一种压裂工具的制作方法

1.本发明涉及完井压裂技术领域，具体涉及一种压裂工具。


背景技术：

2.随着致密油气、页岩油气、煤层气等无法常规直井与射孔方式获得工业油气非常规能源蓬勃开发。需要一种利用长水平段、密集压裂裂缝切割储层改造完井压裂增产方式进行完井投产。目前分层压裂改造方式虽然较多，但均无法无差异化统一规模化批量化生产、全部统一内通径设计、无限多层段压裂控制。
3.这些原因导致生产制造成本居高不下，下套管安装顺序不当造成压裂适应差、压裂层段受限无法满足密集切割精准压裂改造，压裂效果差无法实现高产。


技术实现要素：

4.本发明旨在解决传统的压裂滑套在压裂施工中难以实现无限多层段压裂控制的问题。
5.为解决上述问题，本发明提供了一种压裂完井工具，包括：
6.所述智能镖体包括主轴体和设置于所述主轴体上的计数激发器和伸展装置，所述计数激发器包括感应装置以检测所述压裂滑套的壁厚变化以完成对所述压裂滑套数量的计数，所述计数激发器还包括控制器以控制所述伸展装置伸展，在压裂液的压力作用下，所述智能镖体中处于伸展状态下的所述伸展装置适于将所述滑套体由第一位置向下推动至第二位置处而打开所述压裂孔；以及
7.密封装置，所述密封装置用于密封所述滑套体与所述智能镖体之间的间隙以及所述滑套体和所述滑套外壳之间的间隙。
8.与现有技术相比，本发明提供的一种压裂工具，具有但不局限于以下技术效果：
9.压裂滑套连接在完井套管柱(套管柱包括至少一个套管)之间，通过滑套外壳顶端与其上部套管相连，滑套外壳底端与其下部套管相连，进而使多个套管柱相连接。多个甚至无限多个压裂滑套在固井完井时随套管一起下入井内，每个压裂滑套对应一个所需压裂层段，一口井压裂井需下入很多压裂滑套，智能镖体是压裂滑套控制部件，可在地面利用电脑程序进行预设参数，需要压裂时，智能镖体自井口下入，经过压裂滑套时，计数激发器内置的感应装置可以检测到压裂滑套的壁厚变化，壁厚变化形成特定信号，这个信号被感知识别，发送信号给计数激发器实施计数，比如从上至下的第一个压裂滑套记为第一滑套，第二个压裂滑套记为第二滑套，第三个压裂滑套记为第三滑套
……
，当数值达到地面电脑的预设参数时,即此时智能镖体通过设定数量的压裂滑套而进入到电脑预设参数对应的压裂滑套中，也就是计数激发器通过压裂滑套壁厚变化检测到智能镖体进入到第n滑套时，计数激发器内置的控制器控制伸展装置伸展，在第n滑套中，随着智能镖体的下降，所述智能镖体中处于伸展状态下的伸展装置无法继续向下通过该第n滑套，也就是智能镖体坐挂在第n滑套中，之后，可从井口处向套管柱中注入高压力的压裂液，在液力作用下，智能镖体中处于
伸展状态下的伸展装置将所述滑套体由第一位置向下推动至第二位置处而打开所述压裂孔，并在密封装置的密封效果下，从井口注入的压裂液通过被打开的压裂孔进入地层，迫使地层破裂，进而完成第n滑套对应地层的压裂作业；
10.其中，通过统一规格全通径，即全井采用尺寸完全一致压裂滑套和智能镖体，利于规模化加工生产，可以保障同尺寸、大通径，压裂滑套内通径接近套管最大内径，无明显缩径，压裂液通过能力强，无强紊流磨蚀滑套体，可以实现最大压裂排量和砂浓度施工，大大提高时效、节约施工时间。此外，可以通过计数激发器内置plc控制器芯片，可以实现足够大的计数值，本发明的这种电磁计数控制模式可以无限大数值，满足无限级压裂需求，在分别将各压裂滑套和智能镖体尺寸统一设计下，具有规模化批量化生产、无限多层段压裂控制等生产制造与压裂施工优势。
11.进一步地，所述压裂滑套还包括第一定位结构和第二定位结构，所述第一定位机构适于将所述滑套体固定在所述第一位置处，所述第二定位机构适于将所述滑套体固定在所述第二位置处，当所述滑套体位于所述第一位置时，所述滑套体封闭所述压裂孔。
