一种变径机构的制作方法
【专利摘要】本发明属于油气田储层改造设备【技术领域】，公开了一种变径机构。通过具有变径区的滑套、滑套中心管、轨迹管配合，可实现滑套中心管的往复运动，滑套中心管往复运动的次数由轨迹板上轨迹槽确定。该变径机构用于压裂施工的套管滑套中，通过设计轨迹管的轨迹槽及销钉在轨迹管中的位置，设置每一级滑套开关可以通过的钢球数，从而实现滑套开关的逐级开启。
【专利说明】一种变径机构
【技术领域】
[0001]本发明涉及油气田储层改造设备【技术领域】，具体为一种变径机构。
【背景技术】
[0002]小井眼套管滑套完井工艺具有建井成本低、周期短、压裂规模大等诸多优点可能会成为国内超低渗透油田气井油如气井直井、定向井的主要完井方式。
[0003]目前适用于小井眼的套管滑套主要有级数有限的投球式套管阀和投飞镖式的“无限”级套管阀。投飞镖式的“无限”级套管滑套具有级数多的优点，但是这种套管滑套结构复杂，工具成本高，开启成功率底。斯伦贝谢和安东石油飞镖式无限级套管滑套目前还不具备规模使用条件。
[0004]投球式开启的套管阀具有开启成功率高、工具成本低等优点，得到了广泛的应用。已使用的套管滑套为变径投球，即投不同规格的球自下而上逐级开启多级滑套，多级滑套的内径需要逐级增大。但是，目前套管滑套完井主要使用3.5英寸套管，受内外径尺寸限制较大，此种套管阀受管柱内通径的限制，在满足固井条件下目前针对3.5寸的套管只能做到2级，实现3层压裂施工，很难适应多层系的开发。但是，气田气层的分布呈多层系分布，此种套管滑套不能满足工程的需要，需要向更多级数突破。
[0005]套管阀技术的落后一定程度上阻碍了油气资源更好的开采。因此，有必要设计开发投球式多层系套管滑套和机械式“无限”级套管滑套的开发。其技术难点在于如何实现通过投一个规格的球实现逐级开启级滑套。
【发明内容】
[0006]为了解决目前套管滑套完井使用的3.5英寸套管，受内外径尺寸限制较大，对于变径投球的套管滑套，最多只能接两级改造3层，很难适应多层系的开发的技术问题，本发明针对小直径井眼的套管滑套设计了一种具有变径区的滑套、轨迹板及变径机构。
[0007]本发明的目的之一是提供一种具有变径区的滑套及滑套中心管，球座在该滑套的变径区可实现扩径。
[0008]本发明的目的之二是提供一种轨迹管，该轨迹板可导向沿其轨迹槽运动的部件单向内运动。
[0009]本发明的目的之三是提供一种变径机构，通过变径区的滑套与轨迹管配合，可实现滑套的往复运动。包含该变径机构的多级滑套开关，可实现从井口依次投放多个一种规格的球，实现自下而上逐级开启多个井下滑套开关，进而实现自下而上分层逐层压裂施工。
[0010]本发明采用的技术方案是:一种变径机构，包括套管，所述套管内套装有具有变径区滑套，所述滑套内还套设有滑套中心管，所述滑套中心管上设置有一沿管壁径向延伸的限位销钉；滑套中心管上端置于滑套的变径区内；
所述滑套下端还套设有滑套座，滑套中心管的下端末端置于滑套座内，滑套下端与滑套中心管之间形成空腔； 所述空腔内套设有轨迹管，所述轨迹管的管体上开设有绕管体周向曲折延伸的轨迹槽，限位销钉的自由端置于轨迹管的轨迹槽内；
所述滑套中心管与轨迹管管壁之间沿轴向放置有弹簧。
[0011]一种具有变径区的滑套，包括滑套本体，该滑套本体的进入端端口内设置有环形凸出部；
该凸出部沿滑套本体的轴向向内延伸的末端、为向滑套本体径向外凹陷的环形扩径区，该环形扩径区的内表面为弧形凹面或弧形球面。
