专利名称：滑套控制工具及可超越操作的液控滑套的制作方法
技术领域：
本发明涉及石油开采技术领域，特别是一种在油井压裂作业中使用的实现井下滑 套位置识别及开关滑套的滑套控制工具，还是一种在油井压裂作业中使用的可实现超越操 作的液控滑套。
背景技术：
油田生产中，电控压裂滑套具有大通径、作业工艺简单、成功率和安全性高、 容易实现多段无阻碍压裂等优点是近些年来新出现的一种压裂滑套。如中国专利 CN102518420A，
公开日期2012年6月27日，公开了《一种不限层电控压裂滑套》。电控滑套 经常在70MPa甚至更高的压力条件下工作，且井下环境恶劣，电控滑套的控制必须考虑到 预案处理。即当电控滑套的电控系统失效的情况时，应该有备选的控制方法实现对滑套的 开关操作。即通过超越操作对电控滑套的电控系统无法正常工作时，实现滑套的开关控制。
目前，现有的超越控制是通过向滑套中下入连续的滑套控制工具的方式进行控 制，常用的滑套控制工具均采用凹槽识别方式，即通过滑套控制工具上设置的凸块对滑套 内周壁上的凹槽进行识别，以使凸块卡设在凹槽内而实现滑套控制工具与滑套间的连接， 之后通过上移或下放油管，实现对井下电控滑套的开启或关闭。
但是，在水平井、大斜度井等具有复杂结构井壁的井筒中作业时，滑套内周壁上的 凹槽内常常会沉积砂粒，凹槽深度变浅，导致滑套控制工具无法准确识别滑套上的凹槽，而 无法准确定位滑套，造成作业失效；另外，由于现有的井筒中，各个井下工具通常需要通过 接箍等连接部件进行连接，在接箍与井下工具之间会形成凹陷结构，当滑套控制工具下放 到油管内后，接箍与井下工具之间形成的凹陷结构会导致滑套控制工具上的凸块误识别， 而使凸块卡设在该凹陷结构中，导致滑套控制工具误操作，造成作业失效。发明内容
为了解决现有技术中常用的滑套控制工具容易误操作的技术问题，本发明提供了 一种滑套控制工具，该滑套控制工具采用凸台识别的方式，可以有效防止误操作，提高作业 效率，且操作简单方便。本发明还提供了一种可超越操作的液控滑套。
本发明为解决其技术问题采用的技术方案是一种滑套控制工具，所述滑套控制 工具包括从上向下依次连接的圆筒形的上压环、圆筒形的基管和圆筒形的下压环，基管内 设有轴向贯通的中心孔，基管的上端固定连接有筒形的上接头，基管的下端固定连接有筒 形的下接头，基管的侧壁设有连通基管内外的多个活塞孔，每个活塞孔内均设有活塞，基管 的侧壁外设置有卡套，卡套包括两个左右对称设置并且大小和形状相同的半卡套，沿卡套 的周向，每个半卡套的外壁均设有卡槽，沿卡套的轴向，每个半卡套的两端分别设有上突部 和下突部，活塞分别与上突部和下突部的位置相对应，上压环和下压环都能够沿基管的轴 向滑动，上压环套设于基管和上接头外，上压环与上接头之间设有上弹簧，上压环通过上弹 簧的顶压与卡套的上端抵接，下压环套设于基管和下接头外，下压环与下接头之间设有下弹簧，下压环通过下弹簧的顶压与卡套的下端抵接。
—种可超越操作的液控滑套，包括外套筒和设置在外套筒内的滑套，滑套的两端 与外套筒密封连接并且滑套能够沿着外套筒的轴向滑动，沿着滑套的周向，滑套的内壁含 有上下设置的环形的上凹槽和环形的下凹槽，上凹槽和下凹槽之间滑套的内壁形成环形的 凸台，凸台与上述的卡槽相匹配，上凹槽与上述的上突部相匹配，下凹槽与上述的下突部相 匹配。
优选沿着内套筒的轴线方向，上凹槽和下凹槽的长度小于凸台的长度。
在外套筒和内套筒之间设置有封闭的环形空腔，在环形空腔内，沿着外套筒的轴 向依次连接有封闭的第一储油腔、与内套筒固定连接的环形的滑套活塞、封闭的第二储油 腔，所述可超越操作的液控滑套还包括提供液压油的供油装置、液压换向阀和用于控制液 压换向阀的控制装置，液压换向阀为两位三通电控液压换向阀，供油装置与液压换向阀的 进油口连通，液压换向阀的第一出油口与第一储油腔连通，液压换向阀的第二出油口与第 二储油腔连通，供油装置能够容纳的液压油的体积至少是第一储油腔体积的2倍，控制装 置能够控制液压换向阀使供油装置只向第一储油腔供油，或使供油装置只向第二储油腔供 油。
