CN115434683B - 一种井下多级压裂工具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种井下多级压裂工具，包括至少两组压裂管柱，所述压裂管柱包括带压裂孔的外套、装于压裂孔位置的内滑套，以及在投入内滑套时径向收缩的开启组件，所述开启组件与所述内滑套之间设有螺旋限位部件，各组所述压裂管柱的所述螺旋限位部件的匹配参数不相同，各组所述压裂管柱的内滑套在匹配到对应的所述螺旋限位部件时解封以开启所述压裂孔。本发明具有无限级压裂，且压裂效率和可靠性高等优点。

Description

一种井下多级压裂工具

技术领域

本发明涉及油气井压裂领域，尤其涉及一种井下多级压裂工具。

背景技术

在完井压裂作业技术领域中，常需要对直径井、定向井或者水平井井筒的不同层段进行分段压裂作业。在分段压裂的过程中，压裂工具通常采用投球的方式实现压裂开启，由于各级压裂管柱配套开启的球体直径不同、球体的直径范围有限，使得压裂管柱的压裂级数受限。另一种实现多级压裂的工具为底封拖动式压裂工具，其动用连续油管在需要压裂的位置坐封、喷砂射孔、压裂，然后解封上提到上一段，重复操作实现多级压裂，但其需动用连续油管，且坐封胶筒在多次重复坐封后更换频率高，影响施工效率及可靠性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可无限级压裂，且压裂效率和可靠性高的井下多级压裂工具。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种井下多级压裂工具，包括至少两组压裂管柱，所述压裂管柱包括带压裂孔的外套、装于压裂孔位置的内滑套，以及在投入内滑套时径向收缩的开启组件，所述开启组件与所述内滑套之间设有螺旋限位部件，各组所述压裂管柱的所述螺旋限位部件的匹配参数不相同，各组所述压裂管柱的内滑套在匹配到对应的所述螺旋限位部件时解封以开启所述压裂孔。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述螺旋限位部件包括设于所述内滑套的螺旋凹槽，以及设于所述开启组件的螺旋凸台；所述螺旋凹槽与所述螺旋凸台的匹配参数包括螺宽、螺距、螺旋长度、螺旋段数及旋向。

所述螺旋限位部件还包括相互啮合的啮合齿，所述啮合齿设于所述螺旋凹槽与所述螺旋凸台之间；当所述螺旋限位部件的螺旋段数为两段以上时，至少一段所述螺旋限位部件设有所述啮合齿。

所述螺旋凹槽的螺旋圈数大于与所述螺旋凹槽相匹配的螺旋凸台的螺旋圈数。

所述开启组件包括开启球座和与所述开启球座密封配合的憋压球，所述开启球座和所述憋压球均为压裂孔开启后可溶解的可溶件。

所述开启球座的外径大于所述内滑套的内径，且所述开启球座的圆周方向间隔设置有多个方便开启球座径向收缩的收缩槽，所述收缩槽沿所述开启球座的轴向布置。

所述压裂管柱还包括在循环孔开启后限制内滑套轴向位置的轴向限位组件。

所述轴向限位组件包括卡簧、卡簧槽和限位台肩，所述卡簧设于所述内滑套上，所述卡簧槽和所述限位台肩均设于所述外套上；所述内滑套在下移至所述限位台肩时，所述卡簧和所述卡簧槽限位配合。

所述内滑套包括依次连接的开启套、弹性爪和引导套，其中，所述开启套通过一剪钉安装于所述外套的压裂孔位置，所述剪钉在内滑套下移时剪断；所述卡簧设于所述弹性爪的底端；所述引导套的底端在内滑套下移时与所述限位台肩限位配合。