[0012]一种滑套中心管，所述滑套中心管管壁外壁上设置有一凸块，该凸块外侧面上设置有一沿管壁径向延伸的限位销钉。
[0013]一种轨迹管，包括管体，其特征在于:所述管体上开设有绕管体周向曲折延伸的轨迹槽，所述轨迹槽包括多个平行于管体轴向的上下交错的轴向轨迹段，相邻的轴向轨迹段通过第一斜向轨迹段连通；
相邻的第一斜向轨迹段的内侧边相接从而构成“V”字形轨迹槽段，且各第一斜向轨迹段与管体轴线的夹角相等；
所述多个轴向轨迹段包括起始轴向轨迹段、末尾轴向轨迹段和置于该起始轴向轨迹段、末尾轴向轨迹段之间的多个中间轴向轨迹段；
起始轴向轨迹段沿管体轴向直线延伸，且其两侧边平行，两侧边朝向轨迹管端部一侧通过外圆弧段连接；中间轴向轨迹段及末尾轴向轨段包括与第一斜向轨迹段的侧边平行对接的斜边和与管体轴向平行的直边，且该直边临近末尾轴向轨迹段一侧，直边与斜边连接部通过外圆弧段连接；所述末尾轴向轨段的直边与相邻第一斜向轨迹段的外侧边连接部通过外圆弧段连接；
相邻的第一斜向轨迹段的内侧边的连接部通过内圆弧段连接，所述内圆弧段的中线与各轴向轨迹段的中线不共线且偏向起始轴向轨迹段。
[0014]一种轨迹管中，进一步，所述末尾轴向轨迹段的直边与第二斜向轨迹段的外侧边平行相接，第二斜向轨迹段的内侧边侧边与相邻第一斜向轨迹段的外侧边相接，且第二斜向轨迹段长度小于第一斜向轨迹段。
[0015]一种变径机构中，进一步，所述变径机构的变径次数由轨迹管的轨迹槽的极限点个数确定。
[0016]进一步，所述滑套的环形凸出部内还套设有变径球座，所述变径球座位于滑套环形凸出部上端端部。
[0017]所述变径球座为“C”环球座。
[0018]或所述变径球座为分瓣卡瓦球座。
[0019]本发明的有益效果:本发明的一种变径机构，通过具有变径区的滑套、滑套中心管与轨迹管上的轨迹槽配合，可实现滑套中心管的往复运动，滑套中心管往复运动的次数由轨迹板上轨迹槽确定。此变径机构用于压裂施工的投球式套管阀中，可以实现通过从井口依次投放多个一种规格的球，实现自下而上逐级开启多个井下滑套开关，进而实现自下而上分层逐层压裂施工，提高施工效率。球通过的次数可以预设，同一管柱中自下而上的滑套开关的遇球通过次数分别为0、1、2、3…次，当滑套开关遇球通过次数为O时，即可开启滑套开关。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，但它们不对本发明构成限定。
[0021]图1为具有变径区的滑套结构示意图。
[0022]图2为滑套中心管结构示意图。
[0023]图3为轨迹管轴侧面展开局部图。
[0024]图4为轨迹管另一种实施方式的轴侧面展开局部图。
[0025]图5为变径机构结构示意图。
[0026]图6为变径机构用于套管阀中的结构示意图。
[0027]图7为钢球通过缩径区的示意图。
[0028]图8为钢球通过扩径区的示意图。
[0029]图9为多级滑套结构示意图。
[0030]图10为第三级滑套轨迹管轴侧面展开局部图。
[0031]图11为第二级滑套轨迹管轴侧面展开局部图。
[0032]图12为第一级滑套轨迹管轴侧面展开局部图。
[0033]图中:1、上接头；2、套管；3、变径球座；4、滑套5、滑套中心管；6、滑套剪钉；7、限位销钉；8、轨迹管；9、弹黃；10、滑套座；11、中心管到钉；12、下接头；13、钢球；14缩径区；15扩径区；16轴向轨迹段；17、斜向轨迹段；18、起始轴向轨迹段；19、中间轴向轨迹段；20、末尾轴向轨迹段；21、外圆弧段；22、斜边；23、直边；24、内圆弧段；25、第二斜向轨迹段；26、内侧边；27、外侧边。
