CN214576950U - 一种电控滑套固井压裂工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电控滑套固井压裂工具，包括依次连接的上接头(4)、滑套(3)和下接头(1)，滑套(3)外套设有套筒(2)，套筒(2)上设有压裂液排出通孔(201)，所述电控滑套固井压裂工具内设有轴向通道(12)，所述电控滑套固井压裂工具还包括依次连接的压力传感器(10)、控制单元(9)和电控开关组件，压力传感器(10)能够实时检测轴向通道(12)内的压力值并发送给控制单元(9)；当控制单元(9)接收到压力开启信号时，控制单元(9)使所述电控滑套固井压裂工具从关闭状态向开启状态转变。该电控滑套固井压裂工具可以通过接收预设的压力信号来控制滑套开启，做到准确压力、准确时间下开启。

Description

一种电控滑套固井压裂工具

技术领域

本实用新型涉及石油开采设备技术领域，具体的是一种电控滑套固井压裂工具。

背景技术

目前，国内油田针对低渗透油藏往往采用水力压裂来提高产量，水力压裂的原理是将高能量加压压裂液注入一个储层中，可以提高碳氢化合物的萃取率和最终采收率。自20世纪60年代后，我国广泛采用此技术应用到油气田的增产作业中，压裂作业的相关配套设备自此得到广泛的开发和推广应用。其中水平井分段压裂、酸化技术的有效工具固井滑套成为最新的发展趋势。

随着我国天然气勘探开发逐渐向致密砂岩气、页岩气、煤层气等非常规油气藏领域深入，提高单井产量成为目前开发的首要目标。经过几十年的发展,我国各种岩性的油气藏都有水平井钻成,且采取的水平井完井方法多种多样，连续油管射孔作业(TCP)通常应用于水平井完井作业，但随着水平井深度逐渐加长，为了降低连续油管首段射孔作业风险以及费用，趾端滑套技术的应用将随着该趋势逐渐提升。趾端滑套与生产套管进行连接，作为套管管串的一部分下入井内，固井结束后，即可经行套管试压，滑套开启，完成首段压裂，并为后续的桥塞射孔连作提供泵送流道，从而免去了昂贵的连油射孔费用。目前的油气田压裂作业多是水平油井裸眼多段压裂环境，并不需要全井筒试压。而在固井的环境下，水泥浆容易通过传压孔进入液压腔影响滑套的开启，滑套不能正常打开造成事故，有一定的风险性。且因受到滑套剪切销钉的剪切值不稳定性也容易造成滑套打不开或过早打开。滑套剪切销钉后滑套向下运动，瞬间释放高压，管柱内激动压力大，容易造成管柱窜动，影响管柱内封隔器密封。第二代趾端滑套经过该改进，使用一种破裂盘来代替剪切销钉，并增加延时阀来进行延时开启，有效解决上述问题。但破裂盘每批次质量不一，成本高检测困难，不能准确达到设计开启压力。且对延时阀的延时时间和液压油的粘稠度、清洁度要求严格，易造成过早或过慢开启，严重下液压油有一点杂质就可堵塞延时阀不能开启滑套，稳定性较差。

实用新型内容

为了解决现有压裂工具中滑套不容易控制的问题，本实用新型提供了一种电控滑套固井压裂工具，该电控滑套固井压裂工具含有电子智能控制系统，该电子智能控制系统可以通过接收预设的压力信号来控制滑套开启，开启前可井筒试压，做到准确压力、准确时间下开启，下井后静置6个月-12个月仍可正常工作。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种电控滑套固井压裂工具，包括依次连接的上接头、滑套和下接头，滑套外套设有套筒，套筒上设有压裂液排出通孔，所述电控滑套固井压裂工具内设有轴向通道，套筒阻挡轴向通道与压裂液排出通孔连通，所述电控滑套固井压裂工具还包括依次连接的压力传感器、控制单元和电控开关组件，压力传感器能够实时检测轴向通道内的压力值并发送给控制单元；当控制单元接收到压力开启信号时，控制单元能够通过该电控开关组件控制滑套轴向移动，并使轴向通道与压裂液排出通孔连通。

