CN114922588B - 一种滑槽计数式全通径套管滑套 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种滑槽计数式全通径套管滑套，包括外套筒，及与外套筒内部间隙配合安设的计数芯筒，外套筒的上下两端分别与上、下接头连接，计数芯筒底部通过回位簧与下接头抵接，计数芯筒顶部与上接头延伸段底部之间留有移动间距，在计数芯筒上设有可变径限位球座和旋转计数移动机构，外套筒内壁对应计数芯筒设有限位凸台，在限位凸台的上端计数芯筒的外周对应可变径限位球座的上方安设限位套筒，本发明实现更大通径的全通径无限级滑套，旋转滑槽式计数方式具有结构紧凑、工具简短、计数数量易扩展、投球结构简单等特点，可满足超深、超长水平段井的分段压裂工艺需求，减少滑套开启故障、提高压裂效率、降低施工成本。

Description

一种滑槽计数式全通径套管滑套

技术领域

本发明属于油气开发的技术领域，尤其涉及一种滑槽计数式全通径套管滑套，用于水平井多级分段压裂。

背景技术

水平井的多级分段压裂是页岩油气藏增产的主要措施，针对超深、超长水平段井的压裂工艺的提速提效十分迫切。当前泵送桥塞射孔联作分段压裂技术、多级滑套分段压裂技术作为水平段多级分段压裂的主流技术，为页岩储层开发提供了强有力的技术支撑。

泵送桥塞射孔联作分段压裂技术是利用连续油管、爬行器或有油管传输将射孔枪下入井筒至指定位置，进行第一段射孔。起出射孔枪，光套管压裂第一段。然后，通过电缆连接射孔枪和桥塞，利用压裂车泵送到位，电控点火坐封桥塞，上提电缆至射孔位置射孔，起出电缆和射孔枪，压裂第二段。重复第二段下桥塞坐封、射孔、压裂过程，依次完成后面各段压裂。各段压裂完成后，用连续油管钻掉桥塞或桥塞自溶后进行排液、生产。泵送桥塞射孔联作分段压裂技术有着压裂段数无限制，可进行大规模加砂压裂，压裂层位精确等优点，其缺点在于施工耗时较长，地面交叉作业复杂，工具遇阻遇卡时易发生电缆断裂、工具落井事故，造成压裂无法顺利实施，影响压裂施工效率，且单井泵送桥塞施工、射孔加连续油管钻塞施工费用成本极高。

多级滑套分段压裂技术是在固井时随套管下入滑套工具，每一级对应一个滑套工具，滑套工具内设球座，通过在井口投入与球座尺寸对应的钢球或复合球座封滑套，进而打开滑套进行每一级的压裂施工，从而实现对油气层分层压裂改造。逐级投球滑套分段压裂由于级差的存在，即滑套工具的通径越往下越小，导致压裂级数有限，无法对油气层进行多级压裂改造，不能很好的满足超深，超长水平段井对油气层多级压裂改造的需求，而且小通径还会影响压裂排量、后续下检测工具和修井作业等，不能满足页岩储层大规模压裂施工要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足而提供一种滑槽计数式全通径套管滑套，上下通径一致，可满足超深、超长水平段井对油气层多级压裂改造的需求。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案是：一种滑槽计数式全通径套管滑套，包括上接头、下接头、外套筒、固定套筒和环形活塞，所述外套筒的上下两端分别与所述上、下接头连接，所述固定套筒安设于外套筒内并与上接头延伸段底部套接，所述外套筒与上接头延伸段及固定套筒形成环形空腔，所述环形活塞设于环形空腔内，并通过剪切销钉与上接头延伸段侧向连接定位，将环形空腔分隔为上空腔和下空腔，同时环形活塞封隔外套筒与上接头延伸段所对应设置的外压裂孔和内压裂孔，其特征在于所述外套筒内部间隙配合安设有计数芯筒，所述计数芯筒底部通过回位簧与下接头抵接，计数芯筒顶部与所述上接头延伸段底部之间留有移动间距，在计数芯筒上设有可变径限位球座和旋转计数移动机构，所述外套筒内壁对应计数芯筒设有限位凸台，在限位凸台的上端计数芯筒的外周对应可变径限位球座的上方安设限位套筒。

