CN113803023A - 压裂短节和包含其的压裂管柱 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种压裂短节和包含其的压裂管柱，压裂短节包括外筒，在外筒的壁上设置有能内外连通的压裂孔；设置在外筒的内腔能关闭压裂孔的内滑套，内滑套能相对于外筒移动从而解除对压裂孔的关闭；设置在外筒外壁上能封堵压裂孔并在压力作用下能破损的破裂套；填充在压裂孔内用于支撑破裂套并在压力作用下能脱落的支撑体，该压裂短节能有效地防止井筒杂质进入到内滑套处，并在固井替浆过程中有效避免水泥浆从压裂孔进入内滑套处，进而保护内滑套正常顺利地开启。

Description

压裂短节和包含其的压裂管柱

技术领域

本发明属于石油天然气完井技术领域，具体涉及一种压裂短节和包含其的压裂管柱。

背景技术

随着油气开发的不断深入，滑套已经成为压裂过程中沟通油套环空，实现分层压裂的关键工具之一。

在油气井完井试气过程中，通过滑套的打开动作将油套环空连通，以实现循环、替液、加砂压裂等作业。多层分段施工则需要在一趟管柱上串接多个滑套，施工时从下至上打开一级，压裂一层。随着致密气藏勘探开发的深入，水平井水平段越来越长，加砂压裂分段数越来越多，数十级的滑套技术已经提上日程。但是，在实际生产过程中，常常发生滑套不能顺利开启的问题，从而影响了施工进程。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了一种压裂短节和包含其的压裂管柱。该压裂短节能有效地防止井筒杂质进入到内滑套处，并在固井替浆过程中有效避免水泥浆从压裂孔进入内滑套处，进而保护内滑套正常顺利地开启。

根据本发明的一方面，提出了一种压裂短节，包括：

外筒，在外筒的壁上设置有能内外连通的压裂孔，

设置在外筒的内腔能关闭压裂孔的内滑套，内滑套能相对于外筒移动从而解除对压裂孔的关闭，

设置在外筒外壁上能封堵压裂孔并在压力作用下能破损的破裂套，

填充在压裂孔内用于支撑破裂套并在压力作用下能脱落的支撑体。

在一个实施例中，破裂套构造为由涂覆的水泥浆硬化而形成的水泥套，并且该水泥套的厚度为1-5毫米。

在一个实施例中，在压裂孔的轴向两端的之外的外筒的外壁上设置两个相对式的台阶面，破裂套套设在两个台阶面之间的外筒的外壁上，并且破裂套的外壁并不突出台阶面轴向之外的外筒的外壁。

在一个实施例中，在台阶面之间的外筒的外壁上设置多道能嵌入到破裂套中的凸起环。

在一个实施例中，支撑体构造为堆积的多个金属球或者树脂球，金属球或者树脂球的直径为1-2毫米。

在一个实施例中，支撑体构造为堆积的多个金属球，并且该金属球构造为可溶解于井筒液。

在一个实施例中，在支撑体的径向两端分别设置层状延展的润滑脂层。

在一个实施例中，支撑体构造为填充在压裂孔处的润滑脂。

在一个实施例中，在压裂孔的轴向两端之外，外筒与内滑套之间设置有能与压裂孔连通的间隙，在从压裂孔的中心到两端的方向上，间隙的逐渐变小。

根据本发明的另一方面，提供一种压裂管柱，包括上述的压裂短节。

与现有技术相比，本发明至少具有下列优点中的一个，通过在压裂孔处设置破裂套，有效防止了脏物进入到内滑套处并窜入到内滑套与本体筒之间的间隙，从而避免内滑套被卡，以保证内滑套能相对于外筒顺利下移，尤其是在固井替浆过程中，通过设置破裂套，有效避免水泥浆进入到压裂孔，进而保证内滑套的正常开启，从而保证施工的可靠。另外通过设置支撑体能为破裂套起到支撑作用，从而避免了破裂套的提前破裂，有效保证了安全。

附图说明

下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：

图1显示了根据本发明的一个实施例的压裂短节的初始状态图；

图2显示了压裂孔处的局部放大图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步说明。

图1显示了根据本发明的压裂短节100。如图1所示，压裂短节100包括外筒2、内滑套6、破裂套4和支撑件9。在外筒2的壁上设置有能内外连通的压裂孔21，用于作为压裂操作的通道。内滑套6设置在外筒2的内腔中，用于在初始状态下关闭压裂孔21。例如，该内滑套6通过剪切销钉5设置在外筒2的内壁上。在内滑套6受到轴向向下的力并达到剪切销钉5的剪断压力后，使得剪切销钉5剪断，以致内滑套6能相对于外筒2下移，而从内侧解除对压裂孔21的封堵。破裂套4设置在外筒2的外壁上，用于在内滑套6移动前封堵压裂孔21，防止在压裂操作前杂质进入到压裂孔21处，并且在内滑套6移动后破裂以露出压裂孔21，以便进行压裂操作。支撑件9填充在压裂孔21内，用于支撑破裂套4防止破裂套4提前破裂以保证安全。并且，支撑件9能在压力作用下脱落，并不影响压裂作业。

