具有可溶解球座的压裂滑套及压裂方法

具有可溶解球座的压裂滑套及压裂方法
【专利摘要】本发明提供了一种具有可溶解球座的压裂滑套及压裂方法，该压裂滑套包括上接头；连接在上接头下端的外筒，外筒的侧壁上贯穿有过液孔，外筒下端连接有下接头；能轴向移动地套接在外筒内侧的内筒，内筒通过轴向移动打开或关闭过液孔；套接于内筒内侧的球座，球座外壁上沿周向设有环形突台，球座采用镁铝合金材料制成，在矿物质水中能溶解。本发明的压裂方法，向井下投入压裂球并打压，球座的环形突台剪断，破坏陶瓷防腐层，球座带动内筒向下移动，打开滑套，实施压裂，球座环形突台处的镁铝合金与地层水接触发生溶解反应，待压裂施工完成后一段时间，球座完全溶解，滑套内径与套管内径相同，实现压裂完井管柱的全通径，井下工具可以无障碍下入井底。
【专利说明】具有可溶解球座的压裂滑套及压裂方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及采油领域的一种井下工具，尤其是一种具有可溶解球座的压裂滑套及压裂方法。

【背景技术】
[0002]压裂改造是有效开发动用低渗透油气田、致密性油气田、页岩气的重要手段，其中裸眼封隔器投球滑套多段压裂技术是应用非常广泛的水平井的多段压裂改造技术。
[0003]目前的裸眼封隔器投球滑套多段压裂技术，压裂改造完成后，井筒中的球座会带来以下问题:压裂分段数越多，相应地在完井管柱中投球滑套下入就越多，随着球座内径的不断变小，会造成生产测井的测试工具根本无法下至井底对各个产层进行测井，使下部施工尺寸和工具尺寸受到限制。另外，若遇出水层，常规的投球滑套更是无法关闭该层，导致油气井水淹，严重时甚至会导致油气井停产，影响正常开采。


【发明内容】

[0004]本发明的目的是提供一种具有可溶解球座的压裂滑套及压裂方法，以解决现有技术存在的压裂完成后球座影响井下工具下入的问题。
[0005]为达到上述目的，本发明提出一种具有可溶解球座的压裂滑套，所述具有可溶解球座的压裂滑套包括:上接头；外筒，连接在所述上接头下端，所述外筒的侧壁上贯穿有过液孔，所述外筒下端连接有下接头；内筒，能轴向移动地套接在所述外筒内侧，并通过轴向移动打开或关闭所述过液孔；球座，套接于所述内筒内侧，所述球座包括环形本体和凸伸于所述环形本体外周壁的环形突台，所述环形突台夹持于所述内筒内侧，所述球座采用能在地层水的腐蚀作用下溶解的镁铝合金材料制成，所述球座的外表面设有陶瓷防腐层，通过在所述球座上方憋压使所述环形本体与所述环形突台分离，以破坏所述陶瓷防腐层。
[0006]如上所述的具有可溶解球座的压裂滑套，其中，所述内筒下端连接有锁母，所述锁母为环形，所述环形突台夹持在所述内筒的下端内侧面与所述锁母的顶端面之间。
[0007]如上所述的具有可溶解球座的压裂滑套，其中，所述内筒的下端内壁设有第一内凹台，所述锁母的上端内壁设有第二内凹台，所述第一内凹台与所述第二内凹台配合形成一个环形凹槽，所述球座位于所述环形凹槽中，且所述球座与所述第二内凹台之间具有间距。
[0008]如上所述的具有可溶解球座的压裂滑套，其中，所述内筒的上端内壁设有供推拉所述内筒的环形沟槽，所述环形沟槽为3个，且沿所述内筒的轴向间隔排列。
[0009]如上所述的具有可溶解球座的压裂滑套，其中，所述内筒的外壁上设有第一凹槽和第二凹槽，所述第二凹槽位于所述第一凹槽下方，所述外筒内侧固定有突出于所述外筒内壁的限位环，在所述内筒沿轴向移动时，所述限位环能嵌入所述第一凹槽或所述第二凹槽中锁定所述内筒。
[0010]如上所述的具有可溶解球座的压裂滑套，其中，所述外筒的下端内壁上设有台肩，所述限位环固定在所述台肩与所述下接头的顶端之间。
[0011]如上所述的具有可溶解球座的压裂滑套，其中，所述内筒通过剪切销钉连接在所述外筒内侧。