所述外套包括依次连接的上接头、中心管和下接头，所述压裂孔设于所述中心管的上端部。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的开启组件设置为投入内滑套时可径向收缩的开启组件，且在开启组件与内滑套之间设置螺旋限位部件，各组压裂管柱的螺旋限位部件的匹配参数不相同，各组压裂管柱的内滑套在匹配到对应的螺旋限位部件时下移开启压裂孔。即本发明采用不同匹配参数的螺旋限位部件来打开指定的内滑套，实现对应压裂孔的开启，其可实现精确压裂，且操作方便、压裂效率及可靠性高。同时，本发明通过调整螺旋限位部件的匹配参数实现多簇压裂，其无需通过开启组件的直径来调整，避免了投球受球体直径影响压裂级数受限的问题，螺旋限位部件匹配参数调节的形式灵活、多样性强，其大大提高了压裂级数、可实现无限级压裂。

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是本发明井下多级压裂工具的压裂管柱的结构示意图。

图2是本发明开启组件的结构示意图。

图3是本发明开启球座的结构示意图。

图4是本发明各组压裂管柱的螺旋限位部件的关系示意图。

图中各标号表示：

1、外套；11、压裂孔；12、上接头；13、中心管；14、下接头；2、内滑套；21、开启套；22、弹性爪；23、引导套；24、剪钉；3、开启组件；31、开启球座；311、收缩槽；32、憋压球；4、螺旋限位部件；41、螺旋凹槽；42、螺旋凸台；43、啮合齿；44、上螺旋段；45、下螺旋段；5、轴向限位组件；51、卡簧；52、卡簧槽；53、限位台肩。

具体实施方式

下面将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。

如图1至图4所示，本实施例的井下多级压裂工具，包括至少两组压裂管柱，各组压裂管柱包括外套1、内滑套2和开启组件3。其中，外套1上设有压裂孔11；内滑套2安装于压裂孔11的位置；开启组件3在需压裂时投入内滑套2中，并径向收缩。本实施例中，开启组件3与内滑套2之间设有螺旋限位部件4，各组压裂管柱的螺旋限位部件4的匹配参数不相同。在需压裂时，将压裂管柱随套管一起下入井筒中后，投入相同直径、带有不同匹配参数的开启组件3，各组压裂管柱的内滑套2在匹配到对应的螺旋限位部件4时解封以开启压裂孔11；开启组件3在螺旋限位部件4不匹配时通过内滑套2，直至匹配解封对应的内滑套2，以实现多簇压裂。

本发明采用不同匹配参数的螺旋限位部件4来打开指定的内滑套2，实现对应压裂孔11的开启，其可实现精确压裂，且操作方便、压裂效率及可靠性高。同时，本发明通过调整螺旋限位部件4的匹配参数实现多簇压裂，其无需通过开启组件3的直径来调整，避免了投球受球体直径影响压裂级数受限的问题，螺旋限位部件4匹配参数调节的形式灵活、多样性强，其大大提高了压裂级数、可实现无限级压裂。

进一步地，螺旋限位部件4包括螺旋凹槽41和螺旋凸台42，螺旋凹槽41设于内滑套2的内侧，螺旋凸台42设于开启组件3的外侧。如图3和图4所示，螺旋凹槽41与螺旋凸台42的匹配参数包括螺宽d、螺距a、螺旋长度L、螺旋段数及旋向，螺旋凹槽41和螺旋凸台42在匹配参数相同时卡接配合，以推动内滑套2解封移动、开启压裂孔11。本发明通过调整以上匹配参数，可无限的增加内滑套2和开启组件3的匹配数量，满足长水平井多段的压裂需求。

本实施例中，螺旋凹槽41的螺旋圈数大于与螺旋凹槽41相匹配的螺旋凸台42的螺旋圈数，以使得任意角度通过的螺旋凸台42都能完整地卡进匹配的螺旋凹槽41中，以保证后续压裂的顺利进行。

同时，沿井筒长度方向，压裂管柱的螺旋限位部件4的螺宽从下至上依次减小。以使得在从下至上进行井下压裂、投入开启组件3的过程中，先投入的螺宽最大的螺旋凸台42可直接下入最底端的压裂管柱的螺旋凹槽41内，其不会卡入上侧压裂管柱的螺旋凹槽41内，保证了多簇压裂的顺利进行。

