压裂滑套组件

摘要

本发明涉及一种压裂滑套组件，包括壳体和安装在壳体内的第一滑套和第二滑套，通过设置在壳体上的导向杆和设置在第一滑套外表面上的导轨的配合使用，使用可实现压裂滑套组件的打开和关闭。本发明的压裂滑套组件能实现压裂层位数不受限制，并且操作简单，适用范围广。

权利要求

1.一种压裂滑套组件，其特征在于，包括，

壳体，在壳体的上游部分固定设置有至少一个径向向里凸出的圆柱形的导向杆，在壳体下游部分设置有第一压裂孔，在壳体下游端部内侧构造有轴向朝向上游延伸并与壳体内壁间隔开的支撑体，在壳体和支撑体之间的间隙中布置有弹性件，在壳体内安装有通过轴承相连接的第一滑套和第二滑套，所述第一滑套处于所述第二滑套的上游并且在所述第一滑套和第二滑套之间设置有仅推动第二滑套进行轴向运动的装置，在所述第一滑套的外表面上设置有与所述导向杆配合使用的导轨并且所述导轨的宽度大于所述导向杆的直径，在所述第二滑套上布置有第二压裂孔，所述第二滑套的下游部分插入所述壳体和支撑体之间的间隙中并且与所述弹性件接触，其中，所述导轨为波浪形，并且导轨的两个波浪形边的相对应的凸峰和凹谷不对齐，所述导轨的波浪形下游边构造有间隔布置的第一类凹谷和第二类凹谷，并且所述第一类凹谷比所述第二类凹谷更深，当处于初始状态时，所述弹性件处于未压缩状态，所述导向杆与所述导轨下游边的第一类凹谷相接触并且导轨上游边的相应的凸峰不与所述导向杆的轴线对齐，这时第二滑套上的第二压裂孔偏离于壳体上的第一压裂孔；

为了打开压裂滑套组件，对第一滑套施加朝向第二滑套的作用力，在所述导轨和导向杆的引导下，所述第一滑套在朝向下游运动的同时还周向转动，第二滑套朝向下游运动同时压缩弹性件，当所述导向杆与所述导轨上游边凹谷相接处时，撤去所施加的作用力，在弹性件的作用下和所述导轨、导向杆的引导下，所述第一滑套在朝向上游运动的同时还继续周向转动直到所述导向杆与导轨下游边的第二类凹谷相接触，此时壳体上的第一压裂孔与第二滑套上的第二压裂孔对齐，从而建立了压裂通道；

为了关闭压裂滑套组件，对第一滑套施加朝向第二滑套的作用力，在所述导轨和导向杆的引导下，所述第一滑套在朝向下游运动的同时还周向转动，第二滑套朝向下游运动同时压缩弹性件，当所述导向杆与所述导轨上游边的下一个凹谷相接处时，撤去所施加的作用力，在弹性件的作用下和所述导轨、导向杆的引导下，所述第一滑套在朝向上游运动的同时还继续周向转动直到所述导向杆与导轨下游边的下一个第一类凹谷相接触，此时壳体上的第一压裂孔与第二滑套上的第二压裂孔错开，从而关闭了压裂通道。

2.根据权利要求1所述的压裂滑套组件，其特征在于，所述波浪形导轨构造为相对于第一滑套的转动方向，所述导轨下游边的凸峰比上游边相对应的凹谷更靠前，而所述导轨上游边的凸峰比下游边相对应的凹谷更靠前。

3.根据权利要求2所述的压裂滑套组件，其特征在于，所述导轨上游边的凹谷和凸峰的角平分线平行于所述第一滑套的母线。

4.根据权利要求2或3所述的压裂滑套组件，其特征在于，所述导轨下游边的凸峰和上游边相对应的凹谷之间的距离与所述导轨上游边的凸峰和下游边相对应的凹谷之间的距离相等。

