CN111577204B - 一种井下串级滑套系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种井下串级滑套系统及其制备方法，涉及油气井压裂作业使用的一种井下滑套装置，包括一个主滑套和一组副滑套，主、副滑套均包括外壳体和内部的活塞机构，并在内腔形成密封空间，相邻的滑套之间通过液压管线连接，主滑套下部外壁上开设泄压孔，副滑套外壳体和副滑套活塞之间形成密封的液体平衡腔，内部注满液体，液体平衡腔开设进液连接孔和出液连接孔，出液连接孔向下通过液压管线连接相邻的副滑套的进液连接孔或者向下连接相邻的主滑套的泄压孔；开启主滑套后，副滑套的液体平衡腔内的液体会沿着液压管线流进泄压腔内；在井筒压力作用下，各个副滑套活塞下移，主、副滑套上的喷射孔分别沟通了管内和环空流体，实现滑套的联动开启。
Description
技术领域
本发明涉及井下滑套装置，更具体的是涉及一种井下串级滑套系统。
背景技术
在当前石油开发过程中，如何更加高效、低成本的实现分段压裂酸化工艺一直是相关从业者不断探索的方向。滑套作为一种实现分段压裂酸化工艺的常规工具，一直在现场得到广泛地以应用。但当前滑套的主要研究方向是如果更加高效、简便的开启单个滑套，例如投球方式开启(CN201710559042.2)、憋压开启式(CN201811171960.9)、连续油管带井下开启工具方式(CN201720561117.6)以及地面远程控制方式(CN201420324947.3)等方式。
而随着分段压裂酸化工艺的不断发展，针对需要通过压裂酸化制造复杂缝网的储层，往往需要一次开启多个滑套同时施工。利用现有开启滑套的方式来实现一次开启多个滑套有以下几种方式：1、投球开启式多簇滑套(CN201210587000.7)，这种方式最大的问题就是球座要面临压裂酸化携砂液的长时间冲刷，会对球座造成机械破坏，从而导致滑套开启失败；2、连续油管带井下开启工具方式，这种方式的最大问题就是需要下入连续连续油管及配套工具依次开启每个滑套，操作繁琐且成本高，无法在现场推广；3、地面远程控制方式虽然可以实现几个滑套的同时开启，但每个滑套是独立的个体，每个滑套不仅结构复杂，且都需要安装一套独立的滑套开启控制系统，成本高昂，也不适用于当前低成本储层改造的要求。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种井下串级滑套系统，进行井下压裂时可把多个滑套作为一个整体系统进行联动开启的井下串级滑套系统。
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
一种井下串级滑套系统，包括一个主滑套和一组副滑套，相邻的滑套之间通过液压管线连接，所述主滑套包括主滑套外壳体和主滑套活塞，主滑套外壳体的下部外壁上开设有泄压孔，所述副滑套包括副滑套外壳体和副滑套活塞，所述主滑套和副滑套的上壁均设有若干个喷射孔，所述主滑套和副滑套初始是关闭的，主滑套活塞和副滑套活塞分别通过封隔主滑套和副滑套上的喷射孔来隔离滑套内、外的流体；所述主滑套外壳体和主滑套活塞之间形成密封的泄压腔，副滑套外壳体和副滑套活塞之间形成密封的液体平衡腔，所述液体平衡腔内注满液体，所述液体平衡腔开设两个连接孔，包括进液连接孔和出液连接孔，所述出液连接孔向下通过液压管线连接相邻的副滑套的进液连接孔或者向下连接相邻的主滑套的泄压孔。
所述一组副滑套包括一个副滑套或数个副滑套。
所述主滑套外壳体内设内径大于主滑套最小内径的滑动腔室一，所述主滑套活塞上下段的外壁与滑动腔室一内壁压紧密封，主滑套活塞中段外径小于主滑套外壳体内径，主滑套活塞与主滑套外壳体在中段位置形成泄压腔。
所述主滑套外壳体内壁设置限位台，所述限位台位于主滑套活塞上方与下方，主滑套活塞下滑至下方的限位台时，主滑套的泄压孔与泄压腔连通。
所述副滑套外壳体内壁设内径大于副滑套最小内径的滑动腔室二，所述滑动腔室二顶部与副滑套外壳体内壁形成上限位台，滑动腔室二下方依次延径向设一级限位台和二级限位台，所述副滑套活塞的上部与滑动腔室二内壁压紧密封，副滑套活塞的下部与一级限位台的内壁压紧密封，副滑套活塞、一级限位台及副滑套外壳体之间形成液体平衡腔。
