CN103510912A - 滑套组件、包括该组件的装置和系统及该系统的使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种滑套组件，包括：外滑套、内滑套、变级体和限位构件。本发明还涉及该组件的装置和系统和该系统的使用方法。其中，滑套系统包括多个直径相同或不同的滑套装置，通过变级体的运动而实现同一规格的憋压球打开多个滑套组件。

Description

滑套组件、包括该组件的装置和系统及该系统的使用方法

技术领域

本发明涉及一种滑套组件，特别是一种变级式滑套组件。本发明还涉及包括该组件的装置和系统和该系统的使用方法。

背景技术

随着油气田勘探开发的深入，低渗、特低渗致密油气田大量被发现和开发。在这种油气田的开发中，最常使用的是水平井开采技术。其中，分段压裂、酸压是开采过程中非常重要的过程，并且为了广泛开采，井筒的水平段长度和压裂段数呈现大幅度增长态势。

通常的分段压裂方法是投球式滑套分段压裂，该方法通过投球式滑套压裂装置、裸眼封隔器、憋压球等工具来实现，其中投球式滑套压裂装置是该分段压裂的核心装置之一。目前，投球式滑套分段压裂的实施方法为从井口投入逐级投入不同尺寸的憋压球，当憋压球落入到滑套的球座位置后，打开相应的滑套并对该层进行压裂施工，最终实现水平井多段压裂。

投球式滑套分段压裂技术成熟，设备也较为简单，因此应用很广泛。但是在投球式滑套分段压裂中每一级憋压球仅能打开一级滑套，进行一级压裂，由于受到井下管柱尺寸限制，滑套级数会受到很大的限制，井筒的水平段长度也不会较长。

为了解决投球式滑套压裂装置的缺点，也开发出了多种其他的滑套式压裂装置。中国专利公开CN102182438A《变长度分级滑套分段压裂工艺技术》公开一种变长度分级滑套分层压裂工艺技术，该工艺是在各级变长度分级滑套的滑套塞阀直径不变的情况下，通过改变每级滑套凹槽及滑套塞阀牙块的长度，实现10级以上的分级打滑套技术，进行分层压裂。该工艺技术的缺点是，每进行一级压裂都需要投送一级滑套塞阀，并且由于通常的压裂井口无法实现投送滑套塞阀，而需要对井口进行改造。

为了在保持投球式滑套分段压裂的优点的基础上，增加滑套级数、提高一次作业效率对提高压裂效果具有重要的意义。

发明内容

针对上述的问题，本发明提出了一种滑套系统，其能够实现使用同一规格的憋压球打开多级滑套的目的。本发明还涉及该系统的使用方法。另外本发明还提出了用于该系统的滑套组件、使用该组件的滑套装置。

根据本发明的第一方面，提供了一种滑套组件，包括：

固定的外滑套，在外滑套的壁上设置有喷砂孔，

通过销钉连接于外滑套内壁的内滑套，所述内滑套的内壁包括径向向内延伸的彼此间轴向分隔开的两个凸台，

安装到内滑套内并与内滑套的凸台形成接合的变级体，包括：筒状主体，在筒状主体上的上游凸台的下游部分区域内沿轴向布置了至少一组挡块，其能沿径向运动到变级体侧壁的径向外部和内部；以及与筒状主体的上端固定连接的弹性体；

以及限位机构，其包括设于变级体上的第一限位件和设于内滑套上的第二限位件，在第一限位件和第二限位件接合时，变级体和内滑套能一体式运动，

其中，当投球前时，所述弹性体至少部分地处于内滑套的上端之外，使其内径大于憋压球的直径，并且至少一组挡块处于内滑套的下游凸台的区域内并在下游凸台的作用下径向向里凸出，从而阻止憋压球通过，

