滑套組件、包括該組件的裝置和系統及該系統的使用方法
【專利摘要】本發明涉及一種滑套組件，包括：外滑套、內滑套、變級體和限位構件。本發明還涉及該組件的裝置和系統和該系統的使用方法。其中，滑套系統包括多個直徑相同或不同的滑套裝置，通過變級體的運動而實現同一規格的憋壓球打開多個滑套組件。
【專利說明】滑套組件、包括該組件的裝置和系統及該系統的使用方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種滑套組件，特別是一種變級式滑套組件。本發明還涉及包括該組件的裝置和系統和該系統的使用方法。
【背景技術】
[0002]隨著油氣田勘探開發的深入，低滲、特低滲致密油氣田大量被發現和開發。在這種油氣田的開發中，最常使用的是水平井開采技術。其中，分段壓裂、酸壓是開采過程中非常重要的過程，并且為了廣泛開采，井筒的水平段長度和壓裂段數呈現大幅度增長態勢。
[0003]通常的分段壓裂方法是投球式滑套分段壓裂，該方法通過投球式滑套壓裂裝置、裸眼封隔器、憋壓球等工具來實現，其中投球式滑套壓裂裝置是該分段壓裂的核心裝置之一。目前，投球式滑套分段壓裂的實施方法為從井口投入逐級投入不同尺寸的憋壓球，當憋壓球落入到滑套的球座位置后，打開相應的滑套并對該層進行壓裂施工，最終實現水平井多段壓裂。
[0004]投球式滑套分段壓裂技術成熟，設備也較為簡單，因此應用很廣泛。但是在投球式滑套分段壓裂中每一級憋壓球僅能打開一級滑套，進行一級壓裂，由于受到井下管柱尺寸限制，滑套級數會受到很大的限制，井筒的水平段長度也不會較長。
[0005]為了解決投球式滑套壓裂裝置的缺點，也開發出了多種其他的滑套式壓裂裝置。中國專利公開CN102182438A《變長度分級滑套分段壓裂工藝技術》公開一種變長度分級滑套分層壓裂工藝技術，該工藝是在各級變長度分級滑套的滑套塞閥直徑不變的情況下，通過改變每級滑套凹槽及滑套塞閥牙塊的長度，實現10級以上的分級打滑套技術，進行分層壓裂。該工藝技術的缺點是，每進行一級壓裂都需要投送一級滑套塞閥，并且由于通常的壓裂井口無法實現投送滑套塞閥，而需要對井口進行改造。
[0006]為了在保持投球式滑套分段壓裂的優點的基礎上，增加滑套級數、提高一次作業效率對提高壓裂效果具有重要的意義。
【發明內容】
[0007]針對上述的問題，本發明提出了一種滑套系統，其能夠實現使用同一規格的憋壓球打開多級滑套的目的。本發明還涉及該系統的使用方法。另外本發明還提出了用于該系統的滑套組件、使用該組件的滑套裝置。
[0008]根據本發明的第一方面，提供了一種滑套組件，包括:
[0009]固定的外滑套，在外滑套的壁上設置有噴砂孔，
[0010]通過銷釘連接于外滑套內壁的內滑套，所述內滑套的內壁包括徑向向內延伸的彼此間軸向分隔開的兩個凸臺，
[0011]安裝到內滑套內并與內滑套的凸臺形成接合的變級體，包括:筒狀主體，在筒狀主體上的上游凸臺的下游部分區域內沿軸向布置了至少一組擋塊，其能沿徑向運動到變級體側壁的徑向外部和內部；以及與筒狀主體的上端固定連接的彈性體；[0012]以及限位機構，其包括設于變級體上的第一限位件和設于內滑套上的第二限位件，在第一限位件和第二限位件接合時，變級體和內滑套能一體式運動，
[0013]其中，當投球前時，所述彈性體至少部分地處于內滑套的上端之外，使其內徑大于憋壓球的直徑，并且至少一組擋塊處于內滑套的下游凸臺的區域內并在下游凸臺的作用下徑向向里凸出，從而阻止憋壓球通過，