如图4所示，当螺旋长度L一定时，可通过改变螺宽d和螺距a来实现多种匹配，为了便于匹配参数的设置，将螺旋长度L分成若干份相等的距离t，L包含15份t(图4中相邻虚线为一单位t)。其中，A1～A5，螺宽d＝t，螺距a逐渐增加；B1～B3，螺宽d＝3t，螺距a逐渐增加；C1螺宽d＝5t，螺距a＝9t。如果改变螺纹旋向，编码数量将增加一倍。设置以上螺旋限位部件4的开启组件3入井的顺序为：C1设置在压裂段的最底段，B1～B3任意顺序设置在压裂段的中段，A1～A5任意顺序设置在压裂段的上段，以避免螺宽较小的螺旋凸台42卡入上侧的压裂管柱的螺旋凹槽41内，保证多簇压裂的可靠运行。

更进一步地，螺旋限位部件4还包括相互啮合的啮合齿43，啮合齿43设于螺旋凹槽41与螺旋凸台42之间。当螺旋凹槽41和螺旋凸台42对应匹配时，螺旋凹槽41和螺旋凸台42通过啮合齿43相互啮合卡紧，以带动内滑套2解封开启压裂孔11。啮合齿43的设置防止了螺旋凹槽41与螺旋凸台42在井口压力过大时发生相互脱离，避免了压裂孔11无法正常开启现象的发生。本实施例中，螺旋凸台42的截面呈倒梯形，以在螺旋凸台42的两侧形成啮合齿43；旋转凹槽为与螺旋凸台42限位配合的倒梯形凹槽，以在螺旋凹槽41的两侧形成啮合齿43。

如图1所示，该组压裂管柱的螺旋限位部件4的螺旋段数为两段，两段螺旋限位部件4分别为上螺旋段44和下螺旋段45。上螺旋段44和下螺旋段45的螺宽d、螺距a和螺旋长度L均不同，其增加了压裂级数。在其他组的压裂管柱中，螺旋限位部件4的螺旋段数可根据压裂级数进行调整，如设置为一段、三段等。

本实施例中，上螺旋段44的螺旋凹槽41和螺旋凸台42设置为倒梯形结构，即设置啮合齿43，以实现内滑套2与开启组件3的有效限位，保证压裂孔11的正常开启。在其他实施例中，当螺旋限位部件4的螺旋段数为三段以上时，至少一段螺旋限位部件4上设有啮合齿43。

本实施例中，开启组件3包括开启球座31和与憋压球32，憋压球32与开启球座31密封配合。在需井下压裂时，带有憋压球32的开启球座31从井口投入，通过泵液推动憋压球32和开启球座31在井筒中向下移动，以开启指定的内滑套2。同时，开启球座31和憋压球32均为可溶件，其使得开启组件3在压裂施工完成后能完全溶解，从而保证全井筒大通径。

进一步地，开启球座31的外径大于内滑套2的内径，以使开启球座31在通过内滑套2时径向收缩。同时，开启球座31的圆周方向间隔设置有多个收缩槽311，收缩槽311沿开启球座31的轴向布置，以提供开启球座31径向收缩空间。

本实施例中，压裂管柱还包括轴向限位组件5，轴向限位组件5包括卡簧51、卡簧槽52和限位台肩53。卡簧51设于内滑套2上，卡簧槽52和限位台肩53均设于外套1上。当内滑套2开启向下移动时，带动弹性爪22和引导套23一起向下移动，当引导套23下移至限位台肩53时，卡簧51与卡簧槽52限位配合，实现内滑套2的锁定，防止内滑套2在后续下入开启组件3时发生移动。

如图1所示，内滑套2包括依次连接的开启套21、弹性爪22和引导套23。开启套21通过一剪钉24安装于外套1的压裂孔11位置，剪钉24在内滑套2下移时剪断，以开启压裂孔11；卡簧51设于弹性爪22的底端；引导套23的底端在内滑套2下移时与限位台肩53限位配合。本实施例中，外套1包括依次连接的上接头12、中心管13和下接头14，压裂孔11设于中心管13的上端部。其结构简单、紧凑，方便安装维护。

