滑套式压裂组件、包括该组件的装置及使用该装置的方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种滑套式压裂组件，包括：复合滑套、打开工具和驱动工具。其中，复合滑套、打开工具和驱动工具能通过布置在各自上齿形件自动配合而实现打开复合滑套。本发明专利技术还涉及一种滑套式压裂装置，其包括多个复合滑套、打开工具和驱动工具，其中复合滑套、打开工具和驱动工具之间仅能实现唯一性配合。本发明专利技术还涉及使用滑套压裂装置的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种滑套式压裂组件，特别是ー种能选择性开关的滑套式压裂组件。本专利技术还涉及包括若干这种组件的装置，以及使用该装置的方法。
技术介绍
滑套是在油气田中对直井、水平井进行分段压裂改造的关键工具。这类滑套包括滑套外筒和布置在滑套外筒内的芯管，其中滑套外筒和芯管之间为滑动配合，在滑套外筒的壁上布置有喷砂ロ，并且在其上端ロ具有用于承接启动球的密封配合面。滑套外筒和芯管之间的滑动配合通过启动球开启，启动球和密封配合面按照一定梯度顺序増大，每个启动球的直径大于与其配合的密封配合面的内径，从而每个启动球仅能与相应的密封配合面唯一配合。在施工吋，依次投入对应的启动球，并且在井口加压以剪断销钉，实现滑套开启。目前，石油天然气水平井、直井的转向压裂方法包括限流压裂和分级压裂两种。其 中，主流是分级压裂，其包括化学分段压裂、封隔器分段压裂、水力喷射分段压裂、连续油管分段压裂和组合式完井方法。在分级压裂中，应用最广的是封隔器分段压裂、泵送桥塞分段压裂，投球+滑套封隔器分段、环空封隔器、双封单压分段压裂等方式。其中，环空封隔器、泵送桥塞分段压裂分段数没有限制，但压裂作业不能连续，每段作业后需要重新射孔，作业完成后需要压井钻塞，作业周期长，费用高。双封单压分段压裂需要拖动管柱，封隔器需要多次座封，施工周期长。投球+滑套封隔器分段压裂采用不同级差的球和球座组合，不动管柱一次性可以完成多段压裂，但由于不同球按照一定级差设计，因此封隔器分段数受限于管柱尺寸，分段压裂、酸化级数都会受到限制。近年来，相续开发出了针对不同储层特征的喷砂滑套。如1992年4月I日公告授权的中国专利2100480U《压裂用导压喷砂滑套》，其主要用于油井压裂。2008年11月5日公告授权的中国专利200820061922《压裂滑套喷砂器》，其主要用于气井压裂。两类滑套开启基本原理都是采用顺序增大启动球开启滑套，分段压裂级数受限。另外，为了解决压裂装置的缺点，也开发出了多种滑套式压裂装置。如在2010年2月3日公开的中国专利申请CN201396131《水平井分段压裂管柱》中的装置包括油管柱、压差封隔器、安全接头、滑套封隔器，压差封隔器和滑套封隔器安装在油管柱上，两者之间还安装有安全接头。这种装置仅适用于油田，并且在使用过程中容易损伤封隔器，造成密封不严、压裂失效。此外，这种装置的操作复杂，操作人员的劳动强度大，安全性也较差。在2009年I月7日公开的中国专利申请CN101338663《水平井机械分段压裂防卡エ艺管柱》中的装置包括油管、安全接头、扶正器、水力锚、封隔器、导压喷砂器及导向丝堵；其中油管下端依次连接安全接头、扶正器、水力锚、封隔器、扶正器、导压喷砂器、封隔器及导向丝堵。这种装置只能用于油田水平井的压裂，而且不能实现不动管柱就进行多层压裂并合层开采，也不能进行不动管柱不限级数分段压裂。在2009年10月21日公开的中国专利申请CN101560877《水平井封隔器分段压裂エ艺管柱》中的装置包括油管柱、水力锚、座封控制器、跨隔式封隔器A、跨隔式封隔器B、跨隔式封隔器C、滑套喷砂器、喷砂器、导向器和毛细管线。所述油管柱上顺次安装连接有水力锚、座封控制器、跨隔式封隔器A、滑套喷砂器、跨隔式封隔器B、喷砂器、跨隔式封隔器C和导向器，所述毛细管线在油管柱的一侧与座封控制器和跨隔式封隔器A、跨隔式封隔器B、跨隔式封隔器C相连接。这种装置不能实现不限级数分段压裂。另外，在中国专利申请CN101418681公开的《油气井分层压裂合采一次管柱エ艺》，在中国专利申请CN201144682公开的《石油、天然气井多层压裂管柱》均采用了投球开滑套方式，不能进行不动管柱不限级数分段，也不能关闭滑套。因此，急需ー种能实现在水平井、直井及定向井中不需要拖动管柱即可实现不限级数的分段压裂的压裂装置，而且根据需要打开或关闭任意滑套的压裂装置。