[0014]在投球后，變級體在壓力作用下向下游運動，導致所述一組擋塊運動到內滑套之外且徑向向外伸出，從而允許憋壓球通過，
[0015]當彈性體完全進入到內滑套的內部中后，彈性體的內徑小于憋壓球的直徑，從而能在套管內形成憋壓，并且限位機構形成接合而使得變級體與內滑套能夠一體式運動，
[0016]在套管內憋壓到預定的壓力時，所述銷釘被剪斷，所述變級體帶動內滑套向下游運動而使噴砂孔露出，從而建立壓裂通道。
[0017]在本申請中，用語“下游”、“上游”、“下部”以及“上部”規定為靠近井口為上，遠離井口為下。
[0018]在一個實施例中，彈性體的自由端包括多個能徑向張開和收縮的彈性片。這種能夠徑向向里收縮的彈性體能夠自動與憋壓球形成密封、封堵套管，進而產生憋壓。
[0019]在一個實施例中，每組擋塊包括至少三個沿變級體的周向均勻布置的擋塊。此至少三個擋塊能夠穩定支撐憋壓球。
[0020]在一個實施例中，內滑套構造為分體結構，其中上游部分包括上游凸臺并且與外滑套連接，下游部分包括下游凸臺并且連接于上游部分。
[0021]用語“分體結構”是指內滑套的上游部分和下游部分能夠以可打開的方式連接在一起，這使得本發明的滑套組件的裝配更加方便。
[0022]根據本發明的第二方面，提供了一種滑套裝置，包括其多個上文所述的滑套組件，各滑套組件的變級體的內徑均相同。其中，上游滑套組件的位于內滑套下游凸臺區域上部的擋塊比相鄰的下游滑套組件中的擋塊多至少一組，使得當下游滑套組件被打開時，與之相鄰的上游滑套組件至少有一組擋塊處于內滑套的下游凸臺的區域內并徑向向里凸出；并且在最下游的滑套組件中，變級體構造為與內滑套固定地接合在一起。
[0023]這樣，當憋壓球將下游滑套組件打開之后，隨后的憋壓球能夠將相鄰的上游滑套組件打開，從而實現了相同規格的憋壓球能夠打開多個滑套的目的。
[0024]在一個優選的實施例中，最下游的滑套組件為壓差式打開機構。這使得本發明的滑套裝置的生產更加簡單。
[0025]根據本發明的第三方面，提供了一種滑套系統，包括至少兩個滑套裝置。其中，第一滑套裝置包括多個上文所述的滑套組件，并且各滑套組件的變級體的內徑均相同。第二滑套裝置設置在第一組滑套裝置的上游，所述第二滑套裝置包括多個上文所述的滑套組件，各滑套組件的變級體的內徑均相同，并且大于第一組滑套裝置中的變級體的內徑。在各個滑套裝置中，上游滑套組件的位于內滑套下游凸臺區域上部的擋塊比相鄰的下游滑套組件中的擋塊多至少一組，使得當下游滑套組件被打開時，與之相鄰的上游滑套組件至少有一組擋塊處于內滑套的下游凸臺的區域內并徑向向里凸出；并且在最下游的滑套組件中，變級體構造為與內滑套固定地接合在一起。
[0026]這樣，不同直徑的憋壓球均可打開多個滑套組件，即僅使用較少規格的憋壓球即可實現打開多個滑套，從而大幅提高了本發明的使用范圍。
[0027]根據本發明的第四方面，提供了使用根據本發明第三方面的滑套系統的方法，包括，
[0028]步驟一:在套管中安裝滑套系統；
[0029]步驟二:投入憋壓球，按照從井底到井口的方向依次打開滑套組件，進行分段壓裂ο
[0030]在一個實施例中，在步驟一中，在套管中安裝多個不同系列的滑套裝置，并且較下游系列的滑套裝置的直徑小于較上游系列的滑套裝置。在另一個實施例中，在步驟二中，按照直徑從小到大的方式投入憋壓球，以實現按照從井底到井口的方向依次打開滑套組件。