在开启球座31进入开启套21和引导套23时，螺旋凸台42与开启套21和引导套23内壁接触并向内收缩。当开启球座31上的螺旋凸台42经过开启套21的螺旋凹槽41和引导套23的螺旋凹槽41时，如果螺旋凸台42与螺旋凹槽41均相互匹配，开启球座31上被径向压缩的螺旋凸台42将弹出，并卡进与其匹配的螺旋凹槽41内，实现配对，当提高井口压力到一定值时，内滑套2剪断剪钉24，此时，内滑套2向下移动开启压裂孔11。如果螺旋凸台42其中任意一组与螺旋凹槽41不匹配，开启球座31上被径向压缩的螺旋凸台42在通过开启套21和引导套23时会一直被压缩，直到全部通过压裂管柱，向下一级压裂管柱泵送。

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。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。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 (9)

1.一种井下多级压裂工具，包括至少两组压裂管柱，其特征在于，所述压裂管柱包括带压裂孔的外套、装于压裂孔位置的内滑套，以及在投入内滑套时径向收缩的开启组件，所述开启组件与所述内滑套之间设有螺旋限位部件，各组所述压裂管柱的所述螺旋限位部件的匹配参数不相同，各组所述压裂管柱的内滑套在匹配到对应的所述螺旋限位部件时解封以开启所述压裂孔，

所述螺旋限位部件包括设于所述内滑套的螺旋凹槽，以及设于所述开启组件的螺旋凸台；所述螺旋凹槽与所述螺旋凸台的匹配参数包括螺宽、螺距、螺旋长度、螺旋段数及旋向。

2.根据权利要求1所述的井下多级压裂工具，其特征在于，所述螺旋限位部件还包括相互啮合的啮合齿，所述啮合齿设于所述螺旋凹槽与所述螺旋凸台之间；当所述螺旋限位部件的螺旋段数为两段以上时，至少一段所述螺旋限位部件设有所述啮合齿。

3.根据权利要求1所述的井下多级压裂工具，其特征在于，所述螺旋凹槽的螺旋圈数大于与所述螺旋凹槽相匹配的螺旋凸台的螺旋圈数。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的井下多级压裂工具，其特征在于，所述开启组件包括开启球座和与所述开启球座密封配合的憋压球，所述开启球座和所述憋压球均为压裂孔开启后可溶解的可溶件。

5.根据权利要求4所述的井下多级压裂工具，其特征在于，所述开启球座的外径大于所述内滑套的内径，且所述开启球座的圆周方向间隔设置有多个方便开启球座径向收缩的收缩槽，所述收缩槽沿所述开启球座的轴向布置。

6.根据权利要求1至3中任意一项所述的井下多级压裂工具，其特征在于，所述压裂管柱还包括在循环孔开启后限制内滑套轴向位置的轴向限位组件。

7.根据权利要求6所述的井下多级压裂工具，其特征在于，所述轴向限位组件包括卡簧、卡簧槽和限位台肩，所述卡簧设于所述内滑套上，所述卡簧槽和所述限位台肩均设于所述外套上；所述内滑套在下移至所述限位台肩时，所述卡簧和所述卡簧槽限位配合。

8.根据权利要求7所述的井下多级压裂工具，其特征在于，所述内滑套包括依次连接的开启套、弹性爪和引导套，其中，所述开启套通过一剪钉安装于所述外套的压裂孔位置，所述剪钉在内滑套下移时剪断；所述卡簧设于所述弹性爪的底端；所述引导套的底端在内滑套下移时与所述限位台肩限位配合。

9.根据权利要求1至3中任意一项所述的井下多级压裂工具，其特征在于，所述外套包括依次连接的上接头、中心管和下接头，所述压裂孔设于所述中心管的上端部。