CN203925461U - 一种全通径投球滑套分段压裂设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全通径投球滑套分段压裂设备，包括若干封隔器、与各封隔器连接的油管和依次设在封隔器之间油管上的投球滑套装置；所述投球滑套装置包括与所述油管连通且相互连接的计数装置和封堵装置，所有投球滑套装置中的计数装置和封堵装置均具有相同的内径。本实用新型可以在油管直径不变的情况下实施压裂作业，具有内通径大，与普通投球滑套相比能够提供更足够的流体通道等优点。

Description

一种全通径投球滑套分段压裂设备

技术领域

本实用新型属于石油天然气开采设备，具体涉及一种全通径投球滑套分段压裂设备。

背景技术

在现代油气开采中，压裂作业是一种非常有效的增产办法。投球滑套是一种在水平裸眼或套管井分层开采或压裂中实现油套环空开关的井下工具。通过地面向油管投球，地面对油管加压实现滑套的开启，井液通过滑套的开孔将压力传到产层，对产层进行压裂。针对同一规格油管，一般有多种直径的配套钢球，配合投球滑套的座封孔径，可实现多层同时下井分层作业。国内外投球滑套的技术莫过于采用不同直径的钢球与相应孔径的投球滑套的座封相配合，从小到大，从下到上，实现分层作业。但是由于受到油管直径大小的限制和通径的要求，钢球大小的分级数量受到限制，而且因下层座封孔径较小而使得通径较小，不利于压裂开采效率的提升。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种在油管直径不变的情况下实现多油层分层开启作业的全通径投球滑套分段压裂设备。

实现本实用新型目的采用的技术方案是：

全通径投球滑套分段压裂设备，包括若干封隔器、与各封隔器连接的油管和依次设在封隔器之间油管上的投球滑套装置；所述投球滑套装置包括与所述油管连通且相互连接的计数装置和封堵装置，所有投球滑套装置中的计数装置和封堵装置均具有相同的内径。

所述的计数装置，包括第一管体、活动设在第一管体内且与第一管体密封的筒状滑动芯轴和投球，所述第一管体的内壁上轴向设有若干第一空位槽，所述滑动芯轴上设有上、下两组第一瓣门，每组第一瓣门均由第一瓣块和第一密封圈组成的，所述第一瓣块穿过滑动芯轴筒壁活动设置在滑动芯轴上与投球和第一管体上的第一空位槽相配合，所述第一密封圈设在筒壁内第一瓣块的上方与投球相配合。

所述第一管体由第一上接头和第一筒体通过螺纹连接构成，所述第一空位槽和滑动芯轴设在第一筒体上；所述滑动芯轴的上下两端设有与第一筒体上的第一空位槽相配合的第一弹性爪头；所述第一瓣块的尺寸大于滑动芯轴的筒壁厚度；所述上、下两组第一瓣门中的两个第一瓣块之间的距离与相邻两个第一空位槽之间的距离不相等。

本实用新型提供的另一种计数装置，包括第二管体、设在第二管体内的定向套、转动套、开口套和中心管；所述定向套和开口套按上下分别固定在第二管体上，所述中心管套设在定向套内做轴向运动，中心管的下端内设有与投球配合的胶圈，所述定向套和中心管的周向上分别设有相互错位的棘齿，所述转动套套设在中心管上且由设在第二管体内的回位弹簧支撑，转动套上设有棘齿与所述定向套和中心管上的棘齿相配合，转动套与开口套在周向的一设定位置上形成相对轴向运动。

所述中心管和定向套上的棘齿相互错位1/2相位；所述转动套与开口套的相对轴向运动由设在转动套上的导向块或轴向开口分别与设在开口套上的轴向开口或导向块相配合形成；所述第二管体由第二上接头、第二筒体和壳体依次螺纹连接组成，所述定向套、转动套和开口套设在第二筒体内，所述中心管设在第二筒体和壳体内，所述回位弹簧设在所述转动套与壳体之间。

