CN113153218B - 一种全通径无限级压裂滑套 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全通径无限级压裂滑套，其包括滑套连接部和滑套开关部。滑套连接部包括第一接箍、第一套管短节、第二接箍及第二套管短节；滑套开关部包括滑套外管、滑套开关座及带球滑套开关；滑套外管的管壁上设置有压裂孔；滑套外管的第一端连接第一套管短节，通过第一接箍与完井管柱的上部套管相连；滑套外管的第二端连接第二套管短节，通过第二接箍与完井管柱的下部套管相连。本发明巧妙地利用工具阶梯角度变化设置滑套开关座和滑套触发开关，同一直径的带球滑套开关可以打开若干滑套，改变了传统投球式滑套开关座不断减小的不足，实现全通径作业，降低了压裂摩阻，工艺简单、可满足水平井无限级压裂、增加致密储层改造体积的要求。
Description
技术领域
本发明属于油气储层水平井分段压裂施工技术领域，尤其涉及一种全通径无限级压裂滑套工具。
背景技术
随着油气勘探开发的深入，常规油气资源量不断减少，而为保障能源需求，具有低孔、低渗特征的非常规油气转为石油工业关注的焦点。为了实现非常规油气资源的高效开发，水平井分段压裂是必不可少的增产措施，旨在储层形成多而复杂的人工裂缝，进而增大改造体积，改善油气运移通道。
现有的分段压裂方法主要包括限流法分段压裂、化学暂堵多级分段压裂、桥塞式多级分段压裂、水力喷射式多级分段压裂、投球式多级滑套分段压裂等。限流法分段压裂是通过控制不同储层段射孔密度实现压裂液进行分流，进而达到多段压裂的目的，但很难控制单段压裂规模，造成各个段的裂缝形态差异较大，偏离压裂设计；化学暂堵多级压裂利用化学试剂暂堵实现分段压裂，对化学堵剂性能要求较高，一方面要求具有高的封堵性，另一方面要求堵剂具有低伤害性和易溶解性能，同时施工程序复杂；桥塞式多级分段压裂技术利用桥塞或者压裂塞对相邻两级之间进行机械封隔，实现多级压裂，在压裂过程中需要多次起下管柱，压裂周期长，压后还需要对井中的桥塞进行清除作业；水力喷射式多级分段压裂主要利用连续油管拖动喷嘴组合工具进行分段射孔、压裂作业，压裂过程中利用沙堆或者封隔器进行相临压裂段的封隔，或与套管滑套配合作业进行分段压裂，因受连续油管性参数影响，作业井深度受限，同时，在拖动过程中存在因井筒中残留支撑剂遇卡的风险；投球式多级滑套压裂利用压裂球与滑套中的封堵结构相互配合，实现的已压裂层级的分隔。压裂过程中无需使用连续油管、油管管柱、电缆或钢丝绳等井筒干预，从原理上实现了一趟管柱完成所有层级的压裂作业，工序简单，作业周期短、成本低而在现场得到了广泛应用。随着页岩气、致密气、煤层气的开发的深入，基于提高储层改造体积的高效增产需求，水平井的水平段长度不断增大，对水平段压裂级数的需求也随之上升。当压裂级数超过10级时，流法分段压裂、化学暂堵多级分段压裂难以满足精准的压裂要求，而桥塞式多级分段压裂在作业成本上也不是最佳选择；连续油管和无限级滑套工艺配套使用可以实现无限级压裂，但是常常受限于连续油管长度，不能在深井、超深井使用；而传统的投球式滑套存在“级差”现象，理论上在直径有限的套管或井筒内，只能获得有限的压裂级数。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种全通径无限级压裂滑套，该工具继承了传统投球式滑套的可靠性，利用含有角度变化的压裂滑套触发开关解决因级差现象限制压裂级数的问题，可实现全通径、一趟管柱不限次数的无限级压裂改造。