一匙多开式全通径无限级压裂完井组件的制作方法

1.本实用新型涉及石油工业油水井的一种压裂完井组件，具体涉及一种一匙多开式全通径无限级压裂完井组件。


背景技术：

2.目前，国内外用于低渗透及致密油藏的压裂完井技术主要分为裸眼多级分段压裂完井技术和套管固井多级分段压裂完井技术两大类。其主流技术涵盖了投球滑套式多级分段压裂完井、泵送桥塞多级分段压裂完井等方式。
3.其中，投球滑套式多级分段压裂完井技术，无论是在裸眼压裂完井还是套管固井压裂完井中应用，均是采用不同级差的球和球座进行组合，通过投送不同级差的球开启相应级差的压裂完井滑套来完成逐级分段压裂。该技术受分级排列球座尺寸的影响，其分段数量和压裂规模都受到很大限制，影响了改造效果，后期生产需钻磨球座形成全通径，作业费用高。泵送桥塞多级分段压裂完井技术应用于套管固井压裂完井中，该技术对于分段级数没有限制，但射孔压裂联作的工艺，不能保持压裂的连续性，作业周期长，作业完成后需进行钻塞，作业费用高，且后期不能进行选择性生产或者二次压裂。
4.近年来，各大油公司相继开发了各种投送式开启压裂滑套的压裂技术。如2016年3月2日授权的中国专利cn103556971b“用于油气井作业的全通径分层压裂滑套”，其公开了一种包含阶跃式移动机构的新型投球滑套，包括可在外筒内轴向移动的内筒在内的工作筒，外筒与内筒间设有相互定位的剪切销钉及限制内筒滑移距离的限位结构，外筒的至少一个轴向端部带有连接头，并在筒壁部位设有可与工作筒内腔贯通的导流孔，工作筒内周壁设有间隔排布的凹槽结构和能翻越各凹槽并与启动球直径相适应通径的阶跃式移动结构；阶跃式移动结构上设有前后两组可独立控制启动球通过的通径开关结构；工作筒内周壁上各相邻凹槽的间距均为通径开关结构间距的非整数倍。该滑套技术可实现依次投相同尺寸球逐级开启滑套的功能，原理上可实现不限级数和保持所有滑套全通径，但该滑套在实际使用中存在砂卡风险，导致滑套无法正常开启，丢失压裂层段；此外，由于其结构上未涉及密封机构，压裂施工易发生上下窜漏；后期该工艺中的启动球仍需返排出，工序复杂。
5.另外，在2020年3月24日公开的中国专利申请cn110905448a“一种无限分级全通径压裂滑套组件系统”，其公开了一种包括通过管道串联连接且与多个开启机构一一对应的多个子压裂滑套的压裂系统，包括多个开启机构、以及通过管道串联连接的多个子压裂滑套，其中，所述多个子压裂滑套中的每个子压裂滑套包括上接头、下接头、内套、剪切连接件和定位槽，其中，所述上接头和下接头同轴固定连接并构成外筒体，所述上接头的圆周壁上贯穿设置有压裂孔；所述剪切连接件将套装设置在外筒体内的内套与所述上接头固定连接，以使内套处于覆盖所述上接头的压裂孔的第一位置；所述定位槽为形成在所述上接头的内周壁上且沿上下方向具有预定长度的凹入，并且所述凹入位于内套之上；并且，所述多个子压裂滑套中任意相邻的两个子压裂滑套中的上子压裂滑套的凹入的长度小于下子压裂滑套的凹入的长度；所述多个开启机构中的每个开启机构均具有柱体和设置在柱体上的
定位弹性件，所述柱体直径能够使自身穿过所述内套；每个开启机构的定位弹性件的长度均对应于所述多个子压裂滑套中的唯一一个子压裂滑套的凹入的长度，以使该开启机构在到达对应的凹入时能够张开其定位弹性件，从而将该开启机构的定位弹性件嵌入对应的凹入。该系统可实现所有层段压裂完成后，整个管柱无需钻除作业即为全通径，从而有利于后期生产管理，多级滑套串联可实现无限级，但该压裂滑套系统中开启机构的定位弹性件在过多级压裂滑套的过程中易产生塑性变形，造成开启失败，丢失压裂层段；同时定位槽为上接头和内套之间的环形间隙，后期无法进行选择性开关。
