CN111088959A - 一种可计数井下全通径压裂滑套 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可计数井下全通径压裂滑套,内部具有计数机构,该计数机构每经过一个执行总成的凸台会产生固定位移量,继续根据开关总成到达目的压裂层前要经过执行总成的凸台的个数,在地面上对计数机构预设总位移量;当开关总成经过目的压裂层的前一个凸台后触发卡锁机构和封隔机构,待计数机构执行完毕总位移量,卡锁机构和封隔机构执行完毕,开关总成也进入到目的压裂层,并进一步开启目的压裂层的执行总成的压裂通道,所以本申请的压裂滑套只需配备一套开关机构即可,解决了现有压裂滑套需配备多个规格开关机构的问题。

Description

一种可计数井下全通径压裂滑套
技术领域
本发明涉及一种井下分层压裂工具,具体的是一种井下分层压裂滑套。
背景技术
井下分层压裂工具是用来沟通储层和井层的一个组件。井下全通径无限级压裂滑套CN 107178352 B实现了全通径压裂,但存在明显不足,主要有以下方面:
(1)每套滑套执行机构需要设置两层环形凸台,而且每个滑套执行机构内两层环形凸台间距都不相等,对应的开关机构上的两层活塞间距也不上相等,只有开关机构上的活塞与执行机构上的两层环形凸台完全对应时,开关机构才能做封与开启压裂通道。
假设对5个地层进行压裂,需要5种执行机构,每种执行机构环形凸台间距尺寸完全不同,开关机构的活塞间距与对应执行机构环形凸台间距相同时才能开启压裂通道,所以需要5种活塞间距的开关机构。
例如:执行机构①与开关机构①对应,可以开启压裂通道,执行机构②与开关机构②对应,可以开启压裂通道,执行机构①与开关机构②对应不能开启压裂通道,现场施工压裂层数较多,需要的执行机构与开关机构种类繁多,增加了施工难度和制造成本。
(2)对地层压裂时需要针对下入地层滑套凸台间距,精准下入对应的开关机构,才能实现滑套的开启,压裂作业时压裂层数较多,井下受力复杂,难以保证开关机构与滑套执行机构完全对应。
由于上述原因,限制了全通径无限极压裂滑套在压裂施工作业中的应用。
发明内容
有鉴于此,本发明提供一种可计数井下全通径压裂滑套,解决现有压裂滑套需配备多个规格开关机构的问题。
为实现上述发明目的,所述的一种可计数井下全通径压裂滑套,包括开关总成及至少一个执行总成,所述执行总成连接到井筒上,所述执行总成内具有凸台;所述开关总成投入到所述井筒内,其特征在于:
所述开关总成,包括计数机构、封隔机构及卡锁机构;
所述开关总成在所述井筒内下行通过所述凸台时,所述凸台与所述计数机构相触形成驱动力;
所述驱动力,用于触发所述计数机构运行并产生固定位移量;
所述固定位移量,用于计算总位移量;
所述总位移量等于所述固定位移量×(目的压裂层的层数-1);
将所述总位移量预设到所述计数机构中;
所述计数机构执行完毕所述总位移量时,所述计数机构启动所述封隔机构及所述卡锁机构,且所述开关总成下行至目的压裂层;
所述封隔机构,在压裂作业时,用于坐封地层以便压裂液在所述井筒内形成驱动液力;
所述卡锁机构,用于所述开关总成到达所述目的压裂层时停坐于所述凸台上,并将所述驱动液力通过所述凸台传递到所述目的压裂层对应的所述执行总成上;
所述驱动液力,用于驱动所述执行总成开启所述目的压裂层的压裂通道。
优选地,所述开关总成包括:开关主体;
所述开关主体,包括:顶盖、中套及下套;
所述顶盖与所述中套连接;
所述中套内设有环形凸台;
所述环形凸台,用于支撑所述计数机构;
所述环形凸台下方的所述中套内壁上对称设置两条轨道;
所述下套连接在所述中套下端;
所述下套上设置所述卡锁机构连接结构。
优选地,所述计数机构,包括直线位移机构及驱动机构;
所述驱动机构连接在所述顶盖上;
所述开关总成在所述井筒内下行过程中,所述驱动机构与所述凸台相触产生所述驱动力;
所述驱动力,用于驱动所述直线位移机构产生所述固定位移量。
优选地,所述直线位移机构,包括棘轮轴及棘轮套;
所述棘轮轴可转动连接于所述环形凸台上;
所述棘轮套外圆周对称布置两条通长矩形槽;
所述轨道与所述矩形槽连接为直线滑动导轨机构;
所述滑动导轨机构,用于所述棘轮套的位移导向,及限制所述棘轮套轴向旋转;
所述棘轮套与所述棘轮轴同轴螺纹连接;
所述驱动力驱动所述棘轮轴旋转固定角度,同时,所述棘轮套沿所述滑动导轨机构移动所述固定位移量。
优选地,所述驱动机构,包括:推块、棘轮爪及启动计数组件;
所述推块轴连接在所述顶盖上;
所述棘轮轴上设置棘轮齿;
所述棘轮爪与所述推块连接;
所述棘轮爪与所述棘轮齿构成棘轮机构;
所述启动计数组件贴在所述推块的外侧面;
在所述开关总成经过所述凸台时,所述凸台挤压所述启动计数组件;
所述挤压,用于形成所述驱动力;
