專利名稱：一種多級(jí)壓裂滑套裝置及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓裂管柱的配套裝置及其使用方法，特別是關(guān)于一種開(kāi)采頁(yè)巖氣儲(chǔ)層/致密砂巖儲(chǔ)層的壓裂管柱上用的多級(jí)壓裂滑套裝置及其使用方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)封隔器+滑套壓裂技術(shù)采用投一次封堵球，打開(kāi)一個(gè)滑套，完成一級(jí)水力壓裂?；椎墓δ懿粌H需要打開(kāi)形成壓裂液注入地層的流通通道，而且還要與封堵球配合改變壓裂液流動(dòng)方向，并與其卡位的封隔器承壓共同實(shí)現(xiàn)對(duì)地層的壓裂作業(yè)。由于封堵球受壓裂管柱內(nèi)徑限制，因此，一趟壓裂管柱往往能夠打開(kāi)的壓裂滑套數(shù)量非常有限。隨著開(kāi)發(fā)油氣資源的滲透率越來(lái)越低，需要壓裂改造的級(jí)數(shù)越來(lái)越多，因此，傳統(tǒng)的壓裂滑套已越來(lái)越不能滿足現(xiàn)代壓裂技術(shù)的要求。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種多級(jí)壓裂滑套裝置及其使用方法，其封堵球可正常開(kāi)啟滑套并能順利通過(guò)，不影響下一級(jí)滑套的開(kāi)啟，能夠?qū)崿F(xiàn)投一次封堵球開(kāi)啟多級(jí)壓裂滑套的目的。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種多級(jí)壓裂滑套裝置，其特征在于它包括上管柱接頭、套體、下管柱接頭、開(kāi)關(guān)套和變徑球座；所述上管柱接頭的下部連接所述套體的上部，所述套體的下部連接所述下管柱接頭的上部；所述套體為圓筒形，其靠近上部位置的周向間隔設(shè)置有若干側(cè)孔；所述套體靠近下部位置的內(nèi)側(cè)設(shè)置有一圈臺(tái)階； 所述開(kāi)關(guān)套也呈圓筒形，設(shè)置在所述套體的內(nèi)部、所述上管柱接頭的下方，與所述套體通過(guò)若干銷釘連接固定；所述開(kāi)關(guān)套下部的內(nèi)徑大于其上部的內(nèi)徑，所述變徑球座設(shè)置在所述開(kāi)關(guān)套的內(nèi)下部，所述變徑球座的上部周向通過(guò)若干銷釘與所述開(kāi)關(guān)套連接固定，所述變徑球座的下部設(shè)置有若干條割縫，各所述割縫內(nèi)均充滿有密封介質(zhì)；所述下管柱接頭的頂部呈錐形，所述變徑球座的底部設(shè)置有一圈向內(nèi)側(cè)凸起的臺(tái)階，且所述下管柱接頭頂部的外徑小于所述變徑球座底部的外徑。所述上管柱接頭、套體、下管柱接頭之間均通過(guò)螺紋連接，且所述套體的上部和下部設(shè)置的是內(nèi)螺紋，所述上管柱接頭的下部和所述下管柱接頭的上部設(shè)置的是外螺紋。所述變徑球座的上部為“C”環(huán)結(jié)構(gòu)，下部設(shè)置有多條割縫，所述變徑球座的最小內(nèi)徑與其開(kāi)啟的封堵球的外徑相匹配。所述上管柱接頭與所述套體的連接處、所述套體與所述下管柱接頭的連接處、所述開(kāi)關(guān)套與所述套體的連接處，以及所述變徑球座與所述開(kāi)關(guān)套的連接處均設(shè)置有密封
圈。