在投球后，变级体在压力作用下向下游运动，导致所述一组挡块运动到内滑套之外且径向向外伸出，从而允许憋压球通过，

当弹性体完全进入到内滑套的内部中后，弹性体的内径小于憋压球的直径，从而能在套管内形成憋压，并且限位机构形成接合而使得变级体与内滑套能够一体式运动，

在套管内憋压到预定的压力时，所述销钉被剪断，所述变级体带动内滑套向下游运动而使喷砂孔露出，从而建立压裂通道。

在本申请中，用语“下游”、“上游”、“下部”以及“上部”规定为靠近井口为上，远离井口为下。

在一个实施例中，弹性体的自由端包括多个能径向张开和收缩的弹性片。这种能够径向向里收缩的弹性体能够自动与憋压球形成密封、封堵套管，进而产生憋压。

在一个实施例中，每组挡块包括至少三个沿变级体的周向均匀布置的挡块。此至少三个挡块能够稳定支撑憋压球。

在一个实施例中，内滑套构造为分体结构，其中上游部分包括上游凸台并且与外滑套连接，下游部分包括下游凸台并且连接于上游部分。

用语“分体结构”是指内滑套的上游部分和下游部分能够以可打开的方式连接在一起，这使得本发明的滑套组件的装配更加方便。

根据本发明的第二方面，提供了一种滑套装置，包括其多个上文所述的滑套组件，各滑套组件的变级体的内径均相同。其中，上游滑套组件的位于内滑套下游凸台区域上部的挡块比相邻的下游滑套组件中的挡块多至少一组，使得当下游滑套组件被打开时，与之相邻的上游滑套组件至少有一组挡块处于内滑套的下游凸台的区域内并径向向里凸出；并且在最下游的滑套组件中，变级体构造为与内滑套固定地接合在一起。

这样，当憋压球将下游滑套组件打开之后，随后的憋压球能够将相邻的上游滑套组件打开，从而实现了相同规格的憋压球能够打开多个滑套的目的。

在一个优选的实施例中，最下游的滑套组件为压差式打开机构。这使得本发明的滑套装置的生产更加简单。

根据本发明的第三方面，提供了一种滑套系统，包括至少两个滑套装置。其中，第一滑套装置包括多个上文所述的滑套组件，并且各滑套组件的变级体的内径均相同。第二滑套装置设置在第一组滑套装置的上游，所述第二滑套装置包括多个上文所述的滑套组件，各滑套组件的变级体的内径均相同，并且大于第一组滑套装置中的变级体的内径。在各个滑套装置中，上游滑套组件的位于内滑套下游凸台区域上部的挡块比相邻的下游滑套组件中的挡块多至少一组，使得当下游滑套组件被打开时，与之相邻的上游滑套组件至少有一组挡块处于内滑套的下游凸台的区域内并径向向里凸出；并且在最下游的滑套组件中，变级体构造为与内滑套固定地接合在一起。

这样，不同直径的憋压球均可打开多个滑套组件，即仅使用较少规格的憋压球即可实现打开多个滑套，从而大幅提高了本发明的使用范围。

根据本发明的第四方面，提供了使用根据本发明第三方面的滑套系统的方法，包括，

步骤一：在套管中安装滑套系统；

步骤二：投入憋压球，按照从井底到井口的方向依次打开滑套组件，进行分段压裂。

在一个实施例中，在步骤一中，在套管中安装多个不同系列的滑套装置，并且较下游系列的滑套装置的直径小于较上游系列的滑套装置。在另一个实施例中，在步骤二中，按照直径从小到大的方式投入憋压球，以实现按照从井底到井口的方向依次打开滑套组件。

与现有技术相比，本发明的优点在于，使用多个相同规格的憋压球可实现打开多个滑套的目的，即保持了投球式滑套分段压裂的优点又增加滑套级数、提高一次作业效率。并且滑套变级体和不同直径的滑套装置的结合使用大幅增加了压裂级数。本发明的滑套系统使用的憋压球与现有技术的憋压球完全相同，因此无需改造现有技术中的井口和套管。另外，本发明的滑套系统结构简单，不需要对现有技术的井口进行改造，易于现场操作。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1是根据本发明的滑套组件的结构示意图；

