滑套開關裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種滑套開關裝置，其包括階梯軸狀的筒狀本體，安裝在所述本體的第一端部上的鎖塊組件，在所述殼體的下游設置有筒狀支撐套，在所述支撐套和本體之間設置有端蓋。根據本發明的滑套開關裝置，滑套打開級數不受限制、返排方便、工作性能可靠。
【專利說明】滑套開關裝置
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種壓裂裝置，更具體地涉及一種滑套開關裝置。
【背景技術】
[0002]近年來，頁巖氣、煤層氣等非常規油氣資源已成為常規油氣資源的有力接替。滑套式分段壓裂裝置是非常規油氣資源開采的一種重要裝置，其廣泛應用于頁巖氣、低滲透產層、薄油層的直井、定向井、水平井的壓裂增產改造。
[0003]滑套開關技術是滑套式分段壓裂的關鍵技術。目前通常使用的滑套包括投球打開式滑套、液壓打開式打開滑套和機械開關式滑套。投球打開式滑套通常與裸眼封隔器配合使用，其工作原理是在井口投放憋壓球，當憋壓球到達滑套位置時與滑套內的球座形成密封，實現憋壓。壓力達到一定值時剪斷剪釘，滑套外筒上的壓裂孔槽開啟建立壓裂通道。投球打開式滑套的壓裂級數由接入的滑套裝置的個數決定。由于各級滑套和憋壓球的結構尺寸必須存在級差，滑套的通徑會因此逐級遞減，壓裂級數受到限制。并且壓裂完成后，需下入鉆具鉆除滑套球座，增加了作業周期和作業成本。此外，投球式打開滑套采用球和球座貼合的密封方式，密封接觸面小對裝置的耐壓性能和加工精度要求高，增加了裝置的加工制造難度。
[0004]液壓打開式打開滑套通常安裝在分段壓裂管柱的最下一級，其工作原理是坐封完所有裸眼封隔器后繼續打壓，達到滑套開啟壓力后滑套打開，管內外循環建立，進行壓裂施工。機械開關式滑套的特點是不需要投球，和壓裂管柱一起下入井內，通過專用的開關裝置進行滑套的打開和關閉。液壓式打開滑套只能單獨用于一級，需要與投球式滑套配套使用完成多級壓裂。
[0005]機械式開關滑套的工作原理是通過開關裝置的上提下放來實現滑套的開關。機械式開關滑套在使用過程中需要多次起下開關管柱才能打開過個滑套，增大了施工周期和風險。
[0006]因此，急需一種滑套打開級數不受限制、返排方便的滑套開關裝置。
【發明內容】
[0007]針對上述的問題，本發明提出了一種滑套開關裝置，其使得滑套打開級數不受限制、返排方便，并且還能夠根據需要打開任意位置的滑套。
[0008]根據本發明提供了一種滑套開關裝置，包括:
[0009]階梯軸狀的筒狀本體，其直徑朝向第一端部逐級變小，在本體的第一端部的周向側壁上設置有貫穿側壁的沿周向的長條形第一導向釘槽，
[0010]安裝在本體的第一端部上的鎖塊組件，鎖塊組件包括與本體滑動式接觸的殼體，在殼體側壁上設置有至少一對徑向向外延伸出殼體周向側壁的鎖塊槽和從殼體的下游端部朝向上游端部延伸越過成對鎖塊槽的位置的軸向連桿槽，在成對鎖塊槽內呈鏡像安裝有設置了第二導向釘槽的鎖塊，在鎖塊槽與鎖塊之間設置有彈性件，在連桿槽內安裝有設置了兩個長條形斜向導向槽的連桿，并且連桿設置為斜向導向槽的上游端朝向殼體表面，導向釘穿過連桿上的斜向導向槽并且其兩個端部分處于第一導向釘槽和第二導向槽內，
[0011]在殼體的下游設置有筒狀支撐套，在支撐套的內壁上設有臺肩以將支撐套分成內徑不同的兩部分，其中支撐套內徑較大的部分與殼體的在鎖塊槽下游的部分相連接，
[0012]在支撐套和本體之間設置有端蓋，端蓋的下游端面與支撐套的臺肩接觸，上游端面連接于本體的下游端并且頂靠連桿的下游端，
