CN113090210A - 一种变径推送短接装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种变径推送短接装置，其用于非常规页岩气小直径射孔压裂联作管串内，其包括：设置于主壳体内的曲柄连杆机构；活塞，其内设置有弹簧，弹簧的一端分别与曲柄连杆机构相连；中心杆，其一端与弹簧相连，另一端与电缆相连。本发明能够根据井筒内泵送压力的变化调整推送短接装置的外径，当联作管串向前推进时，曲柄连杆结构伸出主壳体，形成伞状，增加联作管串外径，增大水力泵送推力，提高泵送效率。当联作管串遇到套管缩径段时，环空间隙缩小，泵送推力急剧增大，由于中心杆受电缆的拉力，主壳体在推力的作用下与活塞分离，带动曲柄连杆结构缩回主壳体，减小联作管串外径，保证套管缩径段的通过性。

Description

一种变径推送短接装置

技术领域

本发明涉及非常规页岩气井小直径射孔压裂联作管串结构设计技术领域，具体而言，涉及一种变径推送短接装置。

背景技术

水力泵送射孔与桥塞联作管串分段压裂技术是国内外开发页岩气的主要方法之一，它能够快速为连续分段压裂施工和采气提供通道，具有封隔可靠、分段压裂级数不受限制、裂缝布放位置精准的特点。随着非常规页岩气井开采不断向地层深处拓展，井筒的地质环境变得越来越复杂，且受地质灾害频发及大型水力压裂的影响，套管缩径变形的现象越来越多，给水力泵送射孔与压裂联作管串带来很大挑战，主要表现在：受套管变形(套变)的影响，联作管串在井筒中的通过性受到考验，容易在套变位置发生卡阻现象。

目前解决套变导致的联作管串卡阻问题的主要方法有：(1)采用梨形整形器或通过注入携砂液段塞打磨套管壁的方法对变形区进行修复，这种方法直接有效，但效率较低，技术要求高，如果变形区较多，耗时耗力。(2)通过增大套管的抗变形能力预防卡阻现象，如使用加厚的高强度套管、加强筋套管和双层组合套管，但该方法经济成本太高。(3)减小射孔压裂联作管串的直径，以保证能够顺利通过套管变形区域，但管串直径的减小会增加井筒与联作管串的环空间隙，所需泵送压力及排量会大幅增大，这对井筒承压能力及水力泵送控制提出了更高的要求，也大大增加了作业成本。

现有文献《快速泵送桥塞下套变井的新工艺方法与流程》介绍了一种新的快速泵送桥塞下套变井的新工艺方法，如图1所示。其具体方案为：把锯齿状的可溶橡胶装置001复合在小直径桥塞或工具串上，其形状为伞形等有一定强力、张力能水力泵送推动桥塞在水平井中向前运动。在前方遇阻时能向后缩小直径或变形通过套变区域002。在遇到套变比较大的区域时，如果小直径桥塞或小直径工具串卡在套变区域002时，可溶橡胶装置001能够在数小时内快速溶解使小直径桥塞和工具串能够快速提起。该方法采用可溶橡胶调整联作管串外径，可调范围有限，仍然存在套管缩径段卡阻的极大风险，若采用溶解橡胶装置的方法解阻，耗费时间长，耽误工期。

发明内容

为解决上述缺陷，本发明提供了一种变径推送短接装置，该变径推送短接装置能够根据井筒内泵送压力的变化调整外径，即可提高联作管串泵送的效率，也可保证套管缩径段良好的通过性。

