CN112177567B - 一种可关门压裂滑套及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油开采技术领域，具体涉及一种可关门压裂滑套及使用方法。该压裂滑套包括：上接头、中心管、皮碗门机构、压裂球、喷砂口、球座、锁紧口、挡砂外管和下接头。其中，所述中心上端连接上接头，下端连接下接头，中心管内部设有球座，球座通过剪钉固定在中心管内部，中心管外部设有皮碗门机构，下接头上端连接挡砂外管。压裂时，投球加压，球座剪断剪钉下行，开启喷砂口，压裂液通过喷砂口、挡砂外管与中心管环空进入地层，可对油层进行压裂改造；生产时，皮碗门机构在生产压差作用下进入所述“门框”内，关闭挡砂外管与中心管环空，实现挡砂长效生产。

Description

一种可关门压裂滑套及使用方法

技术领域

本发明属于石油开采技术领域，具体涉及一种可关门压裂滑套及使用方法。

背景技术

目前，针对难动用油气藏，为降低渗流阻力，有效沟通储层，多采用多级分层段压裂改造。一方面，在分层段压裂后，为了让生产通道通畅，需要在压裂管柱内，再下入小直径的连续油管进行反洗井冲砂，由于各层段压裂通道（压裂滑套或射孔孔眼）没有有效关闭，会导致分层段压裂中刚加入的支撑剂或者体积压裂的地层碎屑返吐，冲砂也难以冲洗干净，严重时甚至会发生砂卡冲砂管柱而导致大修；另一方面，压裂通道既作为压裂液与支撑剂进入储层、改造储层的通道，又作为生产通道。由于压裂滑套或者射孔孔眼开口较大，生产时随着气流或液流进入，井筒附近的压裂砂、地层碎屑会被携带进入井筒，堵塞油管生产通道，影响油气井的长效开采。此时，若为了正常生产，需要降低生产压差，控砂生产，影响油气井产能。若不控砂，采用正常生产，则会堵塞生产通道。在这类高压油气井中，一方面，由于其压力高、产量大，部分被携带出的上述砂粒会对生产管柱，以及地面设备带来撞击与冲刷，引起相应的安全风险；另一方面，若生产通道发生堵塞时，需要再下入连续油管进行冲砂作业，在这类高压油气井中，带压作业风险大、费用高。

现有技术中，ZL201721099917.7公开了一种用于多层压裂的关门式喷砂器，该发明首先投直径小的压裂球压下喷砂器下滑套进行压裂施工，压裂完成后，投直径大一号的压裂球，推动喷砂器的上滑套关闭喷砂口进行内部关门。这样，完成一级压裂施工，需要配合两种不同直径的压裂球，由于受井筒尺寸的限制，所分层段较少；为实现更多层段的分层压裂，该专利又提出了喷砂器下滑套底部采用束爪释放机构，理论上通过释放上一级喷砂器的压裂球，推动下一级的喷砂器上滑套关闭喷砂口。但这种机构是通过压力控制释放，我们知道，由于压裂施工中的压力变化不可控，导致该释放机构的有效控制难度极大，存在压裂时提前释放的可能。

201922161517.X公开了一种可开关多功能滑套，该发明首先投小球，压着内滑套下行，开启压裂口，同时压住束爪、固定外滑套，可实现压裂施工；压裂完成后，内滑套在下部弹簧作用下上行关闭压裂口，再投入大球，加压将本体以内的内外滑套，打入到井底或者管柱底部，以使油管通道畅通的目的，与本申请的所要实现的生产中压裂滑套关门挡砂目的不一致；此外，同时在井筒尺寸有限的条件下，采用内外滑套难以满足更多层段压裂的要求；内滑套采用弹簧复位，在大排量压裂与多级压裂滑套串联连接的多层段压裂时，存在节流冲刷本体、滑套及球，弹簧易卡等不足。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种可关门压裂滑套及方法。该发明主要结合压裂时与生产时的不同工况下，流体流向的变化，采用单向皮碗的单向密封方法，设计出具有皮碗门机构的可关门压裂滑套，实现加砂压裂与生产时自主关门。为解决压裂滑套通过压裂口返吐砂或地层碎屑，堵塞油管通道这一问题。

根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种可关门压裂滑套，该压裂滑套包括：上接头、中心管、皮碗门机构、压裂球、喷砂口、球座、锁紧口、挡砂外管和下接头。

其中，所述中心管上端连接上接头，下端连接下接头，所述中心管内部设有球座，所述的球座通过剪钉固定在中心管内部，所述的中心管外部设有皮碗门机构，所述下接头上端连接挡砂外管，所述的中心管外部设有锁紧口。

所述的皮碗门机构由单向皮碗、皮碗座、锁环及皮碗压帽组成，所述的单向皮碗的外径一端大，另一端小，外径大的一端口向外，所述单向皮碗设于皮碗座外部、皮碗压帽内部，所述皮碗座与皮碗压帽通过螺纹相连，所述的锁环为C型环结构，张紧后设于皮碗压帽内、中心管外部。