[0013]其中，在初始狀態中，鎖塊在彈性件的作用下凸出殼體表面，導向釘處于連桿上的斜向導向槽的上游端部；當將滑套開關裝置下入滑套內時，成對鎖塊與滑套內筒的直凸臺接合，當滑套內憋壓到預定壓力時，滑套開關裝置帶動所述滑套內筒朝向下游運動，使壓裂孔貫通，從而建立壓裂通道；在壓裂施工結束后，在外力作用下端蓋朝向上游運動，從而推動連桿朝向上游運動，在連桿上的長條形斜向導向槽的引導下，導向釘運動到斜向導向槽的下游端部并帶動成對鎖塊縮回到殼體內而與滑套內筒分開，以將滑套開關裝置取出。
[0014]本發明的滑套開關裝置不涉及滑套內徑的變化，因此能打開的滑套的級數不受限制。此外，在壓裂施工結束后，可借助地層壓力將滑套開關裝置返排出井口，實現管柱內全通徑，無需鉆除作業，施工方便。
[0015]在一個實施例中，各滑套開關裝置通過各自獨特的成對鎖塊之間的距離實現與唯一一個相應的滑套接合。由此，通過調節各個滑套開關裝置的成對鎖塊之間的距離，即可實現打開具有相應長度直凸臺面的滑套，擺脫了滑套內徑的約束，實現了壓裂級數無限制。并且，由于各滑套開關裝置與滑套為一一對應的關系，因此可實現根據需要下入相應的滑套開關裝置而打開任意位置的滑套。
[0016]在一個實施例中，在筒狀本體的在殼體上游的部分還設置有第一扶正組件。在另一個實施例中，在支撐套的下游部分還設置有第二扶正組件。這種設置的第一扶正組件和第二扶正組件用于滑套開關組裝置的扶正，以便于滑套開關組裝置的泵送到位和順利返排。
[0017]在一個實施例中，第一扶正組件包括設置有多個徑向向外延伸的彈性翅的扶正圈。在另一個實施例中，第二扶正組件包括設置有多個徑向向外延伸的彈性翅的扶正圈。扶正圈的彈性翅可以降低滑套開關組裝置在滑套內運動時的阻力，也有利于滑套開關組裝置的泵送到位和順利返排。在一個優選的實施例中，彈性翅徑向向外延伸的程度大于鎖塊徑向向外凸出的程度。
[0018]在一個實施例中，成對鎖塊的能凸出殼體側壁的端部設置為朝向彼此的面為直角面，背向彼此的面為引導斜面。成對鎖塊的直角面有利于成對鎖塊夾持住滑套內筒的直凸臺，以帶動滑套內筒運動。引導斜面會減小滑套開關裝置在滑套內運動時受到的沖擊，有助于滑套開關裝置在滑套內的運動。
[0019]在一個實施例中，端蓋為圓盤狀，在裝配狀態中，端蓋的凸出部分朝向下游并伸入支撐套的內徑較小的部分中，而端蓋的邊緣與凸出部分形成的臺階與支撐套的臺肩相配合。在滑套開關組裝置返排期間，這種形狀的端蓋能夠緊靠支撐套的內壁運動，使得端蓋能平穩運動。在一個優選的實施例中，在端蓋的上游端面設置有凹陷，在裝配狀態中，本體的下游端與凹陷相連接。帶有凹陷的端蓋使得滑套開關組裝置的裝配更加方便。
[0020]在一個實施例中，在本體上還設置有打撈結構。當滑套開關裝置不能順利返排出井口時，可借助于相應打撈工具的進行打撈。
[0021]在本申請中，用語“下游”和“上游”規定為朝向井口方向為上游，朝向井底方向為下游。用語“初始狀態”是指在滑套開關裝置下入滑套之前的狀態。
[0022]與現有技術相比，本發明的優點在于，通過調節各個滑套開關裝置的成對鎖塊之間的距離，即可打開具有相應長度直凸臺面的滑套，擺脫了滑套內徑的約束，實現了壓裂級數無限制。同時，由于各滑套開關裝置與滑套為一一對應的關系，因此可實現根據需要下入相應的滑套開關裝置而打開任意位置的滑套。在壓裂施工結束后，可借助地層壓力將滑套開關裝置返排出井口，實現管柱內全通徑，無需鉆除作業，施工方便。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]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:
[0024]圖1是根據本發明的滑套開關裝置的結構示意圖；
[0025]圖2-3是根據本發明的滑套開關裝置打開滑套的過程示意圖；
[0026]圖4是返排根據本發明的滑套開關裝置的示意圖；
[0027]圖5是打撈根據本發明的滑套開關裝置的示意圖；