图2是根据本发明的具有分体结构内滑套的滑套组件的结构示意图；

图3是根据本发明的滑套装置的结构示意图；

图4是根据本发明的滑套系统的结构示意图；

图5a是根据本发明的滑套组件的变级体向下游移动的示意图；

图5b是憋压球封堵根据本发明的滑套组件的示意图；

图6是用于根据本发明的滑套装置的压差式打开机构；

图7是根据本发明的挡块的示意图。

在图中，相同的构件由相同的附图标记标示。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步说明。

图1显示了根据本发明的滑套组件100的结构示意图，包括固定的外滑套101和通过销钉104连接于外滑套101内壁的内滑套103。在外滑套101的壁上设置有喷砂孔102。内滑套101的内壁包括径向向内延伸的彼此间轴向分隔开的上游凸台105和下游凸台106。

滑套组件100还包括变级体107，其可轴向运动地安装在内滑套103内部并与内滑套103的凸台105、106形成接合。变级体107包括筒状主体108，与筒状主体108的上端固定连接的弹性体110。在筒状主体108上，上游凸台105的下游部分区域内沿轴向布置有至少一组挡块109，在图1所示的实施例中，包括三组挡块。

这种挡块109能沿径向运动到变级体107侧壁的径向外部和内部，例如当挡块109不处于下游凸台106区域中时，其能够径向向外凸出进入变级体107外部；而当挡块109处于下游凸台106区域中时，在下游凸台106的作用下挡块109径向向里凸出进入变级体107内部，如图7示意性地显示。当挡块109径向向里凸出时，憋压球115会被挡块109所阻挡而不能穿过变级体107；当挡块109径向向外凸出时，憋压球115可穿过变级体107。

弹性体110的自由端包括多个能径向张开和收缩的弹性片113。在一个实施例中，这些弹性片113沿轴向布置，并且在弹性片113之间设置有轴向延伸的缝隙114，以便于当弹性体110进入内滑套103的内部时，这些弹性片113能够径向向里收缩而小于憋压球115的直径。在另一个实施例中，每组挡块包括至少三个挡块109，并且沿变级体107的周向均匀布置以能够稳定支撑憋压球115。

在内滑套103和变级体107的配合面上设置有限位机构，例如在变级体107上设有第一限位件111，在内滑套103上设有第二限位件112。其中，第一限位件111和第二限位件112设置为仅当弹性体110运动到内滑套103内部时才能接合在一起，并且当第一限位件111和第二限位件112接合在一起时，变级体107和内滑套103能一体式运动。在一个实施例中，第一限位件111和第二限位件112例如可采取引退式销钉和钉槽的形式。

如图2所示，内滑套构造为分体结构。其中上游部分201包括上游凸台105和第一限位机构111，并且通过销钉104与外滑套101连接，下游部分202包括下游凸台106并且连接于上游部分201。

在使用时，当投球前时，弹性体110至少部分处于内滑套103的上端之外，并且弹性体110的弹性件113径向向外张开而使得弹性体110的内径大于憋压球115的直径，从而憋压球115能够穿过弹性体110进入变级体107内部。与此同时，至少一组挡块109，优选为一组挡块109处于内滑套103的下游凸台106的区域内并在下游凸台106的作用下径向向里凸出，以能够阻止憋压球115通过，如图1所示。

投入憋压球115并充入压裂液后，憋压球115被挡块109阻挡而停留在变级体107内部。在压力作用下，憋压球115带动变级体107向下游运动并导致该组挡块109运动到内滑套103之外而径向向外伸出，从而憋压球115通过，如图5a所示。

当弹性体110完全进入到内滑套103的内部中后，弹性体110的弹性件113径向向里收缩而使得弹性体110的内径小于憋压球115的直径，同时限位机构能够形成接合使得变级体107与内滑套103能够一体式运动。这时投入另一个憋压球，其会密封坐接与弹性体110的上部从而封堵套管，如图5b所示。在套管内憋压到预定的压力时，销钉104被剪断，变级体107带动内滑套103向下游运动而使喷砂孔102露出，从而建立压裂通道。

图3显示了根据本发明的滑套装置300的结构示意图。滑套装置300包括多个图1中所示的滑套组件，并且这些滑套组件的内径均相同。其中上游滑套组件的位于内滑套下游凸台区域上部的挡块比相邻的下游滑套组件多至少一组，使得当下游滑套组件被打开时，与之相邻的上游滑套组件至少有一组挡块处于内滑套的下游凸台的区域内并径向向里凸出。优选地，在最下游的滑套组件中，变级体107构造为与内滑套103固定地接合在一起。

