CN105041283B - 拉套式全通径压裂工具及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了拉套式全通径压裂工具及控制方法，其中工具包括压裂工具本体、电动开关工具，所述压裂工具本体包括自上而下依次连接的上接头、外套、下接头，所述压裂工具本体内壁设置有通过剪断销钉暂时连接在一起的滑套和旋转套筒，所述上接头上端内壁连接定位短节，所述滑套上端部设置防冲击套，所述滑套与上接头之间设置有T型盘根以及T型盘根固定环，所述电动开关工具为能够带动旋转套筒和滑套轴向运动的装置。所述电动开关工具包括定位装置和旋转打开装置，所述定位装置包括轴向定位装置、径向定位装置、旋转定位装置。本发明保证了压裂工具快速打开和关闭以及压裂工具的可重复性，同时保证了所有的压裂工具通径一致，提高了开关的成功率。

Description

拉套式全通径压裂工具及控制方法

技术领域

本发明涉及多级分段压裂技术，具体地说是拉套式全通径压裂工具及控制方法。

背景技术

多级分段压裂技术是一种目前常用的分段压裂技术，一般采用机械投球的方式分段压裂，每一级滑套内径及压裂球均不相同，自下而上，球直径逐步增大，最大不能超过上段工具的内径，不仅装置复杂，作业效率低，且存在压裂级数受限的问题。压裂完成后，还须下钻具将球座磨掉以保证必要的通径。目前需要一种新的压裂工具已解决传统压裂技术的不足，避免因滑套通径小而影响开采效率。

发明内容

本发明的目的在于提供拉套式全通径压裂工具及控制方法，保证了压裂工具快速打开和关闭以及压裂工具的可重复性，同时保证了所有的压裂工具通径一致，提高了开关的成功率。

为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，拉套式全通径压裂工具，包括压裂工具本体、电动开关工具，所述电动开关工具位于压裂工具本体内部，所述压裂工具本体包括自上而下依次连接的上接头、外套、下接头，所述压裂工具本体内壁设置有通过剪断销钉暂时连接在一起的滑套和旋转套筒，所述上接头上端内壁连接定位短节，所述滑套上端部设置防冲击套，所述滑套与上接头之间设置有T型盘根以及T型盘根固定环，所述电动开关工具为能够带动旋转套筒和滑套轴向运动的装置。

所述电动开关工具包括定位装置和旋转打开装置，所述定位装置包括轴向定位装置、径向定位装置、旋转定位装置，所述轴向定位装置进入定位短节的定位槽，所述旋转定位装置进入旋转套筒的定位槽。

所述轴向定位装置包括轴向定位电机及运动转换机构、椎体、轴向定位滚轮，所述轴向定位电机通过运动转换机构与椎体连接，所述椎体的底面抵接在轴向定位滚轮上，所述轴向定位滚轮下方依次设置侧推弹簧、直推弹簧，所述直推弹簧上端外侧设置弹簧固定套，所述径向定位装置包括径向防旋支撑臂滚轮、径向防旋支撑臂，所述径向防旋支撑臂滚轮上方设置固定套，固定套上方为直推弹簧，所述径向防旋支撑臂滚轮下面设置径向防旋支撑臂，所述径向防旋支撑臂上方设置弹簧并通过防旋支撑臂固定销锁定，所述旋转定位装置包括旋转滚轮、旋转支撑臂，所述旋转滚轮上面设置旋转支撑臂，所述旋转支撑臂内侧设置弹簧，所述旋转支撑臂通过支撑臂固定销固定。

所述旋转打开装置包括电机及扭矩增力机构、导向头、导向头外套，所述电机带动扭矩增力机构的电机旋转增力输出轴旋转，所述电机旋转增力输出轴和导向头外套通过旋转臂固定销连接固定成一起，导向头固定在导向头外套内，所述导向头外套位于旋转定位装置下方，所述旋转打开装置带动旋转定位装置旋转，旋转定位装置带动旋转套筒旋转，旋转套筒外侧设有梯形外螺纹与下接头中梯形内螺纹相啮合，旋转套筒旋转的同时轴向运动，旋转套筒与滑套通过剪断销钉连接，所以带动滑套轴向运动。

还包括机械式拖动开关工具，所述机械式拖动开关工具包括中心管以及套在中心管外侧的开关块，所述开关块和中心管之间套有弹簧，所述开关块两端通过开关块固定套固定在中心管上。

