一种防砂滑套的制作方法

1.本发明涉及石油天然气完井技术领域，具体地涉及一种防砂滑套。


背景技术：

2.裸眼分段压裂完井工艺是致密油气藏高效开发的常用手段，相比较与套管分段压裂完井，裸眼分段压裂完井工艺的产层与油气生产通道接触面积更大，且油气渗流通道更多。目前常用的分段压裂技术为采用“滑套+封隔器”进行分段压裂，这是效率较高、生产成本较低的一种完井方式。然而，常规滑套由于不具备防砂功能，在裸眼分段压裂完井过程中，在压裂结束后油气生产的过程中容易发生地层出砂或井壁垮塌的风险，甚至可能造成大量的砂或者垮塌物进入井筒内，从而给后期油气井管理与维护造成极大困难。因此，滑套的防砂功能显得尤为重要。
3.因此，希望提供一种具备防砂功能的滑套。


技术实现要素：

4.针对如上所述的技术问题，本发明旨在提出一种防砂滑套，这种防砂滑套能够用于裸眼分段压裂完井管柱上，其能够有效避免地层产出砂及井壁垮塌的固体物质在开采过程中进入到滑套和井筒内，从而保证生产质量。
5.为此，根据本发明提出了一种防砂滑套，包括：外筒，在所述外筒的侧壁上设有导流孔；以及同心安装在所述外筒内的内筒，所述内筒包括构造有防砂通道的第一部分以及与所述第一部分相连的第二部分；其中，在第一状态下，所述内筒的第二部分的主体封堵所述导流孔以使所述外筒的外空间与所述内筒的内空间不导通，在第二状态下，所述第一部分和所述第二部分相对于所述外筒向下移动使得所述导流孔与所述第一部分和所述第二部分错开，以通过所述导流孔直接导通所述外筒的外空间和所述内筒的内空间，在第三状态下，所述内筒的第一部分向上移动至使得所述防砂通道与所述导流孔相对连通，以使所述外筒的外空间与所述内筒的内空间通过所述防砂通道导通。
6.在一个实施例中，所述第一部分套装在所述第二部分与所述外筒之间，在第一状态和第二状态下，所述第一部分通过第一销钉与所述第二部分形成固定连接，在第三状态下，所述第一销钉失效，所述第一部分独立于所述第二部分而相对于所述外筒向上移动。
7.在一个实施例中，所述第二部分设有贯穿侧壁的进液孔，在所述内筒与所述外筒的之间形成有进液缝隙，
8.在第三状态下，井内液体通过所述进液孔和所述进液缝隙流至所述第一销钉处，所述第一销钉能够在井内液体的作用下溶解以失效。
9.在一个实施例中，在第一状态下，所述内筒与所述外筒通过第二销钉形成固定连接，所述第一部分的防砂通道与所述外筒的导流孔相对，且所述防砂通道和所述导流孔同时被所述第二部分的主体所封堵。
10.在一个实施例中，在所述外筒的内侧构造有朝向上方的第一台阶面，所述第一台
阶面位于所述第一部分之下并与所述第一部分相对，在所述第一部分与所述第一台阶面之间设置有弹性件，
11.在第二状态下，所述第一部分剪断所述第二销钉向下移动而压缩所述弹性件，
12.在第三状态下，所述弹性件驱动所述第一部分向上移动。
13.在一个实施例中，在所述第二部分的外壁上设有安装槽，在所述安装槽内安装有锁紧机构，且在所述外筒的内壁上设有环形凹槽，在第二状态下，所述第二部分相对于所述外筒向下移动至所述锁紧机构与所述环形凹槽相对并嵌入到所述环形凹槽内，在第三状态下，所述第二部分与所述外筒在所述锁紧机构的作用下保持相对固定。
14.在一个实施例中，所述第一部分连接在所述第二部分之上，在第一状态下，所述第一部分的防砂通道与外筒的位于导流孔之上的主体相对。
15.在一个实施例中，在所述外筒的下端固定连接有下接头，所述下接头的上端插入到所述外筒内，在所述第二部分的下端面和所述下接头的上端面之间安装有弹性件，在第二状态下，所述第一部分和第二部分向下移动而压缩所述弹性件，在第三状态下，所述弹性件驱动所述第二部分向上移动至所述第一部分的防砂通道与所述外筒的导流孔相对连通。
16.在一个实施例中，在所述第二部分的外壁上设有安装槽，在所述安装槽内安装有限位机构，在所述外筒内壁面上设有限位槽，在第一状态下，所述限位机构位于所述限位槽的上方，在第二状态下，所述第二部分相对于所述外筒向下移动至所述限位机构接合到所述限位槽内并移动至所述限位槽的下端，在第三状态下，所述第二部分相对于所述外筒向上移动至所述限位机构移动至所述限位槽的上端并卡在所述限位槽的上端。
