体内，然后持续加压，使顶替液推动胶塞至碰压短接至其卡死密封，同时顶替液与内套3反应；

第三步，侯凝水泥2-3天后，内套3顶端与第一阶梯111和第五阶梯212形成的腔体内的水泥凝固，形成小体积水泥塞；

第四步，顶替液与内套3反应后9天内，在固井施压前，内套3溶解至承压不低于35MPa，随后逐渐溶解散落至内套3底端与第二阶梯112和第五阶梯212形成的腔体内，顶替液上涌充满环形空间，与内套3顶端与第一阶梯111和第五阶梯212形成的腔体内凝固的水泥接触；

第五步，井口加压，使顶替液压击穿滞留第一凹槽102中的水泥和压击穿内套3顶端与第一阶梯111和第五阶梯212形成的腔体内凝固的水泥，使第一凹槽102与上接头1外壁面之间连通，井筒与地层液流通道建立。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细的说明，但本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，其都在该技术的保护范围内。

Claims (9)

1.一种固井完井用可溶趾端滑套，其特征在于，包括：

上接头（1），所述上接头（1）内轴向具有通孔一；

下接头（2），所述下接头（2）上端插入上接头（1）内，所述下接头（2）和上接头（1）重叠面形成环形腔体，所述下接头（2）内轴向具有通孔二，所述上接头（1）内壁面和下接头（2）外壁面分别位于环形腔体部位开有第一凹槽（102）和第二凹槽（202），所述第一凹槽（102）位于第二凹槽（202）上方，所述第一凹槽（102）内底面与上接头（1）外壁面之间距离小于第二凹槽（202）内底面与下接头（2）内壁面之间的距离，所述通孔一和通孔二同轴，且通孔一和通孔二内径相同；

内套（3），所述内套（3）设置在环形腔体内，所述内套（3）内外壁面分别与下接头（2）外壁面和上接头（1）内壁面密封接触，所述内套（3）位于第二凹槽（202）上方，所述内套（3）外圆周面完全覆盖第一凹槽（102）。

2.根据权利要求1所述的一种固井完井用可溶趾端滑套，其特征在于：所述上接头（1）顶端具有内锥螺纹。

3.根据权利要求1所述的一种固井完井用可溶趾端滑套，其特征在于：所述下接头（2）底端具有外置锥螺纹。

4.根据权利要求1所述的一种固井完井用可溶趾端滑套，其特征在于：所述上接头（1）由内圆周面上部向上接头（1）内圆周面下端依次开有内径逐渐增大的第一阶梯（111）、第二阶梯（112）和第三阶梯（113），所述下接头（2）由外圆周面下部向下接头（2）外圆周面上端依次开有外径逐渐减小的第四阶梯（211）、第五阶梯（212）和第六阶梯（213），所述第一阶梯（111）与第六阶梯（213）接触，所述第三阶梯（113）与第四阶梯（211）接触，所述第二阶梯（112）和第五阶梯（212）之间形成环形腔体，所述内套（3）位于环形腔体内，所述内套（3）内外壁面分别与第五阶梯（212）和第二阶梯（112）接触，所述第一凹槽（102）和第二凹槽（202）分别位于第二阶梯（112）壁面和第五阶梯（212）壁面。

5.根据权利要求4所述的一种固井完井用可溶趾端滑套，其特征在于：所述第一阶梯（111）壁面设置有第一密封环（121），所述第一密封环（121）与第六阶梯（213）壁面接触，所述第四阶梯（211）壁面设置有第二密封环（221），所述第二密封环（221）与第三阶梯（113）壁面接触，所述第一阶梯（111）壁面与第六阶梯（213）壁面螺纹连接，所述第一阶梯（111）壁面与第六阶梯（213）壁面螺纹连接处位于第一密封环（121）下方 。

6.根据权利要求4所述的一种固井完井用可溶趾端滑套，其特征在于：所述第二阶梯（112）壁面和第五阶梯（212）壁面分别对称设置有第三密封环（132）和第四密封环（232），所述第三密封环（132）和第四密封环（232）分别与内套（3）内外壁面接触。

7.根据权利要求6所述的一种固井完井用可溶趾端滑套，其特征在于：所述第二阶梯（112）壁面和第五阶梯（212）壁面分别开有上限位台（101）和下限位台（201），所述内套（3）顶端和底端分别与上限位台（101）和下限位台（201）接触。

8.根据权利要求1所述的一种固井完井用可溶趾端滑套，其特征在于：所述内套（3）为可溶合金材料，该可溶合金材料组分为Mg50.8-51.5%、Ai37.4-38.4%、202稀土10.7-11.4%和Ba0.4-0.7%；均为质量百分比。

9.一种固井完井用可溶趾端滑套的使用方法，其特征在于：至少包括权利要求1-8任意一项所述的一种固井完井用可溶趾端滑套，还包括如下步骤

第一步，将上接头（1）通过内锥螺纹与上部套管连接，下接头（2）外锥螺纹与与下部套管连接，然后下入井筒内；将趾端滑套随井筒套管下入油井内预定位置，

第二步，入井后，通过油井套管向油井内通入预设量的水泥；正向挤注水泥，投入投固井胶塞，尾追顶替液，当水泥从管内经浮箍、浮鞋流到环空后，继续上返，随着上返高度增加使水泥与上接头（1）和下接头（2）外壁面接触，再继续上返，上返快到位时，第一凹槽（102）与上接头（1）外壁面之间破裂，水泥进入第一凹槽（102）进入内套（3）顶端与第一阶梯（111）和第五阶梯（212）形成的腔体内，同时通过第三密封环（132）和第四密封环（232）限制水泥进入内套（3）底端与第二阶梯（112）和第五阶梯（212）形成的腔体内，环空水泥继续上返，当管内顶替液推胶塞移动至碰压短接处后，井口继续加压，使顶替液下接头（2）内壁面压力增加，下接头（2）与第二凹槽（202）之间破裂，顶替液进入内套（3）底端与第一阶梯（111）和第五阶梯（212）形成的腔体内，然后持续加压，使顶替液推动胶塞至碰压短接至其卡死密封，同时顶替液与内套（3）反应；

第三步，侯凝水泥2-3天后，内套（3）顶端与第一阶梯（111）和第五阶梯（212）形成的腔体内的水泥凝固，形成小体积水泥塞；

第四步，顶替液与内套（3）反应后9天内，在固井施压前，内套（3）溶解至承压不低于35MPa，随后逐渐溶解散落至内套（3）底端与第二阶梯（112）和第五阶梯（212）形成的腔体内，顶替液上涌充满环形空间，与内套（3）顶端与第一阶梯（111）和第五阶梯（212）形成的腔体内凝固的水泥接触；

第五步，井口加压，使顶替液压击穿滞留第一凹槽（102）中的水泥和压击穿内套（3）顶端与第一阶梯（111）和第五阶梯（212）形成的腔体内凝固的水泥，使第一凹槽（102）与上接头（1）外壁面之间连通，井筒与地层液流通道建立。

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