所述驱动力,用于驱动所述推块带动所述棘轮爪转动;
所述棘轮爪转动,用于推动所述棘轮齿带动所述棘轮轴旋转固定角度。
优选地,所述启动计数组件,其下部为圆弧面薄板,上部为倾斜平板;
所述圆弧面薄板上开有固定孔;
所述固定孔,用于与所述开关主体连接;
对称设置的两个倾斜平板间的距离大于所述凸台的内径;
所述倾斜平板贴在所述推块的外侧面;
所述凸台挤压所述倾斜平板形成所述驱动力。
优选地,所述计数机构,还包括:安全爪组件;
所述安全爪组件,包括:安全爪和第一复位弹簧;
所述棘轮轴上部具有齿轮齿;
所述安全爪,其前端为齿轮齿结构,其中部轴连接在所述顶盖上;
所述齿轮齿结构与所述齿轮齿啮合;
所述第一复位弹簧,用于将所述齿轮齿结构涨紧在所述齿轮齿上;
其中一个所述倾斜平板贴在所述安全爪的侧面,用于挤压所述安全爪;
所述安全爪在所述挤压作用下,以所述轴为中心克服涨紧力进行旋转;
所述安全爪进行所述旋转,用于所述齿轮齿结构与所述齿轮齿分离;
所述分离,用于棘轮轴自由转动。
优选地,所述封隔机构,包括:滑块组件及胶筒;
所述胶筒套在所述中套的外面;
所述滑块组件连接在所述中套上;
所述中套内具有第一流道;
所述滑块组件上具有第二流道;
在所述计数机构启动所述封隔机构时,所述滑块组件,用于外推所述胶筒使其与所述中套之间形成间隙,并将所述第一流道与所述第二流道连通形成总流道;
压裂液力经所述总流道进入所述间隙;
所述压裂液力,用于扩大所述间隙并胀开所述胶筒。
优选地,所述卡锁机构,包括:弹出组件、启动组件及锁定组件;
在所述开关总成经过所述目的压裂层前一层时,所述弹出组件径向弹出,所述开关总成到达所述目的压裂层停坐于所述凸台上;
所述计数机构启动所述启动组件;
所述启动组件,用于触发所述弹出组件径向弹出;
所述锁定组件,用于所述弹出组件停坐于所述凸台上时锁定所述所弹出组件。
优选地,所述弹出组件,包括:卡板及卡板弹簧;
所述卡板对称安装在所述下套上;
所述卡板底端设三角钩结构及止回销钉孔;
所述启动组件,包括:推杆及推杆弹簧;
所述推杆具有三角沟槽;
所述三角钩结构与三角沟槽扣合在一起,用于阻止所述卡板径向弹出;
所述推杆与所述卡板之间连接卡板弹簧;
所述计数机构下压所述推杆弹簧,所述推杆的所述三角钩结构与三角沟槽脱开时,所述卡板弹簧,用于向所述卡板施加径向弹出的力;
所述锁定组件,包括:止回销钉及止回弹簧;
在所述卡板径向弹出并停坐于所述凸台时,所述止回弹簧将止回销钉推入所述止回销钉孔中;
所述止回销钉,用于将所述弹出组件锁定在所述凸台上。
本发明具有如下有益效果:
本发明的可计数井下全通径压裂滑套,内部具有计数机构,该计数机构每经过一个执行总成的凸台会产生固定位移量,达到计数机构每经过一个执行总成的凸台可以进行一次计数的目的;继续根据开关总成到达目的压裂层前要经过执行总成的凸台的个数,在地面上对计数机构预设总位移量;工作中,当开关总成经过目的压裂层的前一个凸台后触发卡锁机构和封隔机构,待计数机构执行完毕总位移量,卡锁机构和封隔机构触发完毕,开关总成也进入到目的压裂层,进一步开启目的压裂层的执行总成的压裂通道,所以本申请的压裂滑套只需配备一套开关机构即可。
附图说明
通过以下参考附图对本发明实施例的描述,本发明的上述以及其它目的、特征和优点更为清楚,在附图中:
图1是本发明实施例的可计数井下全通径压裂滑套结构示意图;
图2是本发明实施例的执行机构的结构示意图;
图3是本发明实施例的上接头的立体结构示意图;
图4是本发明实施例的上接头的剖视图;
图5是本发明实施例的下接头的立体结构示意图;
图6是本发明实施例的下接头的剖视图;
图7是本发明实施例的内滑套的立体结构示意图;
图8是本发明实施例的内滑套的剖视图;
图9-A是本发明实施例的开关机构的剖视图;
图9-B是本发明实施例的开关机构的立体结构示意图;
图9-C是本发明实施例的计数机构的立体结构示意图;
图9-D是本发明实施例的计数机构的俯视图;
图9-E是本发明实施例的封隔机的构剖视图;
图9-F是本发明实施例的卡锁机构的立体结构示意图;
图10是本发明实施例的图9-A中的A-A向剖视图;
图11是本发明实施例的图9-A中的B-B向剖视图;
图12是本发明实施例的顶盖的立体结构示意图;
图13是本发明实施例的顶盖的剖视图;
图14是本发明实施例的中套的立体结构示意图;
图15是本发明实施例的中套的剖视图;
图16是本发明实施例的滑动板的立体结构视图;
图17是本发明实施例的棘轮轴组件的立体结构示意图;
图18是本发明实施例的棘轮轴的立体结构示意图;
图19是本发明实施例的棘轮轴的剖视图;
图20是本发明实施例的棘轮套的立体结构示意图;
图21是本发明实施例的棘轮套的剖视图;
图22是本发明实施例的安全爪组件的立体结构示意图;
图23是本发明实施例的安全爪的仰视图;