17.在一个实施例中，在所述第二部分的内壁上设有径向向外延伸的开关槽，所述滑套开启工具能够与所述开关槽配合以带动所述第一部分和所述第二部分相对于所述外筒向下移动。
18.与现有技术相比，本发明发有点之处在于：
19.根据本发明的防砂滑套能够通过一趟管柱实现压裂施工和防砂，其集成了压裂施工和防砂等多个功能，大大简化了施工作业步骤，显著提高了施工、生产作业效率。并且通过防砂构件显著增强了防砂滑套的防砂性能，使防砂滑套能够有效防止地层产出砂及井壁垮塌的固体物质进入管柱内筒，保证了生产作业的正常进行，进一步提高了防砂滑套的防砂效果和可靠性。这种防砂滑套能够用于裸眼分段压裂完井管柱上，其能够有效避免地层产出砂及井壁垮塌的固体物质在开采过程中进入到滑套和井筒内，从而保证生产质量。此外，该防砂滑套的结构简单，操作方便，成本低。
附图说明
20.下面将参照附图对本发明进行说明。
21.图1显示了根据本发明的实施例一的防砂滑套的第一状态。
22.图2显示了根据本发明的防砂滑套的的第二状态。
23.图3显示了根据本发明的防砂滑套的第三状态。
24.图4是图2中a区域的放大图。
25.图5显示了根据本发明的实施例二的防砂滑套的第一状态。
26.图6显示了实施例二的防砂滑套的第二状态。
27.图7显示了实施例二的防砂滑套的第三状态。
28.在本技术中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本发明的原理，并且未按实际比例绘制。
具体实施方式
29.下面通过附图来对本发明进行介绍。
30.在本技术中，需要说明的是，将防砂滑套放入井筒中靠近井口的一端定义为上端或相似用语，将远离面井口的一端定义为下端或相似用语。
31.图1显示了根据本发明的防砂滑套100的结构。如图1所示，防砂滑套100包括外筒110，外筒110构造成圆筒状。在外筒110的两端分别固定安装有上接头101和下接头102。上接头101和下接头102分别用于连接井下管柱，以将防砂滑套100连接到井下管柱中，并随井下管柱下井施工。在一个实施例中，上接头101和下接头102均设有台阶形的连接扣，连接扣设有外螺纹，同时，在外筒110的内壁两端设有内螺纹。外筒110与上接头101及下接头102通过螺纹连接的方式形成固定安装。防砂滑套100的这种连接方式安装方便，且稳定可靠。
32.为了保证外筒110与上接头101及下接头102之间的密封性，在外筒110与上接头101及下接头102的连接面之间设有密封件。在一个实施例中，密封件为密封圈。由此，能够有效保证外筒110与上接头101和下接头102的连接处的密封性，从而保证防砂滑套100的密封性能。
33.根据本发明，在外筒110的侧壁上设有多个导流孔111。如图1所示，导流孔111设置在外筒110的靠近上端(图1中的左端)的侧壁上。多个导流孔111设置在同一轴向位置，且在周向上均匀间隔开分布。导流孔111能够打开以用于供井内液体流过，从而进行压裂施工作业。
34.如图1所示，防砂滑套100还包括内筒120。内筒120同心安装在外筒110的内部。内筒120包括圆筒状的第一部分121和连接在第一部分121的下端的第二部分122，第一部分121的侧壁上设有防砂通道123。在第一状态下(初始状态下)，内筒120的第二部分122通过第二销钉105与外筒110形成固定连接，并使内筒120封堵导流孔111。在一个实施例中，第二销钉105采用剪切销钉。防砂通道123可构造为防砂缝、防砂孔或防砂网中的至少一种。