所述电动开关工具的上端还设置有连接头。

为了达成上述另一目的，本发明采用了如下技术方案，一种拉套式全通径压裂工具的控制方法，其步骤为：

首先拉套式全通径压裂工具随套管一起下入到井内，工具下到位后，通过测井钢丝或连续管将井下电动开关工具输送到需要压裂的层位上方，启动轴向定位电机，其轴向定位电机的运动转换机构将电机的旋转运动转化为锥体的轴向运动，锥体推动轴向定位滚轮向外伸出，同时压缩侧推弹簧，当轴向定位滚轮完全伸出后，大于压裂工具定位短节内径，这样井下电动开关工具就在拉套式全通径压裂工具上方产生了精确的轴向定位。由于井下电动开关工具中的旋转滚轮和径向防旋支撑臂滚轮之间的距离与拉套式全通径压裂工具中的定位短节和旋转套筒中的定位槽之间的距离相同，所以在井下电动开关工具轴向定位的前提下，井下电动开关工具中的旋转滚轮和径向防旋支撑臂滚轮分别进入到拉套式全通径压裂工具中的定位短节和旋转套筒中的定位槽中，产生径向定位和旋转定位，其中井下电动开关工具中的旋转滚轮和径向防旋支撑臂滚轮在弹簧的作用力下一直处于张开状态，当遇到缩颈时旋转滚轮压缩径向防旋支撑臂和弹簧，径向防旋支撑臂滚轮压缩旋转支撑臂和弹簧，当进入到定位槽内就会自动撑开产生相应的定位；

然后启动电机，电机通过扭矩增力机构输出到电机旋转增力输出轴，由于旋转臂固定销将电机旋转增力输出轴和导向头外套固定到一起，所以带动导向头、旋转支撑臂、支撑臂固定销一起旋转，而旋转滚轮又镶嵌在旋转套筒中的定位槽中，所以连带旋转套筒一起旋转，旋转套筒外侧设有梯形外螺纹与下接头中梯形内螺纹相啮合，旋转套筒旋转的同时轴向运动，旋转套筒与滑套通过剪断销钉连接，所以带动滑套轴向运动，实现打开关闭的动作；

当通过电动开关无法打开拉套式全通径压裂工具时，通过连续油管下入机械式拖动开关工具，机械式拖动开关工具下到位后，开关块进入到拉套式全通径压裂工具滑套中的定位槽内，通过拖动开关块带动滑套，然后剪断所述剪断销钉，实现机械开关或关闭。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明摒弃了球与球座密封及打开方式，采用测井钢丝或连续油管连带电动打开工具下井将压裂工具打开，该方法保证了压裂工具快速打开和关闭以及压裂工具的可重复性，同时保证了所有的压裂工具通径一致，由于压裂工具内部滑套通过螺杆丝杠将打开工具的旋转运动转化成滑套的轴向运动，滑套的拖动力大，提高了开关的成功率，从而提高了油藏的开采效率和装置的适用性，尤其是提高定向井和水平井的可靠性。

附图说明

图1为拉套式全通径压裂工具结构图；

图2为井下电动开关工具结构图；

图3为机械式拖动打开工具结构图。

图中：定位短节1、上接头2、防冲击套3、T型盘根固定环4、T型盘根5、滑套6、外套7、剪断销钉8、旋转套筒9、下接头10。导向头11、导向头外套12、旋转滚轮13、旋转支撑臂14、弹簧15、支撑臂固定销16、旋转臂固定销17、电机旋转增力输出轴18、电机19、电缆固定套20、径向防旋支撑臂固定销21、径向防旋支撑臂22、弹簧23、径向防旋支撑臂滚轮24、固定套25、直推弹簧26、侧推弹簧27、弹簧固定套28、轴向定位滚轮29、锥体30、轴向定位电机31、电路控制系统32、连接头33。弹簧34、开关块35、开关块固定套36、中心管37。

具体实施方式

有关本发明的详细说明及技术内容，配合附图说明如下，然而附图仅提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