通过设置破裂套4能有效防止杂质等进入到压裂孔21内，防止杂质进入到内滑套6和外筒2之间，保证内滑套6能顺利下移。尤其是，在将该压裂短节100应用于完固井一体化的固井操作过程中，通过设置破裂套4能防止水泥浆堵塞在压裂孔21处，能防止水泥浆封堵并固化在压裂孔21处，避免内滑套6下移困难。由此，通过上述设置能保证施工顺利进行。通过设置支撑件9能从压裂孔21的内部支撑破裂套4，从而避免破裂套4提前破损，用于保证安全。

在一个实施例中，破裂套4构造为由涂覆的水泥浆硬化而形成的水泥套，并且该水泥套的厚度为1-5毫米，例如3毫米。这种设置工艺简单，并且破裂套4硬度大，在压裂短节100下入过程或固井过程中，能很好保护压裂孔21，防止杂质进入到此处。同时，这种方式设置的破裂套4脆性比较大，在压裂液的压力作用下，很容易破损，从而并不影响正常压裂作用的进行。还有，这种设置方式工艺非常简单，可以在施工现场敷设水泥材质，而在水泥硬化后，就可以形成破裂套4，则这种设置方式不受场地限制，可以实时进行作业，且施工成本非常低。

在外筒2的外壁上设置两个相对式分布的台阶面22。这两个台阶面22分别位于循环孔21的轴向两端。破裂套4套设在两个台阶面22之间。另外，台阶面22的设置使得破裂套4的外壁不突出台阶面轴向之外的外筒2的外壁。这种设置方式能避免破裂套4的在下入过程中被意外划破等问题，保证了破裂套4的下入安全。

在台阶面22之间的外筒2的外壁上设置多道凸起环(图中未示出)，在水泥浆硬化形成破裂套4后，该凸起环嵌入到破裂套4中。例如，该凸起环可以是由外筒2的外壁加工而形成的凸出的环状，或者加工在外筒2的外壁上的螺纹，或者是通过焊接等工艺设置在外筒2的外壁上的凸出的环，亦或者是套设在外筒2的外壁上的橡胶环等。一方面，这种设置方式，能增加水泥浆与外筒2之间的摩擦力，保证破裂套4能更加稳定地固定在外筒2上，从而保证安全；另一方面，这种设置方式能起到密封作用，有效防止杂质通过破裂套4与外筒2之间的空隙进入到压裂孔21中，进而有效避免杂质进入内滑套6与外筒2之间。

支撑体9填充在压裂孔21内，用于进行占位，并为破裂套4起到支撑作用，保护破裂套4在受到挤压时不被挤碎。则支撑体9构造为堆积的多个金属球或者树脂球，金属球或者树脂球的直径为1-2毫米。这种设置的支撑体9除了能起到支撑占位作用，还能在泵送压裂液过程中，其在破裂套4破损后，很容易地被冲入到环空内，从而完全地露出压裂孔21。

优选地，支撑体9可以由可溶材料制成，例如可以由可溶镁合金、可溶铝合金，可溶树脂中的一种制成。在支撑体9被冲到环空内后与井筒液发生反应并溶解。这种设置方式有效避免支撑体9被带入地层影响施工，或者返还到井口处引起堵塞等问题。进一步优选地，在支撑体9上设置有孔，用于增加支撑体9与井筒液的接触面积，从而能保证均匀地、更快速地和完全地被溶解。需要说明的是，还可以采用其它部件或者物质作为支撑体9，例如，在压裂孔21内填充半固态润滑脂，其既能起到润滑作用还能起到支撑作用。还有需要说明的是，支撑体9不仅可以构造为球状，还可以构造为其它状，比如方形体、锥形等。另外，支撑体9上的孔可以是通孔，还可以是盲孔，也可以是多个，还可以是一个，也就是说，本申请并不限定孔的数量、位置和形状，只要是能增加支撑体9的溶解速度的设置均可以落入到本申请的保护范围中。