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种全通径无限级压裂滑套，包括滑套连接部和滑套开关部；所述滑套连接部包括第一接箍、第一套管短节、第二接箍及第二套管短节；所述滑套开关部包括滑套外管、滑套开关座及带球滑套开关；所述滑套外管的管壁上设置有压裂孔；所述滑套开关座为管状圆柱体，其内直径与所述套管短节内直径相同；所述滑套开关座通过剪切销钉固定在滑套外管内部；所述滑套开关座外壁上设置有密封部件，所述滑套开关座在固定状态下通过所述密封部件对所述压裂孔形成封闭，所述滑套开关座内壁上设有角度梯台；所述带球滑套开关包括开关体和憋压球，所述开关体为管状圆柱体，其下半部剖切为斜面，所述开关体内壁上设有球固定键和挡球台，用于固定其内部的所述憋压球防止脱离，所述开关体外壁上设有角度凹槽，所述角度凹槽包括相互连通的第一角度凹槽、第二角度凹槽和第三角度凹槽，所述第二角度凹槽的角度与所述滑套开关座的角度梯台角度匹配，能够实现合扣进而在憋压下触发滑套打开；所述滑套外管的第一端连接第一套管短节，所述第一套管短节通过第一接箍与完井管柱的上部套管相连；所述滑套外管的第二端连接第二套管短节，所述第二套管短节通过第二接箍与完井管柱的下部套管相连，所述完井管柱套管内直径与所述套管短节内直径相同。
进一步地，所述带球滑套开关内直径与滑套开关座外直径相匹配，所述滑套开关座内直径与带球滑套开关外直径相匹配，带球滑套开关落入滑套开关座后，滑套上部形成密闭空间。
进一步地，所述压裂孔为多个。
进一步地，所述剪切销钉为多个。
进一步地，角度梯台前端设有引入导角，用于引导带球滑套开关实现滑入滑套开关座。
进一步地，所述引入导角为60度。
进一步地，所述开关体下半部剖切为45度斜面。
进一步地，所述角度凹槽包括相互连通的第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽；
进一步地，所述第二凹槽角度与对应的所述滑套开关座角度梯台的角度相等，所述第一凹槽角度小于第二凹槽角度，所述第三凹槽从90度的广口凹槽渐变为第二角度凹槽的角度。
进一步地，压裂顺序从水平井趾部到端部按照角度降低序列逐次进行分段压裂。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明传承了传统投球式压裂的一趟管柱、工艺简单的优势，同时改变了传统投球式球座不断减小的不足，实现全通径作业，降低了压裂摩阻。
2、本发明巧妙地利用工具阶梯角度变化设置滑套开关座和滑套触发开关，同一直径的带球滑套开关可以打开若干滑套，根据设计级数自由设计阶梯角度，可满足水平井无限级压裂、增加致密储层改造体积的要求。
3、本发明具有结构简单，原理可靠，成本低，作业周期短等优点，在非常规储层水平井分段压裂施工技术领域具有很高的实用价值和推广价值。
附图说明
图1是本发明无限级压裂滑套工具结构示意图；
图2是滑套开关座结构剖视图；
图3是滑套开关座结构右视图；
图4是滑套开关座结构仰视图；
图5是带球滑套打开开关结构主视图；
图6是带球滑套打开开关结构右视图；
图7是带球滑套打开开关仰视图；
图8是带球滑套打开开关仰视图的右视图。
图中：
1-滑套连接部；101-第一接箍；102-第一套管短节；103-第二套管短节；104-第二接箍；2-滑套开关部；21-滑套外管；22-滑套开关座；23-带球滑套开关；211-压裂孔；212-剪钉；221-滑套开关座体；222-角度梯台；223-密封圈；224-引入导角；231-固球键；232-憋压球；233-角度凹槽；2331-第一角度凹槽；2332-第二角度凹槽；2333-第三角度凹槽；234-挡球台；235-开关主体；3-完井管柱上部套管；4-完井管柱下部套管。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更为清楚，下面结合附图1-8和实施例对本发明作进一步说明。
具体实施例照附图1所示，一种全通径无限级压裂滑套，包括滑套连接部1和滑套开关部2；滑套连接部1包括第一接箍101、第一套管短节102、第二套管短节103及第二接箍104；滑套开关部2包括滑套外管21、滑套开关座22及带球滑套开关23；滑套外管21的管壁上设置有压裂孔211；滑套外管21的第一端通过第一套管短节102，利用第一接箍101与完井管柱上部套管3相连；滑套外管21的第二端通过第二套管短节103，利用第二接箍104与完井管柱下部套管4相连。