[0031]與現有技術相比，本發明的優點在于，使用多個相同規格的憋壓球可實現打開多個滑套的目的，即保持了投球式滑套分段壓裂的優點又增加滑套級數、提高一次作業效率。并且滑套變級體和不同直徑的滑套裝置的結合使用大幅增加了壓裂級數。本發明的滑套系統使用的憋壓球與現有技術的憋壓球完全相同，因此無需改造現有技術中的井口和套管。另外，本發明的滑套系統結構簡單，不需要對現有技術的井口進行改造，易于現場操作。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0032]在下文中將基于實施例并參考附圖來對本發明進行更詳細的描述。其中:
[0033]圖1是根據本發明的滑套組件的結構示意圖；
[0034]圖2是根據本發明的具有分體結構內滑套的滑套組件的結構示意圖；
[0035]圖3是根據本發明的滑套裝置的結構示意圖；
[0036]圖4是根據本發明的滑套系統的結構示意圖；
[0037]圖5a是根據本發明的滑套組件的變級體向下游移動的示意圖；
[0038]圖5b是憋壓球封堵根據本發明的滑套組件的示意圖；
[0039]圖6是用于根據本發明的滑套裝置的壓差式打開機構；
[0040]圖7是根據本發明的擋塊的示意圖。
[0041]在圖中，相同的構件由相同的附圖標記標示。附圖并未按照實際的比例繪制。【具體實施方式】
[0042]下面將結合附圖對本發明做進一步說明。
[0043]圖1顯示了根據本發明的滑套組件100的結構示意圖，包括固定的外滑套101和通過銷釘104連接于外滑套101內壁的內滑套103。在外滑套101的壁上設置有噴砂孔102。內滑套101的內壁包括徑向向內延伸的彼此間軸向分隔開的上游凸臺105和下游凸臺 106。
[0044]滑套組件100還包括變級體107，其可軸向運動地安裝在內滑套103內部并與內滑套103的凸臺105、106形成接合。變級體107包括筒狀主體108，與筒狀主體108的上端固定連接的彈性體110。在筒狀主體108上，上游凸臺105的下游部分區域內沿軸向布置有至少一組擋塊109,在圖1所示的實施例中，包括三組擋塊。
[0045]這種擋塊109能沿徑向運動到變級體107側壁的徑向外部和內部，例如當擋塊109不處于下游凸臺106區域中時，其能夠徑向向外凸出進入變級體107外部；而當擋塊109處于下游凸臺106區域中時，在下游凸臺106的作用下擋塊109徑向向里凸出進入變級體107內部，如圖7示意性地顯示。當擋塊109徑向向里凸出時，憋壓球115會被擋塊109所阻擋而不能穿過變級體107 ;當擋塊109徑向向外凸出時，憋壓球115可穿過變級體107。
[0046]彈性體110的自由端包括多個能徑向張開和收縮的彈性片113。在一個實施例中，這些彈性片113沿軸向布置，并且在彈性片113之間設置有軸向延伸的縫隙114，以便于當彈性體110進入內滑套103的內部時，這些彈性片113能夠徑向向里收縮而小于憋壓球115的直徑。在另一個實施例中，每組擋塊包括至少三個擋塊109，并且沿變級體107的周向均勻布置以能夠穩定支撐憋壓球115。
[0047]在內滑套103和變級體107的配合面上設置有限位機構，例如在變級體107上設有第一限位件111，在內滑套103上設有第二限位件112。其中，第一限位件111和第二限位件112設置為僅當彈性體110運動到內滑套103內部時才能接合在一起，并且當第一限位件111和第二限位件112接合在一起時，變級體107和內滑套103能一體式運動。在一個實施例中，第一限位件111和第二限位件112例如可采取引退式銷釘和釘槽的形式。