6.因此，急需一种能在水平井、直斜井等实现不限级数、多级多簇、大规模、连续快速实施的全通径压裂完井组件，且根据需要可实现后期选择性打开或关闭任意滑套。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种一匙多开式全通径无限级压裂完井组件，它能将打开工具与压裂完井滑套完全配合，满足连续快速、多级多簇的压裂完井施工需求，提高压裂效率。
8.本实用新型的技术方案是：一匙多开式全通径无限级压裂完井组件，包括压裂完井滑套和用于开启压裂完井滑套的打开工具，其中，所述压裂完井滑套包括：
9.外套，所述外套上设有多个与内腔连通的喷砂孔，所述外套上设有多个定位槽；
10.内滑套，所述内滑套滑动设置在外套内壁上，并通过剪切销钉与外套连接在一起，并且所述内滑套的外壁用于封闭喷砂孔；所述内滑套的外表面活动安装有与定位槽相配合的定位件；所述外套与内滑套之间还设有第一密封件；所述内滑套的内壁上分别设有开启凹槽和关闭凹槽，所述开启凹槽与打开工具相匹配，所述开启凹槽包括导向开口和与导向开口连接的滑块凹槽；所述外套内设有用于在内滑套移动时将喷砂孔打开的内滑套容置腔，其中一个定位槽位于内滑套容置腔内；
11.滑套下接头，所述滑套下接头与外套下端螺纹连接，所述滑套下接头的上端设有导向坡面。
12.优选的，所述打开工具包括：
13.工具上接头，所述工具上接头的外表面设有用于与内滑套内壁密封的第二密封件，所述工具上接头的上端设有用于密封内腔的可溶球；
14.中心管，所述中心管与工具上接头螺纹连接，所述中心管的外壁活动安装有与滑块凹槽相配合的开启滑块，所述中心管与开启滑块之间还设有用于开启滑块径向伸缩的弹簧；所述开启滑块的上下端分别设有倾斜面，所述开启滑块的下端倾斜面与滑套下接头的导向坡面相配合；
15.工具下接头，所述工具下接头设置在中心管的下端。
16.优选的，所述开启凹槽为多个，并呈360
°
螺旋分布在内滑套的下部，所述开启凹槽与内滑套轴线具有倾斜角α，所述倾斜角α为0
‑
60
°
。
17.优选的，所述工具下接头与工具上接头和中心管之间形成用于对开启滑块进行径向限位的限位凹槽。
18.优选的，所述限位凹槽为多个，分别与开启凹槽相对应。
19.优选的，所述第一密封件为多个，所述第一密封件为橡胶密封圈，分别设置在喷砂
孔、剪切销钉及定位件之间。
20.优选的，所述第二密封件也为多个，所述第二密封件为橡胶密封圈。
21.优选的，所述每个开启滑块与中心管之间的弹簧为2
‑
6个，所述开启滑块与中心管之间设有用于开启滑块伸缩的伸缩空间。
22.优选的，所述导向开口呈锥形。
23.优选的，所述定位件为弹性定位件，所述打开工具为可溶解金属材质制成。
24.本实用新型与现有技术相比较，具有以下优点：
25.（1）本发明全通径无限级压裂完井组件中的压裂完井滑套与打开工具的滑块与凹槽的配合具有唯一性，可实现任意定点打开；
26.（2）压裂完井滑套与打开工具这种滑块与凹槽的配合具有多种序列组合，保证分段压裂级数不受限制；
27.（3）压裂完井滑套为等通径设计，不存在级差，压裂分级数量不受限制，满足大排量、大规模压裂施工需求；
28.（4）压裂完井滑套与打开工具完全配合，且具有脱开功能，实现多簇完全规格压裂完井滑套一匙多开，满足连续快速、大规模、多级多簇的压裂施工需求，提高压裂效率；
29.（5）该组件中的打开工具压后可溶解，保证压裂完井滑套全通径，无需钻塞、打捞，工艺简便、安全可靠；