35.根据本发明，在内筒120的内壁面上设有径向向外延伸的开关槽124。作业时，通过滑套开启工具(未示出)能够与内筒槽124适配形成卡合，从而能够带动内筒120轴向向下运动以打开导流孔111。在实际工作过程中，通过从井口投入滑套开启工具，使滑套开启工具到达防砂滑套内，并与开关槽124适配形成卡合，从而通过滑套开启工具对内筒120施加向下的作用力直至剪断第二销钉105后，使内筒120下行，从而打开导流孔111，使外筒110的外空间与内筒120的内空间通过导流孔111直接导通。此时，导流孔111打开状态为第二状态，在此状态下可进行压裂施工。
36.根据本发明，防砂滑套100还包括设置在外筒110和内筒120之间的弹性件130。内筒120下行时轴向向下运动并压缩弹性件130，并且，弹性件130构造成能够释放弹性力而推动内筒120的第一部分121轴向向上运动，直至内筒120的第一部分121上的防砂通道正对着导流孔111，从而使外筒110的外空间与内筒120的内空间通过防砂通道123导通。此时，通过防砂通道123打开导流孔111而处于第三状态，在此状态下可进行防砂生产作业。
37.下面针对不同的实施例对防砂滑套进行详细介绍。
38.实施例一：
39.如图1所示，内筒120的第二部分122构造成包括第一圆筒1221和固定连接在第一圆筒1221的下端的第二圆筒1222。在一个实施例中，第一圆筒1221和第二圆筒1222可以通过螺纹固定连接而形成一体。第一圆筒1221和第二圆筒1222的内径相等，而第一圆筒1221的外径小于第二圆筒1222的外径。由此，在第二圆筒1222的外壁面上形成有台阶。并且，在外筒110的内壁面上设有台肩112。在第一状态下，内筒120通过第二销钉105与外筒110形成固定连接。在一个实施例中，内筒120中的第二圆筒1222通过第二销钉105与外筒形成固定连接，且使第一圆筒1221封闭导流孔111。此时，内筒120的第二圆筒1222上的台阶端面与外筒110的台肩112的下端面抵接，且内筒120的上端面与上接头101的下端面抵接。
40.在本实施例中，上接头101的下端端面设有轴向向外延伸的圆筒形连接部。圆筒形连接部的外径设置成与外筒110的内径相等，而内径设置成小于上接头101的内径，且内径设置成与内筒120的第一圆筒1221的外径相等。由此，在上接头101的端部形成了台阶形安装部。在第一状态下，内筒120的上端面与上接头101的台阶形安装部抵接。同时，在圆筒形连接部与内筒120之间设有密封圈。上接头101的这种结构非常有利于防砂滑套100的密封。
41.如图1所示，内筒120的第一部分121套装第二部分122与外筒110之间。在第一状态下，第一部分121通过第一销钉104与第二部分122形成固定连接。同时，在此状态下，内筒120通过第二销钉105与外筒110形成固定连接，且使第二部分122的主体同时封堵防砂通道123和导流孔111。并且，在第一状态下，第一部分121的防砂通道123与外筒110的导流孔111相对，且内筒120的上端面与上接头101的下端面接触。为了保证第一部分121与外筒110的侧壁之间的密封性，在第一部分121与外筒110的侧壁之间设有多个密封件，这些密封件分别设置在防砂通道123的上下两侧。在本实施例中，外筒110的台肩112的上端面构造为朝向上方的第一台阶面，第一台阶面位于第一部分121之下并与第一部分121相对，弹性件130设置在第一部分121与第一台阶面之间。优选地，弹性件130为弹簧。在第一状态下，弹性件130处于自由状态，或者也可已经受到一定压缩，并且弹性件130的两端分别与第一部分121的下端面和第一台阶面抵接。在第二状态下，内筒120剪断第二销钉105向下移动而压缩弹性件130。在第三状态下，第一销钉104失效，从而能够使第一部分121在弹性件130的作用下独立于第二部分122而相对于外筒110向上移动。