所述的中心管、挡砂外管和下接头共同形成夹壁环空；压裂时，压裂液通过喷砂口、中心管、挡砂外管及下接头所形成的夹壁环空，推动皮碗门机构开门；生产时，在生产压差作用下，皮碗门机构自动进入夹壁环空而关门，实现挡砂。

所述皮碗门机构进入所述夹壁环空的最里边时，锁环运动至锁紧口处，在弹力作用下，落锁在锁紧口处，皮碗门机构固定关门。

所述的中心管内部投入压裂球，从内部打压增压至剪钉剪断，球座下行，中心管外部通过喷砂口与中心管内部连通，可实现压裂施工,所述的中心管参照附图2根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种可关门压裂滑套的使用方法，包括以下过程：

（1）压裂施工

可关门压裂滑套通过油管按设计下入油气井设计位置后，通过油管投入压裂球，压裂球落到球座上部台阶上，油管内打压至剪钉剪断，球座下行，中心管上的喷砂口露出，通过喷砂口，中心管内部与中心管外部连通，此时，在液压作用下推动皮碗门机构上行，中心管、挡砂外管及下接头所形成的夹壁环空通畅，可实现压裂施工,参照图3；依次按尺寸级差逐级增加球座内径与匹配压裂球尺寸，从下层到上层依次实施，可实现多层段压裂；所述的球座内径与匹配的压裂球尺寸示例可参照附图4所示，但其尺寸大小以及尺寸极差不限于示例所示。

（2）生产时关门

压裂施工完成后，井口采油树闸门开启生产，在生产压差的作用下，皮碗门机构进入中心管、挡砂外管及下接头与一起形成夹壁环空的内部，实现密封与挡砂；在更大的压差作用下，皮碗门机构继续下行，锁环进入中心管上的锁紧口内锁紧皮碗门机构，皮碗门机构固定关门，参照图5。

与现有技术相比，本发明的有益效果具体如下：

（1）本发明结合压裂时与生产时的不同工况下，流体流向的变化，采用单向皮碗的单向密封方法，设计了具有皮碗门机构的可关门压裂滑套，加砂压裂时，流体反向推动皮碗门机构，反向皮碗不具有挡砂、密封功能，中心管、挡砂外管及下接头与一起形成夹壁环空流道通畅，可实现压裂施工；生产时，流体正向推动皮碗门机构进入中心管、挡砂外管及下接头与一起形成夹壁环空的“门框”内部，自主实现密封与挡砂，防止地层碎屑或压裂砂返吐，进入井筒而堵塞井筒；

（2）皮碗门机构设计在压裂滑套中心管外部，从外部控制压裂滑套的喷砂口的开闭，球座设计在中心管内部，从内部控制喷砂口的开闭，从而保障在进行多层段分层段压裂时，即使在复杂多变的井筒压力条件下，压裂滑套的喷砂口打开与喷砂口关闭动作各自独立动作，两种工况转换的可靠性高；

（3）设计带锁紧的皮碗门机构，皮碗门机构下行至锁紧口时，可实现压裂后的压裂滑套的长效关闭。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的中心管示意图；

图3是本发明的压裂施工时压裂滑套及流体流动结构示意图；

图4是本发明的球座内径与匹配的压裂球尺寸示例示意图

图5是本发明的生产时的关门密封结构示意图。

上图中：上接头1、中心管2、皮碗门机构3、锁紧口4、喷砂口5、球座6、锁紧口7、挡砂外管8、剪钉9、下接头10、夹壁环空11。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如附图1所示，本发明一方面公开了一种可关门压裂滑套，该压裂滑套包括：上接头1、中心管2、皮碗门机构3、压裂球4、喷砂口5、球座6、锁紧口7、挡砂外管8和下接头10。

其中，所述中心管2上端连接上接头1，下端连接下接头10，所述中心管2内部设有球座6，所述的球座6通过剪钉9固定在中心管2内部，所述的中心管2外部设有皮碗门机构3，所述下接头10上端连接挡砂外管8，所述的中心管2外部设有锁紧口7。

所述的皮碗门机构3由单向皮碗31、皮碗座32、锁环33及皮碗压帽34组成，所述的单向皮碗31的外径一端大，另一端小，外径大的一端口向外，所述单向皮碗31设于皮碗座32外部、皮碗压帽33内部，所述皮碗座32与皮碗压帽34通过螺纹相连，所述的锁环33为C型环结构，张紧后设于皮碗压帽34内、中心管2外部。

所述的中心管2、挡砂外管8和下接头10共同形成夹壁环空11；压裂时，压裂液通过喷砂口5、中心管2、挡砂外管8及下接头10所形成的夹壁环空11，推动皮碗门机构3开门；生产时，在生产压差作用下，皮碗门机构3自动进入夹壁环空11而关门，实现挡砂。