5.根据权利要求1所述的压裂滑套组件，其特征在于，所述导轨下游边的第一类凹谷与第二类凹谷之间的轴向位置差值与所述第一压裂孔与第二压裂孔之间的轴向位置差值相等。

6.根据权利要求1所述的压裂滑套组件，其特征在于，所述导向杆的数量为一个。

7.根据权利要求1所述的压裂滑套组件，其特征在于，所述支撑体与壳体成分体结构。

8.根据权利要求1所述的压裂滑套组件，其特征在于，所述弹性件为弹簧。

9.根据权利要求1所述的压裂滑套组件，其特征在于，所述仅推动第二滑套轴向运动的装置为轴承。

10.根据权利要求1所述的压裂滑套组件，其特征在于，所述压裂滑套组件为全通径。

说明书

压裂滑套组件

技术领域

[0001] 本发明涉及一种压裂滑套组件，特别涉及一种可反复开关的分段压裂滑套组件。

背景技术

[0002] 滑套式分段压裂技术是非常规油气资源开采的重要手段，其广泛应用于页岩气、低渗透产层、薄油层的直井、定向井、水平井的压裂增产改造。

[0003] 目前，现有技术中的滑套包括投球式滑套、液压式滑套和机械开关式滑套。投球式滑套通常与裸眼封隔器配合使用，滑套外筒和芯管之间为滑动配合，并且在滑套外筒的壁上布置有压裂孔槽。其工作原理是，在井口投放憋压球，当憋压球到达滑套位置时与滑套内的球座形成密封，实现憋压。当压力达到一定值时，剪断销钉，滑套外筒上的压裂孔槽开启建立压裂通道。液压式滑套通常布置在分段压裂管柱的最下一级，其工作原理是，在坐封完所有裸眼封隔器后，继续打压。当压力达到液压式滑套的开启压力后滑套打开，从那在套管内外建立循环，接着进行压裂施工。机械开关式滑套通常需要同压裂管柱一起下入井内，其特点是通过专用的开关工具进行打开和关闭，不需要投憋压球。

[0004] 投球式滑套的压裂级数由接入的滑套的数量决定。由于各级滑套和憋压球的尺寸存在级差，因此压裂级数受到限制，且压裂完成后，需下入钻具钻除滑套球座，增加了作业周期和作业成本。此外，投球式滑套采用球和球座的贴合而实现密封，密封接触面小并且对滑套材料的耐压性能要求高，对滑套的加工精度要求也高，增加了制造滑套的难度。

[0005] 液压式滑套不能使用像投球式滑套那样使用，而是只能单独用于一级，且需要与投球式滑套配套使用而完成多级压裂。

[0006] 机械式开关滑套需要通过开关工具实现滑套的开关，这要求滑套和开关工具有较好的配合，同时对开关工具的性能和稳定性要求较高。因此，开发一种压裂层位数不受限制的压裂滑套具有重要的意义。

发明内容

[0007] 针对现有技术中所存在的上述技术问题，本发明提出了一种压裂滑套组件，其内径无级差从而压裂层数不受限制，并且操作简单。

[0008] 根据本发明，提出了一种压裂滑套组件，包括，

[0009] 壳体，在壳体的上游部分固定设置有至少一个径向向里凸出的圆柱形的导向杆，在壳体下游部分设置有第一压裂孔，在壳体下游端部内侧构造有轴向朝向上游延伸并与壳体内壁间隔开的支撑体，在壳体和支撑体之间的间隙中布置有弹性件，

[0010] 在壳体内安装有第一滑套和第二滑套，第一滑套处于第二滑套的上游并且在第一滑套和第二滑套之间设置有仅推动第二滑套进行轴向运动的装置，在第一滑套的外表面上设置有与导向杆配合使用的导轨并且导轨的宽度大于导向杆的直径，在第二滑套上布置有第二压裂孔，第二滑套的下游部分插入壳体和支撑体之间的间隙中且并与弹性件接触，[0011] 其中，导轨为波浪形，并且导轨的两个波浪形边的相对应的凸峰和凹谷不对齐，导轨的波浪形下游边构造有间隔布置的第一类凹谷和第二类凹谷，并且第一类凹谷比第二类凹谷更深，

