一种换向机构和趾端滑套开关装置的制作方法

本发明属于油气开采工具，特别涉及一种换向机构和趾端滑套开关装置。

背景技术：

1、国内页岩气资源丰富，且已掌握埋深在3500m以下的页岩气勘探开发关键技术，将下一步目标瞄准了资源量更丰富、埋藏更深(大于3500m)且开发难度更大(高温、超高压)的深层页岩气。

2、页岩气开发主要是依赖水力压裂来获得工业气流。目前，连油射孔和趾端滑套是页岩气水平井首段压裂施工的主流方法。随着钻井技术的不断进步，超长水平段水平井将是高效开发页岩气的发展趋势，连续油管传输射孔方式不能很好的满足深层、超长水平井首段压裂射孔需求，影响了页岩气的高效开发。而趾端滑套则可以通过地面打压的方式直接开启，施工时效高，不受水平段长度以及井深的限制。趾端滑套相对于连续油管射孔方式具有作业时效高、成本低、风险小、作业深度不受限等优势。

3、现有初代产品以销钉与破裂盘驱动开启式滑套，破裂盘式的滑套具有操作简单、开启精度高等优点并在国内外市场上得到了应用。然而由于初代产品开启压力均高于井筒试压压力，存在套变、压裂液漏失等作业风险，国内外相关单位研究了新一代得趾端滑套产品，具有延时开启、满足井筒试压要求等特点。但是，由于具有延时功能的趾端滑套存在着开启压力较高、井筒试压时间受限等问题，国内外单位研发出了降压开启式趾端滑套，全井筒试压结束后，泄压即可开启滑套。经使用开启成功率达到80％以上。由于具有延时功能的趾端滑套存在着开启压力较高、井筒试压时间受限等问题，国内外单位研发出了降压开启式趾端滑套，全井筒试压结束后，泄压即可开启滑套。具有开启压力低、压力等级高及井筒试压不受限等特点。国内外均进行了相关的开启实验，开启成功率高，节流延时和降压开启是目前趾端滑套的两种主流开启动作方式，具有可靠性高、易实现开关等优点。在使用趾端滑套前，需要对趾端滑套试压，但上述方案仅有极少数公司研制的趾端滑套勉强接近175mpa的压力等级，使得可试压的次数降低，导致试压效率低、成本高，因此能够承载超高压的趾端滑套产品是未来重要的一个研究趋势。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提出一种换向机构和趾端滑套开关装置，当要对井筒进行压裂施工时，首先要对整个管柱进行完整性试压，若试压成功，则通过反复对趾端滑套打压泄压的方式开启趾端滑套，并打开与趾端滑套连通的泵送射孔枪的通道，为后续压裂施工做准备。若井筒试压失败，则泄去压力，此时趾端滑套依然处于关位，可以对套管管柱使用连油底封工具逐层找漏整改，整改完毕后继续对全井筒进行试压直至试压通过，然后可通过地面压力控制开启趾端滑套。

2、本发明提供了一种换向机构，包括：滑动部和弹性部，所述滑动部和所述弹性部间隔套设于中心管上，按照预设轨迹沿所述中心管的外壁周向方向设有滑动槽，且沿所述中心管的外壁轴向方向设有至少一条滑动轨，所述滑动轨与所述滑动槽连通，所述滑动部和所述弹性部抵接，所述弹性部的部分覆盖在所述滑动轨上，所述滑动部通过一滑动结构在所述滑动槽内滑动，使所述滑动部在所述中心管上运动，所述滑动部在滑动槽和所述滑动轨内往复运动时弹性部也处于被压缩或释放状态。

3、可选的，所述滑动槽包括均安装预设角度连续弯折的第一弯折段和第二弯折段，所述第一弯折段和所述第二弯折段具有间距且交错设置形成所述滑动槽，所述滑动轨与其中任一弯折区域的所述第二弯折段连通。