所述皮碗门机构3进入所述夹壁环空11的最里边时，锁环33运动至锁紧口7处，在弹力作用下，落锁在锁紧口7处，皮碗门机构3固定关门。

所述的中心管2内部投入压裂球4，从内部打压增压至剪钉9剪断，球座6下行，中心管外部21通过喷砂口5与中心管内部22连通，可实现压裂施工。

优选地，所述锁紧口7外径比中心管2上部的外径小2-6mm。

本发明另一方面公开了一种可关门压裂滑套的使用方法，包括以下过程：

（1）压裂施工

如图3所示，可关门压裂滑套通过油管按设计下入油气井设计位置后，通过油管投入压裂球4，压裂球4落到球座6上部台阶上，油管内打压至剪钉9剪断，球座6下行，中心管2上的喷砂口5露出，通过喷砂口5，中心管2内部与中心管2外部连通，此时，在液压作用下推动皮碗门机构3上行，中心管2、挡砂外管8及下接头10所形成的夹壁环空11通畅，可实现压裂施工；如图4所示，依次按尺寸级差逐级增加球座内径与匹配压裂球尺寸，从下层到上层依次实施，可实现多层段压裂；但是，所述的球座内径与匹配的压裂球尺寸大小以及尺寸极差不限于示例所示。

（2）生产时关门

如图5所示，压裂施工完成后，井口采油树闸门开启生产，在生产压差的作用下，皮碗门机构3进入中心管2、挡砂外管8及下接头10与一起形成夹壁环空11的内部，实现密封与挡砂；在更大的压差作用下，皮碗门机构3继续下行，锁环33进入中心管2上的锁紧口7内锁紧皮碗门机构3，皮碗门机构3固定关门。

以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种能关门压裂滑套，其特征在于，所述的压裂滑套包括上接头、中心管、皮碗门机构、压裂球、喷砂口、球座、锁紧口、挡砂外管和下接头；所述中心管上端连接上接头，下端连接下接头，所述中心管内部设有球座，所述的球座通过剪钉固定在中心管内部，所述的中心管外部设有皮碗门机构，所述下接头上端连接挡砂外管，所述的中心管外部设有锁紧口；结合压裂时与生产时的不同工况下，流体流向的变化，采用单向皮碗的单向密封方法，设计了具有皮碗门机构的关门压裂滑套，加砂压裂时，流体反向推动皮碗门机构，反向皮碗不具有挡砂、密封功能，中心管、挡砂外管及下接头一起形成的夹壁环空流道通畅，能实现压裂施工；生产时，流体正向推动皮碗门机构进入中心管、挡砂外管及下接头一起形成的夹壁环空的“门框”内部，自主实现密封与挡砂，防止地层碎屑或压裂砂返吐，进入井筒而堵塞井筒。

2.根据权利要求1所述压裂滑套，其特征在于，所述的皮碗门机构（3）由单向皮碗、皮碗座、锁环及皮碗压帽组成，所述的单向皮碗的外径一端大，另一端小，外径大的一端口向外，所述单向皮碗设于皮碗座外部、皮碗压帽内部，所述皮碗座与皮碗压帽通过螺纹相连。

3.根据权利要求2所述压裂滑套，其特征在于，所述的锁环为C型环结构，张紧后设于皮碗压帽内、中心管外部。

4.根据权利要求1所述压裂滑套，其特征在于，所述的中心管内部投入压裂球，从内部打压增压至剪钉剪断，球座下行，中心管外部通过喷砂口与中心管内部连通，能实现压裂施工。

5.根据权利要求1所述压裂滑套，其特征在于，所述锁紧口外径比中心管上部的外径小2-6mm。

6.根据权利要求1-5任一项权利要求所述压裂滑套的使用方法，其特征在于，所述使用方法如下：

（1）压裂施工

压裂滑套通过油管按设计下入油气井设计位置后，通过油管投入压裂球，压裂球落到球座上部台阶上，油管内打压至剪钉剪断，球座下行，中心管上的喷砂口露出，通过喷砂口，中心管内部与中心管外部连通，此时，在液压作用下推动皮碗门机构上行，中心管、挡砂外管及下接头所形成的夹壁环空通畅，能实现压裂施工；依次按尺寸级差逐级增加球座内径与匹配压裂球尺寸，从下层到上层依次实施，能实现多层段压裂；

（2）生产时关门

压裂施工完成后，井口采油树闸门开启生产，在生产压差的作用下，皮碗门机构进入中心管、挡砂外管及下接头一起形成的夹壁环空的内部，实现密封与挡砂；在更大的压差作用下，皮碗门机构继续下行，锁环进入中心管上的锁紧口内锁紧皮碗门机构，皮碗门机构固定关门。

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