一种具备控水功能的压差式滑套的制作方法

1.本发明涉及一种具备控水功能的压差式滑套，本发明属于石油完井及生产技术领域。


背景技术：

2.在油气田勘探开发过程中，压裂技术是实现油气田的增产的重要技术手段，对于致密性油气田而言，压裂技术是一种不可缺少的技术手段，压差式滑套是实现第一级的压裂作业必备部件，通过地面泵入高压流体，使得压差滑套在压力差的作用下滑动打开，建立地层与井筒的连接通道。
3.现在大部分油田已经整体进入特高含水期，稳油控水的形势非常严峻。水平井后期控水难度大，由于受“跟趾效应”、储层非均质性、储层各向异性和天然裂缝等因素影响，长水平井的生产剖面难以持续、均衡推进，将在油井的跟端处、高渗层段和裂缝处过早见水/气，形成快速通道，抑制其他位置的产油量，容易产生较严重的跟端效应和不均衡供液现象，导致水平井段存在低效段，不能有效充分动用，影响油田的采收率。
4.目前生产中压裂作业和控水采油作业一般是通过两趟管柱完成，由两种工具来实现的。现有压差式滑套不具备控水功能，作为实现第一级的压裂作业必备部件，其作用仅是建立地层与井筒的连接通道，而且压差式滑套打开之后不可关闭，无法对地层流体流入井筒的流量进行控制。


技术实现要素：

5.针对现有技术中所存在的上述技术问题，本发明提出了一种具备控水功能的压差式滑套，可以一趟管柱完成压裂作业，同时实现生产管柱的智能化控水功能，不需要额外的管柱下入，可大大节省管柱作业成本和工具成本。
6.本发明提出了一种具备控水功能的压差式滑套，包括：
7.筒形的滑套外筒，所述滑套外筒的外壁上设置有压裂孔和的控水阀；以及
8.设置在所述滑套外筒内的滑套内筒，所述滑套内筒包括可分离式连接的开关内筒和液压内筒；
9.在初始状态时，所述开关内筒封堵所述压裂孔和所述控水阀；在压裂作业时，所述开关内筒封堵所述控水阀，开启所述压裂孔；在稳油控水时，所述开关内筒封堵所述压裂孔，开启所述控水阀。
10.本发明的进一步改进在于，所述开关内筒的侧壁上设置有第一卡簧，所述液压内筒的侧壁上设置有第二卡簧；所述滑套外套上设置有与所述第一卡簧相配合的第一卡簧定位槽和第三卡簧定位槽，以及与所述第二卡簧配合的第二卡簧定位槽；
11.其中，在初始状态时，所述第一卡簧卡接在所述第一卡簧定位槽内，所述开关内筒处于第一位置；在压裂作业时，所述第二卡簧卡接在所述第二卡簧定位槽内，所述开关内筒处于第二位置；在稳油控水时，所述第一卡簧卡接在所述第三卡簧定位槽内，所述开关内筒
处于第三位置。
12.本发明的进一步改进在于，所述开关内筒处在所述第一位置时，所述液压内筒通过第一剪钉与所述滑套外筒相连，所述开关内筒通过第二剪钉与所述液压内筒相连。
13.本发明的进一步改进在于，所述压裂孔设置在所述滑套外筒的上部，所述压裂孔的下方设置有控水通孔，所述控水阀安装在所述控水通孔内；
14.所述第一卡簧定位槽设置在所述滑套外筒的中部，所述第二卡簧定位槽设置在所述滑套外筒的下部，所述第三卡簧定位槽设置在所述第一卡簧定位槽的上方。
15.本发明的进一步改进在于，所述滑套内筒的上端与所述滑套外筒之间形成压力端面，所述压力端面的上方和下方形成压力差，所述压力差达到一定值时，所述第一剪钉被剪断。
16.本发明的进一步改进在于，所述开关内筒上设置有与开关工具相配合的爪状连接件，所述开关工具卡接在所述爪状连接件时，与所述开关内筒相连；
17.上提所述开关工具时，上提的力达到一定值时所述第二剪钉被剪断；所述开关内筒与所述液压内筒分离，并随所述开关工具移动到所述第三位置。
18.本发明的进一步改进在于，所述开关内筒和所述滑套外筒的接触面的上部和下部均设置有密封件。