4、可选的，所述第一弯折段和所述第二弯折段的弯折角度为20°至60°。

5、可选的，所述滑动部包括滑环和滑动结构，所述滑环套设于所述中心管上，所述滑动结构的一端穿过所述滑环的固定孔且端部设于所述滑动槽内。

6、可选的，所述滑动轨为三条。

7、本发明还提供一种趾端滑套开关装置，包括：换向机构，以及第一接头、中心管、壳体、密封部、隔离部和第二接头，所述第一接头和所述第二接头分别与所述中心管的两端连接，所述壳体套设在所述第一接头和所述第二接头的外壁上并与所述中心管的外壁形成流道，所述第一接头上设有第一腔体，所述密封部悬空设于所述第一腔体内并在预定压力下推动所述密封部运动至所述第一腔体底部，使所述第一腔体与所述流道连通，在所述第一腔体内设有活塞杆，所述换向机构在所述流道内并与所述活塞杆相邻，所述隔离部与所述第二接头具有间距并密封在所述流道内，在预定压力下所述隔离部被推至与所述第二接头接触，以使所述流道与所述中心管和所述壳体周向设置的多个排液孔连通。

8、可选的，所述密封部包括密封塞、活塞和至少两个第一剪钉，所述密封塞沿所述第一腔体周向设置，所述活塞的外壁与所述密封塞的内壁抵接，至少两个所述第一剪钉分别与所述密封塞和所述活塞连接以将所述活塞处于悬空，且至少两个所述第一剪钉分别位于所述活塞的中心轴两侧，在预定压力下两个所述第一剪钉断裂使所述活塞运动至所述第一腔体的底部，以使所述第一腔体与所述流道连通。

9、可选的，所述隔离部包括第二剪钉和内套，所述内套设置于所述流道内且封隔所述中心管和所述壳体对应的多个排液孔，所述第二剪钉的两端分别与所述中心管的外壁和所述内套的外壁连接，在预定压力下所述第二剪钉断裂并推动所述内套向所述第二接头靠近直至与所述第二接头接触。

10、可选的，还包括支撑套和弹簧垫，所述支撑套和所述弹簧垫均设于所述流道内，所述支撑套的一端与所述活塞杆抵接，另一端通过轴承与滑环连接，所述弹簧垫位于所述滑环和弹性部之间并通过轴承与所述滑环连接，所述弹簧垫与所述弹性部连接。

11、可选的，在所述流道内设有调节套，所述调节套与所述弹性部的端部连接，所述调节套与所述隔离部相邻设置且具有间距或相抵接。

12、本发明的趾端滑套开关装置与现有技术相比具有以下优点：

13、通过不断的对趾端滑套开关装置试压，从第一接头内不断通压，当压力达到预定时，推动密封部运动至第一腔体底部，使第一腔体与流道连通，活塞杆被推动至与换向机构抵接，由于换向机构中的滑动部在滑动槽滑动，使得滑动部围绕中心管转动，直至滑动部滑动至滑动轨内，在压力下驱使换向机构在流道内运动并不断压缩弹性部，弹性部被压缩到极限位置时，活塞杆完全运动至流道内，使第一腔体与流道完全连通，使施加的压力能够从流道流向隔离部，在预定压力下隔离部被推至与第二接头接触，使流道与中心管和壳体上均周向设且对应的多个排液孔连通，实现多次试压，提高了试压次数，即使试压失败，泄去压力，此时密封部和/或隔离部依然处于关闭，试压通过后通过地面压力控制开启密封部和隔离部。

14、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

1.一种换向机构，其特征在于，包括：滑动部(1)和弹性部(2)，所述滑动部(1)和所述弹性部(2)间隔套设于中心管(3)上，按照预设轨迹沿所述中心管(3)的外壁周向方向设有滑动槽(21)，且沿所述中心管(3)的外壁轴向方向设有至少一条滑动轨(22)，所述滑动轨(22)与所述滑动槽(21)连通，所述滑动部(1)和所述弹性部(2)抵接，所述弹性部(2)的部分覆盖在所述滑动轨(22)上，所述滑动部(1)通过一滑动结构(12)在所述滑动槽(21)内滑动，使所述滑动部(1)在所述中心管(3)上运动，所述滑动部(1)在所述所述滑动槽(21)和所述滑动轨(22)内往复运动时使所述弹性部(2)处于来回压缩或释放状态。