[0012] 当处于初始状态时，弹性件处于未压缩状态，导向杆与导轨下游边的第一类凹谷相接触并且导轨上游边的相应的凸峰不与导向杆的轴线对齐，这时第二滑套上的第二压裂孔偏离于壳体上的第一压裂孔；

[0013] 为了打开压裂滑套组件，对第一滑套施加朝向第二滑套的作用力，在导轨和导向杆的引导下，第一滑套在朝向下游运动的同时还周向转动，第二滑套朝向下游运动同时压缩弹性件，当导向杆与导轨上游边凹谷相接处时，撤去所施加的作用力，在弹性件的作用下和导轨、导向杆的引导下，第一滑套在朝向上游运动的同时还继续周向转动直到导向杆与导轨下游边的第二类凹谷相接触，此时壳体上的第一压裂孔与第二滑套上的第二压裂孔对齐，从而建立了压裂通道；

[0014] 为了关闭压裂滑套组件，对第一滑套施加朝向第二滑套的作用力，在导轨和导向杆的引导下，第一滑套在朝向下游运动的同时还周向转动，第二滑套朝向下游运动同时压缩弹性件，当导向杆与导轨上游边的下一个凹谷相接处时，撤去所施加的作用力，在弹性件的作用下和导轨、导向杆的引导下，第一滑套在朝向上游运动的同时还继续周向转动直到导向杆与导轨下游边的下一个第一类凹谷相接触，此时壳体上的第一压裂孔与第二滑套上的第二压裂孔错开，从而关闭了压裂通道。

[0015] 根据本发明的压裂滑套组件通过给第一滑套施加朝向第二滑套的作用力，即轴向作用力就可以实现第二滑套的轴向运动从而打开和闭合压裂通道，不需要投球也就不再需要球座，施工操作也简单方便。

[0016] 在本申请中，用语“初始状态”是指在压裂滑套组件打开之前的状态。用语“下游”、“上游”规定为靠近井口为上游，远离井口为下游。用语“未压缩状态”是指弹性件处于还可以被进一步压缩的状态。

[0017] 在一个实施例中，导轨下游边的第一类凹谷与第二类凹谷之间的轴向位置差值与第一压裂孔与第二压裂孔之间的轴向位置差值相等。这里，导轨下游边的凹谷包括上文所述的第一类凹谷和第二类凹谷。这确保当导向杆与导轨下游边的凹谷接触时，能建立或关闭压裂通道。

[0018] 在一个实施例中，压裂滑套组件为全通径。这意味着压裂滑套组件内部的没有缩小部分，从而使得压裂层位数不受限制。

[0019] 在一个实施例中，支撑体与壳体成分体结构。这意味着，支撑体与壳体为分开生产然后再装配到一起。支撑体与壳体的分体结构大大简化了根据本发明的压裂滑套组件的装配。

[0020] 在一个实施例中，波浪形导轨构造为相对于第一滑套的转动方向，导轨下游边的凸峰比上游边相对应的凹谷更靠前，而导轨上游边的凸峰比下游边相对应的凹谷更靠前。这里，导轨下游边的凹谷包括上文所述的第一类凹谷和第二类凹谷。在这种结构的波浪形导轨和导向杆的引导下，确保第一滑套可始终朝向相同的方向转动，从而能够实现第二滑套朝向下游运动或朝向上游运动，进而打开或关闭压裂孔。在一个具体实施例中，导轨上游边的凹谷和凸峰的角平分线平行于第一滑套的母线。在一个优选的实施例中，导轨下游边的凸峰和上游边相对应的凹谷之间的距离与所示导轨上游边的凸峰和下游边相对应的凹谷之间的距离相等。这里，导轨下游边的凹谷包括上文所述的包括第一类凹谷和第二类凹谷。这方便了压裂滑套组件的设计和制造。