按上述方案，所述外套筒内壁限位凸台下方间隔设置止挡凸台，在限位凸台和止挡凸台之间形成扩径凹槽，所述旋转计数移动机构通过所述止挡凸台止挡限位。

按上述方案，所述可变径限位球座包括活动限位块和弹性挡圈，所述计数芯筒沿周向均匀间隔设有多个限位块孔，所述活动限位块安设于所述限位块孔内，活动限位块内侧设有凹槽与弹性挡圈相嵌合。

按上述方案，所述旋转计数移动机构包括设于所述计数芯筒外周面上的环形轨迹凹槽、限位销套筒、限位销和压紧套筒，所述限位销套筒外套于所述计数芯筒并固联于止挡凸台下端，所述压紧套筒上下两端分别与限位销套筒及下接头相抵接，所述限位销通过限位销套筒固定，端头伸出插入所述环形轨迹凹槽内。

按上述方案，所述限位凸台的上下两侧分别设有上锥面和下锥面，所述可变径限位球座沿所述上、下锥面滑动变径。

按上述方案，所述限位套筒下端为圆锥面，与所述限位凸台的上锥面相匹配，限位套筒的内壁底部设有环形内台阶面。

按上述方案，所述环形轨迹凹槽由齿数均为N的上、下锯齿形凹槽组成，所述上、下锯齿形凹槽开口相对并在圆周方向错开360/2N度布置，下锯齿形凹槽中设有目标长槽，所述目标长槽轴向长度大于其余槽长，所述限位销沿上、下锯齿形凹槽的齿形方向移动计数，计数一次计数芯筒转动360/N度。

按上述方案，所述计数芯筒的节数为M，M＝N-1，从上往下每一节计数芯筒中所述限位销的起始位置依次为对应的第1～N-1个下锯齿形凹槽，所述目标长槽为第N个下锯齿形凹槽。

按上述方案，所述环形轨迹凹槽为一组或多组，多组环形轨迹凹槽沿所述计数芯筒轴向间隔分布，上下相邻的两组环形轨迹凹槽在圆周方向顺次错开360/2N度布置，上组环形轨迹凹槽的下锯齿形凹槽通过设置跃层直槽与对应的下组环形轨迹凹槽的上锯齿形凹槽相连通。

按上述方案，所述限位凸台和止挡凸台之间的外套筒内壁上沿轴向间隔增设有多个限位凸台，并形成多个所述扩径凹槽，限位凸台和扩径凹槽的数量与所述环形轨迹凹槽的组数相同。

按上述方案，所述目标长槽位于最下层的所述环形轨迹凹槽中，所述限位套筒对应于最上层的限位凸台安设。

按上述方案，所述计数芯筒的节数为(N-1)乘倍数，倍数为所述限位凸台的个数，每(N-1)节的计数芯筒为一组，其上的所述可变径限位球座对应同一个限位凸台。

按上述方案，从上往下第一组(N-1)节的所述计数芯筒与最下层的所述限位凸台相对应，最后一组(N-1)节的计数芯筒与最上层的限位凸台相对应。

按上述方案，所述弹性挡圈为弹性金属材料制成的设有斜开口的圆环。

本发明的有益效果是：提供一种滑槽计数式全通径套管滑套，信息球通过可变径限位球座时，可变径限位座可随旋转计数机构移动变径，实现对应目标层的压裂，并且通过旋转计数机构的环形轨迹凹槽的设置，真正实现压裂改造层数无限极；全通径的滑套结构，使得不同级数的滑套结构相同，降低了制造和下井难度，满足超深、超长水平段井的需求，将变径限位机构与滑套为一整体，并将限位型面和变径限位机构保护在密闭腔内，且限位弹性挡圈设计为流线型面，最大程度的防止了滑套因积砂和流体冲蚀导致开启失效，得到更大的全通径；压裂施工完成后，可溶球溶解，滑套内无其他机械结构，不会影响管内通径和流量。