19.本发明的进一步改进在于，所述滑套外筒的上端设置有上接头。
20.本发明的进一步改进在于，所述控水阀包括柱状的外壳，所述外壳的中部设置有腔体，并且外壳的一侧面设置有流体入口，另一侧面设置有流体出口；所述腔体内设置有自由浮动盘，所述自由浮动盘根据流体的速度和粘度调节与所述流体入口的距离；
21.其中，速度大、粘度低的流体流入时，所述自由浮动盘与所述流体入口的距离减小，抑制流体流入；速度小、粘度大的流体流入时，所述自由浮动盘与所述流体入口的距离增大，促进流体流入。
22.本发明的进一步改进在于，所述外壳包括相对设置的第一阀体和第二阀体，所述第一阀体包括第一板面和第一侧边；所述第二阀体包括第二板面和第二侧边；
23.其中，所述流体入口设置在所述第一板面上，所述流体出口设置在所述第二板面上。
24.本发明的进一步改进在于，所述第二板面上设置有支撑件，所述支撑件支撑所述自由浮动盘，使所述自由浮动盘与所述第二板面之间具有一定的距离。
25.本发明的进一步改进在于，所述流体入口设置在所述第一板面的中心，所述流体出口设置在所述第二板面上所述支撑件的外环。
26.本发明的进一步改进在于，所述第一侧边的内侧面与所述第二侧边的外侧面套接，并且所述第一侧边的内侧面上设置有密封所述第一侧边和所述第二侧边的密封件。
27.与现有技术相比，本发明的优点在于：
28.本发明的一种具备控水功能的压差式滑套，该压差式滑套同时具备压裂和控水两种功能，滑套通过压差打开，并且可以关闭；可以提供井筒与地层流体的两个通道，一个压裂孔，该通道压裂完成后可以关闭；一个控水阀，用于稳油控水，提高油藏采收率。可有效解决水或气锥进问题，尤其是应用于含水量高的区块时，可以将大部分水阻隔在地层中，提高其他层段的产出量，从而提高整个井筒的采收率。
29.本发明的一种具备控水功能的压差式滑套中，控水阀可以根据不同的流体性质，自动调整流道大小，具有智能化控水、增油特性，可有效解决油井高含水问题，提高油藏采收率。速度大、粘度低的流体流入时，所述自由浮动盘与所述流体入口的距离减小，抑制流体流入；速度小、粘度大的流体流入时，所述自由浮动盘与所述流体入口的距离增大，促进流体流入。
附图说明
30.下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：
31.图1所示为本发明的一个实施例的具备控水功能的压差式滑套的结构示意图，显示了初始状态的结构；
32.图2所示为本发明的一个实施例的具备控水功能的压差式滑套的结构示意图，显示了压裂作业时的结构；
33.图3所示为本发明的一个实施例的具备控水功能的压差式滑套的结构示意图，显示了稳油控水时的结构；
34.图4所示为本发明的一个实施例的控水阀的结构示意图；
35.图5所示为本发明的一个实施例的第一阀体的结构示意图；
36.图6所示为本发明的一个实施例的第二阀体的结构示意图。
37.附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
38.在附图中各附图标记的含义如下：1、滑套外筒，2、滑套内筒，3、控水阀，11、压裂孔，12、第一卡簧定位槽，13、第二卡簧定位槽，14、第三卡簧定位槽，15、第一剪钉，16、上接头，21、开关内筒，22、液压内筒，211、第一卡簧，212、爪状连接件，213、压力端面，214、密封件，221、第二卡簧，222、第二剪钉，31、第一阀体，311、第一板面，312、第一侧边，313、流体入口，314、密封圈，32、第二阀体，321、第二板面，322、第二侧边，323、流体出口，324、支撑件，33、自由浮动盘。
