压裂滑套及压裂方法

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1.本发明涉及油气田井下压裂作业领域，特别是一种压裂滑套及压裂方法。

背景技术：

2.为了进一步挖掘油气田生产井的生产能力、提高页岩气生产井或者地热开发井的生产效率，保持产量，需要在生产井的生产周期内将对部分井进行压裂处理，由于产层埋于几百到几千米的地层深处，分为很多个层系，受各种因素影响，各层间不可避免的存在着差异，要想最大限度发挥各层的潜力，需要尽可能地对各单层进行压裂处理，以往的分级方法主要是采用球座式，即自上而下球座的内径越来越小。严重制约了酸化压裂级数的增加和规模的提升。在压裂作业后还需要使压裂孔保持开启状态，以利用压裂孔进行生产。
3.现有技术的技术方案：以国外分段压裂分段级数看，一般0.125in（3.175mm）为一级，最小内径1.25in（31.75mm），若采用的是2 7/8in
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5.5mm规格油管，最大只能排到52.5mm（球比球座大0.25in即6.35mm）也就是说，按如此排列，在2 7/8in
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5.5mm规格油管内只能排出6.5级，最多7级。中国专利文献，cn105089601a记载了一种无限级滑套及工艺方法，采用分瓣爪的密封位移机构解决了该技术问题，液流通道的内径保持一致，不以牺牲内径为代价。理论上能够实现多级压裂。但是该结构较为复杂，使用可靠性难以确保。cn108756812a记载了一种压裂滑套，通过采用两级剪断销的方式实现多级压裂，但是，该方式结构较为复杂。对压力控制精度要求较高。上述的结构均不能实现在压裂作业后使各级的压裂孔保持开启状态。

技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是提供一种压裂滑套及压裂方法，能够实现多级压裂，且能够在压裂作业完成后，方便的使压裂孔保持开启。
5.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种压裂滑套，它包括压裂套筒、滑瓣座、滑瓣、第一滑套、第二滑套和限位环；压裂套筒上设有多个压裂孔；滑瓣座的外壁与压裂套筒内壁滑动连接，滑瓣座的滑动使压裂孔在封闭或开启；多个沿圆周设置的滑瓣与滑瓣座滑动连接，多个滑瓣之间构成供投球通过的孔，在滑瓣与滑瓣座之间不同的轴向位置，供投球通过的孔直径相应变化；第一滑套与压裂套筒之间滑动连接, 第一滑套与滑瓣座固定连接；限位环与压裂套筒连接，用于对第一滑套的下滑行程进行限位，限位环与第一滑套之间设有第一弹簧；第二滑套与第一滑套之间滑动连接，第二滑套与第一滑套之间设有第二弹簧，第二滑套的顶部与滑瓣的底部接触；第二滑套与第一滑套之间通过沿径向移动的锁定销互相连接，锁定销被设置为，当沿第二滑套的轴向压力超过预设值锁定销被剪断，锁定销为可伸出的结构；
在第一滑套上设有穿透孔，在压裂套筒上设有挂销孔，当直径较小的第一投球穿过滑瓣时，锁定销不能进入到穿透孔，当直径较大的第二投球穿过滑瓣时，锁定销穿入穿透孔和挂销孔，使压裂孔保持开启。
6.优选的方案中，滑瓣座和/或第一滑套与压裂套筒之间以不相对转动的方式滑动连接；在滑瓣座和/或第一滑套的外壁设有凸起或凹槽，在压裂套筒的内壁相应位置设有凹槽或凸起，凹槽与凸起之间构成导向结构，使滑瓣座和/或第一滑套与压裂套筒之间不能相对转动。