附图说明

图1为本发明一个实施例的轴向剖视图。

图2为本发明一个实施例的外套筒的结构示意图。

图3为本发明一个实施例的单个环形轨迹凹槽的计数芯筒的结构示意图。

图4为本发明一个实施例的单个环形轨迹凹槽的展开图。

图5为本发明一个实施例中活动限位块的结构示意图。

图6为图1的A向视图。

图7为本发明一个实施例中限位套筒的的结构示意图。

图8为本发明一个实施例中可溶球被止挡的结构示意图。

图9为本发明一个实施例的可溶球下移通过计数芯筒的结构示意图。

图10为本发明一个实施例的计数芯筒上移压裂的结构示意图。

图11为本发明一个实施例的两组环形轨迹凹槽的计数芯筒的结构示意图。

图12为本发明一个实施例的两组环形轨迹凹槽的展开图。

图13为本发明一个实施例的两组环形轨迹凹槽时外套筒的结构示意图。

图14为本发明一个实施例的两组环形轨迹凹槽时的轴向剖视图。

图15为本发明一个实施例的弹性挡圈的结构示意图。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

如图1所示，一种滑槽计数式全通径套管滑套，包括上接头1、下接头2、外套筒3、固定套筒4和环形活塞5，外套筒的上下两端分别与上、下接头连接，固定套筒安设于外套筒内并与上接头延伸段底部套接，外套筒与上接头延伸段及固定套筒形成环形空腔，环形活塞设于环形空腔内，并通过剪切销钉6与上接头延伸段侧向连接定位，将环形空腔分隔为上空腔7和下空腔8，同时环形活塞封隔外套筒与上接头延伸段所对应设置的外压裂孔9和内压裂孔10，外套筒内部间隙配合安设有计数芯筒11，计数芯筒底部通过回位簧12与下接头抵接，计数芯筒顶部与上接头延伸段底部之间留有移动间距，在计数芯筒上设有可变径限位球座和旋转计数移动机构，外套筒内壁对应计数芯筒设有限位凸台13，限位凸台下方间隔设置止挡凸台14，限位凸台和止挡凸台之间形成扩径凹槽15，旋转计数移动机构通过止挡凸台止挡限位,在限位凸台的上端计数芯筒的外周对应可变径限位球座的上方安设限位套筒16。

如图2、图7所示，限位凸台的上下两侧分别设有上锥面17和下锥面18，可变径限位球座沿上、下锥面滑动变径。

限位套筒下端为圆锥面19，与限位凸台的上锥面相匹配，限位套筒的内壁底部设有环形内台阶面20。

如图5、图6所示，可变径限位球座包括活动限位块21和弹性挡圈22，计数芯筒沿周向均匀间隔设有多个限位块孔，所述活动限位块安设于所述限位块孔内，活动限位块内侧设有凹槽23与弹性挡圈相嵌合，弹性挡圈为弹性金属材料制成的设有斜开口的圆环(见图15)。

如图3、图4所示，旋转计数移动机构包括设于所述计数芯筒外周面上的环形轨迹凹槽24、限位销套筒25、限位销26和压紧套筒27，限位销套筒外套于计数芯筒并固联于止挡凸台下端，压紧套筒上下两端分别与限位销套筒及下接头相抵接，限位销通过限位销套筒固定，端头伸出插入环形轨迹凹槽内。

环形轨迹凹槽由齿数均为N的上锯齿形凹槽28、下锯齿形凹槽29组成，上、下锯齿形凹槽开口相对并在圆周方向错开360/2N度布置，下锯齿形凹槽中设有目标长槽30，目标长槽的轴向长度大于其余槽长，限位销沿上、下锯齿形凹槽的齿形方向移动计数，计数一次计数芯筒转动360/N度。

计数芯筒的节数为M，M＝N-1，从上往下每一节计数芯筒中限位销的起始位置依次为对应的第1～N-1个下锯齿形凹槽，目标长槽为第N个下锯齿形凹槽。

根据实际层数的需要，增加环形轨迹凹槽的圆周数量或径向圈数，实现了计数滑套全通径(最小通径为计数芯筒内径)和对油气层进行多级改造，理论上对油气层的压裂改造层数达到无限级。

如图11、图12所示，环形轨迹凹槽可设置多组，沿计数芯筒轴向间隔分布，上下相邻的两组环形轨迹凹槽在圆周方向顺次错开360/2N度布置，上组环形轨迹凹槽的下锯齿形凹槽通过设置跃层直槽31与对应的下组环形轨迹凹槽的上锯齿形凹槽相连通，第一组环形轨迹凹槽计数完成后，限位销通过跃层直槽下移至第二组环形轨迹凹槽，计数原理与上组环形轨迹凹槽相同，限位销运行终点为最后一组环形轨迹凹槽的目标长槽处。