具体实施方式
39.为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的示例性实施例进行进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。
40.图1示意性地显示了根据本发明的一个实施例的一种具备控水功能的压差式滑套，其包括滑套外筒1。滑套外筒1为圆筒形的结构。滑套外筒1上设置有压裂孔11和控水阀3。压裂孔11沿径向设置在滑套外筒1的侧壁上，多个压裂孔11设置一周，其用于压裂作业。控水阀3设置在滑套外筒1的侧壁上，控水阀3是单项阀，其流入方向是从滑套外筒1的内侧流到滑套外筒1的外侧。
41.在使用根据本实施例所述的具备控水功能的压差式滑套时，在入井时，如图1所示，开关内筒21处于初始状态，整个滑套外筒1处于贯通的状态；在压裂作业时，如图2所示，移动开关内筒21封堵所述控水阀3，开启所述压裂孔11；在稳油控水时，如图3所示，所述开关内筒21封堵所述压裂孔11，开启所述控水阀3。
42.在一个实施例中，如图1所示，所述开关内筒21的侧壁上设置有第一卡簧211，第一卡簧211设置在开关内筒21的外壁上。滑套外筒1的内壁上设置有第一卡簧定位槽12和第三卡簧定位槽14。所述第一卡簧211可以选择性地卡接在第一卡簧定位槽12或第三卡簧定位槽14内。这里的选择性地卡接是指不同的状态下选择其中一个定位卡槽进行卡接，例如，初始状态时，第一卡簧211卡接在第一卡簧定位槽12内，稳油控水时，第一卡簧211卡接在第三卡簧定位槽14内。液压内筒22的侧壁上设置有第二卡簧221，所述滑套外筒1的内壁上还设置有第二卡簧定位槽13。
43.在根据本实施例所述的具备控水功能的压差式滑套中，在初始状态时，所述第一卡簧211卡接在所述第一卡簧定位槽12内，所述滑套内筒2处于第一位置；在压裂作业时，所述第二卡簧221卡接在所述第二卡簧定位槽13内，所述滑套内筒2处于第二位置；在稳油控水时，所述第一卡簧211卡接在所述第三卡簧定位槽14内，所述滑套内筒2处于第三位置。
44.在一个优选的实施例中，所述开关内筒21处在所述第一位置时，所述液压内筒22通过第一剪钉15与所述滑套外筒1相连，所述开关内筒21通过第二剪钉222与所述液压内筒22相连。
45.在使用根据本实施例所述的具备控水功能的压差式滑套时，初始状态时，开关内筒21处于第一位置。滑套外筒1和滑套内筒2之间通过第一剪钉15相连，避免两者之间相互滑动。滑套内筒2中，开关内筒21和液压内筒22通过第二剪钉222相连，使滑套内筒2在初始状态时为一个整体。
46.在一个实施例中，在一个实施例中，压裂孔11设置在控水阀3的上方，两者之间具有一定的距离。在所述滑套外筒1上设置有控水通孔，控水筒体设置在所述压裂孔11的下方，所述控水阀3安装在所述控水通孔内。第一卡簧定位槽12设置在滑套外筒1的中部，第二卡簧定位槽13设置在第一卡簧定位槽12的下方，第三卡簧定位槽14设置在第一卡簧定位槽12的上方。在第一位置时，第一卡簧211卡接在第一卡簧定位槽12内，开关内筒21处于中部的位置；在第二位置时，第二卡簧221卡接在第二卡簧定位槽13内，开关内筒21处于下部的位置；在第三位置时，第一卡簧211卡接在第三卡簧定位槽14内，开关内筒21和液压内筒22分离，第二卡簧221仍旧卡接在第二卡簧定位槽13内，开关内筒21处于上部的位置。