[0021] 在一个实施例中，导向杆的数量为一个。该一个导向杆即可实现引导第一滑套和第二滑套的运动，方便了压裂滑套组件的设计和制造，还降低了生产成本。

[0022] 在一个实施例中，弹性件为弹簧。采用弹簧使得压裂滑套组件的生产更为简单，成本也较低。

[0023] 在一个实施例中，仅推动第二滑套轴向运动的装置为轴承。通过设置该轴承，第二滑套不会随着第一滑套转动而是仅轴向运动。

[0024] 根据上文所述的压裂滑套组件在用于压裂地层的压裂装置中的应用。

[0025] 与现有技术相比，本发明的优点在于，压裂滑套组件的打开和关闭均不需要投球，从而降低了组件的加工难度。在使用根据本发明的压裂滑套组件时，也不再需要将滑套球座去除，从而缩短了作业周期，降低了作业成本。由于压裂滑套组件为全通径，因此压裂层位数不受限制，并且利于后期作业液体返排及后续工具下入。此外，在使用根据本发明的压裂滑套组件时，只需对第一滑套施加朝向第二滑套的作用力，即能实现第二滑套向下或向上运动，从而打开或关闭压裂通道，操作简单，可靠性高。本发明的压裂滑套组件不但适用于在裸眼条件下压裂还适用于在固井条件下压裂，应用范围较广。

附图说明

[0026] 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：

[0027] 图1是根据本发明的压裂滑套组件在关闭状态的结构示意图；

[0028] 图2是根据本发明的压裂滑套组件在打开状态的结构示意图；

[0029] 图3是根据本发明的压裂滑套组件的导轨的示意图；

[0030] 图4是图3中的导轨上游边和下游边的位置示意图；

[0031] 图5-7是打开和关闭使用图4所示的导轨的压裂滑套组件的过程示意图。

[0032] 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

[0033] 下面将结合附图对本发明做进一步说明。

[0034] 图1示意性地显示了根据本发明的压裂滑套组件10。压裂滑套组件10包括壳体11和安装在壳体11内部的第一滑套30和第二滑套20。第一滑套30处于第二滑套20的上游，并且在第一滑套30和第二滑套20之间设置有轴承19。轴承19仅能将第一滑套30轴向运动传递给第二滑套20，而不能将第一滑套30的转动传递给第二滑套20，这种轴承19是本领域中的技术人员所熟知的，为了简单起见，这里不再赘述。

[0035] 在壳体11的上游部分固定设置有径向向里凸出的圆柱形导向杆17，在壳体11的下游部分设置有第一压裂孔13。在壳体11下游端部内侧构造有轴向朝向上游延伸并与壳体11的内壁间隔开的支撑体18，在壳体11和支撑体18之间的间隙中布置有弹性件12，例如弹簧。在一个未示出的实施例中，壳体11与支撑体18分体形成，即单独生产然后安装在一起。

[0036] 在第一滑套30的外表面上设置有与导向杆17配合使用的导轨31，导轨31的宽度大于导向杆17的直径，使得导轨31能够顺利引导第一滑套30的运动。在第二滑套20上布置有第二压裂孔21，并且第二滑套20的下游部分插入壳体11和支撑体18之间的间隙中并与弹性件12接触。在导向杆17、弹性件12和下文所述的导轨31的共同作用下可实现第二滑套20的轴向运动，使得第二压裂孔21与第一压裂孔13对齐或错开，从而打开或关闭压裂通道。