12.进一步地，所述第一定位机构包括剪切螺钉，所述剪切螺钉适于将所述滑套体与所述滑套外壳连接在一起，以将所述滑套体固定在所述第一位置。
13.进一步地，所述第二定位机构包括锁环，所述滑套体的外壁设置有第一环槽，所述锁环设置于所述第一环槽中，所述滑套体的内壁设置有锁定槽，当所述滑套体向下移动至所述第二位置时，所述锁环适于发生弹性变形并嵌入所述锁定槽中。
14.进一步地，所述伸展装置包括轴向伸缩机构、径向推杆和座挂环，所述主轴体内设置有腔体，所述主轴体的外壁设置有第二环槽，所述第二环槽和所述腔体之间连通有径向槽，所述径向推杆滑动连接于所述径向槽中，所述座挂环设置于所述第二环槽中，所述座挂环的侧壁与底壁之间设置有第一斜面结构，所述滑套体内壁设置有第二斜面结构，所述轴向伸缩机构设置于所述腔体中，所述轴向伸缩机构适于沿所述主轴体的轴向伸长，以使所述径向推杆推动所述座挂环露出于所述第二环槽，在所述智能镖体下降时，所述智能镖体中露出于所述第二环槽的所述座挂环的所述第一斜面结构适于支撑在所述第二斜面结构处。
15.进一步地，所述轴向伸缩机构包括磁性线圈组和滑动柱，所述磁性线圈组包括两个磁性线圈，两个所述磁性线圈适于通入电流而相排斥或吸引，所述滑动柱适于沿所述主轴体的轴向移动，所述滑动柱的顶端与一个所述磁性线圈固定连接，所述滑动柱的侧面从上至下依次包括第一直面结构、第三斜面结构和第二直面结构，当两个所述磁性线圈相互排斥而驱动所述滑动柱下降时，所述第三斜面结构驱动所述径向推杆伸入所述第二环槽中。
16.进一步地，所述密封装置包括第一密封胶圈和第二密封胶圈，所述滑套体的外壁设置有第一胶圈槽，所述第一密封胶圈设置于所述第一胶圈槽中，所述主轴体的外壁设置有第二胶圈槽，所述第二密封胶圈设置于所述第二胶圈槽中。
17.进一步地，所述滑套体的底端设置有过流槽，所述过流槽适于供液体由所述滑套体下方进入至所述滑套体内。
18.进一步地，所述滑套外壳包括外壳本体和上接头，所述上接头与所述外壳本体可拆卸连接，所述上接头的内壁设置有上连接螺纹，所述外壳本体的外壁底端设置有下连接
螺纹。
19.进一步地，所述智能镖体的至少部分为非铁磁性材质，所述密封装置为可水溶降解橡胶材质。
附图说明
20.图1为本发明实施例的智能镖体落入压裂滑套前的示意性结构图；
21.图2为本发明实施例的压裂滑套的示意性结构图；
22.图3为本发明实施例的智能镖体的示意性结构图；
23.图4为本发明实施例的滑动柱的示意性结构图；
24.图5为本发明实施例的智能镖体落入压裂滑套内的示意性结构图。
25.附图标记说明：
[0026]1‑
压裂滑套，11
‑
滑套外壳，111
‑
外壳本体，1111
‑
压裂孔，1112
‑
下连接螺纹，1113
‑
锁定槽，112
‑
上接头，12
‑
滑套体，121
‑
第三直面结构，122
‑
第二斜面结构，123
‑
第四直面结构，124
‑
第一密封胶圈，125
‑
锁环，126
‑
过流槽，127
‑
剪切螺钉；
[0027]2‑
智能镖体，22
‑
主轴体，21
‑
封堵螺柱，23
‑
计数激发器，24
‑
磁性线圈组，25
‑
滑动柱，251
‑
第一直面结构，252
‑
第三斜面结构，253
‑
第二直面结构，26
‑
径向推杆，27
‑
座挂环，271
‑
第一斜面结构，28
‑
第二密封胶圈，29
‑
引导头。
具体实施方式
[0028]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