上述一種多級(jí)壓裂滑套裝置的使用方法，其包括以下步驟1)壓裂管柱分成多段， 相鄰壓裂管柱之間均設(shè)置有一壓裂滑套裝置；將上部管柱接頭的上部連接相鄰壓裂管柱中，位于上方的壓裂管柱的下部；將下部管柱接頭的下部連接相鄰壓裂管柱中，位于下方的壓裂管柱的上部；2)投封堵球并將其泵送至變徑球座的臺(tái)階處；提升泵壓至一定高度時(shí)， 變徑球座在受到封堵球的軸向推力作用下，將開(kāi)關(guān)套與套體之間連接的銷釘剪斷，變徑球座和開(kāi)關(guān)套向下軸向滑移，使套體靠近上部位置周向設(shè)置的側(cè)孔逐漸開(kāi)啟；當(dāng)開(kāi)關(guān)套下移至下部接觸到套體內(nèi)部的臺(tái)階時(shí)，變徑球座和開(kāi)關(guān)套停止向下軸向移動(dòng)；3)提高泵壓，變徑球座在封堵球承受的軸向推力作用下剪斷與開(kāi)關(guān)套連接的銷釘后，迅速向下軸向移動(dòng)； 當(dāng)變徑球座的臺(tái)階接觸到下管柱接頭頂部的錐形面時(shí)，變徑球座下部迅速?gòu)堥_(kāi)，使其內(nèi)徑迅速擴(kuò)大，封堵球在軸向推力作用下脫離變徑球座，并穿過(guò)下管柱接頭，實(shí)現(xiàn)了壓裂滑套的開(kāi)啟，并順利通過(guò)滑套；4)封堵球進(jìn)入下一個(gè)變徑球座的臺(tái)階處；返回步驟2)，重復(fù)上述過(guò)程，實(shí)現(xiàn)多級(jí)壓裂滑套的開(kāi)啟。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明的上管柱接頭連接套體上部，套體下部連接下管柱接頭，套體內(nèi)設(shè)置開(kāi)關(guān)套體，開(kāi)關(guān)套體內(nèi)設(shè)置變徑球座，變徑球座底部的外徑大于下管柱接頭頂部的錐形面，因此，變徑球座在錐形面的接觸下易于開(kāi)啟，且變徑球座不落井底，不會(huì)給后期施工作業(yè)造成影響。2、本發(fā)明的開(kāi)關(guān)套體通過(guò)銷釘與套體連接，變徑球座通過(guò)銷釘與開(kāi)關(guān)套體連接，變徑球座的底部設(shè)置有一圈向內(nèi)側(cè)凸起的臺(tái)階，當(dāng)封堵球泵送至變徑球座的臺(tái)階處，并提升泵壓至一定高度時(shí)，變徑球座在封堵球的軸向推力作用下，將開(kāi)關(guān)套與套體之間連接的銷釘剪斷，變徑球座及開(kāi)關(guān)套向下軸向滑移， 使套體靠近上部位置周向設(shè)置的側(cè)孔逐漸開(kāi)啟；當(dāng)開(kāi)關(guān)套下移至下部接觸到套體內(nèi)部的臺(tái)階時(shí)，變徑球座和開(kāi)關(guān)套停止向下軸向移動(dòng)；提高泵壓至新高度時(shí)，變徑球座在封堵球承受的軸向推力作用下剪斷與開(kāi)關(guān)套連接的銷釘后，迅速向下軸向移動(dòng)；當(dāng)變徑球座下部接觸到下管柱接頭頂部的錐形面時(shí)，變徑球座下部迅速?gòu)堥_(kāi)，使其內(nèi)徑迅速擴(kuò)大，封堵球在軸向推力作用下脫離變徑球座，并穿過(guò)下管柱接頭，實(shí)現(xiàn)了壓裂滑套的開(kāi)啟，并順利 通過(guò)了滑套，因此，本發(fā)明不僅能正常開(kāi)啟滑套，而且還能保證封堵球順利通過(guò)，不影響下一級(jí)滑套的開(kāi)啟。3、本發(fā)明設(shè)置在相鄰兩段壓裂管柱之間，上部管柱接頭的上部連接相鄰壓裂管柱中，位于上方的壓裂管柱的下部；下部管柱接頭的下部連接相鄰壓裂管柱中，位于下方的壓裂管柱的上部，因此，可實(shí)現(xiàn)多級(jí)串聯(lián)并正常開(kāi)啟，理論上串聯(lián)級(jí)數(shù)不受限制。4、本發(fā)明通過(guò)打開(kāi)滑套建立了壓裂液流通通道，使管內(nèi)壓裂液能夠泵入地層，因此減少了射孔工藝。5、 本發(fā)明多個(gè)壓裂單元串聯(lián)，最后一組壓裂單元采用常規(guī)壓裂滑套，即組成一次投球?qū)崿F(xiàn)多級(jí)壓裂的壓裂管柱總成，采用多次投入不同井徑封堵球，即可輕松實(shí)現(xiàn)直井、水平井的多級(jí)多裂縫壓裂。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，成本低，可廣泛用于壓裂過(guò)程中。