参照附图1-3，拉套式全通径压裂工具，包括压裂工具本体、电动开关工具，所述电动开关工具位于压裂工具本体内部，所述压裂工具本体包括自上而下依次连接的上接头2、外套7、下接头10，所述压裂工具本体内壁设置有通过剪断销钉8暂时连接在一起的滑套6和旋转套筒9，所述上接头上端内壁连接定位短节1，所述滑套上端部设置防冲击套3，所述滑套与上接头之间设置有T型盘根5以及T型盘根固定环4，所述电动开关工具为能够带动旋转套筒和滑套轴向运动的装置。所述电动开关工具包括定位装置和旋转打开装置，所述定位装置包括轴向定位装置、径向定位装置、旋转定位装置，所述轴向定位装置进入定位短节的定位槽，所述旋转定位装置进入旋转套筒的定位槽。所述轴向定位装置包括轴向定位电机31及运动转换机构、锥体30、轴向定位滚轮29，所述轴向定位电机通过运动转换机构与锥体连接，所述锥体的底面抵接在轴向定位滚轮上，所述轴向定位滚轮下方依次设置侧推弹簧27、直推弹簧26，所述直推弹簧上端外侧设置弹簧固定套28，所述径向定位装置包括径向防旋支撑臂滚轮24、径向防旋支撑臂22，所述径向防旋支撑臂滚轮上方设置固定套25，固定套上方为直推弹簧，所述径向防旋支撑臂滚轮下面设置径向防旋支撑臂22，所述径向防旋支撑臂上方设置弹簧23并通过防旋支撑臂固定销锁定，所述旋转定位装置包括旋转滚轮13、旋转支撑臂14，所述旋转滚轮上面设置旋转支撑臂，所述旋转支撑臂内侧设置弹簧15，所述旋转支撑臂通过支撑臂固定销16固定。所述旋转打开装置包括电机19及扭矩增力机构、导向头11、导向头外套12，所述电机带动扭矩增力机构的电机旋转增力输出轴旋转，所述电机旋转增力输出轴和导向头外套通过旋转臂固定销17连接固定成一起，导向头固定在导向头外套内，所述导向头外套位于旋转定位装置下方，所述旋转打开装置带动旋转定位装置旋转，旋转定位装置带动旋转套筒旋转，旋转套筒外侧设有梯形外螺纹与下接头中梯形内螺纹相啮合，旋转套筒旋转的同时轴向运动，旋转套筒与滑套通过剪断销钉连接，所以带动滑套轴向运动。所述电动开关工具的上端还设置有连接头33。还包括机械式拖动开关工具，所述机械式拖动开关工具包括中心管37以及套在中心管外侧的开关块35，所述开关块和中心管之间套有弹簧34，所述开关块两端通过开关块固定套36固定在中心管上。

首先拉套式全通径压裂工具随套管一起下入到井内，工具下到位后，通过测井钢丝或连续管将井下电动开关工具输送到需要压裂的层位上方，地面控制系统发送给轴向定位电机31一个信号，其轴向定位电机31的运动转换机构将电机的旋转运动转化为锥体30的轴向运动，锥体30推动轴向定位滚轮29向外伸出，同时压缩侧推弹簧27，当轴向定位滚轮29完全伸出后，大于压裂工具定位短节1内径，这样井下电动开关工具就在拉套式全通径压裂工具上方产生了精确的轴向定位。由于井下电动开关工具中的旋转滚轮13和径向防旋支撑臂滚轮24之间的距离与拉套式全通径压裂工具中的定位短节1和旋转套筒9中的定位槽之间的距离相同，所以在井下电动开关工具轴向定位的前提下，井下电动开关工具中的旋转滚轮13和径向防旋支撑臂滚轮24分别进入到拉套式全通径压裂工具中的定位短节1和旋转套筒9中的定位槽中，产生径向定位和旋转定位，其中井下电动开关工具中的旋转滚轮13和径向防旋支撑臂滚轮24在弹簧的作用力下一直处于张开状态，当遇到缩颈时旋转滚轮24压缩径向防旋支撑臂22和弹簧23，径向防旋支撑臂滚轮13压缩旋转支撑臂14和弹簧15，当进入到定位槽内就会自动撑开产生相应的定位。

然后由地面控制系统发送给电机19一个信号，电机通过扭矩增力机构输出到电机旋转增力输出轴18，由于旋转臂固定销17将电机旋转增力输出轴18和导向头外套12固定到一起，所以带动导向头11、旋转支撑臂14、弹簧15、支撑臂固定销16一起旋转，而旋转滚轮13又镶嵌在旋转套筒9中的定位槽中，所以连带旋转套筒9一起旋转，旋转套筒9外侧设有梯形外螺纹与下接头10中梯形内螺纹相啮合，旋转套筒9旋转的同时轴向运动，旋转套筒9与滑套6通过剪断销钉8连接，所以带动滑套6轴向运动，实现打开关闭的动作。

当通过电动开关无法打开拉套式全通径压裂工具时，通过连续油管下入机械式拖动开关工具，机械式拖动开关工具下到位后，开关块35进入到拉套式全通径压裂工具滑套6中的定位槽内，通过拖动开关块35带动滑套6，然后剪断所述剪断销钉8，实现机械开关或关闭。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，非用以限定本发明的专利范围，其他运用本发明的专利精神的等效变化，均应俱属本发明的专利范围。

Claims (6)

1.拉套式全通径压裂工具，其特征在于，包括压裂工具本体、电动开关工具，所述电动开关工具位于压裂工具本体内部，所述压裂工具本体包括自上而下依次连接的上接头、外套、下接头，所述压裂工具本体内壁设置有通过剪断销钉暂时连接在一起的滑套和旋转套筒，所述上接头上端内壁连接定位短节，所述滑套上端部设置防冲击套，所述滑套与上接头之间设置有T型盘根以及T型盘根固定环，所述电动开关工具为能够带动旋转套筒和滑套轴向运动的装置；所述电动开关工具包括定位装置和旋转打开装置，所述定位装置包括轴向定位装置、径向定位装置、旋转定位装置，所述轴向定位装置进入定位短节的定位槽，所述旋转定位装置进入旋转套筒的定位槽。