[0048]如圖2所示，內滑套構造為分體結構。其中上游部分201包括上游凸臺105和第一限位機構111，并且通過銷釘104與外滑套101連接，下游部分202包括下游凸臺106并且連接于上游部分201。
[0049]在使用時，當投球前時，彈性體110至少部分處于內滑套103的上端之外，并且彈性體Iio的彈性件113徑向向外張開而使得彈性體110的內徑大于憋壓球115的直徑，從而憋壓球115能夠穿過彈性體110進入變級體107內部。與此同時，至少一組擋塊109，優選為一組擋塊109處于內滑套103的下游凸臺106的區域內并在下游凸臺106的作用下徑向向里凸出，以能夠阻止憋壓球115通過，如圖1所示。
[0050]投入憋壓球115并充入壓裂液后，憋壓球115被擋塊109阻擋而停留在變級體107內部。在壓力作用下，憋壓球115帶動變級體107向下游運動并導致該組擋塊109運動到內滑套103之外而徑向向外伸出，從而憋壓球115通過，如圖5a所示。
[0051]當彈性體110完全進入到內滑套103的內部中后，彈性體110的彈性件113徑向向里收縮而使得彈性體110的內徑小于憋壓球115的直徑，同時限位機構能夠形成接合使得變級體107與內滑套103能夠一體式運動。這時投入另一個憋壓球，其會密封坐接與彈性體110的上部從而封堵套管，如圖5b所示。在套管內憋壓到預定的壓力時，銷釘104被剪斷，變級體107帶動內滑套103向下游運動而使噴砂孔102露出，從而建立壓裂通道。
[0052]圖3顯示了根據本發明的滑套裝置300的結構示意圖。滑套裝置300包括多個圖1中所示的滑套組件，并且這些滑套組件的內徑均相同。其中上游滑套組件的位于內滑套下游凸臺區域上部的擋塊比相鄰的下游滑套組件多至少一組，使得當下游滑套組件被打開時，與之相鄰的上游滑套組件至少有一組擋塊處于內滑套的下游凸臺的區域內并徑向向里凸出。優選地，在最下游的滑套組件中，變級體107構造為與內滑套103固定地接合在一起。
[0053]在圖3所示的實施例中，滑套裝置300包括滑套組件302、303和304，在每個滑套組件之間安裝有封隔器305。最下游的滑套組件304可為壓差式打開機構，其僅帶有內滑套103而不帶有變級體和擋塊，如圖6所示。而滑套組件302、303與圖1所示的滑套組件100的結構基本相同，區別僅在于，與滑套組件304相鄰的上游滑套組件303帶有一組擋塊，與滑套組件303相鄰的上游滑套組件302帶有兩組擋塊。[0054]在投球之前，滑套組件302、303的最下游的擋塊處于各自內滑套的下游凸臺的區域內并徑向向里凸出，并且各滑套組件的內滑套通過相應的銷釘連接于各自的外滑套并封住噴砂孔。
[0055]在投入第一個憋壓球后，在壓力作用下，當憋壓球經過滑套組件302、303后會到達滑套組件304并與其內滑套密封接合而封堵套管，當套管內的壓力達到預定值后，銷釘被剪斷，滑套組件304打開從而建立壓裂通道。在憋壓球經過滑套組件302、303時，其變級體會相應的朝向下游運動一定距離使得各自最下游的擋塊會從各自的內滑套中運動出來。與此同時，滑套組件302各自倒數第二組擋塊會進入各自內滑套的下游凸臺的區域內并徑向向里凸出。應特別注意地是，此時滑套組件303的彈性體已經運動進入滑套組件303的內滑套中，因此彈性片徑向向里收縮使得彈性體的直徑小于憋壓球的直徑。