2.根据权利要求1所述的换向机构，其特征在于，所述滑动槽(21)包括均按照预设角度连续弯折的第一弯折段(211)和第二弯折段(212)，所述第一弯折段(211)和所述第二弯折段(212)具有间距且交错设置形成所述滑动槽(21)，所述滑动轨(22)与其中任一弯折区域的所述第二弯折段(212)连通。

3.根据权利要求2所述的换向机构，其特征在于，所述第一弯折段(211)和所述第二弯折段(212)的弯折角度为20°至60°。

4.根据权利要求1所述的换向机构，其特征在于，所述滑动部(1)包括滑环(11)和所述滑动结构(12)，所述滑环(11)套设于所述中心管(3)上，所述滑动结构(12)的一端穿过所述滑环(11)的固定孔且端部设于所述滑动槽(21)内。

5.根据权利要求1所述的换向机构，其特征在于，所述滑动轨(22)为三条。

6.一种趾端滑套开关装置，其特征在于，包括：权利要求1-5任意一项所述的换向机构(10)，以及第一接头(4)、壳体(5)、密封部(6)、隔离部(7)和第二接头(8)，所述第一接头(4)和所述第二接头(8)分别与所述中心管(3)的两端连接，所述壳体(5)套设在所述第一接头(4)和所述第二接头(8)的外壁上并与所述中心管(3)的外壁形成流道(50)，所述第一接头(4)上设有第一腔体(40)，所述密封部(6)悬空设于所述第一腔体(40)内并在预定压力下运动至所述第一腔体(40)底部，使所述第一腔体(40)与所述流道(50)连通，在所述第一腔体(40)内设有活塞杆(13)，所述换向机构(10)在所述流道(50)内并与所述活塞杆(13)相邻，所述隔离部(7)与所述第二接头(8)具有间距并密封在所述流道(50)内，在预定压力下所述隔离部(7)被推至与所述第二接头(8)接触，所述流道(50)与所述中心管(3)和所述壳体(5)周向设置的多个排液孔(31)连通。

7.根据权利要求6所述的趾端滑套开关装置，其特征在于，所述密封部(6)包括密封塞(61)、活塞(62)和至少两个第一剪钉(63)，所述密封塞(61)沿所述第一腔体(40)周向设置，所述活塞(62)的外壁与所述密封塞(61)的内壁抵接，至少两个所述第一剪钉(63)分别与所述密封塞(61)和所述活塞(62)连接以将所述活塞(62)处于悬空，且至少两个所述第一剪钉(63)分别位于所述活塞(62)的中心轴两侧，在预定压力下至少两个所述第一剪钉(63)断裂使所述活塞(62)运动至所述第一腔体(40)的底部，以使所述第一腔体(40)与所述流道(50)连通。

8.根据权利要求6所述的趾端滑套开关装置，其特征在于，所述隔离部(7)包括第二剪钉(71)和内套(72)，所述内套(72)设置于所述流道(50)内且封隔所述中心管(3)和所述壳体(5)对应的多个排液孔(31)，所述第二剪钉(71)的两端分别与所述中心管(3)的外壁和所述内套(72)的外壁连接，在预定压力下所述第二剪钉(71)断裂并推动所述内套(72)向所述第二接头(8)靠近直至与所述第二接头(8)接触。

9.根据权利要求6所述的趾端滑套开关装置，其特征在于，还包括支撑套(14)和弹簧垫(16)，所述支撑套(14)和所述弹簧垫(16)均设于所述流道(50)内，所述支撑套(14)的一端与所述活塞杆(13)抵接，另一端通过轴承与滑环(11)连接，所述弹簧垫(16)位于所述滑环(11)和弹性部(2)之间并通过轴承与所述滑环(11)连接，所述弹簧垫(16)与所述弹性部(2)连接。

10.根据权利要求9所述的趾端滑套开关装置，其特征在于，在所述流道(50)内设有调节套(23)，所述调节套(23)与所述弹性部(2)的端部连接，所述调节套(23)与所述隔离部(7)相邻设置且具有间距或相抵接。