7.优选的方案中，在滑瓣座的中间设有通孔，通孔的底部为倒锥形，倒锥形通孔的内壁设有多个斜槽，滑瓣设有弧形的滑瓣体，滑瓣体的背面设有滑动体，滑动体的背面设有斜面，滑动体滑动安装在滑瓣座的斜槽内，斜面与斜槽的底面接触，当滑瓣向下滑动时，各个滑瓣之间供投球通过的孔的直径变大。
8.优选的方案中，压裂套筒的上端与上接头固定连接，上接头对滑瓣座的上端限位。
9.优选的方案中，压裂套筒的下端与下接头固定连接，下接头对限位环的下端限位；或者下接头与限位环为一体结构。
10.优选的方案中，穿透孔的高度大于锁定销的直径，挂销孔的高度大于锁定销的直径，穿透孔和挂销孔的高度足以使锁定销穿入穿透孔和挂销孔后的行程足够第二投球通过滑瓣；穿透孔的顶端位于直径较小的第一投球推动滑瓣所产生的轴向行程下端之外。
11.优选的方案中，第二弹簧的刚度大于第一弹簧的刚度。
12.优选的方案中，第二滑套的顶部设有向外壁突出的边沿，锁定销设置在边沿的位置；第一滑套的内壁与第二滑套之间构成环形空间，第二弹簧设置在该环形空间内；第一滑套的外壁与压裂套筒的内壁之间构成第一环形空间，第一滑套的外壁与限位环的内壁之间构成第二环形空间，限位环的顶部与第一滑套在第一环形空间的顶部位置构成限位，第一弹簧位于第一环形空间和第二环形空间内，当限位环对第一滑套限位时，压缩后的第一弹簧位于第二环形空间内。
13.优选的方案中，在第二滑套的壁上设有第一过滤孔，第一过滤孔连通第二滑套的内壁和外壁；在第一滑套下部的壁上设有第二过滤孔，第二过滤孔连通第一滑套的内壁与第一环形空间和第二环形空间；第一过滤孔和第二过滤孔用于过滤压裂液中的颗粒物。
14.一种采用上述的一种压裂滑套的压裂方法，包括以下步骤：s1、以第一压力的压裂液推送直径较小的第一投球与滑瓣接触，第一压力小于锁定销的剪切应力，第一投球使第一弹簧压缩，压裂孔开启，进行当前位置的压裂操作；s2、以第二压力的压裂液推送第一投球，第二压力大于锁定销的剪切应力，第一投球切断锁定销，第一投球使第二弹簧压缩，滑瓣之间供投球通过的孔的直径变大，第一投球通过供投球通过的孔；s3、带压力的压裂液推送直径较大的第二投球与滑瓣接触，并推动滑瓣下滑，直至
压裂孔开启，滑瓣继续下滑，锁定销穿过穿透孔与挂销孔连接，滑瓣座被锁定，使压裂孔保持开启；第二投球继续下滑，通过供投球通过的孔；通过以上步骤实现在一级或多级压裂后将压裂孔开启。
15.本发明提供了一种压裂滑套及压裂方法，通过采用剪断锁定销，并利用锁定销固定滑瓣座的方案，以简化的结构实现了一级或多级的井下压裂作业，并能够实现在压裂作业后，使压裂孔保持开启进行生产。
附图说明
16.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：图1为本发明的整体结构示意图。
17.图2为本发明中将压裂孔开启后的整体结构示意图。
18.图3为本发明中滑瓣的俯视结构示意图。
19.图4为本发明中滑瓣的主视结构示意图。
20.图5为本发明中穿透孔和挂销孔的局部结构示意图。
21.图6为图1中a处的局部放大示意图。
22.图中：上接头1，压裂套筒2，滑瓣座3，锁定弹簧4，锁定销5，第一滑套6，第二滑套7，第一弹簧8，第二弹簧9，限位环10，第一环形空间11，第二环形空间12，下接头13，压裂孔14，滑瓣15，滑动体151，滑瓣体152，供投球通过的孔153，锁止孔16，第三环空17，第一过滤孔18，挂销孔19，穿透孔20，第一投球21，第二投球22，第二过滤孔23。