图24是本发明实施例的第一复位弹簧、第二复位弹簧的立体结构示意图;
图25是本发明实施例的棘轮爪组件的立体结构示意图;
图26是本发明实施例的推块的立体结构示意图;
图27是本发明实施例的棘轮爪的立体结构示意图;
图28是本发明实施例的弹片的立体结构示意图;
图29是本发明实施例的胶筒的立体结构示意图;
图30是本发明实施例的胶筒上固定套的立体结构示意图;
图31是本发明实施例的胶筒上固定套的剖视图;
图32是本发明实施例的胶筒下固定套的剖视图;
图33是本发明实施例的滑块组件的立体结构示意图;
图34是本发明实施例的滑块销的立体结构示意图;
图35是本发明实施例的滑块销的剖视图;
图36是本发明实施例的滑块的立体结构示意图;
图37是本发明实施例的滑块的剖视图;
图38是本发明实施例的下套的立体结构示意图;
图39是本发明实施例的下套的剖视图;
图39-A是本发明实施例的下套的仰视图;
图40是本发明实施例的卡板的立体结构示意图;
图41是本发明实施例的止回销钉的立体结构示意图;
图42是本发明实施例的推杆的立体结构示意图;
图43是本发明实施例的锥尖的立体结构示意图;
图44是本发明实施例的卡锁机构和封隔机构初始位置示意图;
图44-A是本发明实施例的封隔机构初始状态局部放大示意图;
图44-B是本发明实施例的卡锁机构初始状态局部放大示意图;
图44-C是本发明实施例的开关机构经过第三个执行机构后棘轮套与推杆和滑块的位置关系示意图;
图45是本发明实施例的封隔机构和卡锁机构被触发后的工作状态示意图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述,但是值得说明的是,本发明并不限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中,详尽描述了一些特定的细节部分。然而,对于没有详尽描述的部分,本领域技术人员也可以完全理解本发明。
此外,本领域普通技术人员应当理解,所提供的附图只是为了说明本发明的目的、特征和优点,附图并不是实际按照比例绘制的。
同时,除非上下文明确要求,否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义;也就是说,是“包含但不限于”的含义。
图1是本发明实施例的可计数井下全通径压裂滑套结构示意图。如图1所示,每一套可计数井下全通径压裂滑套,包括执行总成1和开关总成2。每一套执行总成1对应一个要压裂的地层,压裂时,执行总成1开启在压裂液体与地层之间形成通道,使压裂液体能直接压裂地层。
在图2中,执行总成1,包括上接头3、下接头4及内滑套5。
在图3及图4中,上接头3,为圆筒状,其主要作用是用来形成执行机构与套管之间的连接,上接头3的上端与套管螺纹连接,下端设有螺纹;
在图5及图6中,下接头4,采用圆筒结构,其上端与上接头3下部螺纹连接;下接头4筒壁上圆周对称设置有两个外压裂孔4-1;在外压裂孔4-1下方设有剪切销钉孔4-2;下接头4内部设置有止动凸台4-3;下接头4下端设置有螺纹,可与井下其他工具相连。
在图7及图8中,内滑套5,其内部下方设置凸台5-3,内滑套5中部圆周对称设有两个内压裂孔5-1,内滑套5上的两个内压裂孔5-1与下接头上的两个外压裂孔4-1对合时形成压裂通道,该压裂通道用于实施压裂;内滑套5下部设有剪切销钉孔5-2。
初始状态时,如图1所示,内滑套5与下接头4同心安装,内滑套5在下接头4内部,内滑套5的上端面与下接头4的上端面平齐,内滑套5的剪切销钉孔5-2与下接头的剪切销钉孔4-2对齐,内置剪切销钉17,剪切销钉17将内滑套5与下接头4固定连接在一起。
内滑套5与下接头4固定连接后,内压裂孔5-1在下接头4上的外压裂孔4-1之上,内压裂孔5-1与外压裂孔4-1之间的距离与内滑套5下端面到下接头4内部设置的止动凸台4-3的距离相等。
压裂作业时,对内滑套5内部凸台5-3施加外力,当该外力大到可以将剪切销钉17剪断时,内滑套5向下运动,内滑套5下端面接触到下接头4内部设置的止动凸台4-3时,内滑套5停止运动,此时外压裂孔4-1与内压裂孔5-1对齐,压裂通道开启。
在图1中,使用时,将开关总成2投入内滑套5中。
开关总成2的作用为:
①压裂前,只是经过而不开启目的压裂层前的所有执行总成1,并在到达目的压裂层时与内滑套5之间形成密封,防止压裂液流出目的压裂地层,保证压裂液在目的压裂层形成高压的驱动液力;
②压裂时,驱动液力通过开关总成2作用在目的压裂层的内滑套5内部的凸台5-3上,使内滑套5下移开启压裂通道。
开关总成2包括:开关主体,计数机构,封隔机构及卡锁机构。
在图9-A、图9-B中,开关主体,用作计数机构,封隔机构及卡锁机构的安装骨架。包括:顶盖6、中套20、下套14、锥尖18。