在一个具体的实施例中，在支撑体9构造为球状的情况下，在压裂短节100的径向的从内到外的方向上，支撑体9的直径逐渐变小。假如，在径向从内到外的方向上，支撑体9为分层布设，最内侧的支撑体9的直径最大，以提高支撑强度，而最外侧的支撑体9的直径最小，减小支撑体9之间的间隙，防止水泥浆制成的支撑体9过多的侵入到支撑体9之间的间隙内。优选地，为了防止水泥浆在敷设过程中，侵入到支撑体9的空隙中，则在支撑体9层的径向两端均设置有润滑脂，也就是，在支撑体9与破裂套4之间和支撑体9与内滑套6之间均设置有润滑脂。位于支撑体9与破裂套4之间的润滑脂能避免水泥浆侵入到支撑体9的空隙内，进而有效控制水泥塞的设计厚度，保证破裂套4能破裂完全。而位于支撑体9与内滑套6之间，能起到润滑作用，用于保证内滑套6相对于外筒2的顺利下移。

另外，在压裂孔21的轴向两端之外，外筒2与内滑套6之间设置有间隙8，如图2所示。该间隙8与循环孔21连通。例如，可以在外筒2的循环孔21外设置扩孔62，并且扩孔62的壁面具有一段倾斜面63以使得间隙8在从中间到两端方向上变窄。一方面，上述设置使得润滑脂容易地进入到间隙8中，并容易地跟随内筒6的移动而引入到内筒6和外筒2之间，从而保证两者之间的润滑而进一步保证内筒6的顺利下移；另一方面，倾斜面63使得间隙8逐渐变小，起到了阻挡作用，用于防止杂质进入到内筒6和外筒2之间。

另外，如图1所示，该压裂短节100还包括上接头1和下接头7。其中，上接头1的下端面延伸到外筒2的内腔中，并与外筒2固定连接，用于起到连接作用。在上接头1的上端内壁上设置有内螺纹，用于连接。下接头7设置在外筒2的下端，并与其固定连接。同时，下接头7的上端面延伸到外筒2的内腔中，用于形成承接台，以在内滑套6下落过程中，承接内滑套6。例如，在下接头7的下端外壁上设置外螺纹，用于连接。压裂短节100还包括密封圈3，例如，在内滑套6和外筒之间设置多道密封圈3，且这多道密封圈3位于压裂孔21的轴向两端、剪切销钉5的轴向两端等位置。

本发明还提供一种压裂管柱，包括多个上述的压裂短节100。在压力操作过程中，压裂短节100被逐级打开，以进行分层压裂施工。

本申请中，方位用语“上”、“下”与压裂短节100的实际工作方位为参照。

以上仅为本发明的优选实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种压裂短节，其特征在于，包括：

外筒，在所述外筒的壁上设置有能内外连通的压裂孔，

设置在所述外筒的内腔能关闭所述压裂孔的内滑套，所述内滑套能相对于所述外筒移动从而解除对所述压裂孔的关闭，

设置在所述外筒外壁上能封堵所述压裂孔并在压力作用下能破损的破裂套，填充在所述压裂孔内用于支撑所述破裂套并在压力作用下能脱落的支撑体。

2.根据权利要求1所述的压裂短节，其特征在于，所述破裂套构造为由涂覆的水泥浆硬化而形成的水泥套，并且该水泥套的厚度为1-5毫米。

3.根据权利要求2所述的压裂短节，其特征在于，在所述压裂孔的轴向两端的之外的所述外筒的外壁上设置两个相对式的台阶面，所述破裂套套设在两个所述台阶面之间的所述外筒的外壁上，并且所述破裂套的外壁并不突出所述台阶面轴向之外的所述外筒的外壁。

4.根据权利要求3所述的压裂短节，其特征在于，在所述台阶面之间的所述外筒的外壁上设置多道能嵌入到所述破裂套中的凸起环。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的压裂短节，其特征在于，所述支撑体构造为堆积的多个金属球或者树脂球，所述金属球或者树脂球的直径为1-2毫米。

6.根据权利要求5所述的压裂短节，其特征在于，所述支撑体构造为堆积的多个金属球，并且该所述金属球构造为可溶解于井筒液。

7.根据权利要求5或6所述的压裂短节，其特征在于，在所述支撑体的径向两端分别设置层状延展的润滑脂层。

8.根据权利要求1到4中任一项所述的压裂短节，其特征在于，所述支撑体构造为填充在所述压裂孔处的润滑脂。

9.根据权利要求7或8所述的压裂短节，其特征在于，在压裂孔的轴向两端之外，外筒与内滑套之间设置有能与所述压裂孔连通的间隙，在从压裂孔的中心到两端的方向上，间隙的逐渐变小。

10.一种压裂管柱，其特征在于，包括根据权利要求1到9中任一项所述的压裂短节。

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