在图3所示的实施例中，滑套装置300包括滑套组件302、303和304，在每个滑套组件之间安装有封隔器305。最下游的滑套组件304可为压差式打开机构，其仅带有内滑套103而不带有变级体和挡块，如图6所示。而滑套组件302、303与图1所示的滑套组件100的结构基本相同，区别仅在于，与滑套组件304相邻的上游滑套组件303带有一组挡块，与滑套组件303相邻的上游滑套组件302带有两组挡块。

在投球之前，滑套组件302、303的最下游的挡块处于各自内滑套的下游凸台的区域内并径向向里凸出，并且各滑套组件的内滑套通过相应的销钉连接于各自的外滑套并封住喷砂孔。

在投入第一个憋压球后，在压力作用下，当憋压球经过滑套组件302、303后会到达滑套组件304并与其内滑套密封接合而封堵套管，当套管内的压力达到预定值后，销钉被剪断，滑套组件304打开从而建立压裂通道。在憋压球经过滑套组件302、303时，其变级体会相应的朝向下游运动一定距离使得各自最下游的挡块会从各自的内滑套中运动出来。与此同时，滑套组件302各自倒数第二组挡块会进入各自内滑套的下游凸台的区域内并径向向里凸出。应特别注意地是，此时滑套组件303的弹性体已经运动进入滑套组件303的内滑套中，因此弹性片径向向里收缩使得弹性体的直径小于憋压球的直径。

在投入第二个憋压球后，第二个憋压球会经过滑套组件302而到达滑套组件303。由于滑套组件303的弹性体的直径小于憋压球的直径，从而第二个憋压球会与滑套组件303的弹性体密封接合而封堵套管。在压力作用下，滑套组件303的变级体会朝向下游运动，当变级体与内滑套配合面上的限位机构接合在一起后，变级体会带动内滑套剪断销钉，从而打开滑套组件303，建立压裂通道。可以理解地是，滑套组件303也能够设计为，当弹性体运动进入内滑套后，投入第二个憋压球之前，滑套组件303的变级体已经与滑套组件303的内滑套接合在一起。

类似地是，投入更多的憋压球可将更多的滑套组件打开。由于滑套装置300的滑套组件302、303、304的内径均相同，因此所投入的憋压球的直径也相同，因此实现了使用同一规格的憋压球打开多级滑套的目的，提高一次作业效率。

图4显示了根据本发明的滑套系统400的结构示意图。滑套系统400包括至少两个图3中所示的滑套装置。其中，第一滑套装置包括多个图1中所示的滑套组件，并且各滑套组件的变级体的内径均相同。第二滑套装置设置在第一组滑套装置的上游，并且第二滑套装置包括多个图1中所示的滑套组件，各滑套组件的变级体的内径均相同，并且大于第一组滑套装置中的变级体的内径。在各个滑套装置中，上游滑套组件的位于内滑套下游凸台区域上部的挡块比相邻的下游滑套组件中的挡块多至少一组，使得当下游滑套组件被打开时，与之相邻的上游滑套组件至少有一组挡块处于内滑套的下游凸台的区域内并径向向里凸出；并且在最下游的滑套组件中，变级体构造为与内滑套固定地接合在一起。

在图4所示的实施例中，滑套系统400包括滑套装置401、402和403，各滑套装置的组成基本相同，区别仅在于最上游的滑套装置401的直径最大，与滑套装置401相邻的下游滑套装置402次之，与滑套装置402相邻的下游滑套装置403的直径最小。可以理解地是，各个滑套装置所包含的与图1所示的滑套组件的结构相同的滑套组件的数量也可以不同。

在使用过程中，首先在套管中安装滑套系统；然后从井口投入憋压球，按照从井底到井口的方向依次打开滑套组件，进行分段压裂。由于滑套装置401、402和403的直径不同，因此所投入的憋压球的直径也不同。为了将所有的滑套组件都打开，应按照直径从小到大的方式投入憋压球，例如首先投入用于滑套装置403的憋压球，将滑套装置403的滑套组件全部打开后，再投入用于滑套装置402的憋压球，最后投入用于滑套装置401的憋压球。各个滑套组件的打开过程与上文所述的滑套装置300的打开过程相同，这里不再赘述。