本发明提供一种变径推送短接装置，其包括：主壳体，其设置多个腰孔，多个所述腰孔沿着主壳体的轴线方向均匀分布；设置于所述主壳体内的多个曲柄连杆机构，多个所述曲柄连杆机构围绕主壳体的轴线方向均匀分布，每个所述曲柄连杆机构的中部可穿过相应所述腰孔伸出主所述壳体或缩回所述主壳体；设置于所述主壳体的一端的活塞，所述活塞与主壳体同轴线设置，所述活塞内设置有多个弹簧，多个所述弹簧围绕活塞的轴线方向均匀分布，多个所述弹簧的一端分别与相应的所述曲柄连杆机构相连；设置于活塞的一端的中心杆，所述中心杆的一端与多个所述弹簧的另一端分别相连，所述中心杆的另一端与电缆相连；外径扩展体，其与多个所述曲柄连杆机构分别连接。

于本发明的一种实施方式中，所述曲柄连杆机构包括曲柄、连杆和拉杆，所述曲柄的固定端与所述主壳体相铰接，所述曲柄的活动端与所述连杆的一端相铰接，所述连杆的另一端与所述拉杆的一端相铰接，所述拉杆的另一端与所述弹簧的一端相连接以适于随着所述弹簧压力的变化使得所述曲柄、所述连杆均可活动穿过腰孔伸出所述主壳体或缩回所述主壳体。

于本发明的一种实施方式中，所述曲柄连杆机构的数量不少于3个。

于本发明的一种实施方式中，所述曲柄连杆机构的数量为4个。

于本发明的一种实施方式中，所述中心杆与所述活塞通过螺纹连接。

于本发明的一种实施方式中，所述主壳体的另一端与桥塞联作管串通过螺纹连接。

于本发明的一种实施方式中，所述中心杆的另一端与电缆相连。

于本发明的一种实施方式中，所述外径扩展体与每个曲柄连杆机构的曲柄分别相连。

于本发明的一种实施方式中，所述外径扩展体由帆布材质组成。

于本发明的一种实施方式中，所述曲柄呈弧形。

于本发明的一种实施方式中，所述连杆、所述拉杆均呈直线形。

本发明设计了一种用于桥塞防卡阻的变径推送短接装置，该装置在套管变形区通过曲柄连杆机构的运动来改变装置的直径，使变径推送短接装置在正常工况下可以保持大直径状态，泵送过程能够获得足够的推力，使其能在泵送小直径桥塞到设计位置的水平井筒段，克服了工作效率低的特点。而在套管变形处，装置前后压差发生改变，带动曲柄连杆机构运动使装置保持小直径状态，避免了大直径桥塞因井筒套变内径变小而卡在套变区域，从而快速泵送桥塞下套变井，保证推送过程的顺利完成，避免了套变事故，提高了生产效率。该装置结构简单，解决了射孔桥塞联作管串泵送卡阻问题的同时节约作业成本。

本发明中变径推送短接装置一端与电缆连接，另一端与桥塞联作管串连接。在正常泵送工况下，由于变径推送短接装置两端存在压差，短接此时受压力作用，主壳体和活塞两部分贴合，在内置弹簧的作用下，曲柄连杆机构运作，弹簧推动连杆滑动，带动曲柄向外转动，装置外径增加，联作管串与井筒的间隙减小，且推力越大，短接外径变化范围越大，联作管与井筒的间隙就越小，泵送压力也会越大，有利于桥塞推送。

当泵送过程中经过套变区域时，由于流速增大，导致变径推送短接装置末端压力减小，变径推送短接装置整体受拉力作用，变径推送短接装置通过曲柄连杆机构的运动调整来减小变径推送短接装置外径，此时，主壳体与活塞分离，拉杆滑动带动曲柄向内转动，变径推送短接装置外径减小，保证套变缩径段中泵送过程的通过性。泵效外径调整短接通过外径尺寸与自身割槽的共同作用增大压降，提高泵效。