47.在根据本实施例所述的具备控水功能的压差式滑套中，所述开关内筒21处于第一位置时封堵所述压裂孔11和所述控水阀3，所述开关内筒21处于第二位置时封堵所述控水阀3，并位于所述压裂孔11的下方，处于第三位置时封堵所述压裂孔11，并位于所述控水阀3的上方。
48.在一个实施例中，所述滑套内筒2的上端与所述滑套外筒1之间形成压力端面213，压裂液进入本实施例所述的具备控水功能的压差式滑套时，所述压力端面213的上方和下方形成压力差，所述压力差达到一定值时，所述第一剪钉15被剪断。这时，在压力的作用下，第一卡簧211从第一卡簧定位槽12内滑出；滑套内筒2整体向下移动。当第二卡簧221移动到第二卡簧定位槽13的位置时停止。
49.在使用根据本实施例所述的具备控水功能的压差式滑套时，下入井下后，通入压裂液，压裂液在压力端面213的上下形成压力差，为压力端面213提供一个向下的推力。当压力增大到一定值时，第一剪钉15被剪断，在压力的作用下所述滑套内筒2向下移动。当滑套内筒2的液压内筒22移动到最下端时，第二卡簧221卡接在第二卡簧定位槽13内，从而停止
移动，开关内筒21处于第二位置。开关内筒21从第一位置移动到第二位置的过程中，位于上部的压裂孔11逐渐露出来，通过压裂孔11进行压裂作业。
50.在一个实施例中，所述开关内筒21的内壁上设置有爪状连接件212，爪状连接件212用于与开关工具进行卡接。在压裂作业结束后，在地面下入开关工具，开关卡接在所述爪状连接件212时，与所述开关内筒21相连。
51.在压裂作业完成后，通过下入开关工具与开关内筒21相连，上提开关工具能够使所述开关内筒21和所述液压内筒22分离，当上提的力大于第二剪钉222的剪切力时，开关内筒21和液压内筒22分离。之后，在开关工具的拉力下开关内筒21从第二位置移动到第三位置，并在移动过程中逐渐遮挡压裂孔11，并露出控水阀3，从而进行稳油控水作业。
52.在一个实施例中，所述开关内筒21和所述滑套外筒1的接触面的上部和下部均设置有密封件214。在第一位置时，开关内筒21上下的两个密封件214能够密封开关内筒21与滑套外筒1的接触面，密封压裂孔11和控水阀3。优选地，所述液压内筒22和所述滑套外筒1的接触面的上部和下部也设置有密封件214。
53.在一个实施例中，所述滑套外筒1的上端设置有上接头16。上接头16和滑套外筒1之间通过螺纹相连，通过上接头16连接上游组件。
54.在一个实施例中，所述一种控水阀3包括外壳。外壳为柱状的结构，外壳为空心的结构，其中部设置有腔体。外壳的一侧面上设置有流体入口323313，另一侧面设置有流体出口。流体从流体入口323313进入到外壳内，经过腔体后通过流体出口流出。在本实施例中，所述控水阀3还包括自由浮动盘33，自由浮动盘33设置在腔体内，并且与腔体不相连，能够在腔体内自由移动。所述自由浮动盘33根据流体的速度和粘度调节与所述流体入口323313的距离。流体的速度和粘度通常是由流体中气体和液体的比例决定的，含水率较大、含气率较小的流体速度小、粘度大；含水率较小、含气率较大的流体速度大、粘度小。
55.其中，速度大、粘度低的流体流入时，所述自由浮动盘33与所述流体入口323313的距离减小，抑制流体流入；速度小、粘度大的流体流入时，所述自由浮动盘33与所述流体入口323313113的距离增大，促进流体流入。