[0028]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】
[0029]下面將結合附圖對本發明做進一步說明。
[0030]圖1示意性地顯示了據本發明的滑套開關裝置100。滑套開關裝置100包括:筒狀本體1，筒狀本體I呈階梯軸狀并且直徑朝向第一端部6逐級變小。在本體I的第一端部6的周向側壁上設置有貫穿側壁的沿周向長條形的第一導向釘槽8、8’，其用于與下文中描述的其他結構共同引導導向釘11、11’的運動。
[0031]滑套開關裝置100還包括安裝在本體I的第一端部6上的鎖塊組件。鎖塊組件包括滑動式安裝在本體I的第一端部6上的殼體7。在一個優選的實施例中，殼體7為環狀并以滑動方式套在本體I的第一端部6上。在殼體7的周向側壁上設置有成對的鎖塊槽，其徑向向外延伸出殼體7的側壁。圖1僅示意性地顯示了一對鎖塊槽10、10’，其中鎖塊槽10’位于鎖塊10的下游位置。在殼體7的側壁內還設置有軸向的連桿槽9，其從殼體7的下游端部朝向上游端部延伸越過成對鎖塊槽10、10’的位置。
[0032]在鎖塊槽10、10’內分別呈鏡像安裝有鎖塊16、16’。下面以鎖塊槽10為例，來描述鎖塊16在鎖塊槽10中的安裝關系。鎖塊16安裝在鎖塊槽10內，并且在鎖塊槽10和鎖塊16之間還設置有彈性件17使得鎖塊16能從鎖塊槽10內彈出和縮回。在鎖塊16的側面還設置有第二導向釘槽(未示出)。在連桿槽9內安裝有連桿15，在連桿15上設置有兩個長條形的斜向導向槽12、12’，并且如圖1所示連桿15設置為斜向導向槽12、12’的上游端朝向殼體7表面。其中，斜向導向槽12與鎖塊16對齊。導向釘11穿過連桿15上的斜向導向槽12，并且導向釘11的兩個端部分處于第一導向釘槽8和第二導向槽內。鎖塊16’在鎖塊槽10’內的安裝關系與鎖塊16在鎖塊槽10內的安裝關系相同，這里不再贅述。應注意地是，鎖塊16與鎖塊16’可通過連桿15和導向釘11、11’實現同時從鎖塊槽10、10’中凸出和縮回，以實現滑套的打開和關閉。[0033]如圖1所示，鎖塊16的凸出殼體7的端部的朝向下游的面構造為為直角面37，而朝向上游的面構造為引導斜面36。由于鎖塊16’設置在鎖塊16的下游并且呈鏡像對稱，因此鎖塊16與16’相對的面均為直角面，而背離的面均為引導斜面。相對的直角面使得鎖塊16、16’能更有利地夾持住滑套內筒的直凸臺29，以帶動滑套內筒運動。而兩個引導斜面能減小滑套開關裝置100在滑套內運動時鎖塊16、16’受到的沖擊，有助于滑套開關裝置100在滑套內的運動。
[0034]應注意地是，對于不同的滑套開關裝置100，呈鏡像設置的鎖塊16和16’之間的距離為不同。由此，不同的滑套開關裝置100僅能與唯一一個滑套的直凸臺(如圖2中的29)相配合，即一個滑套開關裝置100僅能打開唯一一個滑套。
[0035]滑套開關裝置100還包括設置在殼體7下游的筒狀支撐套18。支撐套18構造為在其內壁上設有臺肩19以將支撐套8分成內徑不同的兩部分。其中，支撐套18的內徑較大的部分與殼體7的在鎖塊槽10’下游的部分相連接，如圖1所示。在一個實施例中，支撐套18與殼體7之間為螺紋連接，以便于滑套開關裝置100的裝配。
[0036]滑套開關裝置100還包括設置在支撐套18和本體I之間的端蓋21。端蓋21的下游端面與支撐套18的臺肩19接觸，而上游端面連接于本體I的下游端面并且頂靠連桿15的下游端。端蓋21用于堵塞滑套內的流體通道，以在滑套內實現憋壓并由此打開滑套。在返排滑套開關裝置100期間，端蓋21還用于承受來自地層的壓力，以將滑套開關裝置100返排至井口。
[0037]在圖1所示的實施例中，端蓋21實施為圓盤狀。在裝配狀態中，端蓋21的凸出部分20朝向下游并伸入支撐套18的內徑較小的部分中，而端蓋21的邊緣14與凸出部分20形成的臺階與支撐套18的臺肩19相配合。在一個優選的實施例中，端蓋21的上游端面還設置有凹陷22。在裝配狀態中，本體I的下游端面在凹陷22連接于端蓋21，例如通過螺紋連接。