由于滑套系统400的滑套装置401、402和403的内径不相同，因此所投入的憋压球的直径也不相同，但是同一规格的憋压球同样可以打开多级滑套。滑套变级体和不同直径的滑套装置的结合使用大幅增加了压裂级数。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种滑套组件，包括，

固定的外滑套，在外滑套的壁上设置有喷砂孔，

通过销钉连接于外滑套内壁的内滑套，所述内滑套的内壁包括径向向内延伸的彼此间轴向分隔开的上游凸台和下游凸台，

安装到内滑套内并与内滑套的凸台形成接合的变级体，包括：筒状主体，在筒状主体上的上游凸台的下游部分区域内沿轴向布置了至少一组挡块，其能沿径向运动到变级体侧壁的径向外部和内部；以及与筒状主体的上端固定连接的弹性体；

以及限位机构，其包括设于变级体上的第一限位件和设于内滑套上的第二限位件，在第一限位件和第二限位件接合时，变级体和内滑套能一体式运动，

其中，当投球前时，所述弹性体至少部分地处于内滑套的上端之外，使其内径大于憋压球的直径，并且至少一组挡块处于内滑套的下游凸台的区域内并在下游凸台的作用下径向向里凸出，从而阻止憋压球通过，

在投球后，变级体在压力作用下向下游运动，导致所述一组挡块运动到内滑套之外且径向向外伸出，从而允许憋压球通过，

当弹性体完全进入到内滑套的内部中后，弹性体的内径小于憋压球的直径，从而能在套管内形成憋压，并且限位机构形成接合而使得变级体与内滑套能够一体式运动，

在套管内憋压到预定的压力时，所述销钉被剪断，所述变级体带动内滑套向下游运动而使喷砂孔露出，从而建立压裂通道。

2.根据权利要求1所述的滑套组件，其特征在于，所述弹性体的自由端包括多个能径向张开和收缩的弹性片。

3.根据权利要求1所述的滑套组件，其特征在于，每组挡块包括至少三个沿变级体的周向均匀布置的挡块。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的滑套组件，其特征在于，所述内滑套构造为分体结构，其中上游部分包括上游凸台并且与外滑套连接，下游部分包括下游凸台并且连接于上游部分。

5.一种滑套装置，其包括多个根据上述权利要求中任一项所述的滑套组件，各滑套组件的变级体的内径均相同，

其中，上游滑套组件的位于内滑套下游凸台区域上部的挡块比相邻的下游滑套组件中的挡块多至少一组，使得当下游滑套组件被打开时，与之相邻的上游滑套组件至少有一组挡块处于内滑套的下游凸台的区域内并径向向里凸出；并且在最下游的滑套组件中，变级体构造为与内滑套固定地接合在一起。

6.根据权利要求5所述的滑套装置，其特征在于，所述最下游的滑套组件为压差式打开机构。

7.一种滑套系统，包括至少两个滑套装置，其中，

第一滑套装置包括多个根据权利要求1到4中所述的滑套组件，并且各滑套组件的变级体的内径均相同，

第二滑套装置设置在第一组滑套装置的上游，所述第二滑套装置包括多个根据权利要求1到4中所述的滑套组件，各滑套组件的变级体的内径均相同，并且大于第一组滑套装置中的变级体的内径。

在各个滑套装置中，上游滑套组件的位于内滑套下游凸台区域上部的挡块比相邻的下游滑套组件中的挡块多至少一组，使得当下游滑套组件被打开时，与之相邻的上游滑套组件至少有一组挡块处于内滑套的下游凸台的区域内并径向向里凸出；并且在最下游的滑套组件中，变级体构造为与内滑套固定地接合在一起。

8.一种使用根据权利要求6所述的滑套系统的方法，包括，

步骤一：在套管中安装滑套系统；

步骤二：投入憋压球，按照从井底到井口的方向依次打开滑套组件，进行分段压裂。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在步骤一中，在套管中安装多个不同系列的滑套装置，并且较下游系列的滑套装置的直径小于较上游系列的滑套装置。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在步骤二中，按照直径从小到大的方式投入憋压球。

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