套筒的下部固定套设于下接头的上部外，压力传感器、控制单元和所述电控开关组件均位于套筒和下接头之间。

下接头的侧壁内设有测压孔，压力传感器与下接头连接固定，压力传感器通过测压孔测量轴向通道内的压力。

下接头的上部外设有安装槽，控制单元连接有供电单元，压力传感器、控制单元和供电单元均位于该安装槽内。

所述电控开关组件含有依次连接的电机、拉杆和密封轴，电机、拉杆、密封轴和滑套沿轴向依次排列，电机与控制单元连接，电机能够通过拉杆使密封轴轴向移动。

下接头的侧壁内含有依次连通的径向连接孔道和轴向连接孔道，密封轴位于轴向连接孔道内，密封轴与轴向连接孔道密封连接，下接头的内部能够依次通过径向连接孔道和轴向连接孔道与下接头的外部连通。

当所述电控滑套固井压裂工具处于关闭状态时，滑套的下端套设于下接头的上端外，滑套与下接头密封连接，密封轴封堵轴向连接孔道；所述电控滑套固井压裂工具从关闭状态向开启状态转变的过程中，密封轴向远离滑套的方向移动，轴向通道内的压力液能够依次通过径向连接孔道和轴向连接孔道后推动滑套向远离下接头的方向移动；当所述电控滑套固井压裂工具处于开启状态时，滑套脱离下接头，轴向通道内的压裂液能够通过压裂液排出通孔排出。

滑套的上端套设于上接头的下端内，滑套与上接头密封连接，滑套的上端外设有外卡簧槽，上接头内设有内卡簧槽，当所述电控滑套固井压裂工具处于关闭状态时，外卡簧槽的位置与内卡簧槽的位置错开，外卡簧槽内含有卡簧；当所述电控滑套固井压裂工具处于开启状态时，外卡簧槽的位置与内卡簧槽的位置相对应，外卡簧槽与内卡簧槽之间通过该卡簧连接。

多个压裂液排出通孔沿套筒的周向排布，压裂液排出通孔位于上接头和下接头之间，滑套与套筒密封连接。

套筒的上端与上接头螺纹连接，套筒的下端与下接头螺纹连接，套筒与滑套通过剪切销钉连接。

本实用新型的有益效果是：

1、该电控滑套固井压裂工具随油管一趟下井，一趟完成压裂作业，省去了射孔作业，节省了作业时间和作业风险；无需额外的封隔器卡层，节省了成本；不需要悬挂封隔器，油管直接回接到井口。压裂完成后油管保持全通径，方便后续的修井作业。可在固井环境下使用多段压裂技术。

2、使用电子智能控制系统来控制滑套开启，可进行井筒试压，做到准确压力、准确时间下开启滑套，相比较传统的破裂盘延时阀型的趾端滑套打开更准确，不需要打超高压即可打开滑套，操作更安全。下井后静置6个月-12个月仍可正常工作。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1是本实用新型所述电控滑套固井压裂工具的主视图。

图2是沿图1中A-A方向的剖视图。

图3是图2中电控开关组件部位的放大示意图。

图4是图3中密封轴部位的放大示意图。

图5是图2中滑套部位的放大示意图。

图6是沿图3中B-B方向的剖视图。

图7是密封轴与下接头的配合示意图。

图8是上接头、滑套和下接头的主视图。

图9是本实用新型所述电控滑套固井压裂工具处于开启状态时的示意图。

图10是所述脉冲压力开启信号的示意图。

图11是所述压力阈值保压开启信号的示意图。

图12是控制系统的示意图。

1、下接头；2、套筒；3、滑套；4、上接头；5、电机；6、拉杆；7、密封轴；8、压盖；9、控制单元；10、压力传感器；11、供电单元；12、轴向通道；13、卡簧；14、剪切销钉；

101、测压孔；102、径向连接孔道；103、轴向连接孔道；

201、压裂液排出通孔；

301、外卡簧槽；

401、内卡簧槽。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

一种电控滑套固井压裂工具，包括从上向下依次连接的上接头4、滑套3和下接头1，滑套3外套设有套筒2，套筒2上设有压裂液排出通孔201，所述电控滑套固井压裂工具内设有轴向通道12，套筒2阻挡轴向通道12与压裂液排出通孔201连通，所述电控滑套固井压裂工具还包括依次连接的压力传感器10、控制单元9和电控开关组件，压力传感器10能够实时检测轴向通道12内的压力值并将该压力值发送给控制单元9；当控制单元9接收到压力开启信号时，控制单元9能够通过该电控开关组件控制滑套3轴向移动，并使轴向通道12与压裂液排出通孔201连通，如图1至图9所示。