【具体实施方式】
[0034]实施例方式中所述的上、下，向井口方向为上、向井底方向为下，所述前端，靠近上端方向为前，所述末端为下端末，除轨迹管8外,所述内、外,沿套管径向向管壁方向为外，沿套管径向向管壁相反方向为内。
[0035]为实现压裂施工中，投球式套管阀可以投同一规格的球实现自下而上逐级开启多个井下滑套开关，进而实现自下而上分层逐层压裂施工，提供了一种用于套管阀中的一种变径机构。分别由实施例1至5进行具体说明。
[0036]实施例1
一种变径机构，包括套管，所述套管2内套装有具有变径区滑套4，所述滑套4内还套设有滑套中心管5，所述滑套中心管5上设置有一沿管壁径向延伸的限位销钉7 ;滑套中心管5上端置于滑套4的变径区内；
所述滑套4下端还套设有滑套座10，滑套中心管5的下端末端置于滑套座10内，滑套4下端与滑套中心管5之间形成空腔；
所述空腔内套设有轨迹管8，所述轨迹管8的管体上开设有绕管体周向曲折延伸的轨迹槽，限位销钉7的自由端置于轨迹管8的轨迹槽内；
所述滑套中心管5与轨迹管8管壁之间沿轴向放置有弹簧9。
[0037]其一种【具体实施方式】的结构示意图如图4所示。
[0038]实施例2 作为实施例1的一种优选方案，一种变径机构中的具有变径区的滑套4，其结构示意图如图1所示。包括滑套4本体，该滑套4本体的朝向进入端端口内设置有环形凸出部；
该凸出部沿滑套4本体的轴向向内延伸的末端、为向滑套4本体径向外凹陷的环形扩径区15，该环形扩径区15的内表面为弧形凹面或弧形球面。
[0039]所述滑套4的环形凸出部为变径区，变径区前端为环形缩径区14，末端为环形扩径区15，缩径区14直径小于扩径区15直径。本实施例中，钢球13的直径大于滑套4缩径区14的直径且小于滑套4扩径区15的直径。
[0040]实施例3
作为实施例1的一种优选方案，一种变径机构中的滑套中心管5，其结构示意图如图2所示，所述滑套中心管5包括管壁，所述管壁外壁上设置有一凸块，该凸块外侧面上设置有一沿管壁径向延伸的限位销7。
[0041]本实施例的滑套中心管5可套设于实施例1的具有变径区的滑套4内，且可在具有变径区的滑套4本体内沿轴向上下移动。
[0042]实施例4
作为实施例1的一种优选方案，一种变径机构中的轨迹管8，包括管体，所述管体上开设有绕管体周向曲折延伸的轨迹槽，所述轨迹槽包括多个平行于管体轴向的上下交错的轴向轨迹段16，相邻的轴向轨迹段通过第一斜向轨迹段17连通；
相邻的第一斜向轨迹段17的内侧边26相接从而构成“V”字形轨迹槽段，且各第一斜向轨迹段17与管体轴线的夹角相等；
所述多个轴向轨迹段16包括起始轴向轨迹段18、末尾轴向轨迹段20和置于该起始轴向轨迹段18、末尾轴向轨迹段20之间的多个中间轴向轨迹段19 ；
起始轴向轨迹段18沿管体轴向直线延伸，且其两侧边平行，两侧边朝向轨迹管8端部一侧通过外圆弧段21连接冲间轴向轨迹段19及末尾轴向轨段20包括与第一斜向轨迹段17的侧边平行对接的斜边22和与管体轴向平行的直边23，且该直边23临近末尾轴向轨迹段20 —侧，直边23与斜边22连接部通过外圆弧段21连接；所述末尾轴向轨段20的直边23与相邻第一斜向轨迹段17的外侧边27连接部通过外圆弧段21连接；