供油装置包括筒形的外缸套和套设于外缸套内的内缸套，外缸套的一端和内缸套 的一端同时与外套筒的一端固定密封连接，外缸套的另一端与内缸套的另一端连接，在外 缸套和内缸套之间形成环形容纳空间，在环形容纳空间内，沿着外缸套的轴向依次连接有 封闭的环形储油空间、环形的油缸活塞和环形的储能空间，储能空间内设置有能够推动油 缸活塞压缩储油空间的弹簧，内缸套的内部与内套筒滑套的内部连通，储油空间与液压换 向阀的进油口连通，储能空间与内缸套的内部连通。
供油装置的另一端设置有筒形的上管接头，外缸套的另一端的内壁与上管接头一 端的外壁固定密封连接，内缸套的另一端的外壁与上管接头一端的内壁连接，储能空间与 上管接头相邻，弹簧的一端与上管接头的一端抵接，弹簧的另一端与油缸活塞抵接，储能空 间与内缸套的内部通过内缸套和上管接头之间的缝隙连通。
储油空间与外套筒相邻，外缸套的一端的内壁与外套筒的一端的外壁固定密封连 接，内缸套的一端的外壁与外套筒的一端的内壁固定密封连接。
控制装置包括用于接收射频信号的天线、根据天线接收的信号控制液压换向阀运 行的控制单元，天线设置在外套筒的内表面，控制单元设置在外套筒侧壁中的密封腔内。
内套筒设置有多个喷砂孔，外套筒设置有能够连通喷砂孔与外套筒外部的喷射 孔，外套筒和内套筒之间设置有剪切销。
沿着内套筒的轴线方向，内套筒的外表面设置有凹槽，凹槽中设置有与外套筒的 内表面固定连接的导向销钉。
本发明的有益效果是滑套控制工具的卡套上设置有连续的凸部、卡槽和凸部，而 滑套内设置有与之相匹配的凹槽、凸台和凹槽，只有当其相互匹配时，卡套的两个半卡套才 能从滑套控制工具的表面露出并与滑套对应卡扣连接，从而可以有效防止误操作，提高作 业效率，且操作简单方便。
下面结合附图对本发明所述的滑套控制工具及可超越操作的液控滑套作进一步 详细的描述。
图1是本发明所述的滑套控制工具在未与滑套卡扣连接时的结构示意图。
图2是本发明所述的滑套控制工具在与滑套卡扣连接时的结构示意图。
图3是本发明所述的可超越操作的液控滑套的结构示意图。
图4是图3中B部位的局部放大示意图。
图5是图3中A部位在滑套处于开启状态时的局部放大示意图。
图6是图3中A部位在滑套处于关闭状态时的局部放大示意图。
图7是图3中C部位的局部放大示意图。
其中1.上管接头，4.供油装置，41.环形容纳空间，42.外缸套，43.弹簧，44.油缸 活塞，45.内缸套，46.储油空间，47.储能空间，6.控制装置，61.天线，62.控制单元，63.密 封腔，7.外套筒，71.第一外套筒，72.第二外套筒，73.第三外套筒，8.液压换向阀，9.内套 筒，91.上凹槽，92.下凹槽，93.凸台，12.下管接头，13.喷砂孔，15.导向销钉，16.环形空 腔，161.第一储油腔，162.第二储油腔，163.滑套活塞，21.上压环，211.上弹簧，22.基管， 221.中心孔，222.上接头，223.下接头，224.活塞孔，225.活塞，23.下压环，231.下弹簧， 24.卡套，241.半卡套，242.卡槽，243.上突部，244.下突部。
具体实施方式