当所述电控滑套固井压裂工具处于关闭状态时，滑套3与下接头1密封连接，滑套3阻挡轴向通道12与压裂液排出通孔201连通。当所述电控滑套固井压裂工具处于开启状态时，滑套3脱离下接头1，滑套3不能阻挡轴向通道12与压裂液排出通孔201连通。

在本实施例中，所述电控滑套固井压裂工具的轴线、轴向通道12的轴线、上接头4的轴线、滑套3的轴线、下接头1的轴线和套筒2的轴线重合，压力液可以从上接头4的上端进入所述电控滑套固井压裂工具内的轴向通道12，然后再从下接头1的下端排出。本实用新型中所述轴向为所述电控滑套固井压裂工具的轴线方向，本实用新型中所述径向为所述电控滑套固井压裂工具的直径方向。

在本实施例中，套筒2的下部固定套设于下接头1的上部外，压力传感器10、控制单元9和所述电控开关组件均位于套筒2和下接头1之间。下接头1的侧壁内设有测压孔101，压力传感器10与下接头1连接固定，压力传感器10通过测压孔101测量轴向通道12内的压力。

轴向通道12内含有压力液，压力传感器10实时测量轴向通道12内的压力值，压力传感器10能够将检测到的压力值转变为电信号并发送给控制单元9，当控制单元9在设定的时间段内接收到压力值与控制单元9中设定的压力开启信号相匹配时，控制单元9判断出接收到了该压力开启信号。控制单元9可以使所述电控滑套固井压裂工具从关闭状态向开启状态转变。控制单元9含有储存模块和对比模块，储存模块可以储存和更改该压力开启信号，对比模块可以将在设定的时间段内接到压力值与设定的压力开启信号对比。

所述电控滑套固井压裂工具可以采用两种开启模式，即所述设定的压力开启信号有两种。第一种压力开启信号为脉冲压力开启信号，如图10所示。第二种压力开启信号为压力阈值保压开启信号，如图11所示。即所述压力开启信号为脉冲压力开启信号和/或压力阈值保压开启信号。两种开启模式可以同时使用或择一使用，下面介绍将详细介绍。

当压力开启信号为脉冲压力开启信号时，地面设备反复打压，压力传感器10实时向控制单元9发送检测到的压力值，控制单元9在设定的时间段内接收到压力值与控制单元9中设定的脉冲压力开启信号相匹配时，控制单元9判断出接收到了该压力开启信号。图10中的P1、P2、t1和t2的具体数值范围及循环此次(即T1和T2的个数)可以根据需要而定，P1大于P2，t1等于t2。

当压力开启信号为压力阈值保压开启信号时，地面设备持续打压，压力传感器10实时向控制单元9发送检测到的压力值，控制单元9在设定的时间段内接收到压力值始终大于控制单元9中设定的压力阈值(即压力阈值保压开启信号)时，控制单元9判断出接收到了该压力开启信号。控制单元9开始计算开启倒计时一段时间，倒计时结束后控制单元9可以使所述电控滑套固井压裂工具从关闭状态向开启状态转变。图11中P3和t3的具体数值范围可以根据需要而定，P3大于P1。

在本实施例中，下接头1的上部外设有安装槽和压盖8，控制单元9连接有供电单元11，如图12所示，压力传感器10、控制单元9和供电单元11均位于该安装槽内，供电单元11含有并联电池组和串联电池组。所述安装槽含有电路板安装槽和电池安装槽，控制单元9位于电路板安装槽内，供电单元11位于电池安装槽内，压力传感器10、控制单元9、供电单元11和电控开关组件组成了电子智能控制系统。

在本实施例中，所述电控开关组件固定于下接头1的外表面，所述电控开关组件含有依次连接的电机5、拉杆6和密封轴7，电机5、拉杆6、密封轴7和滑套3沿轴向依次排列，电机5与控制单元9连接，电机5能够通过拉杆6使密封轴7轴向移动。供电单元11可以向压力传感器10、控制单元9和电机5供电。

具体的，供电单元11有两个模块，一个是串联电池组模块，一个是并联电池组模块，两组电池组模块的容电量和电流电压都不相同。并联电池组模块只负责给电路板供电，电路板上设有控制单元9，压力传感器10用的是电路板的电，串联电池组模块只负责给电机5供电，而串联电池组模块连接到电路板的电机供电输入接口，电机5连接在电路板的电机供电输出接口。电路板可以控制电机供电输入和输出之间的开关。