56.在一个实施例中，所述外壳包括相对设置的第一阀体31和第二阀体32。所述第一阀体31包括第一板面311和第一侧边312，第一板面311优选为圆形的结构，第一侧边312为圆筒形的结构，第一板面311的边缘连接在所述第一侧边312。第一侧边312上远离第一板面311的一端形成开口。第二阀体32的结构与第一阀体31的结构相似，第二阀体32包括第二板面321和第二侧边322。第二板面321为圆形结构，第二侧边322为圆筒形的结构，第二板面321和第二侧边322的直径稍小于第一板面311和第一侧边312的直径。第二板面321的边缘连接所述第二侧边322。第二侧边322上远离第二板面321的一端形成开口。在本实施例中，第一阀体31和第二阀体32相对设置，指的是第一阀体31和第二阀体32的开口相对。
57.在如图4所示的实施例中，第一阀体31和第二阀体32插接相连，第二阀体32插接在所述第一阀体31内。第一侧边312和第二侧边322相连，由于第一侧边312和第二侧边322的支撑，使第一板面311和第二板面321之间具有一定的距离，从而形成腔体。在本实施例中，如图5所示，所述流体入口323313设置在所述第一板面311上，所述流体出口设置在所述第二板面321上。
58.在根据本实施例所述的具备控水功能的压差式滑套中，智能控水装置的外壳包括
第一阀体31和第二阀体32，通过分体式的方式，便于组装或拆卸。其中，第一阀体31和第二阀体32可以是焊接的，也可以是通过螺纹连接等可拆卸的连接方式。
59.在一个实施例中，如图6所示，所述第二板面321上设置有支撑件324，支撑件324设置第二板面321上朝向第一阀体31的一侧，并位于腔体内。所述支撑件324支撑所述自由浮动盘33，使所述自由浮动盘33与所述第二板面321之间具有一定的最小距离。自由浮动盘33移动到贴靠在第二板面321一侧时，也与第二板面321具有一定的距离。其中，支撑件324可以是若干相互分离的柱状的结构，也可以是环形的整体。
60.在根据本实施例所述的具备控水功能的压差式滑套中，所述支撑件324支撑所述自由浮动盘33，能够保证自由浮动盘33和第二板面321之间具有一定的距离，一方面避免自由浮动盘33堵塞流体出口，另一方面自由浮动盘33和第二板面321之间的空间能够为自由浮动盘33提供一定的举升力。流体的速度越大，自由浮动盘33和第二板面321之间的压力越大大，举升力也越大，使自由浮动盘33向第一板面311方向移动，从而减小自由浮动盘33和第一板面311之间的距离，抑制流体流入。流体的速度越小，自由浮动盘33和第二板面321之间的压力越小，举升力越小，使自由浮动盘33向第二板面321方向移动，从而增大自由浮动盘33和第一板面311之间的距离，促进流体流入。
61.在一个实施例，所述流体入口323313设置在所述第一板面311的中心，所述流体出口设置在所述第二板面321上所述支撑件324的外环。支撑件324设置在第二板面321的中心，流体出口设置在靠近第二板面321的边缘的位置。流体出口设置在所述支撑环外侧，防止支撑环阻挡流体流动从而影响流体通过流体出口排出。
62.在一个实施例中，所述第一侧边312的内侧面与第二侧边322的外侧面套接，第一侧边312的内侧面上设置有一周密封凹槽，密封凹槽内设置有一圈密封圈314，密封圈314密封所述第一侧边312和第二侧边322之间的接触面。
63.在根据本实施例所述的具备控水功能的压差式滑套中，由于流体的含水率不同，造成流体的粘度、速度及密度等物理性质不同。不同物理性质的流体经过所述的控水阀3产生的流量也不同。
