CN115341873A - 一种具有射孔功能的趾端滑套及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有射孔功能的趾端滑套，包括：滑套壳体，所述滑套壳体设有用于供液体流过的中心流道；布置在所述滑套壳体的侧壁内的控制系统，所述控制系统包括压力传感器和与所述压力传感器连接的控制电路；以及多个布置在所述滑套壳体的侧壁内的爆炸单元，所述爆炸单元通过导爆索与所述控制电路连接；其中，所述压力传感器能够探测所述中心流道内的液体压力，所述控制电路能够在探测到的液体压力作用下激活，并点燃所述导爆索以将所述爆炸单元引爆，使得爆炸形成的冲击波击碎所述趾端滑套的对应于所述爆炸单元的侧壁，从而导通井筒和地层。本发明还提供一种具有射孔功能的趾端滑套的施工方法。

Description

一种具有射孔功能的趾端滑套及其施工方法

技术领域

本发明属于油气完井工程技术领域，尤其用于页岩油气、致密砂岩油气、煤层气等非常规油气储层采用水平井分段压裂完井，具体涉及一种具有射孔功能的趾端滑套。

背景技术

页岩油气、致密砂岩油气、煤层气等非常规油气储层普遍采用水平井多级滑套分段压裂完井工艺。现有技术中，最下面一级滑套即趾端滑套一般采用憋压打开工艺，套管内憋压使滑套的销钉或爆破片剪断，从而使滑套打开。但是，在完井施工过程中，销钉或爆破片的控制精度难以掌握，在套管试压时很容易提前打开，或者在后期压裂时出现打不开的情况。这些都严重影响了完井施工效率。

对于水平井多级滑套分段压裂完井工艺，一般采用裸眼封隔器分段，然而，多级封隔器下入困难，工具费用高。近年来，也有采用固井滑套工艺，即通过直接固井取代裸眼封隔器进行段间分隔，但是，固井滑套由于在管外采用水泥进行封固，即使滑套打开也会存在压不开地层的问题，导致压裂施工压力大，这造成施工压力经常超过井口限压，无法正常施工。

中国专利文献CN 112049606 A公开了一种延时开启趾端滑套的开启方法。该趾端滑套采用破裂盘、活塞和支撑杆结构，其结构复杂，开启效率低下，且开启压力大，导致压裂施工压力大。中国专利文献CN 112267849 A公开了一种破裂盘式趾端滑套及使用方法，其通过调节环、破裂片和隔离板形成的空间内放置固体强酸载体，在破裂片破裂后固体强酸遇水迅速反应生成强酸，腐蚀水泥环。然而，该破裂盘式趾端滑套的穿透性不强，导通效率低下，射孔性能较差。中国专利文献CN 212428711 U公开了一种高压激活式趾端滑套，其通过井口施加高压，激活工具内部导压机构，在井口泄压后依靠机构自身能量开启导压通道，实现井筒压力与趾端滑套工具的压差滑套机构活塞腔室连通，开启趾端滑套。该趾端滑套施工工艺要求高，且其压裂施工压力高。

发明内容

针对如上所述的技术问题，本发明旨在提出一种具有射孔功能的趾端滑套，该趾端滑套能够降低固井滑套的压裂施工压力，并能够有效避免滑套提前打开或无法打开的情况，显著提高了趾端滑套的可靠性。

为此，根据本发明的第一方面，提供了一种具有射孔功能的趾端滑套，包括：滑套壳体，所述滑套壳体设有用于供液体流过的中心流道；布置在所述滑套壳体的侧壁内的控制系统，所述控制系统包括压力传感器和与所述压力传感器连接的控制电路；以及多个布置在所述滑套壳体的侧壁内的爆炸单元，所述爆炸单元通过导爆索与所述控制电路连接；其中，所述压力传感器能够探测所述中心流道内的液体压力，所述控制电路能够在探测到的液体压力作用下激活，并点燃所述导爆索以将所述爆炸单元引爆，使得爆炸形成的冲击波击碎所述趾端滑套的对应于所述爆炸单元的侧壁，从而导通井筒和地层。