[0029]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0030]
而且，附图中z轴表示竖向，也就是上下位置，并且z轴的正向(也就是z轴的箭头指向)表示上，z轴的负向(也就是与z轴的正向相反的方向)表示下。
[0031]
同时需要说明的是，前述z轴的表示含义仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0032]
参见图1、图2、图3和图5，本发明实施例的一种压裂工具，包括压裂滑套1、智能镖体2和密封装置。所述压裂滑套1包括滑套外壳11和滑套体12，所述滑套外壳11上设置有压裂孔1111，所述滑套体12设置于所述滑套外壳11内；所述智能镖体包括主轴体22和设置于所述主轴体22上的计数激发器23和伸展装置，所述计数激发器23内的感应装置适于检测所述压裂滑套1的壁厚变化以完成对所述压裂滑套数量的计数，所述计数激发器23内的控制器适于控制所述伸展装置伸展，在压裂液的压力作用下，所述智能镖体2中处于伸展状态下的伸展装置适于将所述滑套体12由第一位置向下推动至第二位置处而打开所述压裂孔1111；密封装置用于密封所述滑套体12与所述智能镖体2之间的间隙以及所述滑套体12和所述滑套外壳11之间的间隙。
[0033]
这里，压裂滑套1连接在完井套管柱(套管柱包括至少一个套管)之间，通过滑套外壳11顶端与其上部套管相连，滑套外壳11底端与其下部套管相连，进而使多个套管柱相连接。压裂滑套1在固井完井时随套管一起下入井内，每个压裂滑套1对应一个所需压裂层段，一口井压裂井需下入很多压裂滑套1，智能镖体2是压裂滑套1控制部件，可在地面利用电脑程序进行预设参数，需要压裂时，智能镖体2自井口下入，经过压裂滑套1时，计数激发器23内置的感应装置可以检测到压裂滑套1的壁厚变化，壁厚变化形成特定信号，这个信号被感知识别，发送信号给计数激发器23实施计数，比如从上至下的第一个压裂滑套1记为第一滑套，第二个压裂滑套1记为第二滑套，第三个压裂滑套1记为第三滑套
……
，当数值达到地面电脑的预设参数时,即此时智能镖体2通过设定数量的压裂滑套1而进入到电脑预设参数对应的压裂滑套1中，也就是计数激发器23通过压裂滑套1壁厚变化检测到智能镖体2进入到第n滑套时，计数激发器23内置的控制器控制伸展装置伸展，在第n滑套中，随着智能镖体2的下降，智能镖体2中处于伸展状态下的伸展装置无法继续向下通过该第n滑套，也就是智能镖体2坐挂在第n滑套中，之后，可从井口处向套管柱中注入高压力的压裂液，在液力作用下，智能镖体2中处于伸展状态下的伸展装置将所述滑套体12由第一位置向下推动至第二位置处而打开所述压裂孔1111，并在密封装置的密封效果下，从井口注入的压裂液只通过被打开的压裂孔1111进入地层，迫使地层破裂，进而完成第n滑套对应地层的压裂作业；
[0034]
其中，通过统一规格全通径，即全井采用尺寸完全一致压裂滑套1和智能镖体2，利于规模化加工生产，可以保障同尺寸、大通径，压裂滑套1内通径接近套管最大内径，无明显缩径，压裂液通过能力强，无强紊流磨蚀滑套体，可以实现最大压裂排量和砂浓度施工，大大提高时效、节约施工时间。此外，可以通过计数激发器23内置plc控制器芯片，可以实现足够大的计数值，本实施例的这种电磁计数控制模式可以无限大数值，满足无限级压裂需求，在分别将各压裂滑套1和智能镖体2尺寸统一设计下，具有规模化批量化生产、无限多层段压裂控制等生产制造与压裂施工优势。
[0035]
需要说明的是，上述计数激发器23中各电学元件之间涉及到的机理以及各自的作用均为现有技术，比如感应装置能够感知到压裂滑套1的壁厚变化、芯片对压裂滑套1的计数、控制器控制伸展装置伸展等都是现有技术，在此不多做赘述。