在图12及图13中,顶盖6,为圆筒结构,顶盖上端面中心设有圆孔6-2,井筒内液体从此圆孔6-2流入顶盖6内部。顶盖上端面左侧设有安全爪固定孔6-1,右侧设有推块固定孔6-3,顶盖筒体圆周上对称设有两个矩形孔6-5,两矩形孔6-5下端面设有凸台6-6,安全爪固定孔6-1和推块固定孔6-3贯通该凸台6-6;该凸台6-6上设置有复位弹簧固定孔6-4,顶盖6下端口设置有内螺纹,并设置密封槽。
结合图14及图15所示:中套20,其基体为圆筒状,中套20上部设置外螺纹20-2与顶盖6下端口内螺纹连接。中套20上端内部设有环形凸台20-1,该环形凸台20-1对计数机构起支持作用;环形凸台20-1内表面开有矩形环状凹槽20-9,压裂时环状凹槽20-9内充满液体,环状凹槽20-9的上侧及下侧分别装有密封圈20-6,密封圈20-6用于密封环状凹槽20-9内液体。环状凹槽20-9中心径向对称设置两条凹槽流道20-5,中套中部外表面设有滑块凹槽20-3,滑块凹槽20-3中间周向对称开设两个滑块销孔20-4,滑块销孔20-4向上沿中套壁面开设两条流道20-8,与凸台内凹槽流道20-5相通,环状凹槽20-9内液体经凹槽流道20-5流入流道20-8。中套内部凸台下,周向对称设置两条矩形轨道20-7,矩形轨道20-7自凸台下端起至中套底端,起导向作用,中套20下部设有外螺纹。
在38、39及39-A中:下套14,为圆柱状,下套14与中套20下部螺纹连接。下套14中部圆周对称设置两卡板槽14-1,卡板槽14-1内壁对称设置圆柱孔14-4。下套14底面上设置有两个推杆孔14-6和两个止回销钉孔14-7,两个推杆孔14-6和止回销钉孔14-7沿直线布置,布置方向与两卡板槽14-1开设方向一致,两个止回销钉孔14-7在两个推杆孔14-6外侧。下套14上表面设置两个推杆矩形孔14-3,推杆孔14-6上方设推杆矩形滑道14-5,止回销钉孔14-7上方设两销钉通道14-2,下套14下部设外螺纹。
在图43中,锥尖18,为子弹状,其上端与下套14螺纹连接,锥尖18设置在开关总成2的最下端,锥尖18可使开关总成2在下行过程中减小阻力。
计数机构的功能是:用于控制开关总成2不触发目的压裂层之前所有的执行总成1,而当开关总成2到达目的压裂层之前的一个压裂层时,及时开启卡锁机构和封隔机构,从而达到准确触发目的压裂层的执行总成1,进而准确开启压裂通道的目的。
计数机构实现上述功能所采用的设计构思是:计数机构每经过一个执行总成1的凸台5-3会产生固定位移量,达到计数机构每经过一个执行总成1的凸台5-3可以进行一次计数的目的;继续根据开关总成2到达目的压裂层前要经过执行总成1的凸台5-3的个数,在地面上对计数机构预设总位移量(固定位移量乘以个数);工作中,当开关总成2经过目的压裂层的前一个凸台5-3时开始触发卡锁机构和封隔机构,开关总成2继续下移通过凸台5-3后,计数机构执行完毕总位移量,卡锁机构和封隔机构触发完毕,开关总成2也进入到目的压裂层,进一步开启目的压裂层的执行总成1的压裂通道。
例如,压裂目的层是第5层,压裂施工顺序由下向上逐层压裂,开关总成2到达压裂层前要经过4个执行机构的凸台5-3,当开关总成2经过第4个凸台5-3后,恰好触发卡锁机构和封隔机构,开关总成2向下运动卡在第5个执行机构凸台5-3上并坐封。
在图9-C及9-D中:计数机构包括:棘轮轴组件(棘轮轴21、棘轮套22)、安全爪组件(主要包括安全爪19)、棘轮爪组件(主要包括推块7、棘轮爪28、弹片29)、启动计数组件8。
由图17所示:棘轮轴组件,包括棘轮轴21和棘轮套22。作用:每经过一个凸台5-3,棘轮套22轴向向下运动固定位移量,总位移量除以固定位移量等于经过的环状凸台5-3个数,也就是经过的执行总成1的个数。
在图9-A中,棘轮轴21,安装在顶盖6与中套20围成的空腔内。
在图18及图19中,棘轮轴21,其基体为圆筒状,棘轮轴21顶端设有顶紧凸台21-1,棘轮轴21上部设置有上下两圈棘轮齿21-3,外力作用在棘轮齿21-3上推动棘轮轴21旋转。在两组环形棘轮齿21-3中间设置环形排列的齿轮齿21-2,齿轮齿21-2用于防止棘轮轴21碰撞旋转造成计数错误。棘轮轴中部设有环形安装轴肩21-4;棘轮轴21下部设置有螺纹21-8。
继续结合图9-A、图14、图15所示:顶盖6与顶紧凸台21-1接触,将安装轴肩21-4压在中套20的环形凸台20-1上。棘轮轴21内部开有倒T字型流道,其中,向上流道21-5与顶盖上端圆孔6-2同心,水平流道21-7对称贯穿整个棘轮轴,水平流道21-7的两端与中套20内的环状凹槽20-9联通;棘轮轴21旋转时,液体经向上流道21-5进入水平流道21-7后流入环状凹槽20-9内。