2.根据权利要求1所述的拉套式全通径压裂工具，其特征在于，所述轴向定位装置包括轴向定位电机及运动转换机构、锥体、轴向定位滚轮，所述轴向定位电机通过运动转换机构与锥体连接，所述锥体的底面抵接在轴向定位滚轮上，所述轴向定位滚轮下方依次设置侧推弹簧、直推弹簧，所述直推弹簧上端外侧设置弹簧固定套，所述径向定位装置包括径向防旋支撑臂滚轮、径向防旋支撑臂，所述径向防旋支撑臂滚轮上方设置固定套，固定套上方为直推弹簧，所述径向防旋支撑臂滚轮下面设置径向防旋支撑臂，所述径向防旋支撑臂上方设置弹簧并通过防旋支撑臂固定销锁定，所述旋转定位装置包括旋转滚轮、旋转支撑臂，所述旋转滚轮上面设置旋转支撑臂，所述旋转支撑臂内侧设置弹簧，所述旋转支撑臂通过支撑臂固定销固定。

3.根据权利要求1所述的拉套式全通径压裂工具，其特征在于，所述旋转打开装置包括电机及扭矩增力机构、导向头、导向头外套，所述电机带动扭矩增力机构的电机旋转增力输出轴旋转，所述电机旋转增力输出轴和导向头外套通过旋转臂固定销连接固定成一起，导向头固定在导向头外套内，所述导向头外套位于旋转定位装置下方，所述旋转打开装置带动旋转定位装置旋转，旋转定位装置带动旋转套筒旋转，旋转套筒外侧设有梯形外螺纹与下接头中梯形内螺纹相啮合，旋转套筒旋转的同时轴向运动，旋转套筒与滑套通过剪断销钉连接，所以带动滑套轴向运动。

4.根据权利要求1所述的拉套式全通径压裂工具，其特征在于，还包括机械式拖动开关工具，所述机械式拖动开关工具包括中心管以及套在中心管外侧的开关块，所述开关块和中心管之间套有弹簧，所述开关块两端通过开关块固定套固定在中心管上。

5.根据权利要求1所述的拉套式全通径压裂工具，其特征在于，所述电动开关工具的上端还设置有连接头。

6.一种拉套式全通径压裂工具的控制方法，其步骤为：

首先拉套式全通径压裂工具随套管一起下入到井内，工具下到位后，通过测井钢丝或连续管将井下电动开关工具输送到需要压裂的层位上方，启动轴向定位电机，其轴向定位电机的运动转换机构将电机的旋转运动转化为锥体的轴向运动，锥体推动轴向定位滚轮向外伸出，同时压缩侧推弹簧，当轴向定位滚轮完全伸出后，大于压裂工具定位短节内径，这样井下电动开关工具就在拉套式全通径压裂工具上方产生了精确的轴向定位,由于井下电动开关工具中的旋转滚轮和径向防旋支撑臂滚轮之间的距离与拉套式全通径压裂工具中的定位短节和旋转套筒中的定位槽之间的距离相同，所以在井下电动开关工具轴向定位的前提下，井下电动开关工具中的旋转滚轮和径向防旋支撑臂滚轮分别进入到拉套式全通径压裂工具中的定位短节和旋转套筒中的定位槽中，产生径向定位和旋转定位，其中井下电动开关工具中的旋转滚轮和径向防旋支撑臂滚轮在弹簧的作用力下一直处于张开状态，当遇到缩颈时旋转滚轮压缩径向防旋支撑臂和弹簧，径向防旋支撑臂滚轮压缩旋转支撑臂和弹簧，当进入到定位槽内就会自动撑开产生相应的定位；

然后启动电机，电机通过扭矩增力机构输出到电机旋转增力输出轴，由于旋转臂固定销将电机旋转增力输出轴和导向头外套固定到一起，所以带动导向头、旋转支撑臂、支撑臂固定销一起旋转，而旋转滚轮又镶嵌在旋转套筒中的定位槽中，所以连带旋转套筒一起旋转，旋转套筒外侧设有梯形外螺纹与下接头中梯形内螺纹相啮合，旋转套筒旋转的同时轴向运动，旋转套筒与滑套通过剪断销钉连接，所以带动滑套轴向运动，实现打开关闭的动作；

当通过电动开关无法打开拉套式全通径压裂工具时，通过连续油管下入机械式拖动开关工具，机械式拖动开关工具下到位后，开关块进入到拉套式全通径压裂工具滑套中的定位槽内，通过拖动开关块带动滑套，然后剪断所述剪断销钉，实现机械开关或关闭。