[0036]
另外，压裂施工时无需测井设备与连续油管设备，节约上述设备支出；提前预设井口投入智能镖体2，中间准备切换时间少，施工连贯性好，设备停待时间少；可以最大排量和高砂浓度施工，施工时间短。综上所述，可以极大节约设备支出，降低施工总费用。
[0037]
可以理解的是，滑套体12处于第一位置时，遮盖住压裂孔1111以实现压裂孔1111的封闭，滑套体12处于第二位置时，暴露压裂孔1111以实现压裂孔1111的打开。
[0038]
参见图2，可选地，所述压裂滑套1还包括第一定位结构和第二定位结构，所述第一定位机构适于将所述滑套体12固定在第一位置处，所述第二定位机构适于将所述滑套体12固定在第二位置处，当所述滑套体12位于第一位置时，所述滑套体12封闭所述压裂孔1111。
[0039]
这里，第一定位机构将滑套体12固定在第一位置处以封闭压裂孔1111，第二定位机构将滑套体12处于第二位置处后，不会再向下移动。可以理解的是，第一定位机构将滑套体12固定在第一位置处不是绝对的，当伸展装置处于伸展状态后，压裂液的压力作用下，第一定位机构无法抗衡压裂液的压力，进而滑套体12被智能镖体向下推动至第二位置处。
[0040]
参见图2，可选地，所述第一定位机构包括剪切螺钉127，所述剪切螺钉127适于将
所述滑套体12与所述滑套外壳11连接在一起，以将所述滑套体12固定在第一位置。
[0041]
这里，对第一定位机构进行示例性说明，第一定位机构可以是剪切螺钉127，可以在滑套外壳11的表面沿周向设置有多个螺钉孔，每个螺钉孔中连接一个剪切螺钉127，剪切螺钉127的头部(也就是尖端)伸入滑套外壳11中并与滑套体12的外壁螺纹连接。如此，当伸展装置处于伸展状态后，压裂液的压力作用下，迫使剪切螺钉127断裂，进而滑套体12被智能镖体向下推动至第二位置处。
[0042]
剪切螺钉127的作用是防止下套管操作、伸展装置未被控制伸展时因摩擦导致滑套体12下移的误操作。
[0043]
参见图2，可选地，所述第二定位机构包括锁环125，所述滑套体12的外壁设置有第一环槽，所述锁环125设置于所述第一环槽中，所述滑套体12的内壁设置有锁定槽1113，当所述滑套体12向下移动至第二位置时，所述锁环125适于弹性变形并嵌入所述锁定槽1113中。
[0044]
这里，对第二定位机构进行示例性说明，第二定位机构可以是锁环125，随着滑套体的下降，锁环125逐渐靠近锁定槽1113，当锁环125随滑套体12下降而移动至锁定槽1113处时，锁环125释放储存的弹力而发生弹性变形，进而进入到锁定槽1113中，如此，将滑套体12固定在第二位置处，可防止今后通井、刮削等操作误关闭压裂孔。
[0045]
参见图3和图2，可选地，所述伸展装置包括轴向伸缩机构、径向推杆26和座挂环27，所述主轴体22内设置有腔体，所述主轴体22的外壁设置有第二环槽，所述第二环槽和所述腔体之间连通有径向槽，所述径向推杆26滑动连接于所述径向槽中，所述座挂环27设置于所述第二环槽中，所述座挂环27的侧壁与底壁之间设置有第一斜面结构271，所述滑套体12内壁设置有第二斜面结构122，所述轴向伸缩机构设置于所述腔体中，所述轴向伸缩机构适于沿所述主轴体22的轴向伸长，以使所述径向推杆26推动所述座挂环27露出于所述第二环槽，在所述智能镖体下降时，所述智能镖体中露出于所述第二环槽的所述座挂环27的所述第一斜面结构271适于支撑在所述第二斜面结构122处。
[0046]