具体实施方式
23.实施例1：本例中所称的顶部或底部是以图1为例进行说明，表示的是相对位置。当旋转90
°
或180
°
之后，位置的描述应相应发生变化。
24.如图1~2中，一种压裂滑套，它包括压裂套筒2、滑瓣座3、滑瓣15、第一滑套6、第二滑套7和限位环10；压裂套筒2上设有多个压裂孔14；多个压裂孔14沿着圆周角均布，压裂孔14位于靠近压裂套筒2顶部的位置，初始状态下被滑瓣座3封堵。
25.滑瓣座3的外壁与压裂套筒2内壁滑动连接，滑瓣座3的滑动使压裂孔14在封闭或开启；滑瓣座3顶部的位置设有密封圈，密封圈与压裂套筒2之间构成密封结构，密封圈位于压裂孔14的上方。
26.如图1~4中，多个沿圆周设置的滑瓣15与滑瓣座3滑动连接，多个滑瓣15之间构成供投球通过的孔153，在滑瓣15与滑瓣座3之间不同的轴向位置，供投球通过的孔153直径相应变化；优选的方案如图1~4中，在滑瓣座3的中间设有通孔，通孔的底部为倒锥形，倒锥形通孔的内壁设有多个斜槽，滑瓣15设有弧形的滑瓣体152，如图3中所示，滑瓣体152的背面设有滑动体151，滑动体151的背面设有斜面，滑动体151滑动安装在滑瓣座3的斜槽内，斜面与斜槽的底面接触，当滑瓣15向下滑动时，各个滑瓣15之间供投球通过的孔153的直径变
大。
27.第一滑套6与压裂套筒2之间滑动连接, 第一滑套6与滑瓣座3固定连接；限位环10与压裂套筒2连接，用于对第一滑套6的下滑行程进行限位，限位环10与第一滑套6之间设有第一弹簧8；第二滑套7与第一滑套6之间滑动连接，第二滑套7与第一滑套6之间设有第二弹簧9，第二滑套7的顶部与滑瓣15的底部接触；第二滑套7与第一滑套6之间通过沿径向移动的锁定销5互相连接，锁定销5被设置为，当沿第二滑套7的轴向压力超过预设值锁定销5被剪断，锁定销5为可伸出的结构；优选的如图6中所示，在锁定销5的外壁设有剪断槽，剪断槽位于锁定销5需要被剪断的位置，以使该处应力集中。锁定销5靠近第二滑套7的一端设有锁定弹簧4，以趋使锁定销5伸出。进一步优选的，锁定销5靠近第一滑套6的一端位于锁止孔16内，锁定销5与锁止孔16为过渡或过盈配合，以避免锁定销5剪断后的端头掉落造成卡套或者锁定销5再次锁定。
28.在第一滑套6上设有穿透孔20，在压裂套筒2上设有挂销孔19，当直径较小的第一投球21穿过滑瓣15时，锁定销5不能进入到穿透孔20，当直径较大的第二投球22穿过滑瓣15时，锁定销5穿入穿透孔20和挂销孔19，使压裂孔14保持开启。如图2中所示。
29.优选的方案如图1、2中，穿透孔20的高度大于锁定销5的直径，挂销孔19的高度大于锁定销5的直径，穿透孔20和挂销孔19的高度足以使锁定销5穿入穿透孔20和挂销孔19后的行程足够第二投球22通过滑瓣15。优选的，挂销孔19的高度大于穿透孔20的高度。
30.优选的，穿透孔20的顶端位于直径较小的第一投球21推动滑瓣15所产生的轴向行程下端之外。由此结构，避免在第一投球21通过时，锁定销5穿入到穿透孔20内。
31.优选的方案中，滑瓣座3和/或第一滑套6与压裂套筒2之间以不相对转动的方式滑动连接；在滑瓣座3和/或第一滑套6的外壁设有凸起或凹槽，在压裂套筒2的内壁相应位置设有凹槽或凸起，凹槽与凸起之间构成导向结构，使滑瓣座3和/或第一滑套6与压裂套筒2之间不能相对转动。图中未示出。
32.优选的方案如图1、2中，压裂套筒2的上端与上接头1固定连接，上接头1对滑瓣座3的上端限位。
