CN114439422B - 一种带防砂结构的滑套 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种带防砂结构的滑套，包括：外壳，在所述外壳的侧壁上设有在轴向上彼此间隔开的防砂通道和导流孔，所述导流孔设置在所述防砂通道之下；同心安装在所述外壳内的第一内筒和第二内筒，且所述第一内筒处于所述第二内筒之下；其中，在第一状态下，所述第一内筒的主体与所述导流孔相对并封堵所述导流孔，所述第二内筒的主体与所述防砂通道相对并封堵所述防砂通道，在第二状态下，所述第一内筒相对于所述外壳向下移动至所述导流孔与所述第一内筒错开，使得滑套内外空间通过所述导流孔而导通，在第三状态下，所述第二内筒相对于所述外壳向下移动至所述防砂通道与所述第二内筒错开，使得滑套内外空间通过所述防砂通道而导通。
Description
技术领域
本发明涉及石油天然气完井与储层改造技术领域，具体地涉及滑套工具，尤其是一种带防砂结构的滑套。
背景技术
随着能源开发的不断发展，致密气、页岩气等非常规天然气的勘探开发逐渐成为世界天然气工业的重点。我国致密气、页岩气等非常规天然气资源十分丰富，是我国天然气大发展的主要建产阵地，水平井分段压裂技术是实现非常规天然气资源有效开发的关键技术。
目前，在天然气开采技术领域，裸眼分段压裂是水平井分段的技术手段之一，其能够在一定程度上降低生产成本，并能够实现储层“甜点”的自然选择，从而提升单井产能。然而，在生产过程中，裸眼分段压裂存在井壁失稳、垮塌、井筒出砂等风险。滑套是水平井裸眼分段压裂的主要工具，现有的压裂滑套没有设置防砂措施，当遇到井壁垮塌、井筒出砂等问题时，将大大降低生产效率，严重影响天然气的正常生产。
发明内容
针对如上所述的技术问题，本发明旨在提供一种带防砂结构的滑套，该滑套具有防砂功能，其能够有效避免井筒出砂，非常有利于保证生产质量和提高生产效率。
为此，根据本发明，提出了一种带防砂结构的滑套，包括：外壳，在所述外壳的侧壁上设有在轴向上彼此间隔开的防砂通道和导流孔，所述导流孔设置在所述防砂通道之下；同心安装在所述外壳内的第一内筒和第二内筒，且所述第一内筒处于所述第二内筒之下；其中，在第一状态下，所述第一内筒的主体与所述导流孔相对并封堵所述导流孔，所述第二内筒的主体与所述防砂通道相对并封堵所述防砂通道，在第二状态下，所述第一内筒相对于所述外壳向下移动至所述导流孔与所述第一内筒错开，使得滑套内外空间通过所述导流孔而导通，在第三状态下，所述第二内筒相对于所述外壳向下移动至所述防砂通道与所述第二内筒错开，使得滑套内外空间通过所述防砂通道而导通。
在一个实施例中，在第三状态下，所述第二内筒相对于所述外壳向下移动至在与所述防砂通道错开的同时与所述导流孔相对并封堵所述导流孔。
在一个实施例中，在第一状态下，所述第一内筒与所述外筒通过第一剪切销钉而固定，在所述第一内筒的内壁面上设有环形的第一开关槽，在第二状态下，所述第一滑套开启工具能够与所述第一开关槽适配而形成卡挂，从而憋压剪断所述第一剪切销钉以打开所述导流孔。
在一个实施例中，在第一状态下，所述第二内筒与所述外筒通过第二剪切销钉而固定，在所述第二内筒的内壁面上设有环形的第二开关槽，在第三状态下，所述第二滑套开启工具能够与所述第二开关槽适配而形成卡挂，从而憋压剪断所述第二剪切销钉以打开所述防砂通道。
在一个实施例中，所述外壳构造成包括第一外筒和与所述第一外筒固定连接的第二外筒，所述导流孔构造于所述第一外筒上，所述防砂通道构造于所述第二外筒上。
在一个实施例中，在所述第二内筒的外侧设置有第二密封件，在第一状态下，位于所述防砂通道之下的第二密封件与所述第一外筒相重叠。
在一个实施例中，所述第一外筒的上端插入到所述第二外筒的下端内。
在一个实施例中，所述导流孔和所述防砂通道的轴向间距设置成大于所述第二内筒的轴向长度。
在一个实施例中，在所述外壳的下端固定连接有下接头，所述下接头的上端插入到所述外壳内，在所述第一内筒相对于所述外壳向下移动时，所述下接头的上端限制所述第一内筒的移动范围。
在一个实施例中，在所述外壳的上端固定连接有上接头，所述上接头的下端插入到所述第二外筒内，所述上接头构造有朝向下方的第一台阶面，在第一状态下，所述第二内筒的上端与所述第一台阶面相对并相接触。
与现有技术相比，本发明的优点之处在于：
