一种等直径可开关滑套机构及其单层和多簇配合压裂方法与流程

文档序号:12426795阅读:来源:国知局

技术特征:

1. 一种等直径可开关滑套机构, 包括筒形喷枪体,所述喷枪体的周向设有若干喷孔,所述喷枪体内配合设有密封各喷孔的滑套,所述滑套与喷枪体的径向设有剪切销钉,所述喷枪体的下部连接有密封接头,所述密封接头内设有可沿密封接头内壁滑动的球座载体,其特征在于,所述球座载体轴向分别设有第一组合球座和第二组合球座,所述两个组合球座之间的距离为a,每个组合球座都包括若干可径向开合的分球座,所述分球座径向外周卡装有抵靠在密封接头内壁的推块,所述密封接头内壁的轴向设有径向外扩的K形变径段,所述组合球座随球座载体滑至K形变径段的最大内径处时,投球通过,所述球座载体和滑套之间设有弹性复位机构,所述弹性复位机构用于投球分别通过第一组合球座和第二组合球座后驱动球座载体轴向回复移动,滑套外壁周向设有用于限位球座载体随弹性复位机构回复终止位置的轨道槽;所述复位机构沿轨道槽回复至不同的轴向位置,用于控制下次投球时钢球通过或密封在该压裂层级,所述密封接头下端设有剪切销钉剪断后截住下落的滑套和球座载体的抵靠部,所述抵靠部的上侧设有与球座载体周部密封的配合段。

2. 根据权利要求1所述的等直径可开关滑套机构,其特征在于,所述密封接头内壁设有第一K形变径段和第二K形变径段,所述K形变径段的轴向长度为a, 第一K形变径段的下缘与第二K形变径段的上缘轴向距离为0.5a。

3.根据权利要求2所述的等直径可开关滑套机构,其特征在于,所述滑套与喷枪体密封配合段的下部设有环空,所述弹性复位机构包括环空内与滑套外周螺纹连接的下压帽,所述下压帽上方依次设有弹簧和上压帽,所述球座载体向上伸延至上压帽外周,所述上压帽和球座载体之间通过径向销连接,所述径向销的径向内端与滑套外周的轨道槽导向配合。

4.根据权利要求3所述的等直径可开关滑套机构,其特征在于,所述轨道槽的轨迹包括从起点开始轴向交替下降和上升的若干段,各下降段的下限点轨迹的轴向高度相同,除最末上升段的其它上升段的上限位点轨迹的轴向高度相同,并且除最末上限点外的其它最高上限点相对最低下限点的轴向距离为a,最末上升段的上限点相对最末段下降段的下限点的距离小于0.5a,所述轨道槽的各段的升降转折点的形状圆滑过渡以便于径向销沿轨道槽顺利滑动。

5.根据权利要求3所述的等直径可开关滑套机构,其特征在于,当径向销位于轨道槽起始点时,第一组合球座位于第一K形变径段的上缘,第二组合球座位于第一K形变径段的下缘;当投球使钢球与第一组合球座密封,继续打压,第一组合球座带动球座载体向下滑动,当滑至第一K形变径段最大扩径段时,第一组合球座打开,钢球下落至第二组合球座,此时,第二组合球座滑至第二K形变径段上缘,钢球与第二组合球座密封,继续带动球座载体下滑至第二K形变径段的最大扩径处,第二组合球座打开,钢球下落至下一层级的等直径可开关滑套机构上,钢球已经通过的等直径可开关滑套机构在弹簧推动上压帽作用下向上复位运动,同时径向销从轨道槽的第一下限点沿上升段滑至下一上限点,径向销带动球座载体回复至下一轨道槽的最高点。

6.根据权利要求1—5任一项所述的等直径可开关滑套机构,其特征在于,所述喷孔内设有喷嘴组件,所述喷嘴组件包括与喷孔配合的喷嘴座,所述喷嘴座内设有喷嘴,所述喷孔外端设有喷嘴压盖。

7.根据权利要求1—5所述的等直径可开关滑套机构,其特征在于,所述密封接头的抵靠部上侧与球座载体周部密封的配合段还设有第三K形变径段,所述第三K形变径段最大扩径处距抵靠部的抵靠面的轴向距离与球座载体下端面至第二组合球座堆块的轴向中心距离相等。

8.一种采用权利要求1-6任一项的滑套机构进行单层逐层压裂的方法,其特征在于,所有层级的压裂工具最小内径相同,所有层级所用投球大小相同,过程如下:

1)工具组装:根据压裂级数选择连接等直径可开关滑套机构,沿地层以最下层为第一级,向上依次为第二级……第N级,压裂的总级数与等直径可开关滑套机构中选用的轨道槽的下限点的数量相同,其中第一级的等直径可开关滑套机构中径向销位于轨道槽的最后一下降段的上限点;第一级开始,压裂的级数向上依次每上升一级,等直径可开关滑套机构的径向销沿轨道槽向前一上限点调一级,直至最后一级的等直径可开关滑套机构径向销位于轨道槽的起始点;除第一级以外的其它等直径可开关滑套机构的第一组合球座均位于密封接头内的第一K形变径段的上缘,第二组合球座均位于第一K形变径段的下缘;第一级压裂层的等直径可开关滑套机构中,第一组合球座位于第一K形变径段内最大扩径处偏下位置,第二组合球座对应位于第二K形变径段的上缘偏下位置;

2)投球逐层压裂,将连接好的压裂管柱下入井下,第一级压裂时,向管柱内投第一个钢球,钢球分别从上向下通过各级压裂层的等直径可开关滑套机构;当投球落至最下面的第一级等直径可开关滑套机构时,钢球落在第一组合球座上,不能通过,在压力作用下,钢球推动球座载体使第一组合球座下滑至第一K形变径段的下缘,此时,第一组合球座完全闭合,径向销滑至轨道槽的最末端的下限点位置,继续打压,钢球在压力作用下推动球座载体继续向下滑动,球座载体通过径向销作用在滑套上,滑套上的剪切销钉在轴向力的作用下被剪断,滑套及球座载体继续下滑并打开各喷射孔,当第一组合球座经过第二K形变径段最大处时投球落入第二组合球座,此时第二组合球座处于完全闭合状态,并与投球形成完全密封,球座载体继续下滑至下端面与密封接头的抵靠端接触并密封配合,然后进行第一级的压裂施工;

3)第一级压裂施工结束后,继续从井口的压裂管柱内投与步骤2)中同直径规格的钢球,此时投第二球前第二级压裂层的等直径可开关滑套机构在上一次投球通过后,滑套及球座载体在弹簧的作用下使径向销回复至轨道槽最末段上升段的上限点,投第二个钢球后,钢球最终座封在第二级的等直径可开关滑套机构的第二组合球座上,并且球座载体密封在密封接头抵靠部上侧的密封配合段,第二级喷枪体的喷射孔打开进行第二级压裂层的喷射压裂;

4)反复投球进行井下各层的逐层压裂施工。

9.一种单层与多簇配合压裂的方法,以单层与双簇配合压裂为例,其特征在于,包括如下过程:

1)工具组装:根据压裂级数选择连接等直径可开关滑套机构,需要进行双层双簇压裂施工的两相邻地层中的上层连接如权利要求7所述、具有三个K形变径段的等直径可开关滑套机构,双层双簇压裂的下层连接如权利要求1-6任一项所述的、具有两个K形变径段的等直径可开关滑套机构;沿地层以最下层为第一级,向上依次为第二级……第N级,压裂的总级数与等直径可开关滑套机构中选用的轨道槽的下限点的数量相同,其中第一级的等直径可开关滑套机构中径向销位于轨道槽的最后一下降段的上限点;从第一级开始,压裂的级数向上依次每上升一级,等直径可开关滑套机构的径向销沿轨道槽向前一上限点调一级,直至最后一级的等直径可开关滑套机构径向销位于轨道槽的起始点;除第一级以外的其它等直径可开关滑套机构的第一组合球座均位于密封接头第一K形变径段的上缘,第一级压裂层的等直径可开关滑套机构中,第一组合球座位于第一K形变径段内最大扩径处偏下位置,第二组合球座对应位于第二K形变径段的上缘偏下位置;

2)投球逐层压裂,将连接好的压裂管柱下入井下,从第一级压裂层开始,每投一个钢球逐层打开一个压裂层,并且钢球密封在当前打开的压裂层所在的等直径可开关滑套机构的第二组合球座上;对于进行双层双簇压裂施工的层段,投球打开双层中的下部层级的等直径可开关滑套机构的滑套后,继续投下一钢球,当滑套的剪切销针剪断后,喷射孔打开,球钢与第二组合球座密封并继续下滑,当第二组合球座经过第三K形变径段时,钢球通过,落入下一级等直径可开关滑套机构的第一组合球座上,然后两层同时进行喷射压裂施工;两层压裂完成后,继续投球,可重复单层或者多簇的压裂作业。

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