CN113719257B - 一种全通径无限级智能压裂滑套及其分层压裂实施方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及压裂滑套领域，更具体的说是一种全通径无限级智能压裂滑套及其分层压裂实施方法。所述实施方法包括以下步骤：S1、进行层位地址设置，实现各压裂滑套与目标压裂层段的一一对应；S2、设置油管，完成多段压裂滑套串联的施工管柱；S3：在滑套关闭状态时，通过定时或压力脉冲或投放电子标签方式，将动作指令传输给电路板，电路板解析控制指令后，驱动直流电机反转，实现伸缩球座的伸出；S4、从井口投放压裂球，从而实现管柱内通道的阻断；S5、通过井口泵车加压，在压裂球两端产生压差，在压差作用下，实现所述压裂滑套内、外空间的连通，此状态下即可实施压裂施工作业；S6、通过三种控制方式，可以重新恢复滑套全通径状态。
Description
技术领域
本发明涉及压裂滑套领域，更具体的说是一种全通径无限级智能压裂滑套及其分层压裂实施方法。
背景技术
随着我国投入开发的中、高渗透性油气田越来越少，低渗透油田越来越多，对于低渗透油田的有效开发显得尤为重要。压裂是油气井增产、注水井增注的一项重要技术措施，是特低、低渗透油层改造和中、高渗透油层解堵的有效手段之一。各油藏均面临油水井层多、跨距大、物性差异大的问题，随着地层压力的下降，油田层间矛盾越来越制约油藏纵向层间动用平衡，油井高渗透层动用程度大，出水多，低渗透层动用程度低甚至未动用。注水井高渗透层吸水指数高，强吸水，造成对应油井高渗层水窜，低渗层不吸水欠注，注水不见效。为了提高采收率，最大限度挖掘各油层潜能，应该对油层进行压裂改造。
现有分层压裂工艺主要有填砂分层压裂工艺、双封隔器拖动分层压裂、电控液驱压裂滑套和投球分层压裂工艺等。但这些工艺都有其自身的局限性，填砂分层压裂工艺作业时间长，在上层压裂改造完成后，还需要压井进行冲砂作业，冲砂作业液体对上下油层伤害相对较严重，直接影响油井单井产量，并且如果两层层间距相对较小，下层则很难进行封堵；双封隔器拖动分层压裂虽然施工方便，速度快，但压完一层需放喷反洗，活动管柱，封隔器胶筒易损坏，压下一层时封隔器封隔效果难以确认。
其中，作为应用较为成熟的投球分层压裂工艺中，因工具结构及实施工艺限制，由上至下各层段压裂滑套球座需逐级缩径，无法实现全通径压裂，从而限制了压裂施工的排量以及段数；作为技术较为先进的电控液驱压裂滑套，虽然可以解决全通径、无限级问题，但因其压裂通道的开关全部依靠工具内部电机驱动或结合内置液压源驱动，导致开关动力受限，在井下大压差或卡阻的工况下，易出现无法开启的问题。
发明内容
本发明提供一种全通径无限级智能压裂滑套及其分层压裂实施方法，目的是可以实现全井管柱与压裂滑套全通径。
上述目的通过以下技术方案来实现：
一种全通径无限级智能压裂滑套，包括滑套外壳体，以及设置在滑套外壳体左侧的过液孔，以及安装在滑套外壳体右端的过渡腔体，以及安装在滑套外壳体内壁的轴系腔体，以及安装在轴系腔体左端的滑套阀芯，以及安装在轴系腔体左端且位于滑套阀芯内壁的伸缩球座，以及安装在轴系腔体内壁用于驱动伸缩球座直线运动的驱动轴系，以及安装在轴系腔体右端的内壳；其中所述内壳与轴系腔体形成通径，内壳能够直线移动抵在过渡腔体上延伸所述通径；其中所述驱动轴系包括传动楔块，以及安装在传动楔块右端的密封座，以及驱动传动楔块直线运动的伸缩推杆，以及与伸缩推杆螺纹连接的转动丝杠，以及安装在转动丝杠右侧的轴承组件，以及转动丝杠的联轴器；其中所述转动丝杠通过的直流电机驱动实现转动；所述接头包括上接头和下接头，上接头安装在滑套外壳体的左端，上接头与轴系腔体形成通径。为精简描述，通径指互相连通，同轴线设置且相同的内径。
所述内壳包括两个电控腔体，以及连接两个电控腔体的电控腔体外套，以及安装在两个电控腔体内壁的电控腔体内衬，所述电控腔体内衬、电控腔体外套和两个电控腔体之间形成两个密闭空间Ⅰ，其中一个密闭空间Ⅰ用于放置直流电机。