33.优选的方案如图1、2中，压裂套筒2的下端与下接头13固定连接，下接头13对限位环10的下端限位；另一可选的方案中，或者下接头13与限位环10为一体结构。即下接头13与限位环10的结构为一个整体。
34.优选的方案如图2中，第二弹簧9的刚度大于第一弹簧8的刚度。由此结构，当第一滑套6和第二滑套7均能自由滑动时，第一弹簧8先被压缩，当第一滑套6被限位环10限位后，第二弹簧9才会被压缩。
35.优选的方案如图1、2中，第二滑套7的顶部设有向外壁突出的边沿，锁定销5设置在边沿的位置；第一滑套6的内壁与第二滑套7之间构成环形空间，第二弹簧9设置在该环形空间内；优选的，环形空间为阶台结构，便于使第一滑套6与第二滑套7之间的轴向位置由阶台限位，避免直接将第二弹簧9压紧。
36.第一滑套6的外壁与压裂套筒2的内壁之间构成第一环形空间11，第一滑套6的外壁与限位环10的内壁之间构成第二环形空间12，限位环10的顶部与第一滑套6在第一环形空间11的顶部位置构成限位，第一弹簧8位于第一环形空间11和第二环形空间12内，当限位环10对第一滑套6限位时，压缩后的第一弹簧8位于第二环形空间12内。由此结构，便于限位环10对第一滑套6限位，以避免直接将第一弹簧8压紧。
37.优选的方案如图1中，在第二滑套7的壁上设有第一过滤孔18，第一过滤孔18连通第二滑套7的内壁和外壁；在第一滑套6下部的壁上设有第二过滤孔23，第二过滤孔23连通第一滑套6的内壁与第一环形空间11和第二环形空间12；第一过滤孔18和第二过滤孔23用于过滤压裂液中的颗粒物。由此结构，实现第一滑套6和第二滑套7在压力介质下的轴向压力平衡。
38.实施例2：在实施例1的基础上，一种采用上述的一种压裂滑套的压裂方法，包括以下步骤：s1、当工具到达工作位置后，以第一压力的压裂液推送直径较小的第一投球21与滑瓣15接触，第一压力小于锁定销5的剪切应力，第一投球21使第一弹簧8压缩，第一投球21带动滑瓣15下滑，滑瓣15带动第二滑套7下滑，第二滑套7通过锁定销5带动第一滑套6下滑，第一滑套6带动滑瓣座3下滑直至第一滑套6被限位环10限位，压裂孔14开启，进行当前位置的压裂操作；本例中的第一压力优选采用36~小于90mpa。
39.s2、以第二压力的压裂液推送第一投球21，第二压力大于锁定销5的剪切应力，第一投球21切断锁定销5，第一投球21使第二弹簧9压缩，滑瓣15之间供投球通过的孔153的直径变大，第一投球21通过供投球通过的孔153；由于被剪断，且第一滑套6被限位环10限位，滑瓣15带动第二滑套7下滑，压缩第二弹簧9，第一投球21推动滑瓣15下滑，且各个滑瓣15之间分开，当滑瓣15之间的供投球通过的孔153的直径大于第一投球21的直径，第一投球21穿过滑瓣15，到达下一级压裂位置。滑瓣座3、滑瓣15、第一滑套6和第二滑套7在第一弹簧8和第二弹簧9的作用下复位。
40.优选的，第二压力优选采用大于90mpa，锁定销5的剪切应力采用90mpa。
41.重复步骤s1、s2，完成多级压裂作业。
42.s3、带压力的压裂液推送直径较大的第二投球22与滑瓣15接触，并推动滑瓣15下滑，第一弹簧8先压缩，滑瓣座3随着下滑，压裂孔14开启。直至第一滑套6被限位环10限位，第二弹簧9压缩，滑瓣15带动第二滑套7继续下滑，锁定销5穿过穿透孔20与挂销孔19连接，滑瓣座3被锁定，使压裂孔14保持开启；由于穿透孔20的高度大于锁定销5的直径，挂销孔19的高度大于锁定销5的直径，穿透孔20和挂销孔19的高度足以使锁定销5穿入穿透孔20和挂销孔19后的行程足够第二投球22通过滑瓣15。滑瓣15继续下滑，直到供投球通过的孔153张开到第二投球22足够通过。第二投球22到达下一级压裂位置，将该级的压裂孔14开启并保持。