30.（6）压后，可通过专用液控开关工具选择性关闭任意压裂完井滑套，满足选择性控水生产或二次压裂施工需求。
附图说明
31.图1是本实用新型压裂完井滑套的结构示意图；
32.图2是本实用新型开启凹槽展开的示意图；
33.图3是图2的局部放大示意图；
34.图4是本实用新型打开工具的结构示意图；
35.图5是本实用新型中开启滑块的俯视示意图；
36.图6是打开工具与压裂完井滑套配合未打开喷砂孔的状态图；
37.图7是打开工具与压裂完井滑套配合打开喷砂孔的状态图；
38.图中：3
‑
1、外套；3
‑
2、关闭凹槽；3
‑
3、内滑套；3
‑
4、喷砂孔；3
‑
5、剪切销钉；3
‑
6、定位件；3
‑
7、开启凹槽；3
‑
8、定位槽；3
‑
9、第一密封件；3
‑
10、滑套下接头、3
‑
11、滑块凹槽；3
‑
13、导向开口；13
‑
1、可溶球；13
‑
2、工具上接头；13
‑
3、第二密封件；13
‑
4、中心管；13
‑
5、弹簧；13
‑
6、开启滑块；13
‑
9、工具下接头。
具体实施方式
39.下面是结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
40.实施例一
41.参照图1
‑
图7所示，一匙多开式全通径无限级压裂完井组件，包括压裂完井滑套和用于开启压裂完井滑套的打开工具。其中，压裂完井滑套包括固定的外套3
‑
1和通过剪切销钉3
‑
5连接在外套3
‑
1内壁上的内滑套3
‑
3，外套3
‑
1与内滑套3
‑
3之间还设置有定位件3
‑
6。
其中，在外套3
‑
1上设置有与内腔连通的喷砂孔3
‑
4（6
‑
10个均布）和2个定位槽3
‑
8，在内滑套3
‑
3上部设置有关闭凹槽3
‑
2，下部设置有开启凹槽3
‑
7，中间设有多个密封件3
‑
9。外套3
‑
1和滑套下接头3
‑
10通过螺纹连接。定位件3
‑
6为弹性体（可为弹性片或弹性环）嵌入定位槽3
‑
8中。
42.当外套3
‑
1与内滑套3
‑
3通过剪切销钉3
‑
5连接在一起时，内滑套3
‑
3的外壁用于封闭喷砂孔3
‑
4，此时喷砂孔3
‑
4处于封闭状态。
43.在外套3
‑
1与内滑套3
‑
3之间还设有多个第一密封件3
‑
9，通过第一密封件3
‑
9可使内滑套3
‑
3相对于外套3
‑
1滑动时处于密封状态。
44.在滑套下接头3
‑
10的上端设有导向坡面，外套3
‑
1内设有用于内滑套3
‑
3移动时将喷砂孔3
‑
4打开的内滑套容置腔，其中一个定位槽3
‑
8位于内滑套容置腔内。当剪断剪切销钉3
‑
5后，内滑套3
‑
3下移至内滑套容置腔内，并通过定位件3
‑
6进入内滑套容置腔内的定位槽3
‑
8进行定位，此时喷砂孔3
‑
4处于开启状态。
45.打开工具包括：可溶球13
‑
1、工具上接头13
‑
2、第二密封件13
‑
3、中心管13
‑
4、弹簧13
‑
5、开启滑块13
‑
6和工具下接头13
‑
9。
46.其中，第二密封件13
‑
3设置在工具上接头13
‑
2的外表面，工具上接头13
‑
2的上端设置用于密封内腔的可溶球13
‑
1。
47.中心管13
‑
4与工具上接头13
‑
2螺纹连接，中心管13
‑
4的外壁活动安装有与开启凹槽3
‑
7相配合的开启滑块13
‑
6，中心管13
‑
4外壁上还设有用于开启滑块13
‑
6径向伸缩的弹簧13
‑
5；工具下接头13
‑
9的上端与中心管13
‑
4下端螺纹连接在一起，工具上接头13
‑
2下端与工具下接头13
‑
9和中心管13