相邻的第一斜向轨迹段17的内侧边26的连接部通过内圆弧段24连接，所述内圆弧段24的中线与各轴向轨迹段16的中线不共线且偏向起始轴向轨迹段18。
[0043]轨迹管8的部分轴侧面展开图如图3所示。
[0044]作为另一种优选，本实施例的轨迹管8的轨迹槽的末尾轴向轨迹段还可以为，所述末尾轴向轨迹段20的直边23与第二斜向轨迹段25的外侧边27平行相接，第二斜向轨迹段25的内侧边26与相邻第一斜向轨迹段17的外侧边27相接，且第二斜向轨迹段25长度小于第一斜向轨迹段17，本优选方案的轨迹管8的部分轴侧面展开图如图4所示。
[0045]本实施例的轨迹管8的轨迹槽，可约束实施例2的置于滑套中心管5的凸块内的限位销7沿滑套4的轴向做单向运动。
[0046]实施例5
本实施例在实施例广4的基础上，作为一种优选的实施方式，提供了一种包含上述具有变径区的滑套、滑套中心管、轨迹管的变径机构，包括套管2，所述套管2内套装有具有变径区滑套4，所述滑套4本体的朝向进入端端口内设置有环形凸出部；该凸出部沿滑套本体4的轴向向内延伸的末端、为向滑套本体4径向外凹陷的环形扩径区15，该环形扩径区15的内表面为弧形凹面或弧形球面；
所述滑套4内还套设有滑套中心管5，所述滑套中心管5的管壁外壁上设置有一凸块，该凸块外侧面上设置有一沿管壁径向延伸的限位销7 ;滑套中心管5上端置于滑套4的环形凸出部内，其凸块紧邻滑套4环形凸出部下端面；
所述滑套4下端还套设有滑套座10，滑套中心管5的下端末端置于滑套座10内，滑套4下端与滑套中心管5之间形成空腔；
所述空腔内套设有轨迹管8，所述轨迹管8的管体上开设有绕管体周向曲折延伸的轨迹槽，限位销7的自由端置于轨迹管8的轨迹槽内；
所述轨迹槽包括多个平行于管体轴向的上下交错的轴向轨迹段16，相邻的轴向轨迹段通过第一斜向轨迹段17连通；
相邻的第一斜向轨迹段17的内侧边26相接从而构成“V”字形轨迹槽段，且各第一斜向轨迹段17与管体轴线的夹角相等；
所述多个轴向轨迹段16包括起始轴向轨迹段18、末尾轴向轨迹段20和置于该起始轴向轨迹段18、末尾轴向轨迹段20之间的多个中间轴向轨迹段19 ；
起始轴向轨迹段18沿管体轴向直线延伸，且其两侧边平行，两侧边朝向轨迹管8端部一侧通过外圆弧段21连接冲间轴向轨迹段19及末尾轴向轨段20包括与第一斜向轨迹段17的侧边平行对接的斜边22和与管体轴向平行的直边23，且该直边23临近末尾轴向轨迹段20 —侧，直边23与斜边22连接部通过外圆弧段21连接；所述末尾轴向轨段20的直边23与相邻第一斜向轨迹段17的外侧边27连接部通过外圆弧段21连接；
相邻的第一斜向轨迹段17的内侧边26的连接部通过内圆弧段24连接，所述内圆弧段24的中线与各轴向轨迹段16的中线不共线且偏向起始轴向轨迹段18。
[0047]所述滑套中心管5与轨迹管8管壁之间沿轴向放置有弹簧9。
[0048]其结构示意图如图5所示，其轨迹管8的部分轴侧面展开图如图3所示。
[0049]作为另一种优选，本实施例中轨迹管8的的轨迹槽的末尾轴向轨迹段还可以为，所述末尾轴向轨迹段20的直边23与第二斜向轨迹段25的外侧边27平行相接，第二斜向轨迹段25的内侧边26与相邻第一斜向轨迹段17的外侧边27相接，且第二斜向轨迹段25长度小于第一斜向轨迹段17，其轨迹管8的部分轴侧面展开图如图4所示。
[0050]本实施例中的变径机构，限位销钉7约束于轨迹管8的轨迹槽中，在施加先向下再向上的力时，限位销钉7沿轴向单向运动，轨迹管8同时发生转动。通过具有变径区的滑套