所述主滑套活塞上套设有4组密封圈，所述4组密封圈分别位于主滑套上喷射孔的上下部和泄压孔的上下部；所述副滑套活塞上套设3组密封圈，所述3组密封圈分别位于副滑套上喷射孔的上下部和液体平衡腔的下部。
所述进液连接孔和出液连接孔由液体平衡腔向副滑套外壳体外壁贯穿，所述泄压孔贯穿主滑套外壳体外壁，所述液压管线从滑套的外侧依次连接相邻的滑套。
所述副滑套外壳体在壳体内造两根孔道，一根孔道连通进液连接孔与副滑套的内部，另一根连通出液连接孔与副滑套的内部；所述主滑套外壳体在壳体内造一根孔道，孔道连接泄压孔和主滑套的内部，所述液压管线从滑套的内部依次连接相邻的滑套。
位于最上端的副滑套不设置进液连接孔或通过堵头对其进液连接孔进行密封。
使用说明：把多个滑套作为一个整体系统进行开启，整个滑套系统分为一个主滑套以及一个或多个副滑套。当主滑套开启后，液体平衡腔经液压管线将液体排入泄压腔，就可以带动各个副滑套联动开启，各个副滑套活塞向下运动，连通喷射孔与滑套；整个系统内的液压管线内也充满液体。
主滑套和副滑套依次与油/套管连接，并随油/套管送入井下，一口井通常连接1个主滑套以及一个或多个副骨套。每个滑套之间通过液压管线连接。液压管线可以安装于滑套或套管的外侧，当需要进行压裂层段的主滑套和各个副滑套均开启后，开始进行压裂施工，压裂液从各个开启的滑套的喷射孔处进入地层。如果进行分段压裂，如何实现分段则根据主滑套不同的开启方式来决定，例如，如果主滑套采用投球开启方式，则在投球开启下一段主滑套的同时，自动封隔下部层段；如果采用其他方式开启主滑套，则可以下入桥塞封隔下部层段，也可以采用往已施工层段打砂塞或者注入暂堵剂或投暂堵球的方式来暂时封者已施工层段，实现分段压裂。
当需要开启滑套时，首先打开主滑套，主滑套的开启方式可以采用现有各种开启滑套的方法(包括投球开启式、连续油管带开启工具式、压差式或者地面远程控制方式)。
本发明的有益效果如下：
1.本发明利用液压方式开启副滑套，在确保开启主滑套后，副滑套的液体平衡腔内的液体会沿着液压管线流进泄压腔内；在井筒压力作用下，各个副滑套活塞下移，主、副滑套上的喷射孔分别沟通了管内和环空流体，实现滑套的联动开启该方式操作简易、成本低。
2.开启主滑套后，本发明的滑套内部可对压裂酸化携砂液产生阻隔的组件少，不容易造成机械破坏，有效保障了滑套开启的安全性和成功率。
3.与连续油管带井下开启工具方式不同，本发明的副滑套随首个主滑套开启后联动开启，需要配合使用的配套工具少、操作少，便捷度高，可操作性好，适合低成本储层改造的要求。
附图说明
图1是主、副滑套之间通过液压管线从外侧串连接的连接示意图；
图2是副滑套初始状态和开启状态的结构示意图；
图3是主滑套初始状态和开启状态的结构示意图；
图4是连接孔内置式的主滑套结构示意图；
图5是连接孔内置式的副滑套结构示意图；
图6是主、副滑套及油/套管之间的连接示意图。
附图标记：1—副滑套外壳体、2—喷射孔、3—液体平衡腔、4—进液连接孔、5—出液连接孔、6—密封圈、7—副滑套活塞、8—泄压腔、9—泄压孔、10—主滑套外壳体、11—一级限位台、12—二级限位台、13—主滑套活塞、14—堵头、15—液压管线、16—主滑套、17—副滑套，18—上限位台、19—油/套管。
具体实施方式
为了本技术领域的人员更好的理解本发明，下面结合附图和以下实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
见图1、图2和图3，本发明提供一种井下串级滑套系统，包括一个主滑套16和一组副滑套17，相邻的滑套之间通过液压管线15连接，主滑套16包括主滑套外壳体10和主滑套活塞13，主滑套外壳体10的下部外壁上开设有泄压孔9，副滑套17包括副滑套外壳体1和副滑套活塞7，主滑套16和副滑套17的上壁均设有若干个喷射孔2，所述主滑套16和副滑套17初始是关闭的，主滑套活塞13和副滑套活塞7分别通过封隔主滑套16和副滑套17上的喷射孔2来隔离滑套内、外的流体；主滑套外壳体10和主滑套活塞13之间形成密封的泄压腔8，副滑套外壳体1和副滑套活塞7之间形成密封的液体平衡腔3，液体平衡腔3内注满液体，液体平衡腔3开设两个连接孔，包括进液连接孔4和出液连接孔5，出液连接孔5向下通过液压管线15连接相邻的副滑套17的进液连接孔4或者向下连接相邻的主滑套16的泄压孔9。