‑
4的外表面形成用于对开启滑块13
‑
6进行径向限位的限位凹槽。开启凹槽3
‑
7包括导向开口3
‑
13和与导向开口3
‑
13连接的滑块凹槽3
‑
11，开启滑块13
‑
6与滑块凹槽3
‑
11相匹配，当打开工具与压裂完井滑套完全相匹配时，开启滑块13
‑
6经导向开口3
‑
13导向进入滑块凹槽3
‑
11；开启滑块13
‑
6的上下端分别设有倾斜面，而且开启滑块13
‑
6的下端倾斜面与滑套下接头3
‑
10的导向坡面相配合，这样可使开启滑块13
‑
6与滑块凹槽3
‑
11脱开，打开工具进入下一簇完全匹配的压裂完井滑套内，完成同上开启滑套步骤，实现一匙多开动作。
48.工作原理具体如下：
49.当进行压裂施工时，投送打开工具，通过泵送进入初始状态的压裂完井滑套（初始状态为内滑套3
‑
3关闭喷砂孔3
‑
4的状态）。
50.①
当打开工具与压裂完井滑套不匹配时，即开启滑块13
‑
6的形状和尺寸与开启凹槽3
‑
7的形状和尺寸不匹配就不能实现打开动作，这时，开启滑块13
‑
6始终处于压缩状态并通过不匹配滑套，直至进入相应的匹配滑套。
51.②
当打开工具与压裂完井滑套相匹配时，开启滑块13
‑
6在未进入开启凹槽3
‑
7时处于压缩状态，当进入开启凹槽3
‑
7时，且开启凹槽3
‑
7的形状和尺寸均与打开工具的开启滑块13
‑
6形状和尺寸完全相匹配，开启滑块13
‑
6处于自由状态，并与滑块凹槽3
‑
11锁紧。此时，可溶球13
‑
1密封打开工具内腔，第二密封件13
‑
3与内滑套3
‑
3为过盈密封状态，内滑套3
‑
3内通道完全密封；在液压作用下套管内憋压至预设定压力时，剪断压裂完井滑套上的剪切销钉3
‑
5，打开工具带动内滑套3
‑
3向下运动，定位件3
‑
6从定位槽3
‑
8中爬出，并处于压缩状态与内滑套3
‑
3继续下行进入下一个定位槽3
‑
8中，处于自由状态。至此，内滑套3
‑
3开启
到位，喷砂孔3
‑
4露出，压裂完井滑套处于完全打开状态，建立起压裂通道。此时的喷砂孔3
‑
4设有限流阀，处于限流状态，在一定泵送排量下，套管内仍有足够压力可推送打开工具进入下一簇压裂完井滑套，当该段多簇压裂完井滑套均全部打开准备压裂时，提高压裂排量至预设指标，可将喷砂孔3
‑
4上的限流阀完全打开，保证压裂施工的顺利进液。
52.③
当套管内继续打压，打开工具带动内滑套继续下行，工具下接头13
‑
9滑动到压裂完井滑套的滑套下接头3
‑
10左端部，并继续下行，进入滑套下接头3
‑
10内部，此时开启滑块13
‑
6的右端倾斜面与滑套下接头3
‑
10左端的导向坡面接触并被挤压，在套管泵送压力的作用下，使开启滑块13
‑
6从滑块凹槽3
‑
11中爬出，打开工具逐渐与内滑套3
‑
3脱开，内滑套3
‑
3位于内滑套容置腔内到位不再下行，外套3
‑
1下部的定位槽3
‑
8处有一定的行程余量，定位件3
‑
6不会从定位槽3
‑
8中爬出。
53.④
打开工具在液压作用下继续下行，进入下一簇与之相匹配的压裂完井滑套内，继续进行
②
、
③
动作，将相应的与之相匹配的压裂完井滑套完全打开，建立起压裂通道，直至打开工具进入最后一簇与之相匹配的压裂完井滑套完成开启内滑套3
‑
3动作后，与内滑套3
‑
3锁紧不再下行，此时，完成全部一级多簇的压裂完井滑套的“一匙多开”动作。
54.本发明的压裂完井滑套上开启凹槽3
‑
7上的c、d、α参数与打开工具的开启滑块13
‑
6上的c’、d’、α’匹配参数需全部一一对应才能实现内滑套3
‑