[0012]如上所述的具有可溶解球座的压裂滑套，其中，所述上接头的下端外壁与所述外筒的上端内壁配合形成嵌入槽，一个固定环嵌设于所述嵌入槽内，所述剪切销钉将所述内筒与所述固定环连接在一起。
[0013]本发明还提出一种压裂方法，所述压裂方法包括:
[0014]S1:向如上所述的具有可溶解球座的压裂滑套内投入压裂球，所述压裂球坐落于球座上将所述压裂滑套的内通道密封；
[0015]S2:然后在所述压裂球上方憋压，使球座环形突台被剪断，球座的环形本体与环形突台分离，破坏陶瓷防腐层，继续憋压，使剪切销钉被剪断，所述压裂球带动内筒轴向向下移动至过液孔下方，所述压裂滑套开启，压裂液通过所述过液孔进入地层实施压裂；
[0016]S3:压裂施工后，地层水由所述过液孔进入所述压裂滑套的内筒中，由镁铝合金材料制成的所述球座于所述陶瓷防腐层破坏处在所述地层水的腐蚀作用下溶解。
[0017]如上所述的压裂方法，其中，所述球座的工作温度范围为25°C?120°C。
[0018]本发明具有可溶解球座的压裂滑套及压裂方法的特点和优点是:
[0019]1、本发明的具有可溶解球座的压裂滑套，其球座采用镁铝合金材料制成，在压裂完成后，滑套内部与地层连通，地层水进入滑套内，由于地层水中含有氯离子、钾离子、钠离子等离子，且矿化度比较高，与镁铝合金形成原电池反应，球座在地层水的腐蚀作用下经过一段时间可自行溶解，球座溶解后，滑套内径与套管内径相同，实现压裂完井管柱的全通径，井下工具可以无障碍下入井底，解决了现有技术存在的球座影响井下工具下入的缺陷。
[0020]2、本发明的具有可溶解球座的压裂滑套，其球座外壁设有环形突台，且球座的外表面设有陶瓷防腐层，以防止镁铝合金材料被腐蚀，通过投入压裂球并打压，驱动环形本体与环形突台分离，即环形突台被剪断，环形突台处的镁铝合金材料裸露在地层水中并被腐蚀，直至整个球座溶解，实现压裂完井管柱的全通径。
[0021]3、本发明的具有可溶解球座的压裂滑套，还具有可开关的功能，其内筒内壁上设置环形沟槽，可以将滑套开关工具下入滑套内卡住环形沟槽，通过上拉或下推使内筒上下移动，关闭或开启过液孔，从而实现对滑套的关闭或开启，尤其是在测得某层为产水层时，可以通过关闭滑套来关闭该产水层，避免油气井水淹，与常规的投球滑套相比，无附加工艺、生产作业效率高。

【专利附图】

【附图说明】
[0022]以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中:
[0023]图1是本发明的具有可溶解球座的压裂滑套的示意图；
[0024]图2是本发明中球座的示意图。
[0025]主要元件标号说明:
[0026]I上接头
[0027]2外筒21固定环22过液孔
[0028]23台肩24限位环
[0029]3内筒31剪切销钉32环形沟槽
[0030]33第一凹槽34第二凹槽35第一内凹台
[0031]4球座41环形本体42环形突台
[0032]5 锁母
[0033]51第二内凹台
[0034]6下接头61台阶

【具体实施方式】
[0035]为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照【专利附图】

【附图说明】本发明的【具体实施方式】。
[0036]如图1、图2所示，本发明提供一种具有可溶解球座的压裂滑套，包括上接头1、外筒2、内筒3、球座4和下接头6。其中，外筒2连接在上接头I下端，外筒2的侧壁上贯穿有过液孔22，外筒2下端连接有下接头6 ;内筒3能轴向移动地套接在外筒2内侧，并通过轴向移动打开或关闭过液孔22 ;球座4套接于内筒3内侧，用于坐落压裂球，球座4包括环形本体41和凸伸于环形本体41外周壁的环形突台42，环形突台42夹持于内筒3内侧，球座4采用能在地层水的腐蚀作用下溶解的镁铝合金材料制成，这种镁铝合金在含矿物质的水中可以自行溶解，球座4的外表面设有陶瓷防腐层，用以保护镁铝合金材料；其中环形突台42为球座的薄弱结构，通过投入压裂球并在球座4上方憋压(打压至压力达到一定值)使环形本体41与环形突台42分离，或者说通过控制球座4上方的压力驱动环形本体41与环形突台42分离，使环形突台剪断，以破坏陶瓷防腐层的完整性，使镁铝合金材料裸露在地层水中，被地层水溶解。