综上所述，本发明提供一种变径推送短接装置，本发明的有益效果是：

(1)该变径推送短接装置能够根据井筒内泵送压力的变化调整外径，在套变井筒中有良好的通过性；

(2)该装置能够有效提高增大短接前后压差，提高泵效；

(3)该装置结构简单，制作成本低，且不必多次更换，经济实用。

(4)该装置适用范围广，可以适应不同的桥塞推送工况，且在通过连续多个套管变形区工况下，作用尤其明显。

附图说明

图1为现有技术中泵送桥塞下套变井的新工艺方法的原理示意图。

图2为变径推送短接装置主视图。

图3为曲柄张开前的变径推送短接装置的剖视图。

图4为图3中沿A-A面剖视图。

图5为曲柄张开后变径推送装置剖视图。

图6为图5中沿A-A面剖视图。

图7为本发明的一实施例提供的变径推送短接装置的工作过程示意图。

要元素符号说明：

001、可溶橡胶装置；002、套变区域；1、主壳体；2、曲柄；3、连杆；4、拉杆；5、活塞；6、弹簧；7、中心杆；8、外径扩展体；9、电缆；901、垂直段；902、套变缩径段；903、垂直段；904、套管；905、通过缩径段前的变径推送短接装置；906、通过缩径段时的变径推送短接装置；907、通过缩径段后的变径推送短接装置。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

如图2至6所示，本实施例提供一种变径推送短接装置，其包括主壳体1、曲柄连杆机构、活塞5、中心杆7和外径扩展体8。

其中，主壳体1设置多个腰孔，多个腰孔沿着主壳体1的轴线方向均匀分布。主壳体1的一端与活塞5相连，另一端与桥塞联作管串通过螺纹连接。

接着，多个曲柄连杆机构设置于主壳体1内，多个曲柄连杆机构围绕主壳体1的轴线方向均匀分布，每个曲柄连杆机构的中部可穿过相应腰孔伸出主壳体1或缩回主壳体1。

于本实施例中，曲柄连杆机构包括曲柄2、连杆3和拉杆4，曲柄2的固定端与主壳体1相铰接，曲柄2的活动端与连杆3的一端相铰接，连杆3的另一端与拉杆4的一端相铰接，拉杆4的另一端与弹簧6的一端相连接以适于随着弹簧6压力的变化使得曲柄2、连杆3均可活动穿过腰孔伸出主壳体1或缩回主壳体1。

曲柄连杆机构的数量不少于三个。于本实施例中，曲柄连杆机构的数量为四个。四个曲柄连杆机构围绕主壳体1的轴线方向均匀分布。

在其他实施例中，曲柄连杆机构数量为五个或六个。五个或六个曲柄连杆机构围绕主壳体1的轴线方向均匀分布，该设计均可以满足本发明变径的需求，均属于本发明的保护范围。

其次，活塞5设置于主壳体1的一端，活塞5与主壳体1同轴线设置，活塞5内设置有多个弹簧6，多个弹簧6围绕活塞5的轴线方向均匀分布，多个弹簧6的一端分别与相应的曲柄连杆机构相连。于本实施例中，4个弹簧6围绕活塞5的轴线方向均匀分布，每个弹簧6的一端与相应的曲柄连杆机构相连。

再者，中心杆7设置于活塞5的一端，中心杆7的一端与多个弹簧6的另一端分别相连，中心杆7的另一端与电缆9相连。于本实施例中，中心杆7与活塞5通过螺纹连接。

外径扩展体8与多个曲柄连杆机构分别连接。于本实施例中，外径扩展体8的四个角与每个曲柄连杆机构的曲柄分别相连。当变径推送短接装置张开时，曲柄连杆机构带动外径扩展体8展开，当曲柄连杆机构缩回时，外径扩展体8被缩回。

进一步地，外径扩展体8由帆布材质组成，可以起到增加泵效的作用。也可以选择其它与帆布类似材质，只要起到增加泵效的作用，均属于本发明的保护范围。

工作过程：如图7所示，在套管904的垂直段901，在正常工作状态下，变径推送短接装置处于张开状态，如图7中通过缩径段前的变径推送短接装置905所示，此时整个变径推送短接装置承受压力，压力越大，通过活塞5传给拉杆4的力也就越大，从而推动连杆3和曲柄2的运动，外径扩展体8的张开度也就越大，外径变化范围也越大。外径的增大使得与主壳体1连接的桥塞联作管串受到的推力越大，从而有效的增加泵效。