圖I是本發(fā)明主視半剖結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明變徑球座結(jié)構(gòu)示意3是本發(fā)明變徑球座下部張開(kāi)結(jié)構(gòu)示意4是本發(fā)明投封堵球開(kāi)啟示意5是本發(fā)明封堵球通過(guò)示意圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
如圖I所示，本發(fā)明主要包括上管柱接頭I、套體2、下管柱接頭3、開(kāi)關(guān)套4和變徑球座5。本發(fā)明上管柱接頭I的下部通過(guò)螺紋連接套體2的上部，套體2的下部通過(guò)螺紋連接下管柱接頭3的上部。套體2的上部和下部設(shè)置的是內(nèi)螺紋，上管柱接頭I的下部和下管柱接頭3的上部設(shè)置的是外螺紋。套體2為圓筒形，其靠近上部位置的周向間隔設(shè)置有若干側(cè)孔21 ;套體2靠近下部位置的內(nèi)側(cè)設(shè)置有一圈臺(tái)階22。開(kāi)關(guān)套4也呈圓筒形，設(shè)置在套體2的內(nèi)部、上管柱接頭I的下方，與套體2通過(guò)若干銷釘一 6連接固定，開(kāi)關(guān)套4 的外部周向設(shè)置有一密封圈7，開(kāi)關(guān)套4通過(guò)密封圈7與套體2實(shí)現(xiàn)密封連接，當(dāng)開(kāi)關(guān)套4 上的銷釘一 6剪斷，開(kāi)關(guān)套4向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，能夠卡在套體2內(nèi)下部的臺(tái)階22處；開(kāi)關(guān)套4下部的內(nèi)徑大于其上部的內(nèi)徑，變徑球座5設(shè)置在開(kāi)關(guān)套4的內(nèi)下部，變徑球座5的上部周向通過(guò)若干銷釘二 8與開(kāi)關(guān)套4連接固定，變徑球座5的下部設(shè)置有若干條割縫51，割縫51 內(nèi)充滿密封介質(zhì)。下管柱接頭3的頂部呈錐形，變徑球座5的底部設(shè)置有一圈向內(nèi)側(cè)凸起的臺(tái)階52，且下管柱接頭3頂部的外徑小于變徑球座5底部的外徑，因此，變徑球座5落下后能夠通過(guò)臺(tái)階52卡在下管柱接頭3頂部的錐形面處。如圖2、圖3所示，本發(fā)明變徑球座5的上部為“C”環(huán)結(jié)構(gòu)，下部有多條割縫51，割縫51的數(shù)量及長(zhǎng)度需要根據(jù)封堵球的大小進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。該結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)變徑球座5在開(kāi)關(guān)套4內(nèi)時(shí)，能夠?qū)Ψ舛虑蜻M(jìn)行封堵，當(dāng)變徑球座5脫離開(kāi)關(guān)套4后能夠輕松張開(kāi)， 使封堵球順利通過(guò)變徑球座5。上述實(shí)施例中，為增加密封性，上管柱接頭I與套體2的連接處，以及套體2與下管柱接頭3的連接處均增加設(shè)置有密封圈；變徑球座5與開(kāi)關(guān)套4的連接處也增加設(shè)置有密封圈。上述實(shí)施例中，為了減少變徑球座5脫離開(kāi)關(guān)套2過(guò)程中的反鎖力，變徑球座5外表面與開(kāi)關(guān)套2內(nèi)側(cè)可采用一 定角度接觸。 上述實(shí)施例中，為了依次實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)套4與套體2脫離、變徑球座5與開(kāi)關(guān)套4脫離， 銷釘一 6和銷釘二 8的個(gè)數(shù)、尺寸等可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。上述實(shí)施例中，為了保證變徑球座5下部擴(kuò)張滿足封堵球9的通過(guò)要求，下管柱接頭3頂部的錐度、套體2內(nèi)臺(tái)階22與下管柱接頭3頂部的距離、變徑球座5下部的割縫51 的深度可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化。