所述封堵装置包括第三管体、活动设在第三管体内与所述计数装置中滑动芯轴或者中心管相配合且与第三管体密封的封堵管、设在第三管体内且通过第一剪切钉与第三管体连接位于封堵管下方的剪切套，套设在封堵管和剪切套内且通过第二剪切钉与封堵管连接的筒状球座；所述封堵管与剪切套之间设有第二空位槽；所述球座内设有第二瓣门，第二瓣门由第二瓣块和第二密封圈组成，所述第二瓣块穿过球座筒壁活动设置在球座上与投球和第二空位槽相配合，所述第二密封圈为两个分别设在球座筒壁内第二瓣块的上下方与投球相配合；所述第三管体的内壁上设有卡槽，所述封堵管上设有第二弹性爪头与第三管体上的卡槽相配合，封堵管和第三管体上分别设有可以对应的第一、第二通孔；所述剪切套内下端设有与所述球座配合的第一止口，所述第三管体内的下端设有与剪切套配合的第二止口。

所述第三管体由中接头、剪切筒和下接头依次由上至下通过螺纹连接组成；所述第三管体上的通孔和卡槽设在中接头上，所述封堵管设在中接头内；所述第一剪切钉设在所述剪切筒上，所述剪切套设在剪切筒内；所述第三管体上的止口设在所述下接头上。

所述第一止口与所述球座之间的距离等于所述第一通孔与第二通孔之间的距离。

所述第二止口与所述剪切套之间设有适当距离；所述第二瓣块的尺寸大于球座的筒壁厚度。

所述第二瓣门中，第二瓣块为环形布置的4个。

本实用新型由于在所有投球滑套装置中的计数装置和封堵装置均采用相同的内径，可以在不改变油管通油直径的情况下实施压裂作业，具有以下优点：

1）具备多级数量分层控制压裂作业的功能，分层数量不受油管直径限制；

2) 由于油管直径不变，可以具备较大的内通径，与普通投球滑套相比能够提供更足够的流体通道；

3）在投球座封后，能够确保座封，可靠承受压裂压力；

4）适合标准的投球操作方式，使作业通用化，简单化 。

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型中计数装置的结构示意图。

图3是图2所示计数装置的工作原理示意图。

图4是本实用新型中另一种计数装置的结构示意图。

图5是图4所示计数装置的工作原理示意图。

图6是本实用新型中封堵装置的结构示意图。

图7是封堵装置的工作原理示意图。

图8是本实用新型的工作原理示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型提供的全通径投球滑套分段压裂设备，包括若干封隔器4、与各封隔器4连接的油管3和依次设在封隔器4之间油管3上的投球滑套装置；所述投球滑套装置包括与所述油管3连通且相互连接的计数装置1和封堵装置2或者计数装置3和封堵装置2，所有投球滑套装置中的计数装置1和封堵装置2均具有相同的内径, 两个相邻封隔器4之间形成产层。

所述计数装置1，如图2所示，包括第一管体，第一管体由第一上接头101和第一筒体102通过螺纹连接构成，第一筒体102的内壁上轴向设有若干第一空位槽107，第一空位槽107的数量根据计数器的计数要求设置；第一筒体102内活动设有筒状滑动芯轴106，筒状滑动芯轴106的上下两端设有与第一筒体102上的第一空位槽107相配合的第一弹性爪头104，筒状滑动芯轴106上设有O形圈105与第一筒体102之间形成密封，滑动芯轴106的中部设有上、下两组第一瓣门，每组第一瓣门均由环形布置的4个（或六个）第一瓣块109和一个第一密封圈108组成，第一瓣块109的尺寸大于滑动芯轴106的筒壁厚度，第一瓣块109穿过滑动芯轴106筒壁活动设置在滑动芯轴106上与投球103和第一筒体102上的第一空位槽107相配合，上、下两组第一瓣门中的两个第一瓣块109之间的距离与相邻两个第一空位槽107之间的距离不相等，使得当其中一个第一瓣块109与一个第一空位槽107配合时，另一个第一瓣块109不与其它第一空位槽107相配合；第一密封圈108设在滑动芯轴106筒壁内第一瓣块109的上方与投球103相配合。