如图13、图14所示，在多组环形轨迹凹槽的情况下，限位凸台和止挡凸台之间的外套筒内壁上沿轴向间隔增设多个限位凸台32，并形成多个扩径凹槽33，限位凸台和扩径凹槽的数量与环形轨迹凹槽的组数相同。计数芯筒的节数为(N-1)乘倍数，倍数为限位凸台的个数，每(N-1)节的计数芯筒为一组，其上的可变径限位球座对应同一个限位凸台。

从上往下第一组(N-1)节的计数芯筒与最下层的限位凸台相对应，最后一组(N-1)节的计数芯筒与最上层的限位凸台相对应，限位销走完一组环形轨迹凹槽，计数芯筒上移一段距离，随计数芯筒上移可变径限位球座与上一层的限位凸台抵接，直至到达最上层的限位凸台。

本装置的工作流程如下：

1、计数阶段：当计数芯筒上设有一组环形轨迹凹槽时，回位簧使可变径限位球座停留在外套筒内壁的限位凸台处，此时活动限位块内缩，弹性挡圈顶住可溶球产生上下压差(见图8)，继续加压迫使计数芯筒压缩回位簧向下移动，限位销从起点到达上锯齿形凹槽，同时计数芯筒旋转360/2N度，可变径限位球座也同时下移到外套筒的扩径凹槽内，弹性挡圈扩径推动活动限位块沿限位块孔向外活动，可溶球因此继续向下移动通过此计数芯筒(见图9)，此后计数芯筒上下压力平衡，在回位簧的作用下，计数芯筒向上移动，限位销运动到下锯齿形凹槽，同时计数芯筒旋转360/2N度，完成一次计数，活动限位块缩径回到限位凸台处停留，等待接住下一可溶球；

当计数芯筒上设有两组环形轨迹凹槽时，限位销位于上组环形轨迹凹槽的起始槽内，回位簧使可变径限位球座停留在外套筒内壁的下层限位凸台处，此时活动限位块内缩，弹性挡圈顶住可溶球产生上下压差，继续加压迫使计数芯筒压缩回位簧向下移动，限位销从起点到达上组上锯齿形凹槽，同时计数芯筒旋转360/2N度，可变径限位球座也同时下移到外套筒的下层扩径凹槽内，活动限位块的内径增大，可溶球因此继续向下移动通过此计数芯筒，此后计数芯筒上下压力平衡，在回位簧的作用下，计数芯筒向上移动，限位销运动到下锯齿形凹槽，同时计数芯筒旋转360/2N度，完成一次计数，活动限位块缩径回到下层限位凸台处停留，等待接住下一可溶球，直至限位销走完上组环形轨迹凹槽，通过跃层直槽下移进入下组环形轨迹凹槽的起始槽内，此时计数芯筒上移，可变径限位球座到达上层限位凸台处停留，等待接住下一可溶球。

2、压裂阶段：当井口投球达到计数芯筒开启数时，限位销进入到环形轨迹凹槽的目标长槽内，在回位簧的作用下，计数芯筒继续向上移动，直至计数芯筒的上端面与固定套筒下端面重合，此时活动限位块移动到限位套筒的环形内台阶面处，当可溶球落在可变径限位球座上，活动限位块被挤压扩径与限位套筒环形内台阶面贴合，但弹性挡圈内径依然小于可溶球的直径，在压力作用下可变径限位球座带动限位套筒一起向下移动，直至限位套筒的锥面与限位凸台的上锥面贴合。因下空腔为密封腔，压力从上接头的内压裂孔进入到环形活塞的上空腔，环形活塞被向下推动与固定套筒重合，此时内外压裂孔沟通，当达到压裂层位所需压力，层位被压裂，油气通过压裂孔进入生产管柱。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种滑槽计数式全通径套管滑套，包括上接头、下接头、外套筒、固定套筒和环形活塞，所述外套筒的上下两端分别与所述上、下接头连接，所述固定套筒安设于外套筒内并与上接头延伸段底部套接，所述外套筒与上接头延伸段及固定套筒形成环形空腔，所述环形活塞设于环形空腔内，并通过剪切销钉与上接头延伸段侧向连接定位，将环形空腔分隔为上空腔和下空腔，同时环形活塞封隔外套筒与上接头延伸段所对应设置的外压裂孔和内压裂孔，其特征在于所述外套筒内部间隙配合安设有计数芯筒，所述计数芯筒底部通过回位簧与下接头抵接，计数芯筒顶部与所述上接头延伸段底部之间留有移动间距，在计数芯筒上设有可变径限位球座和旋转计数移动机构，所述外套筒内壁对应计数芯筒设有限位凸台，在限位凸台的上端计数芯筒的外周对应可变径限位球座的上方安设限位套筒，所述外套筒内壁限位凸台下方间隔设置止挡凸台，在限位凸台和所述止挡凸台之间形成扩径凹槽，旋转计数移动机构通过止挡凸台止挡限位；