[0037]具体是，外筒2的上端螺纹连接在上接头I的下端外侧，外筒2的下端螺纹连接在下接头6的上端外侧，从而上接头1、外筒2、下接头6组合成一个大体呈圆柱筒状的管体，该管体具有可供液体及压裂球通过的中心孔。在上接头I内壁和下接头6外壁均设有套管扣，可分别与套管连接。
[0038]在一个具体实施例中，内筒3下端连接有锁母5，锁母5为环形，环形突台42夹持在内筒3的下端内侧面与锁母5的顶端面之间，即球座由锁母锁死。球座4外表面的陶瓷防腐层，例如是通过在球座外表面喷涂形成，用以防止镁铝合金材料被腐蚀，在陶瓷防腐层受破坏后镁铝合金在地层水的腐蚀作用下才溶解。
[0039]在一个较佳的实施例中，内筒3的下端内侧面设有第一内凹台35，锁母5的上端内壁设有第二内凹台51，第一内凹台35与第二内凹台51配合形成一个环形凹槽，球座4位于该环形凹槽中，或者说球座的环形本体41位于该环形凹槽中，且球座4的底端面与第二内凹台51之间具有间距，供憋压时球座向下移动以剪断环形突台。具体是，锁母5与内筒3通过螺纹连接在一起，内筒3的下端内壁内凹形成第一内凹台，锁母5的上端内壁内凹形成第二内凹台，内筒3的第一内凹台35与锁母5的第二内凹台51对接配合在一起形成环形凹槽。
[0040]其中，压裂球坐落于球座4后可将滑套内通道封闭，通过在压裂球上方打压并憋压，首先球座外圆上的环形突台被剪切，破坏陶瓷防腐层，球座下移所述间距的距离并抵靠在锁母的第二内凹台上，继续憋压，压裂球带动球座4、内筒3向下移动，打开过液孔22，压裂液由过液孔22进入地层实施压裂，在压裂结束后，地层与滑套内腔相连通，地层水进入内筒3内腔后，球座4于陶瓷防腐层破坏处在地层水的腐蚀作用下开始溶解，直至整个球座完全溶解，解决了球座在后期影响井下工具下入的问题，使井下工具可无障碍下入井底，方便对油气井实施测井、修井、控水等措施。而现有的投球压裂滑套，其球座普遍采用高硬度铸铁，有的甚至采用高强度合金钢，在压裂施工结束后，这种球座既不可溶解，又磨铣困难，会阻碍测试工具等下入井底。对于可取式的球座，不易被带回地面。
[0041]如图1所示，内筒3与外筒2能分离地相连接，初始状态下，内筒3与外筒2相连接，且内筒3将过液孔22封闭，使过液孔22处于关闭状态，在内筒3与外筒2脱离连接并向下移动后，过液孔22与外筒2的内腔相连通，过液孔22处于打开状态，对地层进行压裂作业的压裂液自该过液孔22进入地层中。过液孔22的上方和下方均设有密封圈，且密封圈设于外筒2与内筒3之间，以保证密封性。在本实施例中，外筒2的侧壁上沿圆周方向均布有多个过液孔22。
[0042]在一个较佳的技术方案中，内筒3通过剪切销钉31连接在外筒2内侧，投入压裂球后，通过打压并憋压使剪切销钉31被剪断，在压力的驱动下，压裂球即可带动球座、锁母、内筒向下移动。
[0043]优选地，上接头I的下端外壁与外筒2的上端内壁配合形成嵌入槽，一个固定环21嵌设于嵌入槽内，剪切销钉31将内筒3与固定环21连接在一起。即，上接头的下端外壁设有内凹台阶，外筒的上端内壁设有内凹台阶，上接头I的内凹台阶与外筒2的内凹台阶相对，并配合形成嵌入槽，固定环21卡嵌固定于嵌入槽内，内筒3通过剪切销钉31固定在固定环21内侧，以实现与外筒2的连接。外筒2为滑套的受力主体，由于剪切销钉31未直接连接在外筒2上，而是通过直接连接在固定环21上与外筒2间接连接，从而避免破坏外筒2的结构完整性，提高其强度。