计数装置1的工作原理如图2、图3所示。计数装置1为滑动计数结构，由与滑动芯轴106上的第一瓣门中瓣块109相配合的第一筒体102上的第一空位槽107数目来计数。钢质投球103密封后加压，推动滑动芯轴106的2组瓣块109做交替闭合和打开动作，每过一次钢球103完成一次周期，推动弹性爪头104向下移动一个槽，实现计数。计数装置1的具体动作如下：

当第一瓣块109的位置与第一筒体102上的第一空位槽107相对时，可以向第一空位槽107中避让，使投球103通过，此瓣门为打开状态。否则瓣块109无避让空间，投球103无法通过，为关闭状态。计数装置1在起始位置时如图2所示，两组第一瓣门中的上瓣门关闭，下瓣门打开，当投球103落入该装置，投球103被上瓣门中的瓣块109顶住，并与第一密封圈108形成密封；此时滑动芯轴106与第一筒体102之间有O形圈105密封，油管压力推动滑动芯轴106相对第一筒体102向下滑动一段距离，直至上瓣门中的瓣块109打开，下瓣门中的瓣块109关闭，钢球落入两瓣门的瓣块109之间，如图3(a)所示；因此投球103在油管压力下继续推动滑动芯轴106相对第一筒体102向下滑动，直至下瓣门中的瓣块109打开投球103顺利通过，如图3(b)所示。此时，整个计数装置1通过一次投球103，滑动芯轴106相对第一筒体102向下滑动一个计数位，计数位的数目根据需要通过设置用于计数的第一空位槽107的数目N来确定, 用于计数的第一空位槽107，从滑动芯轴106的下面一组第一瓣门的第一瓣块109下方第一个第一空位槽107算起，如图2所示。滑动芯轴106上的第一弹性爪头104与第一筒体102上的第一空位槽107相配合主要用于滑动芯轴106在滑动过程中的定位。

图4所示为本实用新型提供的另一种计数装置3，包括第二管体、设在第二管体内的定向套302、转动套309、开口套311和中心管306；所述第二管体由第二上接头301、第二筒体305和壳体312依次螺纹连接组成，所述定向套302、转动套309和开口套311设在第二筒体305内，其中定向套302和开口套311按上下分别固定在第二筒体305上，所述中心管306设在第二筒体305和壳体312内，中心管306套设在定向套302内通过设在其上的定位块303与定向套302上的槽孔304相配合做轴向运动，中心管306的下端内设有与钢质投球316配合的胶圈315；所述定向套302和中心管306的周向上分别设有相互错位的棘齿307、307′，定向套302和中心管306上的棘齿307、307′相互错位1/2相位（棘齿与棘齿之间的距离为相位）；所述转动套309套设在中心管306上，在壳体312内的下部台阶上设有垫圈314，转动套309由设在其与壳体312内垫圈314之间的回位弹簧313支撑，转动套309上设有内圈棘齿308与所述中心管上的棘齿307′相配合，转动套309的外壁上还设有单个外圈棘齿317与所述定向套302上的棘齿307相配合，开口套311在周向的一设定位置上设有轴向开口310，转动套309通过其上的可作为导向块的外圈棘齿317与开口套311上的开口310相配合形成相对轴向运动（或者是转动套通过设在其上的轴向开口与设在开口套上的导向块相配合形成它们之间的相对轴向运动）。