还包括设置在另外一个密闭空间Ⅰ内的电路板，以及设置在轴系腔体上的压力传导孔，以及安装在其中一个电控腔体内的压力传感器，以及安装在过渡腔体内部且与电路板通过导线电控连接的无线通信模块；所述压力传感器所处空间与压力传导孔连通，电路板通过导线与直流电机和压力传感器电控连接，电路板集成的主控单片机用于定时控制模式。
还包括安装在位于右侧的过渡腔体右端的电池腔外壳体，以及安装在电池腔外壳体内壁的电池腔内衬，以及电池组；所述电池腔外壳体、电池腔内衬和过渡腔体形成密闭空间Ⅱ，电池组位于所述密闭空间Ⅱ内，电池组通过导线与电路板连接，电池腔内衬与过渡腔体形成通径；下接头安装在电池腔外壳体的右端，下接头与电池腔外壳体形成通径。
使用上述压裂滑套进行分层压裂的实施方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1、进行层位地址设置，实现各压裂滑套与目标压裂层段的一一对应；
S2、设置油管，通过上接头与上部的油管连接，通过下接头与下部的油管连接，从而完成多段压裂滑套串联的施工管柱；
S3：在滑套关闭状态时，通过定时或压力脉冲或投放电子标签方式，将动作指令传输给电路板，电路板解析控制指令后，通过电池组供电，驱动直流电机反转，实现伸缩球座的伸出；
S4、从井口投放压裂球，因目标压裂层段滑套的伸缩球座处于伸出状态，压裂球会坐落在伸缩球座上，从而实现管柱内通道的阻断；
S5、通过井口泵车加压，在压裂球两端产生压差，在压差作用下，压裂球移动并通过伸缩球座将开启动力传递给滑套阀芯，滑套阀芯随各移动零件移动用以暴露出过液孔，实现所述压裂滑套内、外空间的连通，此状态下即可实施压裂施工作业；
S6、当该层段压裂施工结束后，通过三种控制方式，还可实现伸出球座的收回，重新恢复滑套全通径状态。
本发明一种基于电控球座的压裂滑套的有益效果为：
采用电控伸缩球座，仅压裂施工时球座伸出，非压裂段滑套球座处于收缩状态，且当前层段压裂施工结束后，可控制电控球座再次收回，从而实现全井管柱与压裂滑套全通径、压裂排量不受限、压裂级数不受限。
压裂通道的开启依靠井口投球打压方式，电机驱动机构仅用于球座的伸出与收回，不承担滑套开启所需的大动力输出， 从而降低了滑套内电控驱动机构负荷，提高了电控驱动可靠性。
电控球座的伸缩动作可采用多种方式控制：一是定时动作控制、二是井口投放电子标签控制、三是压力脉冲控制，从而满足了现场施工时的多元化控制需求，增加了施工工艺的选择性。
附图说明
图1为一种基于电控球座的压裂滑套的整体结构剖视图；
图2为驱动轴系以及安装环境剖视图；
图3示意了施工作业时不同状态示意图；
图4和图5均为图1的局部放大图。
实施方式
下面结合图1和图2说明本实施方式，一种基于电控球座的压裂滑套包括上接头1、滑套外壳体2、滑套阀芯3、伸缩球座4、轴系腔体5、驱动轴系6、直流电机7、电控腔体内衬8、无线通信模块9、电池腔外壳体10、电池腔内衬11、电池组12、下接头13、电路板14、电控腔体外套15、压力传感器16、压力传导孔17、过液孔18、电控腔体19、过渡腔体20和压裂球21；其中驱动轴系6包括传动楔块6-1、密封座6-2、伸缩推杆6-3、转动丝杠6-4、轴承组件6-5和联轴器6-6，各节外壳体均采用螺纹连接。
具体的，上接头1与滑套外壳体2通过螺纹连接，滑套外壳体2与过渡腔体20通过螺纹连接，过渡腔体20与电池腔外壳体10通过螺纹连接，电池腔外壳体10通过螺纹与下接头13连接。
进一步的，轴系腔体5在滑套外壳体2内部只能直线移动，运动方向由图示左侧向右侧移动，轴系腔体5与电控腔体19通过螺纹连接，电控腔体19与过渡腔体20通过2根限位销实现旋转限位，过渡腔体20为固定零件，不发生位移。
滑套阀芯3通过螺纹与轴系腔体5连接；传动楔块6-1与伸缩球座4通过配合的斜面实现运动推力传递，通过键与键槽实现固定结合，伸缩球座4伸出后，在压裂球21作用下，向图示右侧移动，伸缩球座4与轴系腔体5为接触配合关系，可将动力传递给轴系腔体5，推动其向图示右侧移动。