[0056]在投入第二個憋壓球后，第二個憋壓球會經過滑套組件302而到達滑套組件303。由于滑套組件303的彈性體的直徑小于憋壓球的直徑，從而第二個憋壓球會與滑套組件303的彈性體密封接合而封堵套管。在壓力作用下，滑套組件303的變級體會朝向下游運動，當變級體與內滑套配合面上的限位機構接合在一起后，變級體會帶動內滑套剪斷銷釘，從而打開滑套組件303，建立壓裂通道。可以理解地是，滑套組件303也能夠設計為，當彈性體運動進入內滑套后，投入第二個憋壓球之前，滑套組件303的變級體已經與滑套組件303的內滑套接合在一起。
[0057]類似地是，投入更多的憋壓球可將更多的滑套組件打開。由于滑套裝置300的滑套組件302、303、304的內徑均相同，因此所投入的憋壓球的直徑也相同，因此實現了使用同一規格的憋壓球打開多級滑套的目的，提高一次作業效率。
[0058]圖4顯示了根據本發明的滑套系統400的結構示意圖。滑套系統400包括至少兩個圖3中所示的滑套裝置。其中，第一滑套裝置包括多個圖1中所示的滑套組件，并且各滑套組件的變級體的內徑均相同。第二滑套裝置設置在第一組滑套裝置的上游，并且第二滑套裝置包括多個圖1中所示的滑套組件，各滑套組件的變級體的內徑均相同，并且大于第一組滑套裝置中的變級體的內徑。在各個滑套裝置中，上游滑套組件的位于內滑套下游凸臺區域上部的擋塊比相鄰的下游滑套組件中的擋塊多至少一組，使得當下游滑套組件被打開時，與之相鄰的上游滑套組件至少有一組擋塊處于內滑套的下游凸臺的區域內并徑向向里凸出；并且在最下游的滑套組件中，變級體構造為與內滑套固定地接合在一起。
[0059]在圖4所示的實施例中，滑套系統400包括滑套裝置401、402和403，各滑套裝置的組成基本相同，區別僅在于最上游的滑套裝置401的直徑最大，與滑套裝置401相鄰的下游滑套裝置402次之，與滑套裝置402相鄰的下游滑套裝置403的直徑最小。可以理解地是，各個滑套裝置所包含的與圖1所示的滑套組件的結構相同的滑套組件的數量也可以不同。
[0060]在使用過程中，首先在套管中安裝滑套系統；然后從井口投入憋壓球，按照從井底到井口的方向依次打開滑套組件，進行分段壓裂。由于滑套裝置401、402和403的直徑不同，因此所投入的憋壓球的直徑也不同。為了將所有的滑套組件都打開，應按照直徑從小到大的方式投入憋壓球，例如首先投入用于滑套裝置403的憋壓球，將滑套裝置403的滑套組件全部打開后，再投入用于滑套裝置402的憋壓球，最后投入用于滑套裝置401的憋壓球。各個滑套組件的打開過程與上文所述的滑套裝置300的打開過程相同，這里不再贅述。[0061]由于滑套系統400的滑套裝置401、402和403的內徑不相同，因此所投入的憋壓球的直徑也不相同，但是同一規格的憋壓球同樣可以打開多級滑套。滑套變級體和不同直徑的滑套裝置的結合使用大幅增加了壓裂級數。
[0062]雖然已經參考優選實施例對本發明進行了描述，但在不脫離本發明的范圍的情況下，可以對其進行各種改進并且可以用等效物替換其中的部件。本發明并不局限于文中公開的特定實施例，而是包括落入權利要求的范圍內的所有技術方案。
【權利要求】