4、滑套中心管5与轨迹管8上的轨迹槽配合，可实现滑套中心管5的往复运动，所述变径机构的变径次数由轨迹管8的轨迹槽的极限点个数确定，即滑套中心管5往复运动的次数由轨迹板上轨迹槽确定。
[0051]实施例6
本实施例在实施例5的变径机构的基础上，所述滑套4的环形凸出部内还套设有变径球座3，所述变径球座3位于滑套4环形凸出部上端端部。
[0052]本实施例中，所述变径球座3为“C”环球座或分瓣卡瓦球座。
[0053]本实施例的变径机构的变径球座3位于滑套4的缩径区14内，当变径球座3运动到滑套4的扩径区15内时，变径球座3在扩径区内扩张实现变径。
[0054]实施例7
实施例1、5或6中的变径机构用于套管滑套时，其结构示意图如图6所示。包括上接头I，上接头I下端连接有套管2，所述套管2下端连接有下接头12，所述套管2上端管壁上开设有出液孔，还包括变径球座及其控制机构，所述变径球座紧邻上接头I下端面且套设在滑套4内；所述控制机构包括滑套4，滑套中心管5、剪钉6、限位销钉7、轨迹管8及弹簧9 ；
所述滑套4紧邻上接头I下端且套装在套管2内，滑套4与套管2之间穿设有第一剪钉6，所述第一剪钉6位于套管2的出液孔下端；所述滑套4所述滑套4本体的朝向进入端端口内设置有环形凸出部；该凸出部沿滑套本体4的轴向向内延伸的末端、为向滑套本体4径向外凹陷的环形扩径区15，该环形扩径区15的内表面为弧形凹面或弧形球面；
所述滑套4内还套设有滑套中心管5，所述滑套中心管5的管壁外壁上设置有一凸块，该凸块外侧面上设置有一沿管壁径向延伸的限位销7 ;滑套中心管5上端置于滑套4的环形凸出部内，其凸块紧邻滑套4环形凸出部下端面；
所述滑套4下端还套设有滑套座10，滑套中心管5的下端末端置于滑套座10内，滑套4下端与滑套中心管5之间形成空腔；
所述空腔内还套设有轨迹管8，所述轨迹管8的管体上开设有绕管体周向曲折延伸的轨迹槽，限位销7的自由端置于轨迹管8的轨迹槽内；
所述轨迹槽包括多个平行于管体轴向的上下交错的轴向轨迹段16，相邻的轴向轨迹段通过第一斜向轨迹段17连通；
相邻的第一斜向轨迹段17的内侧边26相接从而构成“V”字形轨迹槽段，且各第一斜向轨迹段17与管体轴线的夹角相等；
所述多个轴向轨迹段16包括起始轴向轨迹段18、末尾轴向轨迹段20和置于该起始轴向轨迹段18、末尾轴向轨迹段20之间的多个中间轴向轨迹段19 ；
起始轴向轨迹段18沿管体轴向直线延伸，且其两侧边平行，两侧边朝向轨迹管8端部一侧通过外圆弧段21连接冲间轴向轨迹段19及末尾轴向轨段20包括与第一斜向轨迹段17的侧边平行对接的斜边22和与管体轴向平行的直边23，且该直边23临近末尾轴向轨迹段20 —侧，直边23与斜边22连接部通过外圆弧段21连接；所述末尾轴向轨段20的直边23与相邻第一斜向轨迹段17的外侧边27连接部通过外圆弧段21连接；
相邻的第一斜向轨迹段17的内侧边26的连接部通过内圆弧段24连接，所述内圆弧段24的中线与各轴向轨迹段16的中线不共线且偏向起始轴向轨迹段18。所述轨迹槽包括多个平行于管体轴向的上下交错的轴向轨迹段，相邻的轴向轨迹段通过第一斜向轨迹段连通；相邻的第一斜向轨迹段的内侧边相接从而构成“V”字形轨迹槽段，且各第一斜向轨迹段与管体轴线的夹角相等。
[0055]所述滑套中心管5与轨迹管8管壁之间沿轴向放置有弹簧9。
[0056]所述滑套座10末端与滑套中心管5末端还穿设有第二剪钉11。