在一个实施例中，所述滑套壳体的侧壁设有第一腔体和第二腔体，所述控制系统设置在所述第一腔体内，所述爆炸单元设置在所述第二腔体内。

在一个实施例中，所述第一腔体设有传压孔，所述第一腔体通过所述传压孔与所述中心流道连通。

在一个实施例中，所述压力传感器的一端连接所述控制电路，另一端延伸至所述传压孔内，

所述压力传感器通过所述传压孔探测所述中心流道内的液体压力，并传递给所述控制电路。

在一个实施例中，所述第二腔体设有多个，多个所述第二腔体沿周向间隔开分布，多个所述爆炸单元分别设置在相应的所述第二腔体内。

在一个实施例中，所述第二腔体设有多个，多个所述第二腔体沿轴向间隔开分布，多个所述爆炸单元分别设置在相应的所述第二腔体内。

在一个实施例中，所述爆炸单元为射孔弹。

在一个实施例中，在所述滑套壳体的对应于所述爆炸单元的位置设有内套，所述内套对所述爆炸单元形成封固，

所述爆炸单元爆炸形成的冲击力能够击碎所述内套，而导通井筒和地层。

在一个实施例中，所述滑套壳体的两端分别形成有用于连接其他井下工具的上接头和下接头。

根据本发明的第二方面，提供一种如上所述的趾端滑套的施工方法，包括以下步骤：

从井口向井筒泵注液体，并在井底形成预定形式的压力波；

所述压力传感器通过传压孔探测到所述中心流道内的压力波，并传递给所述控制电路；

所述控制电路在压力波激活下点燃导爆索，引爆所述爆炸单元，所述爆炸单元爆炸产生的冲击力向外击穿趾端滑套的侧壁和趾端滑套外的水泥层，并在地层内形成缝隙，向内击碎内套，从而导通井筒和地层，

其中，泵注过程中，采用预定编码的加压程序，从而在井底形成预定编码形式的压力波。

与现有技术相比，本申请的优点之处在于：

根据本发明的具有射孔功能的趾端滑套作为水平井趾端首段压裂工具，其能够与泵送桥塞射孔连作工艺配套使用，不仅能够避免传统滑套在套管试压过程中提前打开或后期压裂打不开的情况，从而显著提高作业成功率，大大提高了趾端滑套的可靠性。同时，该趾端滑套通过将射孔工艺和趾端滑套结合实现自带射孔功能，其通过爆炸单元爆炸产生的冲击力向外击穿趾端滑套的侧壁和趾端滑套外的水泥层，并向内击碎内套，从而为后期压裂提供应力诱导，大幅降低了固井滑套的压裂施工压力，这非常有利于提高压裂施工作业效率和增强压裂施工作业效果。

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具有射孔功能的趾端滑套的结构。

图2是根据本发明的具有射孔功能的趾端滑套的加压程序的压力编码示意图。

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。

图1显示了根据本发明的具有射孔功能的趾端滑套100的结构。如图1所示，趾端滑套100包括滑套壳体10，滑套壳体10构造成圆筒状。滑套壳体10内部形成有沿轴向贯穿滑套壳体10的中心流道11，中心流道11用于供液体(压裂液)流过。

如图1所示，滑套壳体10的两端分别形成有上接头16和下接头17，上接头16和下接头17分别用于连接其他井下工具。由此，通过上接头16和下接头17将趾端滑套100连接到完井管柱串中。上接头16和下接头17例如可以设置成螺纹或丝扣连接结构。趾端滑套100通过上接头16和下接头17不仅连接稳定，而且拆装方便快捷。

根据本发明，趾端滑套100还包括控制系统和多个爆炸单元30。如图1所示，滑套壳体10具有一定厚度，控制系统和爆炸单元30均布置在滑套壳体10的侧壁内。控制系统能够控制爆炸单元30爆炸以产生冲击力，从而击碎趾端滑套100的对应于爆炸单元30的侧壁，由此导通井筒和地层。

在一个实施例中，爆炸单元30采用聚能射孔弹。射孔弹的点火方式采用液压编码方式，其能够有效防止误射孔或提前击发,非常有利于避免滑套提前打开或无法打开的情况，进一步提高了趾端滑套的可靠性。

