大级差压裂完井组件的制作方法

1.本发明属于油气设备技术领域，具体涉及一种大级差压裂完井组件。


背景技术：

2.目前，国内油气开采中，普遍采用较为成熟的“裸眼封隔器 逐级投球滑套”压裂管柱进行完井操作，采用不动管柱，利用滑套式喷砂射孔压裂工具进行套管射孔和压裂，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。通过在井口投入由小到大不同直径的密封球，来完成对各层级投球滑套的开启和压裂，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，结构复杂，稳定性有待提升，并且由于投球滑套的尺寸受投球尺寸、滑套强度要求等限制，分段压裂级数受限，无法适应更大深度的完井需求；而一味的通过提高滑套或密封球的进度来增大级数，会导致工具的容错率低，一旦滑套在作业过程中遭遇冲击发生稍微明显的扩径，就有可能会造成密封球在相应层级憋压失败等问题，增加完井的风险和最终成本，因此，通过增加球级和精度控制的方式来提高分段数量、增大适应井深的方式已经接近于极限。
3.申请号为2019106201153，名称为《一种井下滑套开关器计数机构》，公开了一种井下滑套开关器计数机构，与开关器连接，所述开关器，包括执行机构，所述执行机构用于打开目的压裂层的所述滑套；包括旋转位移计数机构及驱动机构；在所述开关器通过每一级所述滑套的凸台时，所述旋转位移计数机构，用于产生固定距离的直线位移量；所述位移量及所述目的压裂层的层数，用于计算并预设所述旋转位移计数机构的总位移量；所述旋转位移计数机构将预设的所述总位移量执行完毕，用于触发所述开关器的执行机构；所述驱动机构，用于驱动所述旋转位移计数机构产生所述固定距离的所述直线位移量；解决现有井下滑套开关器因不具备计数功能导致开关器种类繁多，通用性差的问题。但是，该开关器计数机构结构复杂，滑套开关器经过一个滑套，旋转位移计数机构的棘轮轴旋转，棘轮套向下旋转运动一定距离来实现滑套开关器的计数，容易出现误差的积累，对于精度和级差的控制难度大。
4.有鉴于此，有必要提出一种操作简便、结构稳定、对滑套尺寸精度要求低、能够实现更多层级压裂操作的压裂完井组件。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种稳定性强，不容易出现累计误差，不同组之间的完井组件内径差距大，容错性好，可满足大井深需求的大级差压裂完井组件。
6.为了解决上述技术问题，本发明公开了一种大级差压裂完井组件，包括滑套组件和开关器，所述开关器包括筒状的壳体，壳体内设有棘轮机构，棘轮机构包括与壳体共轴的棘轮和固定于壳体内壁上的棘爪，壳体外套设有用于打开滑套的弹性环，弹性环上设有用于为弹性环提供收缩空间的缺口；所述壳体上设有一环形的容纳槽，弹性环卡止于容纳槽
内，容纳槽上均匀设有2-4个开口，开口内设有用于推动棘轮单向转动的推杆，推杆一端与弹性环内壁铰接，另一端插入到棘轮的两齿之间；推杆与弹性环铰接处设有扭力弹簧；所述弹性环外侧下部为卡止面，卡止面为直径由上到下逐渐减小的圆锥面或球面；所述滑套组件包括外筒和设置在外筒内的滑套；滑套上端为球座部，球座部内侧为与卡止面相适应的圆锥面或球面；外筒上部设有喷砂孔，外筒和滑套间通过销钉固定；所述弹性环在松弛状态下直径大于其所对应的滑套的最小内径；所述壳体内壁上设有第一限位柱，棘轮上设有第二限位柱；弹性环在经过滑套时，卡止面先与球座部相接触；弹性环受滑套挤压变形而直径缩小，从而得以通过滑套，弹性环直径缩小时，带动推杆向棘轮切线方向移动，拨动棘轮转动一个齿位；弹性环通过滑套后恢复松弛状态，推杆在扭力弹簧作用下插入到下一个齿位。