43.进一步优选的，用于锁定滑瓣座3压力可以采用较小的压力，例如20~30mpa。
44.进一步优选的，第一投球21和第二投球22采用自溶性投球，优选的，第二投球22的直径比第一投球21的直径大4~5mm，以使第一投球21与第二投球22相比，滑瓣15的行程具有36~45mm的差值。优选的，能够在3个的时间后自行溶解。
45.通过以上步骤实现在一级或多级压裂作业后，并将各级压裂位置的压裂孔开启。
46.上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本技术中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种压裂滑套，其特征是：它包括压裂套筒（2）、滑瓣座（3）、滑瓣（15）、第一滑套（6）、第二滑套（7）和限位环（10）；压裂套筒（2）上设有多个压裂孔（14）；滑瓣座（3）的外壁与压裂套筒（2）内壁滑动连接，滑瓣座（3）的滑动使压裂孔（14）在封闭或开启；多个沿圆周设置的滑瓣（15）与滑瓣座（3）滑动连接，多个滑瓣（15）之间构成供投球通过的孔（153），在滑瓣（15）与滑瓣座（3）之间不同的轴向位置，供投球通过的孔（153）直径相应变化；第一滑套（6）与压裂套筒（2）之间滑动连接, 第一滑套（6）与滑瓣座（3）固定连接；限位环（10）与压裂套筒（2）连接，用于对第一滑套（6）的下滑行程进行限位，限位环（10）与第一滑套（6）之间设有第一弹簧（8）；第二滑套（7）与第一滑套（6）之间滑动连接，第二滑套（7）与第一滑套（6）之间设有第二弹簧（9），第二滑套（7）的顶部与滑瓣（15）的底部接触；第二滑套（7）与第一滑套（6）之间通过沿径向移动的锁定销（5）互相连接，锁定销（5）被设置为，当沿第二滑套（7）的轴向压力超过预设值锁定销（5）被剪断，锁定销（5）为可伸出的结构；在第一滑套（6）上设有穿透孔（20），在压裂套筒（2）上设有挂销孔（19），当直径较小的第一投球（21）穿过滑瓣（15）时，锁定销（5）不能进入到穿透孔（20），当直径较大的第二投球（22）穿过滑瓣（15）时，锁定销（5）穿入穿透孔（20）和挂销孔（19），使压裂孔（14）保持开启。2.根据权利要求1所述的一种压裂滑套，其特征是：滑瓣座（3）和/或第一滑套（6）与压裂套筒（2）之间以不相对转动的方式滑动连接；在滑瓣座（3）和/或第一滑套（6）的外壁设有凸起或凹槽，在压裂套筒（2）的内壁相应位置设有凹槽或凸起，凹槽与凸起之间构成导向结构，使滑瓣座（3）和/或第一滑套（6）与压裂套筒（2）之间不能相对转动。3.根据权利要求1所述的一种压裂滑套，其特征是：在滑瓣座（3）的中间设有通孔，通孔的底部为倒锥形，倒锥形通孔的内壁设有多个斜槽，滑瓣（15）设有弧形的滑瓣体（152），滑瓣体（152）的背面设有滑动体（151），滑动体（151）的背面设有斜面，滑动体（151）滑动安装在滑瓣座（3）的斜槽内，斜面与斜槽的底面接触，当滑瓣（15）向下滑动时，各个滑瓣（15）之间供投球通过的孔（153）的直径变大。4.根据权利要求1所述的一种压裂滑套，其特征是：压裂套筒（2）的上端与上接头（1）固定连接，上接头（1）对滑瓣座（3）的上端限位。5.