向上流道21-5、水平流道21-7、流道20-5、流道20-8及环状凹槽20-9连通构成第一流道。
结合图9-A及图17所示:棘轮套22,与棘轮轴21同心安装在中套20内。
结合图20及图21所示:棘轮套22外圆周对称布置两条通长矩形槽22-1,中套内的矩形轨道20-7与矩形槽22-1配合,该矩形槽22-1用于限制棘轮套22轴向旋转,保证棘轮轴21只能沿轴向运动。
在与棘轮套22上的矩形槽22-1成90°方向对称设置两斜面22-2。
棘轮套22底部设置水平矩形板22-3,棘轮套22内部螺纹22-4与棘轮轴螺纹21-8连接。
棘轮轴21旋转时,由于中套内矩形轨道20-7对棘轮套22的限制,棘轮套22只能做向下的直线运动不能旋转运动。
开关总成2每经过一个执行总成1,棘轮轴21旋转一个角度,棘轮套22向下移动一段固定距离,所以通过预设棘轮套22向下移动的距离,可以控制开关总成2到达的压裂层数,即棘轮轴组件具有计数功能。到达目的压裂层时,棘轮套22刚好运动到中套20最底端,矩形板22-3与下套14接触。
在图22中,安全爪组件,用于防止碰撞导致棘轮轴21旋转,包括:安全爪19和第一复位弹簧30。
结合图9-C、图9-D、图10及图23所示:安全爪19,其前端为齿轮齿结构19-1,与棘轮轴上部齿轮齿21-2啮合。中部设置安全爪固定销孔19-2,与顶盖6的安全爪固定孔6-1及第一复位弹簧30同心安装。第一复位弹簧30的一个弹簧支腿固定在簧固定孔19-3内。弹簧另一支腿固定在顶盖6上的复位弹簧固定孔6-4中。初始状态下,第一复位弹簧30将安全爪19前端齿轮齿结构19-1涨紧在棘轮轴的齿轮齿21-2上。
在图25中:棘轮爪组件,在经过凸台5-3时,用于推动棘轮轴22旋转。包括:推块7、棘轮爪28、弹片29、第二复位弹簧30′。
结合图10、图25及图26所示:推块7,基体为椭圆柱形,其后端设有与顶盖连接的固定孔7-2,左侧设有圆弧状缺口,缺口内部设有圆弧状筋板,筋板中心设有推块连接销孔7-3;在推块7的下端面,正对固定孔7-2设有缺口7-1,缺口7-1的上端面设有复位弹簧固定孔7-4,该缺口7-1用于安装第二复位弹簧30′。
第二复位弹簧30′坐在推块缺口7-1内并与固定孔7-2及顶盖6的推块固定孔6-3同心。第二复位弹簧30′的两个固定爪,一个固定在复位弹簧固定孔7-4内,另一个固定在顶盖6的复位弹簧固定孔6-4内,第二复位弹簧30′用于涨紧推块7。
结合图9-C、10、25、26及27所示:棘轮爪28,其前端为爪尖28-1,爪尖28-1逆着棘轮齿21-3的方向安装;其后端设有棘轮爪固定孔28-2,与推块连接销孔7-3同心安装;中部设有与推块筋板安装豁口28-3。
结合图25、26、27、28所示:弹片29,为圆弧状薄片,通过连接孔29-2固定在推块7上;弹片29的前端圆弧29-1与棘轮爪28紧贴在一起,用于防止棘轮爪28与棘轮齿21-3脱离。
结合图1、9-A、9-C、16所示:启动计数组件8,其下部为圆弧面薄板,上部为倾斜平板,启动计数组件8下部圆弧面中部开有固定孔8-1;启动计数组件8通过固定孔8-1对称安装在开关主体的两侧。
结合图9-A及9-C、9-D所示:对称设置的两个启动计数组件8间的距离大于内滑套5内部凸台5-3内径,经过内滑套5凸台5-3时,两个启动计数组件8受到凸台5-3向内挤压,一侧启动计数组件8挤压安装爪19,安装爪19以安全爪固定销孔19-2为轴心克服第一复位弹簧30涨紧力,进行旋转,使安全爪19前端齿轮齿19-1与棘轮轴21齿轮齿21-2分离,分离之后,棘轮轴21处于自由状态,可以自由转动;同时,另一侧启动计数组件8挤压推块7,使推块7以固定孔7-2为轴心克服第二复位弹簧30′的涨紧力进行旋转,推块7带动棘轮爪28逆着棘轮齿21-3推动棘轮轴21旋转,棘轮轴21旋转,下端棘轮套22向下运动,每经过一个凸台5-3,棘轮套22向下运动一段距离,完成一次计数。
在图9-E中:封隔机构,包括:滑块组件(滑块销11、滑块12)、胶筒10、胶筒上固定套9、胶筒下固定套13。
作用:压裂作业时,开关总成2与内滑套5之间形成密封,防止压裂液流出目的压裂地层,并保证井筒内形成高压的驱动液力。
在图29中:胶筒10,其基体为圆筒状,橡胶材质,在压裂液力的作用下扩张,达到封堵地层的目的。
结合图9-A、9-E、16、30及31所示:胶筒上固定套9,为圆筒状,胶筒上固定套9上部设有启动计数组件8的固定凹槽9-1,凹槽9-1内设的固定螺孔9-2与固定孔8-1通过螺栓固定;上固定套9内部设胶筒压紧凸台9-3,将胶筒10上部压紧在中套20外表面,保证胶筒10与中套20间形成密封,上部设与中套20连接的内螺纹。
结合图9-A、9-E及32所示:胶筒下固定套13,为圆筒状,内部设有两级胶筒压紧凸台13-1,将胶筒10下部压紧在中套20外表面,保证胶筒10与中套20间形成密封,下部设与中套20连接内螺纹。