所述可变径限位球座包括活动限位块和弹性挡圈，所述计数芯筒沿周向均匀间隔设有多个限位块孔，所述活动限位块安设于所述限位块孔内，活动限位块内侧设有凹槽与弹性挡圈相嵌合；

所述旋转计数移动机构包括设于所述计数芯筒外周面上的环形轨迹凹槽、限位销套筒、限位销和压紧套筒，限位销套筒外套于计数芯筒并固联于止挡凸台下端，所述压紧套筒上下两端分别与限位销套筒及下接头相抵接，所述限位销通过限位销套筒固定，端头伸出插入所述环形轨迹凹槽内。

2.如权利要求1所述的一种滑槽计数式全通径套管滑套，其特征在于所述限位凸台的上下两侧分别设有上锥面和下锥面，所述可变径限位球座沿所述上、下锥面滑动变径；所述限位套筒下端为圆锥面，与限位凸台的上锥面相匹配，限位套筒的内壁底部设有环形内台阶面。

3.如权利要求2所述的一种滑槽计数式全通径套管滑套，其特征在于所述环形轨迹凹槽由齿数均为N的上、下锯齿形凹槽组成，所述上、下锯齿形凹槽开口相对并在圆周方向错开360/2N度布置，下锯齿形凹槽中设有目标长槽，所述目标长槽轴向长度大于其余槽长，所述限位销沿上、下锯齿形凹槽的齿形方向移动计数，计数一次计数芯筒转动360/N度。

4.如权利要求3所述的一种滑槽计数式全通径套管滑套，其特征在于所述计数芯筒的节数为N-1，从上往下每一节计数芯筒中所述限位销的起始位置依次为对应的第1～N-1个下锯齿形凹槽，所述目标长槽为第N个下锯齿形凹槽。

5.如权利要求3所述的一种滑槽计数式全通径套管滑套，其特征在于所述环形轨迹凹槽为一组或多组，多组环形轨迹凹槽沿所述计数芯筒轴向间隔分布，上下相邻的两组环形轨迹凹槽在圆周方向顺次错开360/2N度布置，上组环形轨迹凹槽的下锯齿形凹槽通过设置跃层直槽与对应的下组环形轨迹凹槽的上锯齿形凹槽相连通。

6.如权利要求5所述的一种滑槽计数式全通径套管滑套，其特征在于所述限位凸台和止挡凸台之间的外套筒内壁上沿轴向间隔增设有多个限位凸台，并形成多个所述扩径凹槽，限位凸台和扩径凹槽的数量与所述环形轨迹凹槽的组数相同。

7.如权利要求6所述的一种滑槽计数式全通径套管滑套，其特征在于所述目标长槽位于最下层的所述环形轨迹凹槽中，所述限位套筒对应于最上层的限位凸台安设。

8.如权利要求7所述的一种滑槽计数式全通径套管滑套，其特征在于所述计数芯筒的节数为(N-1)乘倍数，倍数为所述限位凸台的个数，每(N-1)节的计数芯筒为一组，其上的所述可变径限位球座对应同一个限位凸台。

9.如权利要求8所述的一种滑槽计数式全通径套管滑套，其特征在于从上往下第一组(N-1)节的所述计数芯筒与最下层的所述限位凸台相对应，最后一组(N-1)节的计数芯筒与最上层的限位凸台相对应。

10.如权利要求1或9所述的一种滑槽计数式全通径套管滑套，其特征在于所述弹性挡圈为弹性金属材料制成的设有斜开口的圆环。