本發(fā)明壓裂滑套裝置的使用方法包括以下步驟I)壓裂管柱分成多段，相鄰壓裂管柱之間均設(shè)置有一套本發(fā)明壓裂滑套裝置，最后一組壓裂單元采用常規(guī)壓裂滑套；具體連接為將本發(fā)明上部管柱接頭I的上部連接相鄰壓裂管柱中，位于上方的壓裂管柱的下部；將本發(fā)明下部管柱接頭2的下部連接相鄰壓裂管柱中，位于下方的壓裂管柱的上部。2)如圖4所示，投封堵球9并將其泵送至變徑球座5的臺(tái)階52處；提升泵壓至一定高度時(shí)，變徑球座5在受到封堵球9的軸向推力作用下，通過(guò)銷釘二 8帶動(dòng)開(kāi)關(guān)套4將銷釘一 6剪斷，變徑球座5及開(kāi)關(guān)套4向下軸向滑移，使套體2靠近上部位置周向設(shè)置的側(cè)孔 21逐漸開(kāi)啟。當(dāng)開(kāi)關(guān)套4下移至下部接觸到套體2內(nèi)部的臺(tái)階22時(shí)，變徑球座5和開(kāi)關(guān)套 4停止向下軸向移動(dòng)。3)如圖5所示，提高泵壓至新高度時(shí)(高于第一次泵壓)，變徑球座5在封堵球9承受的軸向推力作用下剪斷與開(kāi)關(guān)套4連接的銷釘二 8后，迅速向下軸向移動(dòng)。當(dāng)變徑球座5 的臺(tái)階52接觸到下管柱接頭3頂部的錐形面時(shí)，變徑球座5下部迅速?gòu)堥_(kāi)，使其內(nèi)徑迅速擴(kuò)大，封堵球9在軸向推力作用下脫離變徑球座5，并穿過(guò)下管柱接頭3，實(shí)現(xiàn)了壓裂滑套的開(kāi)啟，并順利通過(guò)了滑套。4)封堵球9進(jìn)入下一套本發(fā)明壓裂滑套裝置的變徑球座5的臺(tái)階52處；返回步驟2)，重復(fù)上述過(guò)程，實(shí)現(xiàn)多級(jí)壓裂滑套的開(kāi)啟。上述實(shí)施例中，變徑球座5的最小內(nèi)徑需與其開(kāi)啟的封堵球9的外徑相匹配；本發(fā)明還設(shè)置有封堵器，封堵器外徑的選擇與最終的常規(guī)壓裂滑套球座相匹配。
上述各實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，其中各部件的結(jié)構(gòu)、連接方式等都是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
權(quán)利要求
1.一種多級(jí)壓裂滑套裝置，其特征在于它包括上管柱接頭、套體、下管柱接頭、開(kāi)關(guān)套和變徑球座； 所述上管柱接頭的下部連接所述套體的上部，所述套體的下部連接所述下管柱接頭的上部；所述套體為圓筒形，其靠近上部位置的周向間隔設(shè)置有若干側(cè)孔；所述套體靠近下部位置的內(nèi)側(cè)設(shè)置有一圈臺(tái)階；所述開(kāi)關(guān)套也呈圓筒形，設(shè)置在所述套體的內(nèi)部、所述上管柱接頭的下方，與所述套體通過(guò)若干銷釘連接固定；所述開(kāi)關(guān)套下部的內(nèi)徑大于其上部的內(nèi)徑，所述變徑球座設(shè)置在所述開(kāi)關(guān)套的內(nèi)下部，所述變徑球座的上部周向通過(guò)若干銷釘與所述開(kāi)關(guān)套連接固定，所述變徑球座的下部設(shè)置有若干條割縫，各所述割縫內(nèi)均充滿有密封介質(zhì)；所述下管柱接頭的頂部呈錐形，所述變徑球座的底部設(shè)置有一圈向內(nèi)側(cè)凸起的臺(tái)階，且所述下管柱接頭頂部的外徑小于所述變徑球座底部的外徑。
2.如權(quán)利要求I所述的一種多級(jí)壓裂滑套裝置，其特征在于所述上管柱接頭、套體、下管柱接頭之間均通過(guò)螺紋連接，且所述套體的上部和下部設(shè)置的是內(nèi)螺紋，所述上管柱接頭的下部和所述下管柱接頭的上部設(shè)置的是外螺紋。