下面结合附图对本发明所述的滑套控制工具进行详细说明。一种滑套控制工具， 所述滑套控制工具包括从上向下依次连接的圆筒形的上压环21、圆筒形的基管22和圆筒 形的下压环23，基管22内设有轴向贯通的中心孔221，基管22的上端固定连接有筒形的上 接头222，基管22的下端固定连接有筒形的下接头223，基管22的侧壁设有连通基管22内 外的多个活塞孔224，每个活塞孔224内均设有活塞225，基管22的侧壁外设置有卡套24， 卡套24包括两个左右对称设置并且大小和形状相同的半卡套241，沿卡套24的周向，每个 半卡套241的外壁均设有卡槽242，沿卡套24的轴向，每个半卡套241的两端分别设有上 突部243和下突部244，活塞225分别与上突部243和下突部244的位置相对应，上压环21 和下压环23都能够沿基管22的轴向上下滑动，上压环21套设于基管22和上接头222夕卜， 上压环21与上接头222之间设有上弹簧211，上压环21通过上弹簧211的顶压与卡套24 的上端抵接，下压环23套设于基管22和下接头223外，下压环23与下接头223之间设有 下弹簧231，下压环23通过下弹簧231的顶压与卡套24的下端抵接，如图1、图2所示。
—种可超越操作的液控滑套，包括外套筒7和设置在外套筒7内的内滑套9，内滑 套9的两端与外套筒7密封连接并且内滑套9能够沿着外套筒7的轴向滑动，沿着滑套的 周向，内滑套9的内壁含有上下设置的环形的上凹槽91和环形的下凹槽92，上凹槽91和下 凹槽92之间内滑套9的内壁形成环形的凸台93，凸台93与上述的卡槽242相匹配，上凹槽 91与上述的上突部243相匹配，下凹槽92与上述的下突部244相匹配，如图3、图7所示。
当本发明所述的滑套控制工具在对井下的内滑套9进行识别时，首先，通过连接 在图1中上接头222上端的连接接头与油管或连续油管相连，通过油管或连续油管实现对 滑套控制工具的下放。滑套控制工具在下放过程中，上弹簧211和下弹簧231处于压缩状 态，上压环21和下压环23分别通过上弹簧211和下弹簧231的作用顶压卡套24的上下两端，此时卡套2处于收拢状态，如图1所示，也即卡套24内周壁与基管22的外周壁紧密地 连接，上突部243和下突部244的外表面到基管22的轴线的距离小于等于上压环21和下 压环23的半径，以避免在下放过程中出现卡死的现象；之后，如图2所示，向油管或连续油 管内注水打压，在注入水的压力作用下，与基管22的中心孔221相连通的四个活塞孔224 中的活塞225有沿着基管22的径向向外移动的运动趋势，活塞225顶抵卡套24的上突部 243和下突部244，使卡套24的半卡套241也有沿着基管22的径向向外移动的运动趋势； 只有当本发明的滑套控制工具到达内滑套9相应的位置处时，由于半卡套241为一体式结 构，卡套24外周壁上开设的卡槽242与内滑套9内周壁上的凸台93对应匹配，并且上突部 243和下突部244分别与上凹槽91和下凹槽92对应匹配时，卡套24才能从滑套控制工具 伸出，使卡套2处于张开状态，从而使该卡套24可自动识别内滑套9上的凸台93，卡套24 张开后卡紧内滑套9，此时通过上提或下放油管或连续油管，实现滑套的开关动作。这样既 可以避免传统的滑套控制工具容易误操作的缺陷，而且还提高了作业效率，且操作简单方 便。
沿着内套筒9的轴线方向，上凹槽91和下凹槽92的长度小于凸台93的长度。同 时，卡槽242的宽度大于上突部243和下突部244的宽度，这样的设计的优点是滑套控制工 具下入滑套内后，卡槽242可较容易的识别滑套内周壁的凸台93。
在外套筒7和内套筒9之间设置有封闭的环形空腔16，在环形空腔16内，沿着外 套筒7的轴向依次连接有封闭的第一储油腔161、与内套筒9固定连接的环形的滑套活塞 163、封闭的第二储油腔162，所述可超越操作的液控滑套还包括提供液压油的供油装置4、 液压换向阀8和用于控制液压换向阀8的控制装置6，液压换向阀8为两位三通电控液压换 向阀，供油装置4与液压换向阀8的进油口连通，液压换向阀8的第一出油口与第一储油腔 161连通，液压换向阀8的第二出油口与第二储油腔162连通，供油装置4能够容纳的液压 油的体积至少是第一储油腔161体积的2倍，控制装置6能够控制液压换向阀8使供油装 置4只向第一储油腔161供油，或使供油装置4只向第二储油腔162供油。