如图6所示，各个主滑套16、副滑套17和油/套管19在各个滑套、套管的上、下接头，通过螺纹连接，副滑套17在上端，主滑套16在最下端，如果副滑套17上不再需要连接其他副滑套17，则最上方副滑套17上的进液连接孔4安装堵头14，隔离井筒流体与副滑套17液体平衡腔3内的液体。整个系统内的液压管线15内也充满液体。
一组副滑套17包括一个副滑套17或数个副滑套17。
主滑套外壳体10内设内径大于主滑套16最小内径的滑动腔室一，主滑套活塞13上下段的外壁与滑动腔室一内壁压紧密封，主滑套活塞13中段外径小于主滑套外壳体10内径，主滑套活塞13与主滑套外壳体10在中段位置形成泄压腔8。
主滑套外壳体10内壁设置限位台，限位台位于主滑套活塞13上方与下方，主滑套活塞13下滑至下方的限位台时，主滑套16的泄压孔9与泄压腔8连通。
副滑套外壳体1内壁设内径大于副滑套17最小内径的滑动腔室二，滑动腔室二顶部与副滑套外壳体1内壁形成上限位台18，滑动腔室二下方依次延径向设一级限位台11和二级限位台12，副滑套活塞7的上部与滑动腔室二内壁压紧密封，副滑套活塞7的下部与一级限位台11的内壁压紧密封，副滑套活塞7、一级限位台11及副滑套外壳体1之间形成液体平衡腔3。进液连接孔4、出液连接孔5和泄压孔9的开孔方式如图1和图2所示。
主滑套活塞13上套设有4组密封圈6，4组密封圈6分别位于主滑套16上喷射孔2的上下部和泄压孔9的上下部；副滑套活塞7上套设3组密封圈6，3组密封圈6分别位于副滑套17上喷射孔2的上下部和液体平衡腔3的下部。
进液连接孔4和出液连接孔5由液体平衡腔3向副滑套外壳体1外壁贯穿，泄压孔9贯穿主滑套外壳体10外壁，液压管线15从滑套的外侧依次连接相邻的滑套。
使用说明：把多个滑套作为一个整体系统进行开启，整个滑套系统分为一个主滑套16以及一个或多个副滑套17。当主滑套16开启后，液体平衡腔3经液压管线15将液体排入泄压腔8，就可以带动各个副滑套17联动开启，各个副滑套活塞7向下运动，连通喷射孔2与滑套；整个系统内的液压管线15内也充满液体。
主滑套16和副滑套17依次与油/套管19连接，并随油/套管19送入井下，一口井通常连接1个主滑套16以及一个或多个副骨套。每个滑套之间通过液压管线15连接。液压管线15可以安装于滑套或套管的外侧，当需要进行压裂层段的主滑套16和各个副滑套17均开启后，开始进行压裂施工，压裂液从各个开启的滑套的喷射孔2处进入地层。如果进行分段压裂，如何实现分段则根据主滑套16不同的开启方式来决定，例如，如果主滑套16采用投球开启方式，则在投球开启下一段主滑套16的同时，自动封隔下部层段；如果采用其他方式开启主滑套16，则可以下入桥塞封隔下部层段，也可以采用往已施工层段打砂塞或者注入暂堵剂或投暂堵球的方式来暂时封者已施工层段，实现分段压裂。
当需要开启滑套时，首先打开主滑套16，主滑套16的开启方式可以采用现有各种开启滑套的方法(包括投球开启式、连续油管带开启工具式、压差式或者地面远程控制方式)。主滑套16开启后，主滑套活塞13向下移动，如图3所示，当泄压腔8与泄压孔9连通后，各个副滑套17的液体平衡腔3内的液体会通过液压管线15与泄压腔8连通，各个副滑套17上的副滑套活塞7在油/套管19内压力作用下会向下移动，同时副滑套17的液体平衡腔3内的液体会沿着液压管线15流进泄压腔8内；当各个副骨套上的副滑套活塞7下行至如图2所示的位置时，此时各个副滑套17上的副滑套17上的喷射孔2分别沟通了管内和环空流体，这时各个副滑套17均开启。泄压腔8的容积要求足够大，确保当各个副滑套17均开启后，泄压腔8内仍未或刚好充满液体。
实施例2
本发明提供一种井下串级滑套系统，与实施例1相比，实施例2中的井下串级滑套系统，其液压管线15从滑套的内部依次连接相邻的滑套。具体区别在于：如图4和图5所示，副滑套外壳体1在壳体内造两根孔道，一根孔道连通进液连接孔4与副滑套17的内部，另一根连通出液连接孔5与副滑套17的内部；主滑套外壳体10在壳体内造一根孔道，孔道连接泄压孔9和主滑套16的内部。