计数装置3的工作原理：

见图4、图5，先根据计数需要确定定向套302上的棘齿307数作为计数棘齿，当投球103进入计数装置，通过中心管306落在其下端的胶圈315上，由于过盈量，投球103带动中心管306向下运动，中心管306通过棘齿307′作用于转动套309的内圈棘齿308推动转动套309下压回位弹簧313，使得转动套309的外圈棘齿317脱出定向套302的棘齿307，转动套309向下运动的距离被开口套311限位，如图5 (a)；由于定向套302和中心管306上的棘齿307、307′相互错位1/2相位，转动套309在与中心管306的齿配合过程中转动1/2个相位，如图5(b)；当投球103被压力挤出中心管306后，在回位弹簧313的作用下，转动套309带动中心管306向上运动回复，转动套309在与定向套302的齿配合过程中又继续转动1/2相位，并回复初始状态（参见图4），这时转动套309转过了1个相位。重复投入投球103通过计数装置,转动套309重复以上过程，直至最后一个计数相位，转动套309的单个外圈棘齿337正好对准开口套311的开口310，使得中心管306可以带动转动套309向下运动并伸出壳体312，如图5(c)所示。

根据本实用新型的构思，还可提供与上述计数装置结构不同的其它计数装置，这些均属于本领域技术人员可以理解的与本实用新型计数装置等同的技术方案，在此不再赘述。

所述封堵装置，如图6所示，包括第三管体，第三管体由中接头201、剪切筒213和下接头218依次由上至下通过螺纹连接组成；中接头201与计数装置1中的第一筒体102或计数装置3中的壳体112螺纹连接，中接头201上设有第一通孔206，中接头201的内壁设有上下卡槽203，中接头201内活动设有与所述计数装置1中滑动芯轴106或计数装置3中的中心管306相配合的封堵管204，封堵管204上设有O形圈207与中接头201密封；剪切筒213内设有剪切套216，剪切套216通过第一剪切钉215与剪切筒213连接且位于封堵管204下方；在封堵管204和剪切套216之间内套设有筒状球座209，球座209通过第二剪切钉208与封堵管204连接；封堵管204与剪切套216之间设有第二空位槽212；球座209内设有第二瓣门，第二瓣门由第二瓣块211和第二密封圈210组成，第二瓣块211为环形布置的4个（或六个），第二瓣块211的尺寸大于球座209的筒壁厚度，第二瓣块211穿过球座209的筒壁活动设置在球座209上与投球和第二空位槽212相配合，第二密封圈210为两个分别设在球座筒壁内第二瓣块211的上下方与投球相配合，球座209上设有O形圈219与剪切套216密封；封堵管204上设有第二弹性爪头202与设在中接头201内壁上的卡槽203相配合，封堵管204上设有可以和中接头201上的第一通孔206对应的第二通孔205；剪切套216内下端设有与球座209配合的第一止口214，第一止口214与球座209之间的距离L2等于第一通孔206与第二通孔205之间的距离L1；下接头218内的下端设有与剪切套216配合的第二止口217，第二止口217与剪切套216之间设有适当距离L3。

封堵装置2的工作原理如图6、图7所示，封堵装置2在初始状态时如图6所示，这时封堵管204的第二弹性爪头202位于中接头201内壁上的上卡槽203内，使球座209上第二瓣门中的第二瓣块211对着由中接头201与剪切套216之间形成的空槽位212，处于打开状态。在计数装置1中滑动芯轴106或计数装置3中的中心管306触发下，如图7(a)所示，封堵管204被推动，相对中接头201向下移动，此时球座209上的第二瓣门关闭，第二瓣块211退回球座209内，球座209上的O形圈219进入剪切套216密封面，投球103从计数装置1落下，落入球座209内与第二密封圈210形成下部封堵。如图7(b)所示，在油管压力的继续作用下，投球103拖动球座209和封堵管204直至封堵管204的第二弹性爪头202进入中接头201内壁上的下卡槽203内，第二剪切钉208切断，这时封堵管204和中接头201上的第二通孔205、第一通孔206对正形成油管通道；接着球座209落入剪切套216中，并切断第一剪切钉215最终与剪切套216一同落入下接头218内，如图7(c)所示，此时中接头201与剪切套216之间形成的空槽位212尺寸延长，使下层投球103可以顺利通过该球座209，如图7(d)所示。