[0057]第二剪钉11用于防治在无球状态下滑套向下滑动。
[0058]本实施例针对小直径井眼的套管滑套，将实施例1、5或6的变径机构应用于套管滑套中，设计了一种“一球多开”式滑套开关，此滑套开关内部设计有“遇球通过”机构，遇球通过的次数可以预设，同一管柱中自下而上的滑套开关的遇球通过次数分别为0、1、2、3...次，当滑套开关遇球通过次数为O时，即可开启滑套开关。此滑套开关通过从井口依次投放多个一种规格的球，实现自下而上逐级开启多个井下滑套开关，进而实现自下而上分层逐层压裂施工。
[0059]实施例8
实施例7的滑套开关，其具体工作原理为:如图7所示，钢球13的直径大于滑套4缩径区14直径且小于扩径区15直径，变径球座3套设于滑套4的缩径区14内，滑套4对变径球座3施加径向约束，使变径球座3不能径向扩张，同时变径球座3储存有径向扩张的弹性势能。当钢球13坐落在变径球座3上，施加一定的压力时，钢球13、变径球座3随同滑套中心管5 —起下行至滑套4的内径扩径位置，即缩径区14末端的的扩径区15，此段行程为钢球13通过行程，标记为Laa，即Laa为球座到滑套4的扩径区14的入口处的距离。如附图8所示，变径球座3失去了滑套4的径向约束后，在自身的弹性势能作用下径向扩张，变径球座3内径变大使得钢球13通过变径球座3，此时钢球13通过滑套开关进入下面的工具串。当钢球13通过变径球座3后，在弹簧9的作用下使得变径球座3和滑套中心管5上行至初始位置，变径球座3重新闭合恢复原来的内径。
[0060]实施例9
实施例7的滑套开关，该滑套开关设计有“遇球通过”控制机构，下面结合附图3、4及6进行阐述。变径球座3在滑套4中轴向移动的距离由销钉7在轨迹管8中轴向移动距离而定。如附图6所示，销钉7穿过轨迹管8的轨迹槽，并固定于滑套中心管5的孔中，即销钉7的一端放置于轨迹管8的轨迹槽中，轨迹槽如图3、图4所示，另一端固定于滑套中心管5的小孔中。销钉7随着滑套中心管5的轴向移动而移动，销钉7在轨迹管8的轨迹槽中移动，轨迹管8可以轴向转动。滑套开关可通过的钢球数由轨迹管8的轨迹槽的极限点个数确定，具体数目根据需要压裂的级数而定，同时轨迹管8极限点的个数受套管2外径的限制。
[0061]本实施例中，以一球开启三级滑套为例，所示轨迹槽中分布有A、B、C、D、E、F等多个极限点。假设销钉7的初始位置在轨迹槽的C点，如图11所示，钢球13坐落在变径3上，在压力的作用下，变径球座3带动滑套中心管5向下移动，滑套中心管5带动销钉7在轨迹槽中移动，由C点移动到D点。此时从上接头I处看，轨迹管8为逆时针转动。由销钉7由C-D点产生轴向行程LI，并且Ll=LMa(LMa为变径球座3到滑套4的扩径区15的入口处的距离)，如图3所示。即销钉7从C — D点，变径球座3进入滑套4的扩径区15扩径，可以使球通过滑套开关。
[0062]当钢球13通过滑套开关后，在弹簧9的弹性势能作用下，弹簧9推动滑套中心管
5、变径球座3和销钉7复位，销钉7在复位的时候由D — E点。此时从上接头I处看，轨迹管8为顺时针转动。当销钉7在E点时，由E —F点会产生轴向行程L2。由于L2〈Laa，此时变径球座3无法到达滑套4的扩径区15，不能径向扩张，钢球13不能通过滑套开关。
[0063]实施例10