该可超越操作的液控滑套下入井下后，滑套处于关闭状态，外套筒7设置的喷射 孔不能够与内套筒9的喷砂孔13连通。当控制装置6通过天线61接收到电子标签发送的 信号需要打开该压裂滑套时，控制装置6能够控制液压换向阀8使供油装置4只向第一储 油腔161内加注液压油，滑套活塞163带动内套筒9如图3中从下向上移动，当内套筒9移 动到喷射孔与喷砂孔13连通的位置时，该可超越操作的液控滑套处于开启状态，可以进行 压裂施工。当需要关闭滑套时，控制装置6能够控制液压换向阀8使供油装置只向第二储 油腔162内加注液压油，滑套活塞163带动内滑套9如图3中从上向下移动，即内套筒9反 向移动并使内滑套9同到喷射孔不与喷砂孔13连通的初始位置。第一储油腔161和第二 储油腔162设置有泄压孔以利于液压油的排出，同时请参阅图5、图6所示。
该供油装置在井下使用，由于井下空间有限，需要充分利用空间，供油装置4包括 筒形的外缸套42和套设于外缸套内的内缸套45,夕卜缸套42的一端和内缸套45的一端同时 与外套筒7的一端固定密封连接，外缸套42的另一端与内缸套45的另一端连接，在外缸套 42和内缸套45之间形成环形容纳空间41，在环形容纳空间41内，沿着外缸套的轴向依次 连接有封闭的环形储油空间46、环形的油缸活塞44和环形的储能空间47，储能空间47内 设置有能够推动油缸活塞44压缩储油空间46的弹簧43，内缸套45的内部与内套筒9的内部连通，储油空间46与液压换向阀8的进油口连通，储能空间47与内缸套45的内部连通， 如图3、图4所示。这样设置可以不增大压裂滑套的径向面积，对压裂滑套的体积影响不大， 方便该可超越操作的液控滑套的投放与操作。另外，一般情况下，第一储油腔161和第二储 油腔162的体积相同，储油空间46的体积至少是第一储油腔161体积的2倍，这样可以保 证该井下电液控制压裂滑套至少可以开关一次。
供油装置4的另一端设置有圆筒形的上管接头1，外缸套42的另一端的内壁与上 管接头I 一端的外壁固定密封连接，内缸套45的另一端的外壁与上管接头I 一端的内壁连 接，储能空间47与上管接头I相邻，弹簧43的一端与上管接头I的一端抵接，弹簧43的另 一端与油缸活塞44抵接，储能空间47与内缸套45的内部通过内缸套45和上管接头I之 间的缝隙连通。储油空间46被注入液压油后，弹簧43被压缩，液压油的机械能转换为弹簧 的势能被储存，储能空间47与内缸套45的内部连通，这样设计可以使弹簧在伸展时油缸活 塞44所受到的压力只来自于弹簧，避免储能空间47在体积变化时的内外压差的变化对油 缸活塞的影响，保证该供油装置输出液压油的压力均一稳定，如图4。
储油空间46与外套筒7相邻，外缸套42的一端的内壁与外套筒7的一端的外壁 固定密封连接，内缸套45的一端的外壁与外套筒7的一端的内壁固定密封连接。外缸套42 与内缸套45之间通过油缸活塞44和外套筒7密封连接形成储油空间46。用外套筒7的一 端密封储油空间46，这样可以充分利用现有结构来节约空间。
控制装置6包括用于接收射频信号的天线61、根据天线61接收的信号控制液压换 向阀8运行的控制单元62。天线61设置在外套筒7的内表面，控制单元62在外套筒侧壁 中的密封腔63内。
内套筒9设置有多个喷砂孔13，外套筒7设置有能够连通喷砂孔13与外套筒7外 部的喷射孔，外套筒7和内套筒9之间设置有剪切销。