[0044]再如图1所示，内筒3的上端内壁设有供推拉内筒3的环形沟槽32，环形沟槽32为3个，且沿内筒3的轴向间隔排列。在生产后期或遇到出水层时，用油管、连续油管下入开关工具(滑套、滑阀开关工具)，开关工具定位并卡在环形沟槽32中，通过开关工具上拉或下推内筒3，将过液孔22开启或关闭，结合裸眼封隔器可实现油气井的分段控水。其中，位于上方的环形沟槽和位于下方的环形沟槽用于卡住开关工具，位于中间的环形沟槽起到辅助定位开关工具的作用，同时，还可存留由上方的环形沟槽中挤出的压裂砂等，避免压裂砂进入下方的环形沟槽中。因此，本发明的压裂滑套具有可开关功能，尤其是在遇到产水层时，可以通过关闭滑套来关闭该产水层，避免油气井水淹。
[0045]在一个可行的技术方案中，外筒2的下端内壁上设有台肩23，限位环24固定在台肩23与下接头6的顶端之间。即，限位环24抵靠在台肩23与下接头6的顶端面之间。
[0046]在本实施例中，内筒3的外壁上设有第一凹槽33和第二凹槽34，第二凹槽34位于第一凹槽33下方，外筒2内侧固定有突出于外筒2内壁的限位环24，在内筒3沿轴向移动时，限位环24能嵌入环形的第一凹槽33或环形的第二凹槽34中锁定内筒3，使滑套处于开或关的状态。例如，当内筒3被开关工具下推时，限位环24进入第一凹槽33将内筒3限位锁死，使滑套处于开启状态，当内筒3被开关工具上拉时，限位环24进入第二凹槽34将内筒3限位锁死，使滑套处于关闭状态。
[0047]另外，下接头6的内壁上设有台阶61，台阶61可对内筒3限位。S卩，压裂球带动内筒3向下移动至台阶61处时，过液孔22与外筒内腔相连通，滑套开启。
[0048]本发明还提供一种压裂方法，采用上述具有可溶解球座的压裂滑套进行压裂，该压裂方法包括以下步骤:
[0049]S1:向上述的具有可溶解球座的压裂滑套内投入压裂球，压裂球坐落于球座4上将压裂滑套的内通道密封；
[0050]S2:然后在压裂球上方打压并憋压(打压至压力达到一定值)，使球座外壁上的环形突台被剪断，或者说通过控制球座4上方的压力驱动球座的环形本体41与环形突台42分离，破坏陶瓷防腐层，继续憋压(即继续打压)，在压力的驱动下，剪切销钉31被剪断，压裂球带动内筒3轴向向下移动至过液孔22下方，压裂滑套开启，压裂液通过过液孔22进入地层实施压裂；
[0051]S3:压裂施工后，地层水由过液孔22进入压裂滑套的内筒3中，由镁铝合金材料制成的球座4于陶瓷防腐层破坏处在地层水的腐蚀作用下溶解，球座溶解后，滑套内径与套管内径相同，从而可得到同一内通径通道(全通径)的完井管柱，方便油井后期作业的实施，例如便于顺利下入测试工具。
[0052]压裂滑套在压裂施工后，井筒内部与地层实现沟通，地层水进入井筒内，由于地层水中存在氯离子、钾离子、钠离子等离子，且矿化度比较高，镁铝合金材料在地层水中可以形成原电池反应，因此，球座在地层水的腐蚀作用下经过一段时间可自行溶解。而在压裂过程中，由于压裂液中各种离子含量较低，镁铝合金材料与其反应很慢。由于在球座外表面设置有陶瓷防腐层作为保护层，可进一步减少压裂过程中对球座的腐蚀。
[0053]对应地，在压裂施工后，需破坏该保护层，以使球座的镁铝合金材料裸露于地层水中。本实施例中，在球座的外壁上沿轴向设置了环形突台，并将环形突台夹持在内筒与锁母之间，通过投入压裂球并憋压，可使环形突台被剪断破坏，内部的镁铝合金材料便裸露于地层水中被腐蚀。
[0054]在本实施例中，由镁铝合金材料制成的球座的工作温度范围为25°C (常温)?1200C。球座的溶解时间与工作温度、地层水的矿化度、液流速度等外界因素有关，工作温度越高、地层水的矿化度越高、液流速度越大，球座溶解速度越快。
[0055]另外，在下入测试工具后，若测得某层为出水层，用油管、连续油管下入开关工具至出水层的滑套位置，将开关工具定位卡在内筒内壁的环形沟槽32上，通过上拉、下推开关工具带动内筒上下移动，实现滑套的开关，以方便油井后期生产测试及实现控水。