封堵装置2在被触发前，所有投球能够顺利通过，当被计数装置触发后，投球将封堵孔径，并在油管压力作用下，通过封堵装置2中封堵管204和中接头201上的第二通孔205、第一通孔206打开油管通道，使油管内部压力传递至产层，开始压裂作业。

本实用新型的全通径投球滑套分段压裂设备在实际应用时的情况如图8（a）—（e）所示，首先根据压裂产层数确定投球滑套装置的数目。对于采用计数装置1的情况（参见图2），安装前在井上根据层位预先使用专用工具设定该层位的计数装置1计数位的数值,即用于计数的第一空位槽107的数目N，再将与计数位的数值相等的投球滑套装置依次连接油管3下入井中，用封隔器4将设有投球滑套装置的油管3隔离形成压裂产层，图8所示投球滑套装置为3个，包括计数装置1A—1C、封堵装置2A—2C。使用时，投入配套的相同大小的钢质投球103，投球依次通过各层位N的计数装置1时，触发一次计数动作R，计数为S=N-R,R=0、1、2、3…N,计数为递减数列关系。而对于采用计数装置3的情况（参见图4），安装前在井上根据层位设定该层位的计数装置3中定向套302上的棘齿307（计数棘齿）的数值,再将与计数棘齿的数值相等的投球滑套装置依次连接油管下入井中，用封隔器4将设有投球滑套装置的油管隔离形成压裂产层，图8所示投球滑套装置为3个，包括计数装置3A—3C、封堵装置2A—2C。使用时，投入配套的相同大小的钢质投球103，投球依次通过各层位的计数装置时，触发一次计数动作。当钢质投球103落入最下层的投球滑套装置，触发该投球滑套装置中计数装置最后一次计数动作，并启动封堵装置。随着油管压力升高，开始最下层的压裂作业。之后每投入一个投球，由下往上逐次进行压裂作业。作业完成后，投球随油管内流体返回地面。

Claims (10)

1.一种全通径投球滑套分段压裂设备，其特征是包括若干封隔器、与各封隔器连接的油管和依次设在封隔器之间油管上的投球滑套装置；所述投球滑套装置包括与所述油管连通且相互连接的计数装置和封堵装置，所有投球滑套装置中的计数装置和封堵装置均具有相同的内径。

2.根据权利要求1所述的全通径投球滑套分段压裂设备，其特征是所述的计数装置，包括第一管体、活动设在第一管体内且与第一管体密封的筒状滑动芯轴和投球，所述第一管体的内壁上轴向设有若干第一空位槽，所述滑动芯轴上设有上、下两组第一瓣门，每组第一瓣门均由第一瓣块和第一密封圈组成的，所述第一瓣块穿过滑动芯轴筒壁活动设置在滑动芯轴上与投球和第一管体上的第一空位槽相配合，所述第一密封圈设在筒壁内第一瓣块的上方与投球相配合。

3.根据权利要求2所述的全通径投球滑套分段压裂设备，其特征是所述第一管体由上接头和筒体通过螺纹连接构成，所述第一空位槽和滑动芯轴设在筒体上；所述滑动芯轴的上下两端设有与筒体上的第一空位槽相配合的第一弹性爪头；所述第一瓣块的尺寸大于滑动芯轴的筒壁厚度；所述上、下两组第一瓣门中的两个第一瓣块之间的距离与相邻两个第一空位槽之间的距离不相等。