3的打开动作，且打开工具上的c’、d’、α’参数可与多个完全相同的压裂完井滑套上的c、d、α参数相匹配。
55.本发明中完全相同的多个压裂完井滑套上的c、d、α参数应当设置成能使该类滑套所有参数辨认出与该类滑套一一配合的对应的打开工具上的c’、d’、α’全部参数。当多个压裂完井滑套上开启凹槽3
‑
7与打开工具结构完全配合时，开启滑块13
‑
6会在弹力作用下挤入多个压裂完井滑套上的开启凹槽3
‑
7内，使两个相应的工具结合在一起完成打开动作，从而实现任意定点打开多簇压裂完井滑套。由此实现一级多簇压裂完井滑套的“一匙多开”的操作动作。其中，“一级多簇”为多级分段压裂时，一段中有多个完全相同参数的压裂完井滑套组成。
56.本发明的完全相同的多个压裂完井滑套上的c、d、α参数与对应的打开工具上的c’、d’、α’参数可对应的任意变化组合，只要能完全匹配，即可实现一匙多开的全通径无限级压裂完井滑套组合。
57.实施例二
58.作为本实用新型的优选实施例，其结构与实施例一基本相同，不同之处在于，开启凹槽3
‑
7为多个，并呈360
°
螺旋分布在内滑套的3
‑
3下部，且开启凹槽3
‑
7与内滑套3
‑
3的轴线可有倾斜角α，倾斜角α为0
‑
60
°
。即开启凹槽3
‑
7与内滑套3
‑
3内壁可倾斜设置，这样可增加多种序列组合。
59.在工具下接头13
‑
9与工具上接头13
‑
2和中心管13
‑
4之间形成用于对开启滑块13
‑
6进行径向限位的限位凹槽，其中限位凹槽为多个，与螺旋分布的开启凹槽3
‑
7相对应。
60.另外，导向开口3
‑
13呈锥形。这样便于开启滑块13
‑
6进入滑块凹槽3
‑
11内。
61.实施例三
62.与实施例一基本相同，不同之处在于，第一密封件3
‑
9为多个，第一密封件3
‑
9和第二密封件13
‑
3为橡胶密封圈，第一密封件3
‑
9分别设置在喷砂孔3
‑
4、剪切销钉3
‑
5及定位件3
‑
6之间。第二密封件13
‑
3也为多个，第二密封件13
‑
3为橡胶密封圈。通过第一密封件3
‑
9和
第二密封件13
‑
3能分别实现内滑套3
‑
3和打开工具在滑动过程中呈密封状态。
63.实施例四
64.与实施例一基本相同，不同之处在于，每个开启滑块13
‑
6与中心管13
‑
4之间的弹簧13
‑
5为2
‑
6个，开启滑块13
‑
6与中心管13
‑
4之间设有用于开启滑块13
‑
6伸缩的伸缩空间。通过将弹簧13
‑
5设置为2
‑
6个，能起到更好的平衡稳定作用，保证开启滑块13
‑
6的伸缩及开启载荷的稳定性。
65.实施例五
66.基本与实施例一相同，不同之处在于，上述的打开工具为可溶解金属材质制成。各个实施例中的定位件3
‑
6为弹性定位件。
67.压裂施工完成后，打开工具根据预设时间可完全溶解，形成全通径压裂完井井筒。
68.另外，在内滑套内壁上还设有关闭凹槽3
‑
2，后期根据生产需求，需要进行选择性生产或者二次压裂时，可使用配接专用液控关闭工具的专用关闭管柱至需要关闭的压裂完井滑套内，通过液压开启锁爪，使其与内滑套3
‑
3锁紧，上提专用关闭管柱带动内滑套3
‑
3上行，将外套3
‑
1上的喷砂孔3
‑
4关闭，实现选择性关闭任意压裂完井滑套。如再次定点开启压裂完井滑套时，可选用与定点压裂完井滑套相匹配的打开工具，重复实施例一，完成开启动作。
69.本实用新型并不限于上述的实施方式，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化，变化后的内容仍属于本实用新型的保护范围。