技术实现思路
针对上述的问题，本专利技术提出了一种滑套式压裂装置，其能够根据需要对滑套进行任意定点打开和关闭。本专利技术还提出了用于该装置的组件及该装置的使用方法。 根据本专利技术的第一方面，提供了一种滑套式压裂组件，包括，复合滑套，其包括固定的外筒和通过剪切销连接在外筒内壁上的内筒，其中在外筒上设置有泵开阀，在内筒的内壁设有第一齿形件；打开工具，包括中空的筒状主体、设置在主体外壁上的第二齿形件、设置在主体内壁上的第三齿形件，以及设置在主体和第二齿形件之间的第一弾性机构，其中所述打开エ具能插入到所述内筒中，并且第二齿形件能在第一弾性机构的作用下径向向外地运动，从而与第一齿形件形成配合；驱动工具，其包括中心体、设置在中心体外壁上的第四齿形件，以及设置在中心体和第四齿形件之间的第二弾性机构，其中所述驱动工具能插入到打开工具的内部且封闭井筒，并且第四齿形件能在第二弾性机构的作用下径向向外地运动，从而与第三齿形件形成配合，其中，当所述滑套式压裂组件处于初始状态时，所述内筒挡住了泵开阀；当依次下入打开工具和驱动工具时，所述内筒与打开工具通过第一齿形件和第二齿形件彼此接合，打开工具与驱动工具通过第三齿形件和第四齿形件彼此接合，在套管内憋压到预定的压カ时，所述剪切销被剪断，驱动工具和打开工具一起带动内筒向下运动以使泵开阀露出，进而建立压裂通道。在本申请中，用语“初始状态”是指在滑套式压裂组件打开之前的状态。在一个实施例中，滑套式压裂组件还包括用于关闭复合滑套的关闭工具，其包括中心拉杆和与中心拉杆相连接的第五齿形件，该关闭工具能插入内筒或打开工具的筒状主体中，使得第五齿形件能与内筒的第一齿形件或打开工具的第三齿形件形成配合，由此能通过上提关闭工具来使内筒上移，从而重新盖住泵开阀以关闭压裂通道。在一个实施例中，在复合滑套的内筒和外筒的配合面上布置有选位槽和选位件，当滑套式压裂组件处于打开状态和在关闭压裂通道状态时，所述选位槽和选位件处于不同的接合位置。这种选位槽和选位件在压裂组件不同状态下不同的接合位置能防止流体作用以及取出打开工具或驱动工具时，复合滑套被意外关闭。在一个实施例中，在复合滑套的外筒和内筒的配合面上布置有能彼此接合的定位机构。这种定位机构能够确保仅在投入打开工具和驱动工具并且加压之后，复合滑套的外筒和内筒才能彼此分开，并且在使用关闭工具将内筒上提时，能确保该复合滑套的外筒和内筒重新接合而关闭压裂通道。根据本专利技术的第二方面，提供了一种滑套式压裂装置，其包括多个上述滑套式压裂组件。其中，各个打开工具中的第二齿形件和第三齿形件设置成分别与其它打开工具中的第二齿形件和第三齿形件互不相同，使得各个打开工具仅能与其所配属的压裂组件中的内筒和驱动工具相配合；各个关闭工具的第五齿形件设置成与其它关闭工具的第五齿形件互不相同，使得各个关闭工具仅能与其所配属的压裂组件中的内筒的第一齿形件或打开エ具的第三齿形件相配合。通过这种设置，配属于某ー压裂组件的打开工具的第二齿形件和驱动工具的第四齿形件只能分别与该压裂组件中的复合滑套的第一齿形件和打开工具的第三齿形件形成配合。即便在下入期间该打开工具或驱动工具经过其它的压裂组件吋，由于齿形件的不同，打开工具的第二齿形件或驱动工具的第四齿形件也无法径向向外运动而形成接合。