当整个变径推送短接装置运行到套变缩径段902附近时，变径推送短接装置外径与井筒之间的间距急剧减小，这时泵送推力急剧增大，井筒内的流体流速在该位置也急剧增大，根据伯努利原理，流速增大，压强减小，从而使得主壳体1前后压差增大，而中心杆7受到电缆9的拉力，这时变径推送短接装置整体受拉力，主壳体1与活塞5分离，带动曲柄连杆机构运动，使得外径扩展体8收缩，从而减小了变径推送短接装置的外径，如图7中通过缩径段时的变径推送短接装置906所示，使得变径推送短接装置能够顺利通过套变区域。

变径推送短接装置通过套变区域后进入垂直段903，其外径与井筒之间的间隙增大，通过间隙的流速降低，进而变径推送短接装置前后的压差减小，当达到临界值时，整个短接又受到压力作用，活塞5带动曲柄连杆机构运动，使得外径扩展体8向外扩展，如图7中通过缩径段后的变径推送短接装置907所示，变径推送短接装置外径增大，受到的推力也越大，增加泵效，节约了泵送成本。

以上仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变径推送短接装置，其特征在于，其包括：

主壳体，其设置多个腰孔，多个所述腰孔沿着主壳体的轴线方向均匀分布；

设置于所述主壳体内的多个曲柄连杆机构，多个所述曲柄连杆机构围绕主壳体的轴线方向均匀分布，每个所述曲柄连杆机构的中部可穿过相应所述腰孔伸出主所述壳体或缩回所述主壳体；

设置于所述主壳体的一端的活塞，所述活塞与主壳体同轴线设置，所述活塞内设置有多个弹簧，多个所述弹簧围绕活塞的轴线方向均匀分布，多个所述弹簧的一端分别与相应的所述曲柄连杆机构相连；

设置于活塞的一端的中心杆，所述中心杆的一端与多个所述弹簧的另一端分别相连，所述中心杆的另一端与电缆相连；

外径扩展体，其与多个所述曲柄连杆机构分别连接。

2.根据权利要求1所述的变径推送短接装置，其特征在于，所述曲柄连杆机构包括曲柄、连杆和拉杆，所述曲柄的固定端与所述主壳体相铰接，所述曲柄的活动端与所述连杆的一端相铰接，所述连杆的另一端与所述拉杆的一端相铰接，所述拉杆的另一端与所述弹簧的一端相连接以适于随着所述弹簧压力的变化使得所述曲柄、所述连杆均可活动穿过腰孔伸出所述主壳体或缩回所述主壳体。

3.根据权利要求1所述的变径推送短接装置，其特征在于，所述曲柄连杆机构的数量不少于3个。

4.根据权利要求1所述的变径推送短接装置，其特征在于，所述曲柄连杆机构的数量为4个。

5.根据权利要求1所述的变径推送短接装置，其特征在于，所述中心杆与所述活塞通过螺纹连接。

6.根据权利要求1所述的变径推送短接装置，其特征在于，所述主壳体的另一端与桥塞联作管串通过螺纹连接。

7.根据权利要求2所述的变径推送短接装置，其特征在于，所述外径扩展体与每个所述曲柄连杆机构的曲柄分别相连。

8.根据权利要求1或7所述的变径推送短接装置，其特征在于，所述外径扩展体由帆布材质组成。

9.根据权利要求2所述的变径推送短接装置，其特征在于，所述曲柄呈弧形。

10.根据权利要求2所述的变径推送短接装置，其特征在于，所述连杆、所述拉杆均呈直线形。

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