结合图9-E、及33所示:滑块组件,用于外推胶筒10使其向外突出隆起,使液体可以流入到胶筒10与中套20之间。具体包括:滑块销11和滑块12。
结合图9-A、9-E、15、34及35所示:滑块销11,安装在中套的滑块销孔20-4中,其前端为圆弧面11-1;滑块销11内部设有流道孔11-2;圆弧面11-1安装在胶筒10与中套的滑块凹槽20-3之间,由于胶筒10具有弹性将圆弧面11-1紧压在中套20外壁上。初始状态时,流道孔11-2不与中套的流道20-8相通,滑块销11尾端设外螺纹。
该流道孔11-2为第二流道。
结合图9-A、33、36及37所示:滑块12,其基体为梯形块,其外侧面为滑块斜面12-1,其内侧面具有螺纹孔12-2,与滑块销11尾端螺纹连接。开启压裂时,滑块斜面12-1被棘轮套的斜面22-2向外挤压,使胶筒10与中套20之间形成间隙,并将第一流道与第二流道连通形成总流道;压裂液力经总流道进入间隙,随着压裂液力的进一步增大,胶筒10与中套20之间的间隙越大,从而胀开胶筒10,达到压裂前坐封的目的。
在图9-F中:卡锁机构,包括:卡板15、推杆23、止回销钉16、卡板弹簧24、推杆弹簧25、止回弹簧27。
作用:将井筒内压裂液力传递到内滑套5上,使内外滑套5产生相对滑动,开启压裂通道。
结合图9-F、38、39、40所示:卡板15,其前端面15-1为圆弧面,后端为圆柱体15-2,圆柱底端设三角钩15-4,卡板底端设有止回销钉孔15-3,对称安装在下套20的卡板槽14-1内,圆柱体15-2安装在圆柱孔14-4内。初始状态时,卡板15在下套14内部。
结合图9-F、38、39、42所示:推杆23,其上部为矩形滑道23-1,中部为三角沟槽23-2,圆环台23-3,下部为圆柱23-4,推杆弹簧25将圆环台23-3向上推,将推杆三角沟槽23-2与卡板三角钩15-4扣合在一起,阻止卡板弹簧24压缩时产生的力将卡板15推出,推杆的滑道23-1部分伸入到下套的推杆矩形孔14-3内,推杆的圆环台23-3安装在下套的推杆孔14-6内。
结合图9-F、39、40、41所示:所述止回销钉16,其基体为圆柱与圆环组合,安装在下套的止回销钉孔14-7内,作用是阻止伸出的卡板15缩回,卡板15伸出后止回销钉16在止回弹簧27的作用下将销钉16上部圆柱经销钉通道14-2伸入卡板的止回销钉孔15-3内,防止卡板15回缩。
压裂施工顺序由下向上,最下面为第5压裂层,依次向上为4层,3层,2层,1层。
下面以对第5层进行压裂为例,对本发明的滑套开关的工作过程进行描述:
如图44及图44-A所示:初始状态时,棘轮套22与滑块12不接触,第一流道与第二流道不联通。
如图44及图44-B所示:初始状态时,卡板弹簧24、推杆弹簧25、止回弹簧27均处于压缩状态。推杆沟槽23-2与卡板三角钩15-4卡接,卡板15固定在下套的卡板槽14-1内,推杆23伸出下套14上面20mm。
在对第5层进行压裂时,开关总成2达到压裂层前要经过4个执行机构的凸台5-3,设计开关机构的棘轮轴21旋转则棘轮套22向下运动20mm,即固定位移量为20 mm,所以在施工前设置棘轮套22到下套14底端的距离为[总位移量=固定位移量×(目的压裂层的层数-1)]为20mm×(5-1)=80mm、到推杆23的距离为60mm。
施工前,在井筒内对应相应的地层,提前在套管上预制5个执行总成1。
将开关总成2投入到井筒中,对开关总成2进行打压,开关总成2向下运行,经过第一个内滑套上的凸台5-3时,两侧启动计数组件8向内缩径推动推块7和安全爪19向内运动,安全爪19以固定销孔19-2为中心发生转动,使齿轮齿19-1与棘轮轴齿轮齿21-2脱离,同时推块7以固定孔7-2为中心发生转动,弹片29将棘轮爪28紧压在棘轮齿21-3上,推块7带动棘轮爪28一起转动,爪尖28-1逆着棘轮齿21-3齿形方向运动,使棘轮轴21旋转,棘轮套22与棘轮轴21螺纹连接,由于中套内的矩形轨道20-7限制了棘轮套22旋转,使棘轮套22沿矩形轨道20-7向下运动20mm,此时距下套14距离还有60mm,距推杆23距离40mm。
开关总成2经过第二个执行总成1上的凸台5-3时,动作过程同上,棘轮套22沿矩形轨道20-7向下运动20mm,距下套14距离40mm,距推杆23距离20mm,棘轮套22不与滑块12接触。
结合图44-C所示:开关总成2经过第三个执行总成1的凸台5-3时,动作过程同上,棘轮套22沿矩形轨道20-7在向下运动20mm,距下套14距离20mm,刚好与推杆23和滑块12接触。