7.优选的是，所述棘轮每旋转一个齿位，第二限位柱就和第一限位柱靠近一步，当开关器经过预定数量的滑套组件后，第一限位柱和第二限位柱相抵，棘轮不再转动，推杆被棘轮顶死而不再移动，弹性环不能够再收缩；此时弹性环的卡止面不可通过滑套，从而对该滑套形成封堵，憋压后销钉断裂，喷砂孔打开。
8.优选的是，所述滑套组件具有数量与棘轮的齿数相适配的多组，同一组滑套组件的滑套最小内径相同；不同组的滑套组件按照滑套最小内径沿油井通道由上到下降序布置。
9.优选的是，每组所述滑套组件具有一组与之相适应的开关器，一组开关器的数量与相应组的滑套组件数量相同，且同一组开关器的弹性环外径相同；同一组开关器的第一限位柱和第二限位柱之间的距离由上到下升序排列，压裂操作时，先投入第一限位柱和第二限位柱之间距离最大的开关器，开关器达到该组滑套组件中最下端的滑套组件并打开；以此类推，每一个开关器对应到达并开启一个相应的滑套组件。
10.优选的是，所述外筒下部内壁设有限位卡槽，滑套下部外壁上设有与限位卡槽相适配的限位凸起；初始状态下，滑套将喷砂孔封堵，开关器打开滑套时，销钉断裂，滑套下移，喷砂孔打开，限位凸起卡止在限位卡槽内形成固定。
11.优选的是，所述缺口为s型。
12.优选的是，所述壳体下部设有堵头，堵头直径不大于壳体直径，堵头下部为球面。
13.优选的是，所述弹性环包括外环和内环，内环采用高弹性材料，外环采用可溶性金属材料。
14.优选的是，所述棘轮上表面中心处加工有插槽；在插槽中放入工具拨动棘轮，以此来调整第一限位柱和第二限位柱之间的距离。
15.优选的是，所述壳体内壁上设有用以观察第一限位柱和第二限位柱之间距离的刻度。
16.本发明的大级差压裂完井组件，至少具有以下优点：1.多组滑套组件的设置，使滑套组件以较少的组数，即可满足大井深需求，对于当前技术水平，完全可以做到无限级压裂。
17.2.由于组数的减少，使得每组滑套组件之间的内径差距可以做的更大，大大消除由于滑套球座端面扩径等微小变形带来的不利影响，容错性好，对滑套的精度要求降低；3.每组滑套组件的内径相同，可大大简化生产工艺，降低生产成本。
18.4.开关器可有效消除累计误差，反排后可再次回收利用。
附图说明
19.图1为一种大级差压裂完井组件的结构示意图（通过滑套前）。
20.图2为图1中开关器的结构示意图。
21.图3为开关器的第一限位柱和第二限位柱相抵时的结构示意图。
22.图中标号为：1-滑套组件，11-外筒，111-喷砂孔，12-滑套，121-球座部，13-销钉，2-开关器，3-壳体，31-容纳槽，32-第一限位柱，33-堵头，4-棘轮机构，41-棘轮，411-插槽，42-棘爪，43-第二限位柱，5-弹性环，51-缺口，52-推杆，53-卡止面。
具体实施方式
23.下面通过实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
24.应当理解，本文所使用的诸如“具有”，“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
25.如图1-3所示，一种大级差压裂完井组件，包括滑套组件1和开关器2，所述开关器包括筒状的壳体3，壳体内设有棘轮机构4，棘轮机构包括与壳体共轴的棘轮41和固定于壳体内壁上的棘爪42，壳体外套设有用于打开滑套的弹性环5，弹性环上设有用于为弹性环提供收缩空间的缺口51；所述壳体上设有一环形的容纳槽31，弹性环卡止于容纳槽内，容纳槽上均匀设有2-4个开口，开口内设有用于推动棘轮单向转动的推杆52，推杆一端与弹性环内壁铰接，另一端插入到棘轮的两齿之间；推杆与弹性环铰接处设有扭力弹簧；所述弹性环外侧下部为卡止面53，卡止面为直径由上到下逐渐减小的圆锥面或球面；所述滑套组件包括外筒11和设置在外筒内的滑套12；滑套上端为球座部121，球座部内侧为与卡止面相适应的圆锥面或球面；外筒上部设有喷砂孔111，外筒和滑套间通过销钉13固定；所述弹性环在松弛状态下直径大于其所对应的滑套的最小内径；滑套组件可根据需要设置上下接头等。