[0037] 图3示意性地显示了设置在第一滑套30上的导轨31，导轨31为波浪形，导向杆17结合在导轨31中。如图4所示，波浪形导轨31构造为以第一滑套30的转动方向（如图4中的箭头所示的方向）为参考，导轨31下游边的凸峰32、32’比上游边相对应的凹谷35、35’更靠前，而导轨31上游边的凸峰34、34’比下游边相对应的凹谷33、33’更靠前，即导轨31上游边的凸峰或下游边的凸峰均不会对准导向杆17的中心，使得第一滑套30能按照图4中的箭头所示的方向转动。导轨31的波浪形下游边构造有间隔布置的第一类凹谷33和第二类凹谷33’，并且第一类凹谷33与第二类凹谷33’之间的轴向位置差值与第一压裂孔13与第二压裂孔21之间的轴向位置差值相等。例如第一类凹谷33比第二类凹谷33’更深，这样当导向杆17与第一类凹谷33或第二类凹谷33’相接处时，第二滑套20所处的轴向位置不同而实现打开或关闭压裂通道。在一个优选的实施例中，导轨31上游边的凹谷35、35’和凸峰34、34’的角平分线平行于第一滑套30的母线，这意味着导轨31上游边的锯齿形状完全相同，如图4所示。在另一个实施例中，导轨31下游边的凸峰32、32’和上游边相对应的凹谷35、35’之间的距离L1与导轨31上游边的凸峰34、34’和下游边相对应的凹谷33、33’之间的距离L2相等，即L1等于L2，这方便了导轨31的制造。

[0038] 下面根据图5到7来描述根据本发明的压裂滑套组件10的打开过程和关闭过程。

[0039] 在初始状态时，如图5所示，导向杆17与导轨31的下游边的较深的第一类凹谷33相接触并且导轨31的上游边的相应的凸峰34不与导向杆17的轴线对齐。在该状态中，弹性件12处于未压缩状态而将第二滑套20顶起，第二滑套20上的第二压裂孔21偏离于壳体11上的第一压裂孔13。

[0040] 打开压裂滑套组件10时，对第一滑套30施加朝向第二滑套20的作用力。由于导轨31上游边的凸峰34不与导向杆17的轴线对齐，因此在导向杆17和导轨31的引导下第一滑套
30在朝向下游运动的同时还沿图6中箭头的方向周向转动直到导向杆17与导轨31上游边的凹谷35相接处，这时导轨31下游边的凸峰32不与导向杆17的轴线对齐（如图6所示）。由于轴承19仅推动第二滑套30轴向运动而不能传动转动，因此第二滑套20仅沿轴向朝向下游运动同时压缩弹性件12。撤去所施加的作用力，弹性件12推动第二滑套20朝向上游运动，在导轨
31和导向杆17的引导下，第一滑套30在朝向上游运动的同时还继续沿着图6中箭头的方向周向转动直到导向杆17与导轨31下游边的较浅的第二类凹谷33’相接触（如图7所示）。由于导向杆17是固定的，因此第一滑套30开始朝向下游运动的距离大于后来朝向上游运动的距离，即在打开压裂滑套组件10期间，第一滑套30整体朝向下游运动，这从图5到7中可清楚地看出。第二滑套20也相应地朝向下游运动了一定距离。由于第一类凹谷33与第二类凹谷33’之间的轴向位置差值与第一压裂孔13与第二压裂孔21之间的轴向位置差值相等，因此壳体
11上的第一压裂孔13会与第二滑套20上的第二压裂孔21对齐，从而建立了压裂通道，如图2所示。

[0041] 关闭压力通道的过程与建立压裂通道的过程类似，区别仅在于，在开始时，导向杆17与导轨31的下游边的较浅的第二类凹谷33’相接触，结束时，导向杆17与导轨31的下游边的较深的第一类凹谷33相接触。从整体上看，第一滑套30整体朝向上游运动，壳体11上的第一压裂孔13会与第二滑套20上的第二压裂孔21错开，从而关闭了压裂通道。

[0042] 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。