[0038]在圖1所示的實施例中，滑套開關裝置100還包括設置在筒狀本體I的在殼體7上游的部分處的第一扶正組件。在一個實施例中，第一扶正組件33的上游端頂靠本體I的臺階34，下游端頂靠鎖塊組件的殼體7的上游端，從而將第一扶正組件33固定。在一個優選的實施例中，第一扶正組件33包括包括設置有多個徑向向外延伸的彈性翅的扶正圈，如圖1中所示的斜膠碗2和直膠碗4。應注意地是，斜膠碗2和直膠碗4徑向向外延伸的程度大于鎖塊16、16’徑向向外凸出的程度(如圖2所示)，以減小滑套開關裝置100在滑套內上下運動過程中所受到的阻力。在一個優選的實施例中，在支撐套18的下游部分設置有第二扶正組件35。第二扶正組件35的結構和作用與第一扶正組件33相同，為簡單起見，這里不再贅述。另外，第一扶正組件33和第二扶正組件35共同用于滑套開關裝置100的扶正并且也有助于滑套開關裝置100的泵送到位。
[0039]在圖1所示的實施例中，在本體I上還設置有打撈槽5。當滑套開關裝置100不能順利返排出井口時，可借助于相應打撈工具31的進行打撈。
[0040]下面根據圖2和3描述根據本發明的滑套開關裝置100的使用方法。
[0041]將滑套下入井內后，根據需要下入滑套開關裝置100。在將滑套開關裝置100下入之前，滑套開關裝置100的鎖塊16、16’處于凸出狀態，如圖1所示。通過泵(未示出)將滑套開關裝置100下入到所要求的位置后，鎖塊16、16’會與滑套的內筒25上的直凸臺29接合，如圖2所示。使滑套內憋壓，當達到預定壓力時，將滑套的內筒25和外筒23連接在一起的銷釘24被剪斷。在壓力作用下，滑套開關裝置100朝向下游運動并且帶動內筒25也朝向下游運動，直到內筒25上的彈性塊28凸出嵌入到外筒23上的彈性塊槽30內而實現內筒25的鎖緊。這時，滑套外筒上的壓裂孔27與內筒25上的壓裂孔26對齊，壓裂通道開啟，開始進行壓裂施工。
[0042]在通常的壓裂施工中，會按照從井底到井口的方向依次打開滑套，進行分段壓裂。由于一個滑套開關裝置100僅能打開唯一一個滑套，因此在需要時可向井內下入一個特定的滑套開關裝置100以打開特定位置滑套。由此，擴大了根據本發明的滑套開關裝置100的應用范圍。
[0043]壓裂施工結束后，需要將滑套開關裝置100返排出來。滑套開關裝置100的端蓋21的下游端面會受到朝向上游方向的作用力，如圖4中的箭頭所示。在該力的作用下，端蓋21會推動本體I朝向上游運動。由于鎖塊組件的殼體7與本體I之間為滑動式接觸并且殼體7的下游部分連接于支撐套8，因此殼體7不會朝向上游運動。在端蓋21的推動下，連桿15也會朝向上游運動。在長條形的斜向導向槽12、12’的引導作用下，導向釘11、11’從導向槽12、12’的上游端運動到下游端，并導致鎖塊16、16’縮回而與滑套內筒25的直凸臺29分開，如圖4所示。由此，可將滑套開關裝置100順利排出。
[0044]如果因故滑套開關裝置100不能順利排出，則可以下入打撈工具31進行打撈，如圖5所示。在一個實施例中，打撈工具31上游端連接牽引裝置(未示出)，下游端設置有卡簧32。在打撈時，打撈工具31的卡簧32會與滑套開關裝置100的本體I的打撈槽5接合。通過上提打撈工具31，可帶動本體1、端蓋21朝向上游運動。如上文所述，在端蓋21的推動下，鎖塊16、16’會縮回而與滑套內筒25的直凸臺29分開。繼續上提打撈工具31即可將滑套開關裝置100提出井。
[0045]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。尤其是，只要不存在結構沖突，各個實施例中所提到的各項技術特征均可以任意方式組合起來。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】