因此，根据本专利技术的装置，下入特定的打开工具和驱动工具仅能够打开相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种滑套式压裂组件，包括，复合滑套，其包括固定的外筒和通过剪切销连接在外筒内壁上的内筒，其中在外筒上设置有泵开阀，在内筒的内壁设有第一齿形件；打开工具，包括中空的筒状主体、设置在主体外壁上的第二齿形件、设置在主体内壁上的第三齿形件，以及设置在主体和第二齿形件之间的第一弹性机构，其中所述打开工具能插入到所述内筒中，并且第二齿形件能在第一弹性机构的作用下径向向外地运动，从而与第一齿形件形成配合；驱动工具，其包括中心体、设置在中心体外壁上的第四齿形件，以及设置在中心体和第四齿形件之间的第二弹性机构，其中所述驱动工具能插入到打开工具的内部且封闭井筒，并且第四齿形件能在第二弹性机构的作用下径向向外地运动，从而与第三齿形件形成配合，其中，当所述滑套式压裂组件处于初始状态时，所述内筒挡住了泵开阀；当依次下入打开工具和驱动工具时，所述内筒与打开工具通过第一齿形件和第二齿形件彼此接合，打开工具与驱动工具通过第三齿形件和第四齿形件彼此接合，在套管内憋压到预定的压力时，所述剪切销被剪断，驱动工具和打开工具一起带动内筒向下运动以使泵开阀露出，进而建立压裂通道。

【技术特征摘要】
2011.06.22 CN 201110170564.61.一种滑套式压裂组件，包括， 复合滑套，其包括固定的外筒和通过剪切销连接在外筒内壁上的内筒，其中在外筒上设置有泵开阀，在内筒的内壁设有第一齿形件； 打开工具，包括中空的筒状主体、设置在主体外壁上的第二齿形件、设置在主体内壁上的第三齿形件，以及设置在主体和第二齿形件之间的第一弹性机构，其中所述打开工具能插入到所述内筒中，并且第二齿形件能在第一弹性机构的作用下径向向外地运动，从而与第一齿形件形成配合； 驱动工具，其包括中心体、设置在中心体外壁上的第四齿形件，以及设置在中心体和第四齿形件之间的第二弹性机构，其中所述驱动工具能插入到打开工具的内部且封闭井筒，并且第四齿形件能在第二弹性机构的作用下径向向外地运动，从而与第三齿形件形成配I=I， 其中，当所述滑套式压裂组件处于初始状态时，所述内筒挡住了泵开阀；当依次下入打开工具和驱动工具时，所述内筒与打开工具通过第一齿形件和第二齿形件彼此接合，打开工具与驱动工具通过第三齿形件和第四齿形件彼此接合，在套管内憋压到预定的压力时，所述剪切销被剪断，驱动工具和打开工具一起带动内筒向下运动以使泵开阀露出，进而建立压裂通道。2.根据权利要求I所述的组件，其特征在于，还包括用于关闭复合滑套的关闭工具，其包括中心拉杆和与中心拉杆相连接的第五齿形件，所述关闭工具能插入所述内筒或打开工具的筒状主体中，使得所述第五齿形件能与内筒的第一齿形件或打开工具的第三齿形件形成配合，由此能通过上提关闭工具来使所述内筒上移，重新盖住泵开阀以关闭压裂通道。3.根据权利要求2所述的组件，其特征在于，所述第五齿形件设置在中心拉杆外壁上，并且在中心拉杆和第五齿形件之间还设置有第三弹性机构， 其中所述第五齿形件能在第三弹性机构的作用下径向向外地运动，从而与内筒的第一齿形件或打开工具的第三齿形件形成配合。4.根据权利要求2所述的组件，其特征在于，所述第五齿形件为弹片件，其下游端部与中心拉杆相连,上游端部与中心拉杆分开。5.根据权利要求I到4中任一项所述的组件，其特征在于，在所述复合滑套的内筒和外筒的配合面上布置有选位槽和选位件，当滑套式压裂组件处于打开状态和在关闭压裂通道状态时，所述选位槽和选位件处于不同的接合位置。6.根据权利要求I到5中任一项所述的组件，其特征在于，在各齿形件的上游端部和下游端部处设置有斜面式引导结构，以引导相对应的齿形件形成配合或脱开。7.根据权利要求I到3中任一项所述的组件，其特征在于，所述弹性机构均包括能施加径向向外的作用力的弹性件，以及限制相应的齿形件的径向向外运动距离的限位件。8.根据权利要求I到7中任一项所述的组件，其特征在于，所述驱动工具的中心体包括具有不同横截面尺寸的贯穿空心结...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘振维，黄秋生，任山，李光泉，吴姬昊，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司西南油气分公司，
类型：发明
国别省市：