根据权利要求1所述的一种压裂滑套，其特征是：压裂套筒（2）的下端与下接头（13）固定连接，下接头（13）对限位环（10）的下端限位；或者下接头（13）与限位环（10）为一体结构。6.根据权利要求1所述的一种压裂滑套，其特征是：穿透孔（20）的高度大于锁定销（5）的直径，挂销孔（19）的高度大于锁定销（5）的直径，穿透孔（20）和挂销孔（19）的高度足以使锁定销（5）穿入穿透孔（20）和挂销孔（19）后的行程足够第二投球（22）通过滑瓣（15）；穿透孔（20）的顶端位于直径较小的第一投球（21）推动滑瓣（15）所产生的轴向行程下端之外。
7.根据权利要求1或6任一项所述的一种压裂滑套，其特征是：第二弹簧（9）的刚度大于第一弹簧（8）的刚度。8.根据权利要求1所述的一种压裂滑套，其特征是：第二滑套（7）的顶部设有向外壁突出的边沿，锁定销（5）设置在边沿的位置；第一滑套（6）的内壁与第二滑套（7）之间构成环形空间，第二弹簧（9）设置在该环形空间内；第一滑套（6）的外壁与压裂套筒（2）的内壁之间构成第一环形空间（11），第一滑套（6）的外壁与限位环（10）的内壁之间构成第二环形空间（12），限位环（10）的顶部与第一滑套（6）在第一环形空间（11）的顶部位置构成限位，第一弹簧（8）位于第一环形空间（11）和第二环形空间（12）内，当限位环（10）对第一滑套（6）限位时，压缩后的第一弹簧（8）位于第二环形空间（12）内。9.根据权利要求1或8任一项所述的一种压裂滑套，其特征是：在第二滑套（7）的壁上设有第一过滤孔（18），第一过滤孔（18）连通第二滑套（7）的内壁和外壁；在第一滑套（6）下部的壁上设有第二过滤孔（23），第二过滤孔（23）连通第一滑套（6）的内壁与第一环形空间（11）和第二环形空间（12）；第一过滤孔（18）和第二过滤孔（23）用于过滤压裂液中的颗粒物。10.一种采用权利要求1~9任一项所述的一种压裂滑套的压裂方法，其特征是包括以下步骤：s1、以第一压力的压裂液推送直径较小的第一投球（21）与滑瓣（15）接触，第一压力小于锁定销（5）的剪切应力，第一投球（21）使第一弹簧（8）压缩，压裂孔（14）开启，进行当前位置的压裂操作；s2、以第二压力的压裂液推送第一投球（21），第二压力大于锁定销（5）的剪切应力，第一投球（21）切断锁定销（5），第一投球（21）使第二弹簧（9）压缩，滑瓣（15）之间供投球通过的孔（153）的直径变大，第一投球（21）通过供投球通过的孔（153）；s3、带压力的压裂液推送直径较大的第二投球（22）与滑瓣（15）接触，并推动滑瓣（15）下滑，直至压裂孔（14）开启，滑瓣（15）继续下滑，锁定销（5）穿过穿透孔（20）与挂销孔（19）连接，滑瓣座（3）被锁定，使压裂孔（14）保持开启；第二投球（22）继续下滑，通过供投球通过的孔（153）；通过以上步骤实现在一级或多级压裂后将压裂孔开启。

技术总结

本发明提供一种压裂滑套及压裂方法，滑瓣座的外壁与压裂套筒内壁滑动连接，滑瓣座的滑动使压裂孔在封闭或开启；多个沿圆周设置的滑瓣与滑瓣座滑动连接，多个滑瓣之间构成供投球通过的孔，在滑瓣与滑瓣座之间不同的轴向位置，供投球通过的孔直径相应变化；第二滑套与第一滑套之间通过沿径向移动的锁定销互相连接，锁定销被设置为，当沿第二滑套的轴向压力超过预设值锁定销被剪断，锁定销为可伸出的结构；在第一滑套上设有穿透孔，在压裂套筒上设有挂销孔，当直径较小的第一投球穿过滑瓣时，锁定销不能进入到穿透孔，当直径较大的第二投球穿过滑瓣时，锁定销穿入穿透孔和挂销孔。能够实现在压裂作业后，使压裂孔保持开启进行生产。产。产。