1.一種滑套開關裝置，包括， 階梯軸狀的筒狀本體，其直徑朝向第一端部逐級變小，在所述本體的第一端部的周向側壁上設置有貫穿側壁的沿周向的長條形第一導向釘槽， 安裝在所述本體的第一端部上的鎖塊組件，所述鎖塊組件包括與本體滑動式接觸的殼體，在殼體側壁上設置有至少一對徑向向外延伸出殼體周向側壁的鎖塊槽和從殼體的下游端部朝向上游端部延伸越過所述成對鎖塊槽的位置的軸向連桿槽，在所述成對鎖塊槽內呈鏡像安裝有設置了第二導向釘槽的鎖塊，在鎖塊槽與鎖塊之間設置有彈性件，在所述連桿槽內安裝有設置了兩個長條形斜向導向槽的連桿，并且所述連桿設置為所述斜向導向槽的上游端朝向殼體表面，導向釘穿過連桿上的斜向導向槽并且其兩個端部分處于第一導向釘槽和第二導向槽內， 在所述殼體的下游設置有筒狀支撐套，在所述支撐套的內壁上設有臺肩以將支撐套分成內徑不同的兩部分，其中所述支撐套內徑較大的部分與所述殼體的在鎖塊槽下游的部分相連接， 在所述支撐套和本體之間設置有端蓋，所述端蓋的下游端面與所述支撐套的臺肩接觸，上游端面連接于所述本體的下游端并且頂靠所述連桿的下游端， 其中，在初始狀態中，所述鎖塊在所述彈性件的作用下凸出殼體表面，導向釘處于連桿上的斜向導向槽的上游端部；當將滑套開關裝置下入滑套內時，成對鎖塊與滑套內筒的直凸臺接合，當滑套內憋壓到預定壓力時，所述滑套開關裝置帶動所述滑套內筒朝向下游運動，使壓裂孔貫通，從而建立壓裂通道；在壓裂施工結束后，在外力作用下端蓋朝向上游運動，從而推動連桿朝向上游運動，在連桿上的斜向導向槽的引導下，導向釘運動到斜向導向槽的下游端部并帶動所述成對鎖塊縮回到殼體內而與滑套內筒分開，以將滑套開關裝置取出。
2.根據權利要求1所述的滑套開關裝置，其特征在于，在所述筒狀本體的在所述殼體上游的部分處還設置有第一扶正組件。
3.根據權利要求1所述的滑套開關裝置，其特征在于，在所述支撐套的下游部分還設置有第二扶正組件。
4.根據上述權利要求中任一項所述的滑套開關裝置，其特征在于， 所述端蓋為圓盤狀，在裝配狀態中，所述端蓋的凸出部分朝向下游并伸入所述支撐套的內徑較小的部分中，而所述端蓋的邊緣與凸出部分形成的臺階與所述支撐套的臺肩相配合 o
5.根據權利要求4所述的滑套開關裝置，其特征在于，在所述端蓋的上游端面設置有凹陷，在裝配狀態中，所述本體的下游端與所述凹陷相連接。
6.根據權利要求2所述的滑套開關裝置，其特征在于，所述第一扶正組件包括設置有多個徑向向外延伸的彈性翅的扶正圈。
7.根據權利要求3所述的滑套開關裝置，其特征在于，所述第二扶正組件包括設置有多個徑向向外延伸的彈性翅的扶正圈。
8.根據權利要求6或7所述的滑套開關裝置，其特征在于，所述彈性翅徑向向外延伸的程度大于所述鎖塊徑向向外凸出的程度。
9.根據上述權利要求中任一項所述的滑套開關裝置，其特征在于，在所述本體上還設置有打撈結構。
10.根據上述權利要求中任一項所述的滑套開關裝置，其特征在于，所述成對鎖塊的能凸出殼體側壁的端部設置為朝向彼此的面為直角面，背向彼此的面為引導斜面。
11.根據上述權利要求中任一項所述的滑套開關裝置，其特征在于，各所述滑套開關裝置通過各自獨特的 成對鎖塊之間的距離實現與唯一一個相應的滑套接合。
【文檔編號】E21B43/26GK103775047SQ201210414978
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年10月25日 優先權日:2012年10月25日
【發明者】李占英, 路保平, 朱玉杰 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