开关总成2经过第四个内滑套上的凸台5-3时,棘轮套22沿矩形轨道20-7继续向下运动20mm,棘轮套22运动过程中向下挤压推杆23触发卡锁机构,向外挤压滑块12触发封隔机构;经过第四个执行总成1的凸台5-3后,滑块12向外运动到最大距离,推杆23上面与下套14上面平齐;具体如图45所示。
结合图45所示,触发封隔机构:棘轮套22向下运动过程中逐渐与滑块组件接触,由于棘轮套22为上大下小结构,棘轮套22斜面22-2挤压滑块斜面12-1,棘轮套22运动到最下端时将滑块机构向外挤压到最大位置,胶筒向外部隆起,滑块销轴流道11-2与中套流道20-8连通形成连通通道,液力经连通通道进入到胶筒隆起后形成的间隙中。
结合图45所示,触发卡锁机构:棘轮套22向下运动过程中,棘轮套22下端矩形板22-3挤压推杆23向下运动,推杆沟槽23-2与卡板三角钩15-4脱离,卡板15向外伸出,在止回弹簧27的作用下销钉16伸入止回销钉孔15-3中,防止卡板15遇外力缩回。
开关总成2在压力作用下继续下移,卡板15遇到第五个执行总成1的凸台5-3时,开关总成2卡在该执行总成1的凸台5-3上,准备压裂。
当卡板15卡在第五个执行总成1的凸台5-3上,该第五个执行总成1对应要压裂的地层,井筒内压力不断升高胶筒10隆起越来越大,最终实现与井筒的扩张坐封,压力越大坐封效果越好,防止压裂液向下方地层泄露,封隔机构坐封后,液力作用在开关总成2上,通过卡板15传递到内滑套5上,使内滑套5下移,内滑套5上的压裂孔5-1与下接头4上的外压裂孔4-1相对,内滑套5最下端运动到下接头4内部的止动凸台4-3处时停止向下运动,压裂通道完全开启。
同理,对第4层进行压裂时,开关总成2达到压裂层前要经过3个执行总成1的凸台5-3,所以在施工前设置棘轮套22到下套14的距离为[总位移量=(目的压裂层的层数-1)×固定位移量]为(4-1)×20mm=60mm,距推杆23距离为40mm。
对3、2级压裂时,提前预设棘轮套22到下套14的距离分别为40mm、20mm。
对第1层压裂时,在地面上预先将开关总成2内部的封隔机构与卡锁机构触发,然后投入到井筒内,坐卡在距井口最近的执行总成1的凸台5-3上,实施压裂作业。
以上所述实施例仅为表达本发明的实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形、同等替换、改进等,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种可计数井下全通径压裂滑套,包括开关总成(2)及至少一个执行总成(1),所述执行总成(1)连接到井筒上,所述执行总成(1)内具有凸台(5-3);所述开关总成(2)投入到所述井筒内,其特征在于:
所述开关总成(2),包括计数机构、封隔机构及卡锁机构;
所述开关总成(2)在所述井筒内下行通过所述凸台(5-3)时,所述凸台(5-3)与所述计数机构相触形成驱动力;
所述驱动力,用于触发所述计数机构运行并产生固定位移量;
所述固定位移量,用于计算总位移量;
所述总位移量等于所述固定位移量×(目的压裂层的层数-1);
将所述总位移量预设到所述计数机构中;
所述计数机构执行完毕所述总位移量时,所述计数机构启动所述封隔机构及所述卡锁机构,且所述开关总成(2)下行至目的压裂层;
所述封隔机构,在压裂作业时,用于坐封地层以便压裂液在所述井筒内形成驱动液力;
所述卡锁机构,用于所述开关总成(2)到达所述目的压裂层时停坐于所述凸台(5-3)上,并将所述驱动液力通过所述凸台(5-3)传递到所述目的压裂层对应的所述执行总成(1)上;
所述驱动液力,用于驱动所述执行总成(1)开启所述目的压裂层的压裂通道。
2.根据权利要求1所述的一种可计数井下全通径压裂滑套,其特征在于:
所述开关总成(2)包括:开关主体;
所述开关主体,包括:顶盖(6)、中套(20)及下套(14);
所述顶盖(6)与所述中套(20)连接;
所述中套(20)内设有环形凸台(20-1);
所述环形凸台(20-1),用于支撑所述计数机构;
所述环形凸台(20-1)下方的所述中套(20)内壁上对称设置两条轨道(20-7);
所述下套(14)连接在所述中套(20)下端;
所述下套(14)上设置所述卡锁机构连接结构。
3.根据权利要求2所述的一种可计数井下全通径压裂滑套,其特征在于:
所述计数机构,包括直线位移机构及驱动机构;
所述驱动机构连接在所述顶盖(6)上;
所述开关总成(2)在所述井筒内下行过程中,所述驱动机构与所述凸台(5-3)相触产生所述驱动力;
所述驱动力,用于驱动所述直线位移机构产生所述固定位移量。
4.根据权利要求3所述的一种可计数井下全通径压裂滑套,其特征在于:
所述直线位移机构,包括棘轮轴(21)及棘轮套(22);
所述棘轮轴(21)可转动连接于所述环形凸台(20-1)上;
所述棘轮套(22)外圆周对称布置两条通长矩形槽(22-1);