如附图2、3和4所示，滑套开关座22为管状圆柱体，滑套开关座22通过剪切销钉212固定在滑套外管21内部；滑套开关座22的滑套开关座体221外壁上设置有密封圈223，滑套开关座22在固定状态下通过密封圈223对压裂孔211形成封闭，安装初始状态时，滑套外管21内的滑套开关座22与第二套管短节104间留有一段间隙，用于滑套开关座22受压后下滑，使得压裂孔211露出开通。其中完井管柱套管直径与滑套开关座体221、套管短节的直径相同，以有利于带球滑套开关23在整个管体内移动。滑套开关座22内壁上设有角度梯台222，角度梯台222用作滑套打开开关件；参照附图5-8所示，带球滑套开关23包括开关主体235和憋压球232，开关主体235为管状圆柱体，其下半部剖切为45度斜面。开关主体235内壁上设有固球键231和挡球台234，用于固定其内部的憋压球232防止脱离，开关主体235外壁上设有角度凹槽233，角度凹槽233包括相互连通的第一角度凹槽2331、第二角度凹槽2332和第三角度凹槽2333，其中，如附图6、附图3所示，在同一压裂级(或压裂段)中，第二角度凹槽2332的角度b与滑套开关座22的角度梯台222角度a相同，且带球滑套开关23与滑套开关座22外直径相等，从而二者匹配，能够实现合扣进而在憋压下触发滑套打开；第三角度凹槽2333从90度的广口凹槽渐变为第二角度凹槽2332的与压裂滑套上角度梯台222匹配的角度，第一角度凹槽2331的角度小于第二角度凹槽2332。角度梯台222的一端设有60度的光滑引入导角224，用于与角度凹槽233对接，实现合扣。需要注意的是，本发明中所有的角度都是与管柱同心的，所有段数的憋压球为同一直径。
角度凹槽233、角度梯台222根据压裂级数要求，自由设计相邻级梯台角度差，并且每一级的带球滑套开关23的第二角度凹槽2332与该级的滑套开关座22的角度梯台222角度匹配，能够实现合扣进而在憋压下触发滑套打开。滑套开关座当相邻压裂级的角度差为4度时，最小角度凹槽233中的第一角度凹槽2331若设置为角度16度，则最小梯台设置为18度，第一角度凹槽2331与第二角度凹槽2332的槽宽度不一样是因为与滑套开关座22上的角度梯台222对应，角度梯台222需要卡住，所列举的16，18度，是个组合示例，槽宽度相差2个角度，比如第一角度凹槽2331、第二角度凹槽2332是16、18度，对应的角度梯台222就是18度，这样18度的角度梯台222被滑套开关上的第一角度凹槽2331的16度边卡住，止于16度的第一角度凹槽2331，当压力增加后，剪切销钉212被剪断，推动滑套开关座22下滑，理论最大级数可达85级。压裂顺序从水平井趾部到端部按照角度降低序列逐次进行分段压裂。由于带球滑套开关23角度凹槽233与该级的滑套开关座22角度梯台222角度随着级数的增加而增加，所以压裂时从趾部到端部顺序压裂，趾部角度梯台222和角度凹槽233对应的角度最大，端部角度梯台222和角度凹槽233角度最小。
带球滑套开关23入座后进行液体密封憋压作用，憋压球232被固球键231和挡球台234固定在带球滑套开关23内部，防止脱离。由于带球滑套开关23和滑套开关座22采用阶梯角度设计，根据匹配的角度触发滑套打开，可以实现水平井较多级数压裂，工具结构简单，可靠性高。
具体使用时，全通径无限级压裂滑套工具根据水平井压裂设计与完井管柱一起下放到预定位置。根据设计段数选用无限级压裂滑套工具数量。该滑套工具与完井管柱套管连接后一起下入井中，按照压裂设计层位进行安置。