为了避免内套筒9沿轴向转动，沿着内套筒9的轴线方向，内套筒9的外表面设置 有凹槽，凹槽中设置有与外套筒7的内表面固定连接的导向销钉15。凹槽与导向销钉15相 配合可以保证喷砂孔13与喷射孔的连通。
外套筒7的另一端设置有圆筒形的下管接头12，下管接头12的一端与外套筒7的 另一端固定连接，下管接头12的另一端与内滑套9的内部连通。从上管接头I到下管接头 12的方向，该可超越操作的液控滑套的内部处于导通状态。
为了便于加工制造，外套筒7包括依次连接的第一外套筒71、第二外套筒72和第 三外套筒73，第一外套筒71的内壁设置有环形凹槽，环形凹槽通过内套筒9的外壁密封形 成环形空腔16，供油装置4与第一外套筒71的一端固定连接。密封腔63设置在第一外套 筒71的内壁中。上管接头1、供油装置4、第一外套筒71、第二外套筒72、第三外套筒73和 下管接头12依次通过螺纹连接。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同 组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。
权利要求
1.一种滑套控制工具，其特征在于，所述滑套控制工具包括从上向下依次连接的圆筒形的上压环(21)、圆筒形的基管(22)和圆筒形的下压环(23)，基管(22)内设有轴向贯通的中心孔(221)，基管(22)的上端固定连接有筒形的上接头(222)，基管(22)的下端固定连接有筒形的下接头(223)，基管(22)的侧壁设有连通基管(22)内外的多个活塞孔 (224)，每个活塞孔(224)内均设有活塞(225)，基管(22)的侧壁外设置有卡套(24)，卡套(24)包括两个左右对称设置并且大小和形状相同的半卡套(241)，沿卡套(24)的周向，每个半卡套(241)的外壁均设有卡槽(242)，沿卡套(24)的轴向，每个半卡套(241)的两端分别设有上突部(243)和下突部(244)，活塞(225)分别与上突部(243)和下突部(244)的位置相对应，上压环(21)和下压环(23)都能够沿基管(22)的轴向滑动，上压环(21)套设于基管(22)和上接头(222)外，上压环(21)与上接头(222)之间设有上弹簧(211)，上压环(21)通过上弹簧(211)的顶压与卡套(24)的上端抵接，下压环(23)套设于基管(22)和下接头(223)外，下压环(23)与下接头(223)之间设有下弹簧(231)，下压环(23)通过下弹簧(231)的顶压与卡套(24)的下端抵接。
2.一种可超越操作的液控滑套，包括外套筒(7)和设置在外套筒(7)内的滑套(9)， 滑套(9)的两端与外套筒(7)密封连接并且滑套(9)能够沿着外套筒(7)的轴向滑动，其特征在于沿着滑套的周向，滑套(9)的内壁含有上下设置的环形的上凹槽(91)和环形的下凹槽(92)，上凹槽(91)和下凹槽(92)之间滑套(9)的内壁形成环形的凸台(93)，凸台(93)与权利要求1中所述的卡槽(242)相匹配，上凹槽(91)与权利要求1中所述的上突部 (243)相匹配，下凹槽(92)与权利要求1中所述的下突部(244)相匹配。
3.根据权利要求2所述的液控滑套，其特征在于沿着内套筒(9)的轴线方向，上凹槽 (91)和下凹槽(92)的长度小于凸台(93)的长度。