如图1所示，控制系统包括压力传感器21和与压力传感器21连接的控制电路22。在滑套壳体10的侧壁上设有第一腔体12，控制电路22嵌入式设置在第一腔体12内。第一腔体12设有传压孔14，第一腔体12通过传压孔14与中心流道11连通。优选地，传压孔14设置在第一腔体12的端部且沿滑套壳体10的径向延伸。压力传感器21的一端安装在控制电路22上，并形成信号连接，压力传感器21的另一端延伸至传压孔14内。工作时，井底形成的压力波能够通过中心流道11传递至传压孔14中，并传递至压力传感器21上，由此，通过压力传感器21来探测井底的压力波。

根据本发明，在滑套壳体10的侧壁上还设有第二腔体13，爆炸单元30设置在第二腔体13内。第二腔体13与第一腔体12在轴向上间隔开分布。第二腔体13设有多个，多个爆炸单元30分别对应设置在各第二腔体13内。第二腔体13形成为沿着滑套壳体10的内壁面径向向外凹的凹槽。在滑套壳体10的对应于安装爆炸单元30的位置设有内套40，内套40嵌入式设置在滑套壳体10的内表面，并且，内套40的内径与中心流道11的内径相等。爆炸单元30的径向外侧抵靠凹槽的底面，爆炸单元30的径向内侧抵靠内套40，由此，通过内套40对爆炸单元30形成封固。趾端滑套100的这种结构能够有效避免在套管试验过程中提前打开，非常有利于提高趾端滑套100的可靠性。

在一个实施例中，内套40可以采用陶瓷材料制成，内套40能够起到良好的支撑作用，并能够在射孔后被爆炸击碎。

在图1所示的实施例中，多个第二腔体13在滑套壳体10的周向上均匀间隔开分布。

在一个未示出的实施例中，多个第二腔体13还可以设置成沿滑套壳体10的轴向均匀间隔开分布。

根据本发明，多个爆炸单元30分别通过导爆索31与控制电路22连接，控制电路22能够在压力脉冲激活下点燃导爆索31。导爆索31的一端连接设置在第一腔体12内的控制电路22，另一端穿过滑套壳体10与设置在第二腔体13内的爆炸单元30连接。工作时，控制电路22能够在压力传感器21探测到的压力波激活下点燃导爆索31，从而引爆爆炸单元30。爆炸单元30爆炸产生的冲击力向外击穿趾端滑套100的侧壁和对应处于趾端滑套100外部的水泥层，并在地层内形成缝隙，爆炸产生的冲击力向内击碎内套40，从而导通井筒和地层。趾端滑套100通过爆炸单元30能够实现快速打开滑套，有效避免滑套后期压裂过程中打不开的情况，有效提高了压裂施工作业的成功率。同时，在压裂施工时，能够显著降低固井滑套的压裂施工压力，非常有利于提高压裂施工作业效率和增强压裂施工作业效果。

根据本发明，还提出了一种具有射孔功能的趾端滑套的施工方法，下面具体介绍该施工方法。

首先，通过作业管柱将具有射孔功能的趾端滑套100预置于水平井趾端。

在压裂施工时，从井口向井筒泵注液体，在地面进行管内加压。在泵注过程中，采用预定编码的加压程序，从而在井底形成预定编码形式的压力波。例如，形成一定规律的压力脉冲。图2是根据本发明的具有射孔功能的趾端滑套100的加压程序的压力编码示意图。在泵注过程中，采用预定编码的加压程序，这样保证了井底压力波以设计的编码形式传递至传压孔14中。

压力传感器21通过传压孔14探测到中心流道11内的压力波，并传递给控制电路22。

控制电路22在压力传感器21传递的带编码的压力波激活下点燃导爆索31，从而引爆爆炸单元30。爆炸单元30爆炸射流方向沿滑套壳体10径向向外。爆炸单元30爆炸产生的冲击力向外击穿趾端滑套100的侧壁和趾端滑套100外的水泥层，并在地层内形成有一定延伸长度的缝隙，同时，爆炸单元30爆炸产生的冲击力向内击碎内套40，从而导通井筒和地层。由此，在地层和井筒之间形成流动通道，这非常方便后续泵送桥塞与射孔作业。