电机5的输出轴的轴线、拉杆6的轴线和密封轴7的轴线重合，密封轴7的轴线与下接头1的轴线平行，电机5的输出轴与拉杆6固定连接，拉杆6与密封轴7螺纹连接，密封轴7的外表面设有凹槽或凸棱，密封轴7与下接头1凸凹配合。这样，在拉杆6转动时，密封轴7只能轴向移动而不会转动。

在本实施例中，下接头1的侧壁内含有依次连通的径向连接孔道102和轴向连接孔道103，密封轴7位于轴向连接孔道103内，密封轴7与轴向连接孔道103密封连接，下接头1的内部能够依次通过径向连接孔道102和轴向连接孔道103与下接头1的外部连通。

在本实施例中，当所述电控滑套固井压裂工具处于关闭状态时，滑套3的下端套设于下接头1的上端外，滑套3与下接头1密封连接，密封轴7封堵轴向连接孔道103；所述电控滑套固井压裂工具从关闭状态向开启状态转变的过程中，密封轴7向远离滑套3的方向移动，轴向通道12内的压力液能够依次通过径向连接孔道102和轴向连接孔道103后推动滑套3向远离下接头1的方向移动；当所述电控滑套固井压裂工具处于开启状态时，滑套3脱离下接头1，轴向通道12内的压裂液能够通过压裂液排出通孔201排出。

在本实施例中，滑套3的上端套设于上接头4的下端内，滑套3与上接头4密封连接，滑套3的上端外设有外卡簧槽301，上接头4内设有内卡簧槽401，当所述电控滑套固井压裂工具处于关闭状态时，外卡簧槽301的位置与内卡簧槽401的位置轴向错开，外卡簧槽301内含有卡簧13，如图5所示；当所述电控滑套固井压裂工具处于开启状态时，外卡簧槽301的位置与内卡簧槽401的位置对应连通，外卡簧槽301与内卡簧槽401之间通过该卡簧13连接，该卡簧将滑套3的位置锁定，滑套3不能再轴向移动，如图9所示。

在本实施例中，多个压裂液排出通孔201沿套筒2的周向排布，压裂液排出通孔201位于上接头4和下接头1之间，滑套3与套筒2密封连接。套筒2的上端与上接头4螺纹密封连接，套筒2的下端与下接头1螺纹密封连接，套筒2与滑套3通过剪切销钉14连接。

下面介绍该电控滑套固井压裂工具的工作过程。

1、起初该电控滑套固井压裂工具处于关闭状态，如图2所示，在地面设置好所述脉冲压力开启信号的具体参数，跟随压裂管柱一起下入井内，固井结束后可进行套管试压。

2、在需要滑套打开时，即需要所述电控滑套固井压裂工具从关闭状态向开启状态转变时。由地面向井筒内打设定的脉冲压，压力传感器10实时测量轴向通道12内的压力值，当控制单元9在设定的时间段内接收到压力值与控制单元9中设定的压力开启信号相匹配时，控制单元9判断出接收到了该压力开启信号，控制单元9通过电机5和拉杆6使密封轴7向远离滑套3的方向移动，轴向通道12内的压力液依次通过径向连接孔道102和轴向连接孔道103推动滑套3向远离下接头1的方向移动，滑套3剪断剪切销钉14，直至该电控滑套固井压裂工具处于开启状态，轴向通道12内的压裂液从压裂液排出通孔201排出压裂地层，如图9所示。此时，外卡簧槽301的位置与内卡簧槽401的位置对应连通，外卡簧槽301与内卡簧槽401之间通过该卡簧连接，该卡簧将滑套3的位置锁定，滑套3不能再轴向移动。

为了便于理解和描述，本实用新型中采用了绝对位置关系进行表述，其中的方位词“上”表示图1中的上侧方向，“下”表示图1中的下侧方向。本实用新型采用了使用者或阅读的观察视角进行描述，但上述方位词不能理解或解释为是对本实用新型保护范围的限定。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施例，不能以其限定实用新型实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本实用新型专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本实用新型中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (10)