实施例7的滑套开关，可以实现投多个同一规格的钢球13自下而上逐级开启多个同一规格的滑套开关(同一规格的滑套开关是指球座的几何尺寸一样)。在实施例Γ9的基础上，结合套管滑套实例加以阐述，以一个规格的球开启3个同一规格的滑套开关为例进行阐述，管路逐级开启时销钉7在轨迹管8中移动的示意图如图10、11、12所示。
[0064]在井下管柱中，同一规格的滑套开关自下而上分别标记为I级、II级和III级，如图9所示。将井下I级、II级和III级滑套开关的销钉7的初始位置设置在E、C、A点，如图10、
11、12所示。
[0065]当从井口投第一个钢球14时:钢球14首先到达III级滑套开关的变径3球座上，力口压钢球13通过III级滑套开关，同时III级滑套开关的销钉7由A — B — C点；钢球13然后达到II级滑套开关的变径球座3，加压钢球13通过II级滑套开关，同时II级滑套开关的销钉7由C — D — E ;钢球13下落至I级滑套开关的变径球座上，加压时销钉只能由E — F，由于销钉的轴向行程小于钢球13所需的通过行程，钢球13不能通过I级滑套开关，继续加压，剪断剪钉6，滑套4、滑套中心管5、销钉7、轨迹管8、弹簧9、滑套座10—起下落封堵I级套管下端的出液孔，开启套管2的出液孔，I级滑套开关开启。
[0066]当从井口投第二个钢球13时:钢球13首先到达III级滑套开关的变径球座3上，力口压钢球13通过III级滑套开关，同时III级滑套开关的销钉7由C — D — E点；II钢球13然后达到II级滑套开关的变径球座3，加压，销钉只能由E — F，由于销钉的轴向行程小于钢球13所需的通过行程，钢球13不能通过II级滑套开关，继续加压，剪断剪钉6，滑套4、滑套中心管5、销钉7、轨迹管8、弹簧9、滑套座10 —起下落封堵II级套管下端的出液孔，开启套管2的出液孔，II级滑套开关开启。
[0067]当从井口投第3个钢球13时:钢球13首先到达III级滑套开关的变径球座3上，力口压，销钉只能由E — F，由于销钉的轴向行程小于钢球13所需的通过行程，钢球13不能通过III级滑套开关，继续加压，剪断剪钉6，滑套4、滑套中心管5、销钉7、轨迹管8、弹簧9、滑套座10—起下落封堵III级套管下端的出液孔，开启套管2的出液孔，III级滑套开关开启；此时即可对该滑套开关对应的层段进行压裂施工。
[0068]本实施例解决了目前套管滑套完井使用的3.5英寸套管，受内外径尺寸限制较大，对于变径投球的套管滑套，最多只能接两级改造3层，很难适应多层系的开发的技术问题，通过从井口依次投放多个一种规格的球，实现自下而上逐级开启多个井下滑套开关，进而实现自下而上分层逐层压裂施工。
[0069]以上实施例没有详细叙述的部件和结构属于本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。
[0070]以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行另外详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种变径机构，包括套管(2)，其特征在于:所述套管(2)内套装有具有变径区滑套(4)，所述滑套(4)内还套设有滑套中心管(5)，所述滑套中心管(5)上设置有一沿管壁径向延伸的限位销钉(7);滑套中心管(5)上端置于滑套(4)的变径区内； 所述滑套(4)下端还套设有滑套座(10)，滑套中心管(5)的下端末端置于滑套座(10)内，滑套(4)下端与滑套中心管(5)之间形成空腔； 所述空腔内套设有轨迹管(8)，所述轨迹管(8)的管体上开设有绕管体周向曲折延伸的轨迹槽，限位销钉(7)的自由端置于轨迹管(8)的轨迹槽内； 所述滑套中心管(5)与轨迹管(8)管壁之间沿轴向放置有弹簧(9)。