根据本发明的具有射孔功能的趾端滑套100作为水平井趾端首段压裂工具，其能够与泵送桥塞射孔连作工艺配套使用，不仅能够避免传统滑套在套管试压过程中提前打开或后期压裂打不开的情况，从而显著提高作业成功率，大大提高了趾端滑套100的可靠性。同时，该趾端滑套100通过将射孔工艺和趾端滑套结合实现自带射孔功能，其通过爆炸单元30爆炸产生的冲击力向外击穿趾端滑套100的侧壁和趾端滑套100外的水泥层，并向内击碎内套40，从而为后期压裂提供应力诱导，大幅降低了固井滑套的压裂施工压力，这非常有利于提高压裂施工作业效率和增强压裂施工作业效果。

在本发明中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

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 (10)

1.一种具有射孔功能的趾端滑套，包括：

滑套壳体(10)，所述滑套壳体设有用于供液体流过的中心流道(11)；

布置在所述滑套壳体的侧壁内的控制系统，所述控制系统包括压力传感器(21)和与所述压力传感器连接的控制电路(22)；以及

多个布置在所述滑套壳体的侧壁内的爆炸单元(30)，所述爆炸单元通过导爆索(31)与所述控制电路连接；

其中，所述压力传感器能够探测所述中心流道内的液体压力，所述控制电路能够在探测到的液体压力作用下激活，并点燃所述导爆索以将所述爆炸单元引爆，使得爆炸形成的冲击波击碎所述趾端滑套的对应于所述爆炸单元的侧壁，从而导通井筒和地层。

2.根据权利要求1所述的趾端滑套，其特征在于，所述滑套壳体的侧壁设有第一腔体(12)和第二腔体(13)，所述控制系统设置在所述第一腔体内，所述爆炸单元设置在所述第二腔体内。

3.根据权利要求2所述的趾端滑套，其特征在于，所述第一腔体设有传压孔(14)，所述第一腔体通过所述传压孔与所述中心流道连通。

4.根据权利要求3所述的趾端滑套，其特征在于，所述压力传感器的一端连接所述控制电路，另一端延伸至所述传压孔内，

所述压力传感器通过所述传压孔探测所述中心流道内的液体压力，并传递给所述控制电路。

5.根据权利要求2所述的趾端滑套，其特征在于，所述第二腔体设有多个，多个所述第二腔体沿周向间隔开分布，多个所述爆炸单元分别设置在相应的所述第二腔体内。

6.根据权利要求2所述的趾端滑套，其特征在于，所述第二腔体设有多个，多个所述第二腔体沿轴向间隔开分布，多个所述爆炸单元分别设置在相应的所述第二腔体内。

7.根据权利要求1到6中任一项所述的趾端滑套，其特征在于，所述爆炸单元为射孔弹。

8.根据权利要求1所述的趾端滑套，其特征在于，在所述滑套壳体的对应于所述爆炸单元的位置设有内套(40)，所述内套对所述爆炸单元形成封固，

所述爆炸单元爆炸形成的冲击力能够击碎所述内套，而导通井筒和地层。

9.根据权利要求1所述的趾端滑套，其特征在于，所述滑套壳体的两端分别形成有用于连接其他井下工具的上接头(16)和下接头(17)。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的趾端滑套的施工方法，包括以下步骤：

从井口向井筒泵注液体，并在井底形成预定形式的压力波；

所述压力传感器通过传压孔探测到所述中心流道内的压力波，并传递给所述控制电路；

所述控制电路在压力波激活下点燃导爆索，引爆所述爆炸单元，所述爆炸单元爆炸产生的冲击力向外击穿趾端滑套的侧壁和趾端滑套外的水泥层，并在地层内形成缝隙，向内击碎内套，从而导通井筒和地层，

其中，泵注过程中，采用预定编码的加压程序，从而在井底形成预定编码形式的压力波。

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