根据本发明的带防砂结构的滑套能够通过相应的滑套开启工具的弹爪凸齿与对应的滑套的开关槽适配，以一一对应而形成卡挂，从而能够实现不限级数地开启相应级的滑套，其能够有效减少施工步骤，大大提高施工作业效率。压裂施工时，导流孔开启作为压裂通道，有效完成压裂施工，压裂施工结束后，能够有效关闭导流孔，并有效开启防砂通道，以使油气等资源从防砂通道进入油管，从而有效避免井筒出砂而影响油气采出通道的正常开采。并且，压裂通道和防砂通道分开，防砂通道可在返排结束后再开启，防砂系统不受返排冲蚀影响，同时能够有效防砂，大大提高了滑套的防砂性能，增强了防砂效果。此外，该滑套集成了喷射压裂施工、防砂开采施工等多项功能，且结构简单，操作方便，成本低，以及具有防砂可靠，寿命长等优点。
附图说明
下面将参照附图对本发明进行说明。
图1显示了根据本发明的带防砂结构的滑套的第一状态。
图2显示了图1所示的滑套的第二状态。
图3显示了图1所示的滑套的第三状态。
在本申请中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本发明的原理，并且未按实际比例绘制。
具体实施方式
下面通过附图来对本发明进行介绍。
在本申请中，需要说明的是，将防砂滑套放入井筒中靠近井口的一端定义为上端或相似用语，将远离面井口的一端定义为下端或相似用语。
图1显示了根据本发明的带防砂结构的滑套100的结构。如图1所示，滑套100包括外壳110，外壳110为圆筒状。在一个实施例中，外壳110构造成包括第一外筒113和第二外筒114。第一外筒113和第二外筒114通过螺纹形成固定连接，且第一外筒113连接在第二外筒114的下端。在外壳110的两端分别固定连接有上接头102和下接头101，上接头102固定连接在第二外筒114的上端，下接头101固定连接在第一外筒113的下端。滑套100通过上接头102和下接头101连接到井下管柱中，以将滑套100下放到井筒中进行施工。
在本实施例中，第一外筒113的两端分别构造成正台阶形连接扣和负台阶形连接扣，第二外筒114的两端均构造成负台阶形连接扣。同时，上接头102和下接头101均设有正台阶形连接扣。上接头102的下端插入安装到第二外筒114内，下接头101的上端插入安装到第一外筒113内，且上接头102和下接头101分别通过正台阶形连接扣与第二外筒114和第一外筒113的对应的负台阶形连接扣适配安装，从而形成固定连接。第一外筒113的上端插入安装到第二外筒114的下端内，且第一外筒113与第二外筒114之间通过相应的正台阶形连接扣和负台阶形连接扣适配安装，从而形成固定连接。外壳110的这种结构有利于流水线加工生产，且便于装配。
为了保证上接头102、下接头101与外壳110之间的密封性能，可以在上接头102、下接头101与外壳110之间设置第三密封件103。在一个实施例中，下接头101的正台阶形连接扣设有两级台阶，且下接头101的外径与外壳110的外径相等。该两级正台阶形连接扣与第一外筒113的下端的负台阶形连接扣适配安装，且第三密封件103安装在第一外筒113与下接头101的连接处。由此，保证外壳110与下接头101之间连接的密封性能。
根据本发明，在外壳110的侧壁上设有防砂通道111和导流孔112。如图1所示，防砂通道111设置在第二外筒114的侧壁上。防砂通道111可以构造为防砂缝、防砂孔或防砂网中的至少一种。例如，防砂通道111可设置成多个设置在第二外筒114的侧壁的同一轴向位置区域的筛孔或者筛缝。防砂通道111的这种结构使滑套100具有良好的防砂效果。导流孔112设置在第一外筒113的侧壁上。优选地，在第一外筒113的侧壁的同一轴向位置处设有多个在周向上均布的导流孔112。防砂通道111和导流孔112在第一状态（初始状态）下均处于关闭状态，且导流孔112用于压裂施工，防砂通道111用于开采生产。
根据本发明，滑套100还包括同心安装在外壳110内的第一内筒120和第二内筒130。如图1所示，第一内筒120处于在第二内筒130的下方。在第一外筒113的侧壁上设有贯穿侧壁的第一安装孔。在一个实施例中，第一安装孔设置在导流孔112的轴向下端。同时，在第一内筒120的外壁上设有能够与第一安装孔对应的第一安装槽。在第一状态下，在第一安装孔和第一安装槽中安装第一剪切销钉140，从而使第一内筒120与第一外筒113形成固定连接，且使第一内筒120封堵导流孔112。
在本实施例中，在第二外筒114的侧壁上设有贯穿侧壁的第二安装孔。同时，在第二内筒130的外壁上设有能够与第二安装孔对应的第一安装槽。在初始状态下，在第二安装孔和第二安装槽中安装第二剪切销钉150，从而使第二内筒130与第二外筒114形成固定连接，且使第二内筒130封堵防砂通道111。