进一步的，驱动轴系6安装在轴系腔体5内，通过联轴器6-6与直流电机7连接，电机旋转带动转动丝杠6-4旋转，伸缩推杆6-3通过螺纹与转动丝杠6-4旋接，将直流电机7的旋转运动转化为伸缩推杆6-3的直线运动。伸缩推杆6-3与传动楔块6-1连接，从而带动传动楔块6-1轴向上的直线往复运动。传动楔块6-1与伸缩球座4通过滑动配合斜面连接，传动楔块6-1向图示左侧运动时，通过配合斜面将伸缩球座4径向推出，实现伸缩球座4的伸出动作；传动楔块6-1向图示右侧运动时，通过配合斜面将伸缩球座4径向拉回，实现伸缩球座4的收回动作。
进一步的，关于密封：直流电机7、电路板14、压力传感器16安装在电控腔体内衬8与电控腔体外套15形成的密闭空间内。无线通信模块9与电池组12安装在电池腔外壳体10与电池腔内衬11形成的密闭空间内。各密闭空间均采用O形密封圈实现高压密封，各外壳体零件均采用螺纹连接实现抗拉。具体的，电控腔体外套15通过螺纹与电控腔体19连接，电控腔体19上带有O形密封圈，实现电控腔体外套15与电控腔体19的密封。
进一步的，关于供电，所述电池组12通过导线与电路板14连接，通过电路板14进行不同功能模块供电转换，电路板14通过导线分别与直流电机7、压力传感器16、无线通信模块9连接，实现各功能模块的供电与控制。其中，压力传感器16通过压力传导孔17与过渡腔体20内压力环境联通，用于压力脉冲控制形式；无线通信模块9的信号接收端与过渡腔体20内部环境联通，用于电子标签控制模式；电路板14集成的主控单片机用于定时控制模式。三种控制模式可根据工艺需求进行切换选择。
本发明进行分层压裂的实施方法：
入井前进行层位地址设置，实现各滑套与目标压裂层段的一一对应。通过上接头1与上部油管连接，通过下接头13与下部油管连接，从而完成多段压裂滑套串联的施工管柱。在井下初始状态如图1所示，伸缩球座4处于收回状态，滑套阀芯3处于关闭状态，过液孔18被滑套阀芯3封堵，滑套内部与外部地层处于隔离状态，此时为滑套关闭状态。当需要进行某一层段压裂作业时，通过定时或压力脉冲或投放电子标签方式，将动作指令传输给电路板14，电路板14解析控制指令后，通过电池组12供电，驱动直流电机7反转，根据实施方式一所述传动原理，实现伸缩球座4的伸出，球座伸出状态如图3A所示。然后从井口投放压裂球19，因目标压裂层段滑套的伸缩球座4处于伸出状态，压裂球19会坐落在伸缩球座4上，状态如图3B所示，从而实现管柱内通道的阻断。然后通过井口泵车加压，在压裂球两端产生压差，在压差作用下，压裂球19向图示右侧移动，通过伸缩球座4将开启动力传递给滑套阀芯3，滑套阀芯3在压裂球19推力作用下，随各移动零件向图示右侧移动，暴露出过液孔18，实现滑套内、外空间的联通，滑套开启后状态如图3C所示，此状态下即可实施压裂施工作业。当该层段压裂施工结束后，通过三种控制方式，还可实现伸出球座4的收回，重新恢复滑套全通径状态。其中，各移动零件即滑套阀芯3、伸缩球座4、轴系腔体5、驱动轴系6、直流电机7、电控腔体内衬8、电路板14、电控腔体外套15、压力传感器16和电控腔体19。位于右侧的电控腔体19能够抵在过渡腔体20上。
Claims (8)
1.一种全通径无限级智能压裂滑套，包括滑套外壳体（2），以及设置在滑套外壳体（2）左侧的过液孔（18），以及安装在滑套外壳体（2）右端的过渡腔体（20），以及安装在滑套外壳体（2）内壁的轴系腔体（5），以及安装在轴系腔体（5）左端的滑套阀芯（3），以及安装在轴系腔体（5）左端且位于滑套阀芯（3）内壁的伸缩球座（4），以及安装在轴系腔体（5）内壁用于驱动伸缩球座（4）直线运动的驱动轴系（6），以及安装在轴系腔体（5）右端的内壳；其中所述内壳与轴系腔体（5）形成通径，内壳能够直线移动抵在过渡腔体（20）上延伸所述通径；
其中所述驱动轴系（6）包括传动楔块（6-1）和联轴器（6-6），以及安装在传动楔块（6-1）右端的密封座（6-2），以及驱动传动楔块（6-1）直线运动的伸缩推杆（6-3），以及与伸缩推杆（6-3）螺纹连接的转动丝杠（6-4），以及驱动转动丝杠（6-4）转动的直流电机（7）；联轴器（6-6）连接直流电机（7）输出轴与转动丝杠（6-4）；