2.如权利要求1所述的一种变径机构，其特征在于:所述具有变径区的滑套(4)包括滑套(4)本体，所述滑套(4)本体的进入端端口内设置有环形凸出部；该凸出部沿滑套(4)本体的轴向向内延伸的末端为向滑套(4)本体径向外凹陷的环形扩径区(15)，该环形扩径区(15)的内表面为弧形凹面或弧形球面。
3.如权利要求1所述的一种变径机构，其特征在于:所述滑套中心管(5)的管壁外壁上设置有一凸块，该凸块外侧面上设置有一沿管壁径向延伸的限位销钉(7)。
4.如权利要求1所述的一种变径机构，其特征在于::所述轨迹管(8)的管体上开设有绕管体周向曲折延伸的轨迹槽，所述轨迹槽包括多个平行于管体轴向的上下交错的轴向轨迹段(16 )，相邻的轴向轨迹段通过第一斜向轨迹段(17 )连通； 相邻的第一斜向轨迹段(17)的内侧边(26)相接从而构成“V”字形轨迹槽段，且各第一斜向轨迹段(17)与管体轴线的夹角相等； 所述多个轴向轨迹段(16 )包括起始轴向轨迹段(18 )、末尾轴向轨迹段(20 )和置于该起始轴向轨迹段(18)、末尾轴向轨迹段(20 )之间的多个中间轴向轨迹段(19); 起始轴向轨迹段(18)沿管体轴向直线延伸，且其两侧边平行，两侧边朝向轨迹管(8)端部一侧通过外圆弧段(21)连接；中间轴向轨迹段(19)及末尾轴向轨段(20)包括与第一斜向轨迹段(17)的侧边平行对接的斜边(22)和与管体轴向平行的直边(23)，且该直边(23 )临近末尾轴向轨迹段(20 ) 一侧，直边(23 )与斜边(22 )连接部通过外圆弧段(21)连接；所述末尾轴向轨段(20)的直边(23)与相邻第一斜向轨迹段(17)的外侧边(27)连接部通过外圆弧段(21)连接； 相邻的第一斜向轨迹段(17)的内侧边(26)的连接部通过内圆弧段(24)连接，所述内圆弧段(24)的中线与各轴向轨迹段(16)的中线不共线且偏向起始轴向轨迹段(18)。
5.如权利要求4所述的一种变径机构，其特征在于:所述末尾轴向轨迹段(20)的直边(23)与第二斜向轨迹段(25)的外侧边(27)平行相接，第二斜向轨迹段(25)的内侧边(26)与相邻第一斜向轨迹段(17)的外侧边(27)相接，且第二斜向轨迹段(25)长度小于第一斜向轨迹段(17)。
6.如权利要求1所述的变径机构，其特征在于:所述滑套(4)的环形凸出部内还套设有变径球座(3 )，所述变径球座(3 )位于滑套(4 )环形凸出部上端端部。
7.如权利要求6所述的变径机构，其特征在于:所述变径球座(3)为“C”环球座。
8.如权利要求6所述的变径机构，其特征在于:所述变径球座(3)为分瓣卡瓦球座。
【文档编号】E21B34/14GK104234683SQ201410463178
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月12日 优先权日:2014年9月12日
【发明者】隆世明, 苏敏文, 邓小强, 宁治军, 王伟, 张文, 李景彬, 李星星, 田文超, 韩玙, 宫娜娜, 段腾龙, 许祥见 申请人:中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆井下技术作业公司