为了保证第一内筒120在第一状态下对导流孔112的密封性，在第一内筒120与第一外筒113之间设有多个第一密封件122。如图1所示，在第一状态下，多个第一密封件122分别处于导流孔112的轴向两侧，以使第一内筒120对导流孔112形成有效密封。
同时，为了保证第二内筒130在第一状态下对防砂通道111的密封性，在第二内筒130与第二外筒114之间设有多个第二密封件132。如图1所示，在第一状态下，多个第二密封件132分别处于防砂通道111的轴向两侧，以使第二内筒130对防砂通道111形成有效密封。在一个实施例中，可以在上接头102的内部设有朝向下方的第一台阶面。在第一状态下，第二内筒130的上端插入安装到上接头102内，且第二内筒130的上端面与第一台阶面相对并相接触，第二密封件132处于第二内筒130与上接头102的内壁面之间。并且，第一外筒113的上端插入安装到第二外筒114的下端，在第一状态下，位于防砂通道111之下的第二密封件132与第一外筒113相重叠。这样，第二密封件132在移动时不必移动越过第一外筒113和第二外筒114之间的接缝，从而有利于避免密封件132耗损。
根据本发明，在第一内筒120的内壁面上设有第一开关槽121。滑套100下放到井筒中的目的层段后，在需要开启导流孔112以进行压裂施工时，可以从井口投入对应的第一滑套开启工具（未示出），第一滑套开启工具能够与第一内筒120上的第一开关槽121适配卡合并形成卡挂，进而通过井口泵送压裂液以形成节流效应，实现憋压。第一内筒120能够在憋压作用下剪断第一剪切销钉140，并带动第一内筒120下行直至完全打开导流孔112，且第一内筒120下行运动至下端面抵靠在下接头101的上端面上，从而形成轴向限位。此时，滑套100处于第二状态，可以通过导流孔112进行压裂施工。
同样地，在第二内筒130的内壁面上设有第二开关槽131。滑套100下放到井筒中的目的层段，在压裂施工后，需要开启防砂通道111以进行生产作业时，可以从井口投入对应的第二滑套开启工具（未示出），第二滑套开启工具能够与第二内筒130上的第二开关槽131适配卡合并形成卡挂，进而通过井口泵送压裂液以形成节流效应，实现憋压。第二内筒130能够在憋压作用下剪断第二剪切销钉150，并带动第二内筒130下行直至完全打开防砂通道111，同时使第二内筒130的下端面抵靠在第一内筒120的上端面上，从而完全关闭导流孔112。此时，滑套100处于第三状态，可以通过防砂通道111进行开采生产作业。
根据本发明，相应的滑套开启工具的弹爪凸齿与滑套100的对应的开关槽能够一一对应而适配，从而能够实现不限级数地开启相应级的滑套，其结构简单，功能可靠，能够显著提高生产施工效率。
此外，为了保证第二内筒130能够完全打开防砂通道111。防砂通道111和导流孔112的轴向间距设置成大于第二内筒130的轴向长度。
下面简述根据本发明的带防砂结构的滑套100的工作流程。首先，将组装好的一个或多个滑套100间隔开连接到施工管柱中，并随管柱下入到井筒中的目的层段。之后，从井口投放仅能与对应级的第一开关槽121适配的第一滑套开启工具，并泵入压裂液，第一滑套开启工具能够顺利通过第二开关槽131而与第一开关槽适配并形成卡挂，进而形成节流效应，实现憋压。由此，使得第一内筒120能够在压裂液的液力作用下剪断第一剪切销钉140并下行至下端面与下接头101的上端面抵接，从而完全打开导流孔112。此时，滑套100通过导流孔112实现内外连通，从而可以通过导流孔112进行压裂施工。图2显示了根据本发明的带防砂结构的滑套100处于压裂施工状态下的结构。
压裂施工完毕后，从井口投入仅能与对应级的第二开关槽131适配的第二滑套开启工具，并继续泵入压裂液，第二滑套开启工具能够顺利通过其他不匹配的开关槽而与相应级的第二开关槽131适配并形成卡挂，进而形成节流效应，实现憋压。由此，使得第二内筒130能够在压裂液的液力作用下剪断第二剪切销钉150并下行至下端面与第一内筒120的上端面抵接，从而完全打开防砂通道111并关闭导流孔112。此时，滑套100通过防砂通道111形成内外连通，从而可以通过防砂通道111进行开采生产作业。由此，地层中的水、气、油等资源能够从防砂通道111而流入到井筒中并流向地面，以进行开采作业。由此，通过防砂通道111能够有效阻止井底沙粒进入采油气管柱通道内，以保证生产作业正常进行，大大提高了滑套100的防砂性能。图3显示了根据本发明的带防砂结构的滑套100处于防砂生产作业状态下的结构。