4.根据权利要求1所述的全通径投球滑套分段压裂设备，其特征是所述的计数装置，包括第二管体、设在第二管体内的定向套、转动套、开口套和中心管；所述定向套和开口套按上下分别固定在第二管体上，所述中心管套设在定向套内做轴向运动，中心管的下端内设有与投球配合的胶圈，所述定向套和中心管的周向上分别设有相互错位的棘齿，所述转动套套设在中心管上且由设在第二管体内的回位弹簧支撑，转动套上设有棘齿与所述定向套和中心管上的棘齿相配合，转动套与开口套在周向的一设定位置上形成相对轴向运动。

5.根据权利要求4所述的全通径投球滑套分段压裂设备，其特征是所述中心管和定向套上的棘齿相互错位1/2相位；所述转动套与开口套的相对轴向运动由设在转动套上的导向块或轴向开口分别与设在开口套上的轴向开口或导向块相配合形成；所述第二管体由第二上接头、第二筒体和壳体依次螺纹连接组成，所述定向套、转动套和开口套设在第二筒体内，所述中心管设在第二筒体和壳体内，所述回位弹簧设在所述转动套与壳体之间。

6.根据权利要求2所述的全通径投球滑套分段压裂设备，其特征是所述封堵装置包括第三管体、活动设在第三管体内与所述计数装置中滑动芯轴相配合且与第三管体密封的封堵管、设在第三管体内且通过第一剪切钉与第三管体连接位于封堵管下方的剪切套，套设在封堵管和剪切套内且通过第二剪切钉与封堵管连接的筒状球座；所述封堵管与剪切套之间设有第二空位槽；所述球座内设有第二瓣门，第二瓣门由第二瓣块和第二密封圈组成，所述第二瓣块穿过球座筒壁活动设置在球座上与投球和第二空位槽相配合，所述第二密封圈为两个分别设在球座筒壁内第二瓣块的上下方与投球相配合；所述第三管体的内壁上设有卡槽，所述封堵管上设有第二弹性爪头与第三管体上的卡槽相配合，封堵管和第三管体上分别设有可以对应的第一、第二通孔；所述剪切套内下端设有与所述球座配合的第一止口，所述第三管体内的下端设有与剪切套配合的第二止口。

7.根据权利要求4所述的全通径投球滑套分段压裂设备，其特征是所述封堵装置包括第三管体、活动设在第三管体内与所述计数装置的中心管相配合且与第三管体密封的封堵管、设在第三管体内且通过第一剪切钉与第三管体连接位于封堵管下方的剪切套，套设在封堵管和剪切套内且通过第二剪切钉与封堵管连接的筒状球座；所述封堵管与剪切套之间设有第二空位槽；所述球座内设有第二瓣门，第二瓣门由第二瓣块和第二密封圈组成，所述第二瓣块穿过球座筒壁活动设置在球座上与投球和第二空位槽相配合，所述第二密封圈为两个分别设在球座筒壁内第二瓣块的上下方与投球相配合；所述第三管体的内壁上设有卡槽，所述封堵管上设有第二弹性爪头与第三管体上的卡槽相配合，封堵管和第三管体上分别设有可以对应的第一、第二通孔；所述剪切套内下端设有与所述球座配合的第一止口，所述第三管体内的下端设有与剪切套配合的第二止口。

8.根据权利要求6或7所述的全通径投球滑套分段压裂设备，其特征是所述第三管体由中接头、剪切筒和下接头依次由上至下通过螺纹连接组成；所述第三管体上的通孔和卡槽设在中接头上，所述封堵管设在中接头内；所述第一剪切钉设在所述剪切筒上，所述剪切套设在剪切筒内；所述第三管体上的止口设在所述下接头上。

9.根据权利要求8所述的全通径投球滑套分段压裂设备，其特征是所述第一止口与所述球座之间的距离等于所述第一通孔与第二通孔之间的距离。

10.根据权利要求9所述的全通径投球滑套分段压裂设备，其特征是所述第二止口与所述剪切套之间设有适当距离；所述第二瓣块的尺寸大于球座的筒壁厚度。