1.一种电控滑套固井压裂工具，其特征在于，所述电控滑套固井压裂工具包括依次连接的上接头(4)、滑套(3)和下接头(1)，滑套(3)外套设有套筒(2)，套筒(2)上设有压裂液排出通孔(201)，所述电控滑套固井压裂工具内设有轴向通道(12)，套筒(2)阻挡轴向通道(12)与压裂液排出通孔(201)连通，所述电控滑套固井压裂工具还包括依次连接的压力传感器(10)、控制单元(9)和电控开关组件，压力传感器(10)能够实时检测轴向通道(12)内的压力值并发送给控制单元(9)；当控制单元(9)接收到压力开启信号时，控制单元(9)能够通过该电控开关组件控制滑套(3)轴向移动，并使轴向通道(12)与压裂液排出通孔(201)连通。

2.根据权利要求1所述的电控滑套固井压裂工具，其特征在于，套筒(2)的下部固定套设于下接头(1)的上部外，压力传感器(10)、控制单元(9)和所述电控开关组件均位于套筒(2)和下接头(1)之间。

3.根据权利要求2所述的电控滑套固井压裂工具，其特征在于，下接头(1)的侧壁内设有测压孔(101)，压力传感器(10)与下接头(1)连接固定，压力传感器(10)通过测压孔(101)测量轴向通道(12)内的压力。

4.根据权利要求2所述的电控滑套固井压裂工具，其特征在于，下接头(1)的上部外设有安装槽，控制单元(9)连接有供电单元(11)，压力传感器(10)、控制单元(9)和供电单元(11)均位于该安装槽内。

5.根据权利要求1所述的电控滑套固井压裂工具，其特征在于，所述电控开关组件含有依次连接的电机(5)、拉杆(6)和密封轴(7)，电机(5)、拉杆(6)、密封轴(7)和滑套(3)沿轴向依次排列，电机(5)与控制单元(9)连接，电机(5)能够通过拉杆(6)使密封轴(7)轴向移动。

6.根据权利要求5所述的电控滑套固井压裂工具，其特征在于，下接头(1)的侧壁内含有依次连通的径向连接孔道(102)和轴向连接孔道(103)，密封轴(7)位于轴向连接孔道(103)内，密封轴(7)与轴向连接孔道(103)密封连接，下接头(1)的内部能够依次通过径向连接孔道(102)和轴向连接孔道(103)与下接头(1)的外部连通。

7.根据权利要求6所述的电控滑套固井压裂工具，其特征在于，当所述电控滑套固井压裂工具处于关闭状态时，滑套(3)的下端套设于下接头(1)的上端外，滑套(3)与下接头(1)密封连接，密封轴(7)封堵轴向连接孔道(103)；所述电控滑套固井压裂工具从关闭状态向开启状态转变的过程中，密封轴(7)向远离滑套(3)的方向移动，轴向通道(12)内的压力液能够依次通过径向连接孔道(102)和轴向连接孔道(103)后推动滑套(3)向远离下接头(1)的方向移动；当所述电控滑套固井压裂工具处于开启状态时，滑套(3)脱离下接头(1)，轴向通道(12)内的压裂液能够通过压裂液排出通孔(201)排出。

8.根据权利要求7所述的电控滑套固井压裂工具，其特征在于，滑套(3)的上端套设于上接头(4)的下端内，滑套(3)与上接头(4)密封连接，滑套(3)的上端外设有外卡簧槽(301)，上接头(4)内设有内卡簧槽(401)，当所述电控滑套固井压裂工具处于关闭状态时，外卡簧槽(301)的位置与内卡簧槽(401)的位置错开，外卡簧槽(301)内含有卡簧(13)；当所述电控滑套固井压裂工具处于开启状态时，外卡簧槽(301)的位置与内卡簧槽(401)的位置相对应，外卡簧槽(301)与内卡簧槽(401)之间通过该卡簧(13)连接。

9.根据权利要求1所述的电控滑套固井压裂工具，其特征在于，多个压裂液排出通孔(201)沿套筒(2)的周向排布，压裂液排出通孔(201)位于上接头(4)和下接头(1)之间，滑套(3)与套筒(2)密封连接。

10.根据权利要求1所述的电控滑套固井压裂工具，其特征在于，套筒(2)的上端与上接头(4)螺纹连接，套筒(2)的下端与下接头(1)螺纹连接，套筒(2)与滑套(3)通过剪切销钉(14)连接。

Images