64.当含气率较高、含水率较低的流体通过时，由于流体的粘度较低、流速快，在自由浮动盘33的流体进入方向产生高速低压，而在自由浮动盘33与第二阀体32之间形成一个使自由浮动盘33往流体进入方向的一个举升力，该力使浮动盘向流体入口323313方向运动。这样，第一阀体31的内侧面端与自由浮动盘33靠近流体入口323313侧之间的空间减小，即自由浮动盘33的开度变小，导致第一阀体31和自由浮动盘33之间的流道变小，流体通过第一阀体31和自由浮动盘33的流量减小，从而达到减小或抑制流体流出的效果，减少或阻止该流体通过流道到达出口。
65.当含气率较低、含水率较高的流体通过时，由于流体的粘度较高、流速慢，在自由浮动盘33的流体进入方向产生低速高压，在高压的作用下，流体会向自由浮动盘33提供一个压力，从而使自由浮动盘33朝向第二阀体32一侧移动。这样，第一板面311与自由浮动盘33之间的距离增大，自由浮动盘33的开度变大，第一阀体31和自由浮动盘33之间的流道变大，流体通过第一阀体31和自由浮动盘33的流量减大，从而达到增大或促进流体流出的效果。
66.本实施例中，所述的控水阀3应用于含水量高的区块时，可以将大部分水阻隔在地
层中，提高其他层段的产出量，从而提高整个井筒的采收率。当发生气侵时，由于气的粘度更低，自由浮动盘33几乎完全关闭第一阀体31和自由浮动盘33之间的流道，抑制气体进入井筒。因此，本实施例所述控水阀3具有主动式控水/气、增油的效果，可以大大提高油藏采收率。
67.在使用根据本实施例所述的具备控水功能的压差式滑套时，在处于入井状态时，滑套内筒2是由开关内筒21和液压内筒22连接的一个整体，开关内筒21与液压内筒22通过第二剪钉222相连，同时滑套内筒2与滑套外筒1通过第一剪钉15相连。开关内筒21处于第一位置，第一卡簧211卡接在第一卡簧定位槽12内。开关内筒21遮挡并密封所述压裂孔11和所述控水阀3，开关内筒21的上下两端设置有密封件214，能够密封压裂孔11和控水阀3。压裂孔11和控水阀3处于关闭的状态，整个压差式滑套是整体密封的管柱。
68.当本实施例所述滑套下入到设计位置时，开始实施压裂作业。开始压裂作业时，本实施例所述滑套内的高压流体憋压，在开关内筒21的压力端面213与滑套外筒1处形成一定的压力差，当该压力差达到液压内筒22与滑套外通连接的第一剪钉15的剪切压力时，第一剪钉15剪断。在压力的作用下，滑套内筒2以及其外壁上的第二卡簧221整体往下移动，直到移动到第二卡簧221卡接在第二卡簧定位槽13内时，压裂孔11完全暴露出来，滑套与底层的第一个流通通道打开，开始第一级压裂，井筒压裂液进入地层。
69.在压裂作业完成后，下入开关工具，使开关工具与开关内筒21相连。上提开关工具，当上提的力大于第二剪钉222的剪切压力时，第二剪钉222就会剪断，开关内筒21及其上的第一卡簧211随开关工具向上移动，当第一卡簧211移动到第三卡簧定位槽14的位置时，开关内筒21处于第三位置的状态。
70.此时，滑套外筒1上的控水阀3露出，建立了地层与井筒的第二流体通道，地层流体通过控水阀3进入井筒。根据油藏特点及地层压力等不同，控水阀3可以设计成不同的流道结构，用于采油控水，对水产生阻力，增加油的流入，减少水的流入。从而达到稳油控水的效果，提高油藏采收率。本装置可以有效接解决边底水锥进问题，尤其是应用于含水量高的区块时，可以将大部分水阻隔在地层中，提高其他层段的产出量，从而提高整个井筒的采收率。
71.尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。因此，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和/或修改，根据本发明的实施例作出的变更和/或修改都应涵盖在本发明的保护范围之内。