所述轨道(20-7)与所述矩形槽(22-1)连接为直线滑动导轨机构;
所述滑动导轨机构,用于所述棘轮套(22)的位移导向,及限制所述棘轮套(22)轴向旋转;
所述棘轮套(22)与所述棘轮轴(21)同轴螺纹连接;
所述驱动力驱动所述棘轮轴(21)旋转固定角度,同时,所述棘轮套(22)沿所述滑动导轨机构移动所述固定位移量。
5.根据权利要求4任一项所述的一种可计数井下全通径压裂滑套,其特征在于:
所述驱动机构,包括:推块(7)、棘轮爪(28)及启动计数组件(8);
所述推块(7)轴连接在所述顶盖(6)上;
所述棘轮轴(21)上设置棘轮齿(21-3);
所述棘轮爪(28)与所述推块(7)连接;
所述棘轮爪(28)与所述棘轮齿(21-3)构成棘轮机构;
所述启动计数组件(8)贴在所述推块(7)的外侧面;
在所述开关总成(2)经过所述凸台(5-3)时,所述凸台(5-3)挤压所述启动计数组件(8);
所述挤压,用于形成所述驱动力;
所述驱动力,用于驱动所述推块(7)带动所述棘轮爪(28)转动;
所述棘轮爪(28)转动,用于推动所述棘轮齿(21-3)带动所述棘轮轴(1)旋转固定角度。
6.根据权利要求5所述的一种可计数井下全通径压裂滑套,其特征在于:
所述启动计数组件(8),其下部为圆弧面薄板,上部为倾斜平板;
所述圆弧面薄板上开有固定孔(8-1);
所述固定孔(8-1),用于与所述开关主体连接;
对称设置的两个倾斜平板间的距离大于所述凸台(5-3)的内径;
所述倾斜平板贴在所述推块(7)的外侧面;
所述凸台(5-3)挤压所述倾斜平板形成所述驱动力。
7.根据权利要求6所述的一种可计数井下全通径压裂滑套,其特征在于:
所述计数机构,还包括:安全爪组件;
所述安全爪组件,包括:安全爪(19)和第一复位弹簧(30);
所述棘轮轴(21)上部具有齿轮齿(21-2);
所述安全爪(19),其前端为齿轮齿结构(19-1),其中部轴连接在所述顶盖上;
所述齿轮齿结构(19-1)与所述齿轮齿(21-2)啮合;
所述第一复位弹簧(30),用于将所述齿轮齿结构(19-1)涨紧在所述齿轮齿(21-2)上;
其中一个所述倾斜平板贴在所述安全爪(19)的侧面,用于挤压所述安全爪(19);
所述安全爪(19)在所述挤压作用下,以所述轴为中心克服涨紧力进行旋转;
所述安全爪(19)进行所述旋转,用于所述齿轮齿结构(19-1)与所述齿轮齿(21-2)分离;
所述分离,用于棘轮轴(21)自由转动。
8.根据权利要求5所述的一种可计数井下全通径压裂滑套,其特征在于:
所述封隔机构,包括:滑块组件及胶筒(10);
所述胶筒(10)套在所述中套(20)的外面;
所述滑块组件连接在所述中套上;
所述中套(20)内具有第一流道;
所述滑块组件上具有第二流道;
在所述计数机构启动所述封隔机构时,所述滑块组件,用于外推所述胶筒(10)使其与所述中套(20)之间形成间隙,并将所述第一流道与所述第二流道连通形成总流道;
压裂液力经所述总流道进入所述间隙;
所述压裂液力,用于扩大所述间隙并胀开所述胶筒(10)。
9.根据权利要求5所述的一种可计数井下全通径压裂滑套,其特征在于:
所述卡锁机构,包括:弹出组件、启动组件及锁定组件;
在所述开关总成(2)经过所述目的压裂层前一层时,所述弹出组件径向弹出,所述开关总成(2)到达所述目的压裂层停坐于所述凸台(5-3)上;
所述计数机构启动所述启动组件;
所述启动组件,用于触发所述弹出组件径向弹出;
所述锁定组件,用于所述弹出组件停坐于所述凸台(5-3)上时锁定所述所弹出组件。
10.根据权利要求9所述的一种可计数井下全通径压裂滑套,其特征在于:
所述弹出组件,包括:卡板(15)及卡板弹簧(24);
所述卡板(15)对称安装在所述下套(20)上;
所述卡板(15)底端设三角钩结构(15-4)及止回销钉孔(15-3);
所述启动组件,包括:推杆(23)及推杆弹簧(25);
所述推杆(23)具有三角沟槽(23-2);
所述三角钩结构(15-4)与三角沟槽(23-2)扣合在一起,用于阻止所述卡板(15)径向弹出;
所述推杆(23)与所述卡板(15)之间连接卡板弹簧(24);
所述计数机构下压所述推杆弹簧(25),所述推杆(23)的所述三角钩结构(15-4)与三角沟槽(23-2)脱开时,所述卡板弹簧(24),用于向所述卡板(15)施加径向弹出的力;
所述锁定组件,包括:止回销钉(16)及止回弹簧(27);
在所述卡板(15)径向弹出并停坐于所述凸台(5-3)时,所述止回弹簧(27)将止回销钉(16)推入所述止回销钉孔(15-3)中;
所述止回销钉(16),用于将所述弹出组件锁定在所述凸台(5-3)上。
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