压裂时，按与滑套开关座22角度梯台222对应的位置向完井管柱套管内投入带球滑套开关23，小排量泵送，由于带球滑套开关23下半部设计剖切为45度斜面，所以通过小排量泵入，可以快速准确地实现进入滑套开关座22，为了预防可能出现的小角度偏差，角度梯台222的一端设计为60度的光滑引入导角224，其接触到带球滑套开关23内部的第三角度凹槽2333时，沿第三角度凹槽2333渐变弧度的槽边引导，进入到第二角度凹槽2332，因与压裂滑套上角度梯台222匹配的角度及直径，其与角度凹槽233对接，实现合扣，并被角度更小的第一角度凹槽2331卡位停止，从而使带球滑套开关23落入相应的滑套开关座22内。此时滑套工具上部形成密闭空间，完井管柱内液体通道被封堵，因其间小排量泵送并未停止，因此管柱内压力增加，当管柱内压力增加到剪切销钉212临界值时，剪切销钉212被剪断，滑套开关座22下移，封闭在滑套开关座22密封圈223内的压裂孔211露出开通，压裂液从压裂孔211进入环空，建立新的压裂液通道，而滑套开关座22下滑后到与第二套管短节104的接头处被止位，管柱内依旧是密闭空间，压裂液持续从压裂孔211进入环空，直至达到工程需求，小排量泵送停止，压裂液通道建立完成。
压裂完成后，合层排采，由于压裂球采用可溶性材料，压裂完成后压裂球在压裂施工中被溶解，形成全通径开采管柱。
上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的范围。
Claims (9)
1.一种全通径无限级压裂滑套，其特征在于，其包括滑套连接部和滑套开关部；
所述滑套连接部包括第一接箍、第一套管短节、第二接箍及第二套管短节；
所述滑套开关部包括滑套外管、滑套开关座及带球滑套开关；所述滑套外管的管壁上设置有压裂孔；所述滑套开关座为管状圆柱体，其内直径与所述套管短节内直径相同；所述滑套开关座通过剪切销钉固定在滑套外管内部；所述滑套开关座外壁上设置有密封部件，所述滑套开关座在固定状态下通过所述密封部件对所述压裂孔形成封闭，所述滑套开关座内壁上设有角度梯台；所述带球滑套开关包括开关体和憋压球，所述开关体为管状圆柱体，其下半部剖切为斜面，所述开关体内壁上设有球固定键和挡球台，用于固定其内部的所述憋压球防止脱离，所述开关体外壁上设有角度凹槽，所述角度凹槽包括相互连通的第一角度凹槽、第二角度凹槽和第三角度凹槽，所述第二角度凹槽的角度与所述滑套开关座的角度梯台角度匹配，能够实现合扣进而在憋压下触发滑套打开；
所述滑套外管的第一端连接第一套管短节，所述第一套管短节通过第一接箍与完井管柱的上部套管相连；所述滑套外管的第二端连接第二套管短节，所述第二套管短节通过第二接箍与完井管柱的下部套管相连，所述完井管柱套管内直径与所述套管短节内直径相同。
2.根据权利要求1 所述的全通径无限级压裂滑套，其特征在于，所述滑套开关座内直径与带球滑套开关外直径相匹配，带球滑套开关落入滑套开关座后，滑套上部形成密闭空间。
3.根据权利要求1所述的全通径无限级压裂滑套，其特征在于，所述压裂孔为多个。
4.根据权利要求1所述的全通径无限级压裂滑套，其特征在于，所述剪切销钉为多个。
5.根据权利要求1所述的全通径无限级压裂滑套，其特征在于，角度梯台前端设有引入导角，用于引导带球滑套开关实现滑入滑套开关座。
6.根据权利要求5所述的全通径无限级压裂滑套，其特征在于，所述引入导角为60度。
7.根据权利要求1所述的全通径无限级压裂滑套，其特征在于，所述开关体下半部剖切为45度斜面。
8.根据权利要求1所述的全通径无限级压裂滑套，其特征在于，所述第二角度凹槽的角度与对应的所述滑套开关座角度梯台的角度相等，所述第一角度凹槽的角度小于第二角度凹槽的角度，所述第三角度凹槽从90度的广口凹槽渐变为第二角度凹槽的角度。
9.根据权利要求1所述的全通径无限级压裂滑套，其特征在于，压裂顺序从水平井趾部到端部按照角度降低序列逐次进行分段压裂。
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