这里，轴向伸缩机构的一端(顶端)相对主轴体22固定不动，轴向伸缩机构的另一端(底端)可以升降，通过轴向伸缩机构的伸长而驱使径向推杆26沿径向槽向外滑动，进而由向外滑动的径向推杆26推动座挂环27露出第二环槽，随着智能镖体的下降，露出第二环槽的座挂环27上的第一斜面结构271向下抵住第二斜面结构122，第二斜面结构122限制智能镖体2继续相对滑套体12下移，而使向下推动滑套体12移动至第二位置处。
[0047]
其中，第二斜面结构122是形成在滑套体12内壁第三直面结构121和第四直面结构123之间，第三斜面结构252的内径小于第四直面结构123的内径。第一斜面结构271支撑在第二斜面结构122上时，密封装置对于智能镖体2与滑套体12之间的密封区域具体是：主轴体22位于座挂环27下方的部分的侧壁与第四直面结构123之间密封。
[0048]
进一步地，所述密封装置包括第一密封胶圈124和第二密封胶圈28，所述滑套体12的外壁设置有第一胶圈槽，所述第一密封胶圈124设置于所述第一胶圈槽中，所述主轴体22的外壁设置有第二胶圈槽，所述第二密封胶圈28设置于所述第二胶圈槽中。
[0049]
参见图3和图4，可选地，所述轴向伸缩机构包括磁性线圈组24和滑动柱25，所述磁性线圈组24包括两个磁性线圈，两个所述磁性线圈适于通入电流而相排斥或吸引，所述滑动柱25适于沿所述主轴体22的轴向移动，所述滑动柱25的顶端与一个所述磁性线圈固定连
接，所述滑动柱25的侧面从上至下依次包括第一直面结构251、第三斜面结构252和第二直面结构253，当两个所述磁性线圈相互排斥而驱动所述滑动柱25下降时，所述第三斜面结构252驱动所述径向推杆26伸入所述第二环槽中。
[0050]
这里，计数激发器23是内部集成有感应线圈(前述的感应装置)、plc控制器芯片、电池的器件。智能镖体2由井口下入，经过压裂滑套1时，计数激发器23内感应线圈的磁场切割压裂滑套，压裂滑套1的壁厚变化形成特定信号，这个信号被感知识别并发给计数激发器23内的plc控制器芯片，进而实施计数并储存，直至智能镖体2通过设定数量的压裂滑套1，计数激发器23内置的plc控制器芯片发出激发指令，即控制电池向磁性线圈组24通入相排斥电流，上侧固定的磁性线圈排斥下侧的磁性线圈，使下侧的磁性线圈向下移动，进而使与下侧的磁性线圈相连接的滑动柱25向下移动，径向推杆26在滑动柱25的第三斜面结构252的作用下胀开座挂环27，座挂环27的第一斜面结构271露出第二环槽，随着智能镖体2的下降，第一斜面结构271抵住第二斜面结构122，此时第二密封胶圈28与滑套体12的第四直面结构123密封配合，液力作用下，推下滑套体12，露出压裂孔1111，液体作用地层致使地层破裂完成压裂。
[0051]
可选地，压裂滑套1采用铁磁体高强合金钢加工成，如此配合计数激发器23内感应线圈切割压裂滑套时，壁厚变化能够形成特定的电磁脉冲信号，且这个信号被感知识别。
[0052]
参见图3，可选地，腔体的顶端敞口设置，便于安装内部结构，智能镖体2还包括封堵螺柱21，用于封闭腔体。可以在封堵螺柱21顶部加工成方便打捞的内捞或外捞结构。
[0053]
参见图3，可选地，主轴体22的底端设置有引导头29，引导头29可以是半圆球状、也可以是圆锥状，也可以是其它不易产生碰刮方便通过的形状，防止套管毛刺、台阶造成碰刮如泵送失败。
[0054]
参见图2，可选地，所述滑套体12的底端设置有过流槽126，所述过流槽126适于供液体由所述滑套体12下方进入至所述滑套体12内。
[0055]