驱动轴系（6）安装在轴系腔体（5）内，通过联轴器（6-6）与直流电机（7）连接，电机旋转带动转动丝杠（6-4）旋转，伸缩推杆（6-3）通过螺纹与转动丝杠（6-4）旋接，将直流电机（7）的旋转运动转化为伸缩推杆（6-3）的直线运动，伸缩推杆（6-3）与传动楔块（6-1）连接，从而带动传动楔块（6-1）轴向上的直线往复运动，传动楔块（6-1）与伸缩球座（4）通过滑动配合斜面连接；通过配合斜面将伸缩球座（4）径向推出，实现伸缩球座（4）的伸出动作；传动楔块（6-1）向右侧运动时，通过配合斜面将伸缩球座（4）径向拉回，实现伸缩球座（4）的收回动作。
2.根据权利要求1所述的压裂滑套，所述驱动轴系（6）还包括安装在转动丝杠（6-4）右侧的轴承组件（6-5）。
3.根据权利要求2所述的压裂滑套，所述内壳包括两个电控腔体（19），以及连接两个电控腔体（19）的电控腔体外套（15），以及安装在两个电控腔体（19）内壁的电控腔体内衬（8），所述电控腔体内衬（8）、电控腔体外套（15）和两个电控腔体（19）之间形成两个密闭空间Ⅰ，其中一个密闭空间Ⅰ用于放置直流电机（7）。
4.根据权利要求3所述的压裂滑套，还包括设置在另外一个密闭空间Ⅰ内的电路板（14），以及设置在轴系腔体（5）上的压力传导孔（17），以及安装在其中一个电控腔体（19）内的压力传感器（16）；所述压力传感器（16）所处空间与压力传导孔（17）连通，电路板（14）通过导线与直流电机（7）和压力传感器（16）电控连接，电路板（14）集成的主控单片机用于定时控制模式。
5.根据权利要求4所述的压裂滑套，还包括安装在过渡腔体（20）内部且与电路板（14）通过导线电控连接的无线通信模块（9）。
6.根据权利要求5所述的压裂滑套，还包括安装在位于右侧的过渡腔体（20）右端的电池腔外壳体（10），以及安装在电池腔外壳体（10）内壁的电池腔内衬（11），以及电池组（12）；所述电池腔外壳体（10）、电池腔内衬（11）和过渡腔体（20）形成密闭空间Ⅱ，电池组（12）位于所述密闭空间Ⅱ内，电池组（12）通过导线与电路板（14）连接，电池腔内衬（11）与过渡腔体（20）形成通径。
7.根据权利要求6所述的压裂滑套，还包括接头，所述接头包括安装在滑套外壳体（2）左端的上接头（1），以及安装在电池腔外壳体（10）右端的下接头（13），上接头（1）与电控腔体内衬（8）形成通径，下接头（13）与电池腔内衬（11）形成通径。
8.使用权利要求7所述的压裂滑套进行分层压裂的实施方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一、进行层位地址设置，实现各压裂滑套与目标压裂层段的一一对应；
步骤二、设置油管，通过上接头（1）与上部的油管连接，通过下接头（13）与下部的油管连接，从而完成多段压裂滑套串联的施工管柱；
步骤三：在滑套关闭状态时，通过定时或压力脉冲或投放电子标签方式，将动作指令传输给电路板（14），电路板（14）解析控制指令后，通过电池组（12）供电，驱动直流电机（7）反转，实现伸缩球座（4）的伸出；
步骤四、从井口投放压裂球（21），因目标压裂层段滑套的伸缩球座（4）处于伸出状态，压裂球（21）会坐落在伸缩球座（4）上，从而实现管柱内通道的阻断；
步骤五、通过井口泵车加压，在压裂球两端产生压差，在压差作用下，压裂球（21）移动并通过伸缩球座（4）将开启动力传递给滑套阀芯（3），滑套阀芯（3）随各移动零件移动用以暴露出过液孔（18），实现所述压裂滑套内、外空间的连通，此状态下即可实施压裂施工作业；
所述各移动零件即滑套阀芯（3）、伸缩球座（4）、轴系腔体（5）、驱动轴系（6）、直流电机（7）、电控腔体内衬（8）、电路板（14）、电控腔体外套（15）、压力传感器（16）和电控腔体（19）；
步骤六、当该层段压裂施工结束后，通过三种控制方式，还可实现伸出球座（4）的收回，重新恢复滑套全通径状态。
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