[0056]本发明的压裂滑套，压裂时，向井下投入压裂球并打压，球座外圆的环形突台被剪切，破坏球座表面的防腐处理层，同时球座带动滑套内筒向下移动，打开滑套，实施压裂施工，球座环形突台处的镁铝合金材料与地层水接触开始发生溶解反应，待压裂施工完成后一段时间，球座完全溶解，滑套内径与套管内径相同，实现压裂完井管柱的全通径，井下工具可以无障碍下入井底。本发明的压裂滑套可用于低渗透油气田、致密性油气田、页岩气开发的压裂改造，在用于多段压裂改造时，将多个滑套串联使用。
[0057]以上所述仅为本发明示意性的【具体实施方式】，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。
【权利要求】
1.一种具有可溶解球座的压裂滑套，其特征在于，所述具有可溶解球座的压裂滑套包括: 上接头； 外筒，连接在所述上接头下端，所述外筒的侧壁上贯穿有过液孔，所述外筒下端连接有下接头； 内筒，能轴向移动地套接在所述外筒内侧，并通过轴向移动打开或关闭所述过液孔； 球座，套接于所述内筒内侧，所述球座包括环形本体和凸伸于所述环形本体外周壁的环形突台，所述环形突台夹持于所述内筒内侧，所述球座采用能在地层水的腐蚀作用下溶解的镁铝合金材料制成，所述球座的外表面设有陶瓷防腐层，通过在所述球座上方憋压使所述环形本体与所述环形突台分离，以破坏所述陶瓷防腐层。
2.如权利要求1所述的具有可溶解球座的压裂滑套，其特征在于，所述内筒下端连接有锁母，所述锁母为环形，所述环形突台夹持在所述内筒的下端内侧面与所述锁母的顶端面之间。
3.如权利要求2所述的具有可溶解球座的压裂滑套，其特征在于，所述内筒的下端内侧面设有第一内凹台，所述锁母的上端内壁设有第二内凹台，所述第一内凹台与所述第二内凹台配合形成一个环形凹槽，所述球座位于所述环形凹槽中，且所述球座与所述第二内凹台之间具有间距。
4.如权利要求1所述的具有可溶解球座的压裂滑套，其特征在于，所述内筒的上端内壁设有供推拉所述内筒的环形沟槽，所述环形沟槽为3个，且沿所述内筒的轴向间隔排列。
5.如权利要求1所述的具有可溶解球座的压裂滑套，其特征在于，所述内筒的外壁上设有第一凹槽和第二凹槽，所述第二凹槽位于所述第一凹槽下方，所述外筒内侧固定有突出于所述外筒内壁的限位环，在所述内筒沿轴向移动时，所述限位环能嵌入所述第一凹槽或所述第二凹槽中锁定所述内筒。
6.如权利要求5所述的具有可溶解球座的压裂滑套，其特征在于，所述外筒的下端内壁上设有台肩，所述限位环固定在所述台肩与所述下接头的顶端之间。
7.如权利要求1所述的具有可溶解球座的压裂滑套，其特征在于，所述内筒通过剪切销钉连接在所述外筒内侧。
8.如权利要求7所述的具有可溶解球座的压裂滑套，其特征在于，所述上接头的下端外壁与所述外筒的上端内壁配合形成嵌入槽，一个固定环嵌设于所述嵌入槽内，所述剪切销钉将所述内筒与所述固定环连接在一起。
9.一种压裂方法，其特征在于，所述压裂方法包括: 51:向权利要求1至8任一项所述的具有可溶解球座的压裂滑套内投入压裂球，所述压裂球坐落于球座上将所述压裂滑套的内通道密封； 52:然后在所述压裂球上方憋压，使球座的环形突台被剪断，球座的环形本体与环形突台分离，破坏陶瓷防腐层，继续憋压，使剪切销钉被剪断，所述压裂球带动内筒轴向向下移动至过液孔下方，所述压裂滑套开启，压裂液通过所述过液孔进入地层实施压裂； 53:压裂施工后，地层水由所述过液孔进入所述压裂滑套的内筒中，由镁铝合金材料制成的所述球座于所述陶瓷防腐层破坏处在所述地层水的腐蚀作用下溶解。
10.如权利要求9所述的压裂方法，其特征在于，所述球座的工作温度范围为25°C?
120°C。
【文档编号】E21B43/26GK104453778SQ201410638145
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月6日 优先权日:2014年11月6日
【发明者】王新忠, 魏松波, 薛建军, 付涛, 裴晓含, 李明 申请人:中国石油天然气股份有限公司