3.如權(quán)利要求I所述的一種多級(jí)壓裂滑套裝置，其特征在于所述變徑球座的上部為“C”環(huán)結(jié)構(gòu)，下部設(shè)置有多條割縫，所述變徑球座的最小內(nèi)徑與其開(kāi)啟的封堵球的外徑相匹配。
4.如權(quán)利要求2所述的一種多級(jí)壓裂滑套裝置，其特征在于所述變徑球座的上部為“C”環(huán)結(jié)構(gòu)，下部設(shè)置有多條割縫，所述變徑球座的最小內(nèi)徑與其開(kāi)啟的封堵球的外徑相匹配。
5.如權(quán)利要求I或2或3或4所述的一種多級(jí)壓裂滑套裝置，其特征在于所述上管柱接頭與所述套體的連接處、所述套體與所述下管柱接頭的連接處、所述開(kāi)關(guān)套與所述套體的連接處，以及所述變徑球座與所述開(kāi)關(guān)套的連接處均設(shè)置有密封圈。
6.一種如權(quán)利要求I 5任一項(xiàng)所述多級(jí)壓裂滑套裝置的使用方法，其包括以下步驟 1)壓裂管柱分成多段，相鄰壓裂管柱之間均設(shè)置有一壓裂滑套裝置；將上部管柱接頭的上部連接相鄰壓裂管柱中，位于上方的壓裂管柱的下部；將下部管柱接頭的下部連接相鄰壓裂管柱中，位于下方的壓裂管柱的上部； 2)投封堵球并將其泵送至變徑球座的臺(tái)階處；提升泵壓至一定高度時(shí)，變徑球座在受到封堵球的軸向推力作用下，將開(kāi)關(guān)套與套體之間連接的銷釘剪斷，變徑球座和開(kāi)關(guān)套向下軸向滑移，使套體靠近上部位置周向設(shè)置的側(cè)孔逐漸開(kāi)啟；當(dāng)開(kāi)關(guān)套下移至下部接觸到套體內(nèi)部的臺(tái)階時(shí)，變徑球座和開(kāi)關(guān)套停止向下軸向移動(dòng)； 3)提高泵壓，變徑球座在封堵球承受的軸向推力作用下剪斷與開(kāi)關(guān)套連接的銷釘后，迅速向下軸向移動(dòng)；當(dāng)變徑球座的臺(tái)階接觸到下管柱接頭頂部的錐形面時(shí)，變徑球座下部迅速?gòu)堥_(kāi)，使其內(nèi)徑迅速擴(kuò)大，封堵球在軸向推力作用下脫離變徑球座，并穿過(guò)下管柱接頭，實(shí)現(xiàn)了壓裂滑套的開(kāi)啟，并順利通過(guò)滑套； 4)封堵球進(jìn)入下一個(gè)變徑球座的臺(tái)階處；返回步驟2)，重復(fù)上述過(guò)程，實(shí)現(xiàn)多級(jí)壓裂滑套的開(kāi)啟。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多級(jí)壓裂滑套裝置及其使用方法，其特征在于它包括上管柱接頭、套體、下管柱接頭、開(kāi)關(guān)套和變徑球座；上管柱接頭的下部連接套體的上部，套體的下部連接下管柱接頭的上部；套體為圓筒形，其靠近上部位置的周向間隔設(shè)置有若干側(cè)孔；套體靠近下部位置的內(nèi)側(cè)設(shè)置有一圈臺(tái)階；開(kāi)關(guān)套也呈圓筒形，設(shè)置在套體的內(nèi)部、上管柱接頭的下方，與套體通過(guò)若干銷釘連接固定；開(kāi)關(guān)套下部的內(nèi)徑大于其上部的內(nèi)徑，變徑球座設(shè)置在開(kāi)關(guān)套的內(nèi)下部，變徑球座的上部周向通過(guò)若干銷釘與開(kāi)關(guān)套連接固定，變徑球座的下部設(shè)置有若干條割縫，各割縫內(nèi)均充滿有密封介質(zhì)；下管柱接頭的頂部呈錐形，變徑球座的底部設(shè)置有一圈向內(nèi)側(cè)凸起的臺(tái)階，且下管柱接頭頂部的外徑小于變徑球座底部的外徑。
文檔編號(hào)E21B34/06GK102704904SQ20121016421
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月24日
發(fā)明者何保生, 姜滸, 孫東征, 張磊, 彭成勇, 文敏, 曹硯鋒, 潘豪, 田錚, 靳勇 申請(qǐng)人:中國(guó)海洋石油總公司, 中海油研究總院