1.一種滑套組件，包括， 固定的外滑套，在外滑套的壁上設置有噴砂孔， 通過銷釘連接于外滑套內壁的內滑套，所述內滑套的內壁包括徑向向內延伸的彼此間軸向分隔開的上游凸臺和下游凸臺， 安裝到內滑套內并與內滑套的凸臺形成接合的變級體，包括:筒狀主體，在筒狀主體上的上游凸臺的下游部分區域內沿軸向布置了至少一組擋塊，其能沿徑向運動到變級體側壁的徑向外部和內部；以及與筒狀主體的上端固定連接的彈性體； 以及限位機構，其包括設于變級體上的第一限位件和設于內滑套上的第二限位件，在第一限位件和第二限位件接合時，變級體和內滑套能一體式運動， 其中，當投球前時，所述彈性體至少部分地處于內滑套的上端之外，使其內徑大于憋壓球的直徑，并且至少一組擋塊處于內滑套的下游凸臺的區域內并在下游凸臺的作用下徑向向里凸出，從而阻止憋壓球通過， 在投球后，變級體在壓力作用下向下游運動，導致所述一組擋塊運動到內滑套之外且徑向向外伸出，從而允許憋壓球通過， 當彈性體完全進入到內滑套的內部中后，彈性體的內徑小于憋壓球的直徑，從而能在套管內形成憋壓，并且限位機構形成接合而使得變級體與內滑套能夠一體式運動， 在套管內憋壓到預定的壓力時，所述銷釘被剪斷，所述變級體帶動內滑套向下游運動而使噴砂孔露出，從而建立壓裂通道。
2.根據權利要求1所述的滑套組件，其特征在于，所述彈性體的自由端包括多個能徑向張開和收縮的彈性片。
3.根據權利要求1`所述的滑套組件，其特征在于，每組擋塊包括至少三個沿變級體的周向均勻布置的擋塊。
4.根據權利要求1到3中任一項所述的滑套組件，其特征在于，所述內滑套構造為分體結構，其中上游部分包括上游凸臺并且與外滑套連接，下游部分包括下游凸臺并且連接于上游部分。
5.一種滑套裝置，其包括多個根據上述權利要求中任一項所述的滑套組件，各滑套組件的變級體的內徑均相同， 其中，上游滑套組件的位于內滑套下游凸臺區域上部的擋塊比相鄰的下游滑套組件中的擋塊多至少一組，使得當下游滑套組件被打開時，與之相鄰的上游滑套組件至少有一組擋塊處于內滑套的下游凸臺的區域內并徑向向里凸出；并且在最下游的滑套組件中，變級體構造為與內滑套固定地接合在一起。
6.根據權利要求5所述的滑套裝置，其特征在于，所述最下游的滑套組件為壓差式打開機構。
7.一種滑套系統，包括至少兩個滑套裝置，其中， 第一滑套裝置包括多個根據權利要求1到4中所述的滑套組件，并且各滑套組件的變級體的內徑均相同， 第二滑套裝置設置在第一組滑套裝置的上游，所述第二滑套裝置包括多個根據權利要求I到4中所述的滑套組件，各滑套組件的變級體的內徑均相同，并且大于第一組滑套裝置中的變級體的內徑。在各個滑套裝置中，上游滑套組件的位于內滑套下游凸臺區域上部的擋塊比相鄰的下游滑套組件中的擋塊多至少一組，使得當下游滑套組件被打開時，與之相鄰的上游滑套組件至少有一組擋塊處于內滑套的下游凸臺的區域內并徑向向里凸出；并且在最下游的滑套組件中，變級體構造為與內滑套固定地接合在一起。
8.一種使用根據權利要求6所述的滑套系統的方法，包括， 步驟一:在套管中安裝滑套系統； 步驟二:投入憋壓球，按照從井底到井口的方向依次打開滑套組件，進行分段壓裂。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，在步驟一中，在套管中安裝多個不同系列的滑套裝置，并且較下游系列的滑套裝置的直徑小于較上游系列的滑套裝置。
10.根據權利要求9 所述的方法，其特征在于，在步驟二中，按照直徑從小到大的方式投入憋壓球。
【文檔編號】E21B43/26GK103510912SQ201210209869
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月19日 優先權日:2012年6月19日
【發明者】薛承瑾, 李奎為, 李洪春, 衛然, 王海濤, 李雙明, 蔣廷學, 張旭東 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院