应当理解的是，在到达第三状态之后，第二滑套开启工具可被上提而离开井筒。或者，第二滑套开启工具可构造为可溶的结构，从而能在向井中注入特定流体时溶化消失。
另外，由于第一开关槽121、第二开关槽131形成在第一内筒120的整个圆周上，因此，在第一次使滑套100到达第三状态之后，可通过下入另外的开关工具而使得滑套100转变到第二状态。也就是说，通过重复操作，可使滑套100在第二状态和第三状态之间反复转变。例如，在进行了一段时间的开采作业之后，防砂通道111处难免存在砂的堆积问题。通过上述设置，可在此时下入另外的开关机构而使滑套100转变到第二状态。通过这种操作，有利于排放堆积的砂。在滑套100再次回到第三状态时，井筒又能进行高效的开采作业了。
根据本发明的带防砂结构的滑套100能够通过相应的滑套开启工具的弹爪凸齿与对应的滑套的开关槽适配，以一一对应而形成卡挂，从而能够实现不限级数地开启相应级的滑套，其能够有效减少施工步骤，大大提高施工作业效率。压裂施工结束后，能够有效关闭导流孔，并有效开启防砂通道，以使油气等资源从防砂通道进入油管，从而有效避免井筒出砂而影响油气采出通道的正常开采。并且，防砂通道能够有效防砂，大大提高了滑套100的防砂性能，增强了防砂效果。此外，该滑套100集成了喷射压裂施工、防砂开采施工等多项功能，且结构简单，操作方便，成本低，以及具有防砂可靠，寿命长等优点。
最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施方案而已，并不构成对本发明的任何限制。尽管参照前述实施方案对本发明进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (5)
1.一种带防砂结构的滑套，包括：
外壳（110），在所述外壳的侧壁上设有在轴向上彼此间隔开的防砂通道（111）和导流孔（112），所述导流孔设置在所述防砂通道之下；
同心安装在所述外壳内的第一内筒（120）和第二内筒（130），且所述第一内筒处于所述第二内筒之下；
其中，在第一状态下，所述第一内筒的主体与所述导流孔相对并封堵所述导流孔，所述第二内筒的主体与所述防砂通道相对并封堵所述防砂通道，在第一状态下，所述第一内筒与外筒通过第一剪切销钉（140）而固定，在所述第一内筒的内壁面上设有环形的第一开关槽（121），在第二状态下，第一滑套开启工具能够与所述第一开关槽适配而形成卡挂，从而憋压剪断所述第一剪切销钉以打开所述导流孔；在第一状态下，所述第二内筒与所述外筒通过第二剪切销钉（150）而固定，在所述第二内筒的内壁面上设有环形的第二开关槽（131），在第三状态下，第二滑套开启工具能够与所述第二开关槽适配而形成卡挂，从而憋压剪断所述第二剪切销钉以打开所述防砂通道；
在第二状态下，所述第一内筒相对于所述外壳向下移动至所述导流孔与所述第一内筒错开，使得滑套内外空间通过所述导流孔而导通，
在第三状态下，所述第二内筒相对于所述外壳向下移动至所述防砂通道与所述第二内筒错开，使得滑套内外空间通过所述防砂通道而导通；
在第三状态下，所述第二内筒相对于所述外壳向下移动至在与所述防砂通道错开的同时与所述导流孔相对并封堵所述导流孔；
所述导流孔和所述防砂通道的轴向间距设置成大于所述第二内筒的轴向长度；
在所述外壳的上端固定连接有上接头（102）；在所述外壳的下端固定连接有下接头（101），所述下接头的上端插入到所述外壳内，在所述第一内筒相对于所述外壳向下移动时，所述下接头的上端限制所述第一内筒的移动范围。
2.根据权利要求1所述的滑套，其特征在于，所述外壳构造成包括第一外筒（113）和与所述第一外筒固定连接的第二外筒（114），所述导流孔构造于所述第一外筒上，所述防砂通道构造于所述第二外筒上。
3.根据权利要求2所述的滑套，其特征在于，在所述第二内筒的外侧设置有第二密封件，在第一状态下，位于所述防砂通道之下的第二密封件与所述第一外筒相重叠。
4.根据权利要求3所述的滑套，其特征在于，所述第一外筒的上端插入到所述第二外筒的下端内。
5.根据权利要求4所述的滑套，其特征在于，所述上接头的下端插入到所述第二外筒内，所述上接头构造有朝向下方的第一台阶面，在第一状态下，所述第二内筒的上端与所述第一台阶面相对并相接触。
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