4.根据权利要求2所述的液控滑套，其特征在于在外套筒(7)和内套筒(9)之间设置有封闭的环形空腔(16)，在环形空腔(16)内，沿着外套筒(7)的轴向依次连接有封闭的第一储油腔(161)、与内套筒(9)固定连接的环形的滑套活塞(163)、封闭的第二储油腔 (162)，所述可超越操作的液控滑套还包括提供液压油的供油装置(4)、液压换向阀(8)和用于控制液压换向阀(8)的控制装置￠)，液压换向阀(8)为两位三通电控液压换向阀，供油装置(4)与液压换向阀(8)的进油口连通，液压换向阀(8)的第一出油口与第一储油腔(161)连通，液压换向阀(8)的第二出油口与第二储油腔(162)连通，供油装置(4)能够容纳的液压油的体积至少是第一储油腔(161)体积的2倍，控制装置￠)能够控制液压换向阀⑶使供油装置⑷只向第一储油腔(161)供油，或使供油装置(4)只向第二储油腔(162)供油。
5.根据权利要求4所述的液控滑套，其特征在于供油装置(4)包括筒形的外缸套(42)和套设于外缸套内的内缸套(45),外缸套(42)的一端和内缸套(45)的一端同时与外套筒(7)的一端固定密封连接，外缸套(42)的另一端与内缸套(45)的另一端连接，在外缸套(42)和内缸套(45)之间形成环形容纳空间(41)，在环形容纳空间(41)内，沿着外缸套的轴向依次连接有封闭的环形储油空间(46)、环形的油缸活塞(44)和环形的储能空间(47)，储能空间(47)内设置有能够推动油缸活塞(44)压缩储油空间(46)的弹簧(43)，内缸套(45)的内部与内套筒滑套(9)的内部连通，储油空间(46)与液压换向阀⑶的进油口连通，储能空间(47)与内缸套(45)的内部连通。
6.根据权利要求5所述的液控滑套，其特征在于供油装置(4)的另一端设置有圆形的上管接头(I)，外缸套(42)的另一端的内壁与上管接头(I) 一端的外壁固定密封连接，内缸套(45)的另一端的外壁与上管接头(I) 一端的内壁连接，储能空间(47)与上管接头(I) 相邻，弹簧(43)的一端与上管接头(I)的一端抵接，弹簧(43)的另一端与油缸活塞(44) 抵接，储能空间(47)与内缸套(45)的内部通过内缸套(45)和上管接头(I)之间的缝隙连通。
7.根据权利要求5所述的液控滑套，其特征在于储油空间(46)与外套筒(7)相邻， 外缸套(42)的一端的内壁与外套筒(7)的一端的外壁固定密封连接，内缸套(45)的一端的外壁与外套筒(7)的一端的内壁固定密封连接。
8.根据权利要求4所述的液控滑套，其特征在于控制装置(6)包括用于接收射频信号的天线(61)、根据天线(61)接收的信号控制液压换向阀(8)运行的控制单元(62)，天线(61)设置在外套筒(7)的内表面，控制单元￠2)设置在外套筒侧壁中的密封腔￠3)内。
9.根据权利要求2所述的液控滑套，其特征在于内套筒(9)设置有多个喷砂孔(13)， 外套筒(7)设置有能够连通喷砂孔(13)与外套筒(7)外部的喷射孔，外套筒(7)和内套筒(9)之间设置有剪切销。
10.根据权利要求2所述的液控滑套，其特征在于沿着内套筒(9)的轴线方向，内套筒(9)的外表面设置有凹槽，凹槽中设置有与外套筒(7)的内表面固定连接的导向销钉(15)。
全文摘要
本发明公开了一种滑套控制工具及可超越操作的液控滑套，所述滑套控制工具的卡套(24)的外壁依次设有上突部(243)、卡槽(242)和下突部(244)，滑套内设置与之相匹配的上凹槽(91)、凸台(93)和下凹槽(92)，只有当滑套控制工具到达滑套相应的位置处时，卡套(24)才能从滑套控制工具伸出，使卡套(2)处于张开状态，从而使该卡套(24)可自动识别滑套(9)上的凸台(93)并卡紧滑套(9)，此时通过上提或下放油管或连续油管，实现滑套的开关动作。这样既可以避免传统的滑套控制工具容易误操作的缺陷，而且还提高了作业效率，且操作简单方便。
文档编号E21B34/08GK103061709SQ20131002355
公开日2013年4月24日 申请日期2013年1月22日 优先权日2013年1月22日
发明者郑立臣, 杨清海, 高扬, 孙福超, 裴晓含 申请人:中国石油天然气股份有限公司