这里，以压裂第五十五滑套对应的地层为例，压裂第五十五滑套时，第五十五滑套中的滑套体处于第二位置而打开压裂孔1111的状态，压裂完成后，撤去压力供给，对应地层中的液体(油液或油气混合体)以及底层中的压裂液等从压裂孔1111进入压裂滑套内，随着生产液的上升，会将上一个相邻的智能镖体(比如处于第五十二滑套中的智能镖体)顶升至第五十一滑套中，直至该智能镖体的处于胀开状态的座挂环27向上移动抵住第五十一滑套的滑套体12的底端。此时从底层中进入到压裂滑套中的液体可以从过流槽126继续上升，而不会被座挂环27堵住或被座挂环27减小上升的流量，构成压裂后稳定的液体向上流出的通道。
[0056]
需要说明的是，压裂作业中，涉及到段内分簇压裂，如第五十五滑套、第五十四滑套、第五十三滑套为一个大段，而对这一整段的多个压裂滑套对应储层进行一次性压裂为段内分簇。压裂作业中，通常需要对多个大段的压裂滑套对应的储层进行压裂，例如，需要对第五十五滑套、第五十四滑套、第五十三滑套这一大段压裂滑套，和第五十二滑套、第五十一滑套、第五十滑套这一大段压裂滑套对应的储层压裂时，具体压裂原理为：先将一个智能镖体投入至第五十三滑套中，通过控制两个的磁性线圈相排斥而使座挂环27露出第二环槽，进而推动对应的滑套体12移动至第二位置而打开对应的压裂孔1111，之后通过两个磁性线圈相吸合，智能镖体重力下以及第一斜面结构271和第二斜面结构122配合下，使座挂
环27收缩至第二环槽中，智能镖体下降至第五十四滑套后，同样的方式打开对应的压裂孔1111，最后打开第五十五滑套中的压裂孔1111后随滑套体12停在第二位置处，之后从井口通入压裂液，压裂液通过第五十三滑套、第五十四滑套、第五十五滑套中的压裂孔一次性完成对该大段压裂滑套的分簇压裂，之后同样的方式，通过另一个智能镖体依次打开第五十滑套、第五十一滑套和第五十二滑套的压裂孔并停留在第五十二滑套中，然后完成这一大段压裂滑套的分簇压裂。
[0057]
可选地，径向推杆26一端可与座挂环27固定连接，径向推杆26另一端可与滑动柱25侧壁滑动连接，如此，两个电磁线圈吸合带动滑动柱25上升时，滑动柱25的上升会主动带动径向推杆26带动座挂环27收缩至第二环槽中。
[0058]
参见图2，可选地，所述滑套外壳11包括外壳本体111和上接头112，所述上接头112与所述外壳本体111可拆卸连接，所述上接头112的内壁设置有上连接螺纹，所述外壳本体111的外壁底端设置有下连接螺纹1112。
[0059]
压裂滑套1通过上接头112内螺纹与其上部套管相连，通过滑套外壳11的下连接螺纹1112与其下部套管相连。
[0060]
可选地，所述智能镖体2的至少部分为非铁磁性材质，所述密封装置为可水溶降解橡胶材质。其中，可以理解的是，智能镖体2的至少部分比如包括主轴体22、引导头29、径向推杆26、封堵螺柱21和滑动柱25。
[0061]
智能镖体2的至少部分采用非磁铁体可溶金属加工成，非铁磁性材质比如可以是镁铝合金材质，镁铝合金能快速因电化学反应在盐水溶液腐蚀溶解，同时电磁场穿透具有极低衰减性，镁铝合金材质对电磁场影响小，便于电磁感应与计数，即能确保磁性通过且几乎不影响磁性强弱。密封装置具体是第一密封胶圈124和第二密封胶圈28，也采用可水溶降解橡胶材质，使得其2
‑
4天内在水溶液中自动降解，为生产提供便利，免除连续油管钻塞麻烦。
[0062]
术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”和“第四”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
[0063]
虽然本发明公开披露如上，但本发明公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。