实施例3
本发明提供一种井下串级滑套系统，与实施例1或2相比，实施例3中的井下串级滑套系统，其位于最上端的副滑套17不设置进液连接孔4，简化了副滑套的设计，也省去了堵头的使用。
上述实施例仅为本发明的技术方案的几种实施方式，不是对本发明的实施限制，任何对本发明的技术方案进行修改或同等替换，而不脱离本发明技术方案的实质范围，均应涵盖在本发明的保护范围之中。
Claims (7)
1.一种井下串级滑套系统，其特征在于，包括一个主滑套(16)和一个或数个副滑套(17)，相邻的滑套之间通过液压管线(15)连接，所述主滑套(16)包括主滑套外壳体(10)和主滑套活塞(13)，主滑套外壳体(10)的下部外壁上开设有泄压孔(9)，所述副滑套(17)包括副滑套外壳体(1)和副滑套活塞(7)，所述主滑套(16)和副滑套(17)的上壁均设有若干个喷射孔(2)，所述主滑套(16)和副滑套(17)初始是关闭的，主滑套活塞(13)和副滑套活塞(7)分别通过封隔主滑套(16)和副滑套(17)上的喷射孔(2)来隔离滑套内、外的流体；所述主滑套外壳体(10)和主滑套活塞(13)之间形成密封的泄压腔(8)，副滑套外壳体(1)和副滑套活塞(7)之间形成密封的液体平衡腔(3)，所述液体平衡腔(3)内注满液体，所述液体平衡腔(3)开设两个连接孔，包括进液连接孔(4)和出液连接孔(5)，所述出液连接孔(5)向下通过液压管线(15)连接相邻的副滑套(17)的进液连接孔(4)或者向下连接相邻的主滑套(16)的泄压孔(9)。
2.根据权利要求1所述的一种井下串级滑套系统，其特征在于，所述主滑套外壳体(10)内设内径大于主滑套(16)最小内径的滑动腔室一，所述主滑套活塞(13)上下段的外壁与滑动腔室一内壁压紧密封，主滑套活塞(13)中段外径小于主滑套外壳体(10)内径，主滑套活塞(13)与主滑套外壳体(10)在中段位置形成泄压腔(8)。
3.根据权利要求1所述的一种井下串级滑套系统，其特征在于，所述副滑套外壳体(1)内壁设内径大于副滑套(17)最小内径的滑动腔室二，所述滑动腔室二顶部与副滑套外壳体(1)内壁形成上限位台(18)，滑动腔室二下方依次延径向设一级限位台(11)和二级限位台(12)，所述副滑套活塞(7)的上部与滑动腔室二内壁压紧密封，副滑套活塞(7)的下部与一级限位台(11)的内壁压紧密封，副滑套活塞(7)、一级限位台(11)及副滑套外壳体(1)之间形成液体平衡腔(3)。
4.根据权利要求1所述的一种井下串级滑套系统，其特征在于，所述主滑套活塞(13)上套设有4组密封圈(6)，所述4组密封圈分别位于主滑套(16)上喷射孔(2)的上下部和泄压孔(9)的上下部；所述副滑套活塞(7)上套设3组密封圈(6)，所述3组密封圈(6)分别位于副滑套(17)上喷射孔(2)的上下部和液体平衡腔(3)的下部。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种井下串级滑套系统，其特征在于，所述进液连接孔(4)和出液连接孔(5)由液体平衡腔(3)向副滑套外壳体(1)外壁贯穿，所述泄压孔(9)贯穿主滑套外壳体(10)外壁，所述液压管线(15)从滑套的外侧依次连接相邻的滑套。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的一种井下串级滑套系统，其特征在于，所述副滑套外壳体(1)在壳体内造两根孔道，一根孔道连通进液连接孔(4)与副滑套(17)的内部，另一根连通出液连接孔(5)与副滑套(17)的内部；所述主滑套外壳体(10)在壳体内造一根孔道，孔道连接泄压孔(9)和主滑套(16)的内部，所述液压管线(15)从滑套的内部依次连接相邻的滑套。
7.根据权利要求1-4任意一项所述的一种井下串级滑套系统，其特征在于，位于最上端的副滑套(17)不设置进液连接孔(4)或通过堵头(14)对其进液连接孔(4)进行密封。
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