26.所述壳体内壁上设有第一限位柱32，棘轮上设有第二限位柱43；弹性环在经过滑套时，卡止面先与球座部相接触；弹性环受滑套挤压变形而直径缩小，从而得以通过滑套，弹性环直径缩小时，带动推杆向棘轮切线方向移动，拨动棘轮转动一个齿位；弹性环通过滑套后恢复松弛状态，推杆在扭力弹簧作用下插入到下一个齿位。
27.所述棘轮每旋转一个齿位，第二限位柱就和第一限位柱靠近一步，当开关器经过预定数量的滑套组件后，第一限位柱和第二限位柱相抵，棘轮不再转动，推杆被棘轮顶死而不再移动，弹性环不能够再收缩；此时弹性环的卡止面不可通过滑套，从而对该滑套形成封堵，憋压后销钉断裂，喷砂孔打开。
28.所述滑套组件具有数量与棘轮的齿数相适配的多组，同一组滑套组件的滑套最小内径相同；不同组的滑套组件按照滑套最小内径沿油井通道由上到下降序布置。
29.每组所述滑套组件具有一组与之相适应的开关器，一组开关器的数量与相应组的滑套组件数量相同，且同一组开关器的弹性环外径相同；同一组开关器的第一限位柱和第二限位柱之间的距离由上到下升序排列，压裂操作时，先投入第一限位柱和第二限位柱之
间距离最大的开关器，开关器达到该组滑套组件中最下端的滑套组件并打开；以此类推，每一个开关器对应到达并开启一个相应的滑套组件。
30.所述外筒下部内壁设有限位卡槽，滑套下部外壁上设有与限位卡槽相适配的限位凸起；初始状态下，滑套将喷砂孔封堵，开关器打开滑套时，销钉断裂，滑套下移，喷砂孔打开，限位凸起卡止在限位卡槽内形成固定；通过限位卡槽对下滑后的滑套形成固定是目前较为实用的防止反排时滑套复位的手段。后期如需封闭某段油井，可下入专用工具对该段油井的滑套组件进行重新封闭。
31.所述缺口为s型。s型的缺口具有较好的密封效果，压裂时憋压效果更佳。
32.所述壳体下部设有堵头33，堵头直径不大于壳体直径，堵头下部为球面，下部为球面的堵头有利于开关器下行时引导通过滑套。堵头可设置为空心结构，以减小整体重量，有利于反排时顺利将开关器排出。
33.所述弹性环包括外环和内环，内环采用高弹性材料，外环采用可溶性金属材料。油井管道压裂完成后，采取进一步措施使外环崩坏消减或脱离内环，反排后对开关器进行回收，重新更换弹性环后即可再次投入使用，有利于降低成本。
34.所述棘轮上表面中心处加工有插槽411；在插槽中放入工具（螺丝刀等简单工具即可）拨动棘轮，以此来调整第一限位柱和第二限位柱之间的距离。此外，还可以不改变棘轮的初始位置，在壳体外壁上设置数量与棘轮齿数相同的螺纹通孔，第一限位柱插入到螺纹通孔内后一端露出于壳体内壁以对第二限位柱形成阻挡；通过将第一限位柱插入到不同的螺纹通孔来改变第一限位柱和第二限位柱之间的距离。
35.所述壳体内壁上设有用以观察第一限位柱和第二限位柱之间距离的刻度。
36.使用时，将同一组开关器的第一限位柱和第二限位柱之间的距离由上到下升序排列，采用投放设备从井口投入开关器，先投入弹性环外径最小的一组开关器中的一个，开关器到达最底部的滑套并将其打开后，进行压裂操作；然后再投入第二个开关器，进行上一层的压裂操作，循环重复以上操作即可完成全部压裂操作，实现完井。
37.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。