42.在本实施例中，内筒120设有贯穿侧壁的进液孔125，优选地，进液孔125设置在第一圆筒1221的靠近下端的侧壁上，在内筒120与外筒110的之间形成有进液缝隙126，进液缝隙126能够与进液孔125连通并延伸至第一销钉104处。在内筒120的第二圆筒1222与外筒110之间设有两个轴向间隔开分布的密封件，进液孔125处于两个密封件的轴向之间。在第一状态下，在这两个密封件的作用下，进液孔125与进液缝隙126之间没有连通，进液缝隙126处于密封状态，第一销钉104不会溶解失效。在第三状态下，内筒120向下移动后使第二圆筒1222与外筒110之间形成了环空空间，第二圆筒1222与外筒110之间的两个密封件处于环空空间而不起密封作用，此时，进液孔125与进液缝隙126连通。由此，井内液体通过进液孔125和进液缝隙126流至第一销钉104处，第一销钉104能够在井内液体的作用下溶解以失效。
43.根据本发明，在内筒120的第二部分122的外壁上设有安装槽，在安装槽内安装有
锁紧机构150，同时在外筒110的内壁上设有环形凹槽113。在第二状态下，第二部分122相对于外筒110向下移动至锁紧机构150与环形凹槽113相对并嵌入到环形凹槽113内，从而对第二部分122形成轴向锁定。由此，使得导流孔111能够保持打开状态，以便进行压裂施工。并且，在第三状态下，锁紧机构150使第二部分122与外筒110保持相对固定。在一个实施例中，锁紧机构150可以为卡簧、c形环或限位棘齿。在另一个实施例中，锁紧机构150例如可以采用弹簧和挡块的组合。初始时，弹簧压缩式设置在挡块与安装槽的底壁之间，使得挡块容纳于安装槽内。
44.防砂滑套100在安装时，首先，将内筒120的第一部分121、弹性件130套装在第二部分122的第一圆筒1221上，并用第一销钉104将第一部分121和第一圆筒1221固定连接。之后，将第一部分121和第一圆筒1222一起装入外筒110内，且使弹性件130的下端抵靠在外筒110内的第一台阶面上。之后，将上接头101通过螺纹连接到外筒110的上端。之后，将锁紧机构150安装在第二部分122的第二圆筒1222的外壁上的安装槽内，然后将第二圆筒1222从外筒110的下端装入外筒110内，并且将第二圆筒1222与第一圆筒1221通过螺纹固定连接。之后，通过第二销钉105使外筒110与内筒120的第二部分122形成固定连接。之后，将下接头102与外筒110的下端通过螺纹固定连接，从而组装完成防砂滑套100。
45.下面简述防砂滑套100的工作过程。首先，在第一状态下，如图1所示，内筒120的第一部分121和第二部分122的主体均处于外筒110的上端部分，并封堵导流孔111。将防砂滑套100连接到施工管柱中，然后，下放到井筒中直至到达预定的施工地层。之后，从井口投入滑套开启工具(未示出)，直至滑套开启工具到达防砂滑套100处且与内筒120内的开关槽124适配卡合，并在防砂滑套100内憋压以对内筒120形成向下的压力，从而使内筒120的第二部分122剪断第二销钉105。第二部分122带动第一部分121同步下行，使得第一部分121压缩弹性件130，直至完全打开导流孔111。此时，锁紧机构150与环形凹槽113适配卡合而对第二部分122形成锁定，从而使导流孔111保持打开状态。由此，外筒110的外空间与内筒120的内空间通过导流孔111直接导通。图2显示了防砂滑套100的第二状态。此时，防砂滑套100内的压裂液可以通过导流孔111进行压裂施工。
46.压裂施工完成后，随着压裂液返排，固定连接内筒120的第一部分121和第二部分122的第一销钉104在返排液的作用下慢慢溶解。由此，使得弹性件130能够释放弹性力并驱动第一部分121上行，直至第一部分121到达初始位置，并使防砂通道123正对着外筒110上的导流孔111，从而使外筒110的外空间与内筒120的内空间通过防砂通道123导通。图3显示了防砂滑套100的第三状态。此时，防砂滑套100处于防砂状态，通过防砂通道123能够有效防止井壁垮塌的沙砾进入管柱内筒，从而实现防砂功能，保证生产作业的正常进行。
47.根据本实施例的防砂滑套100的结构简单，操作方便，简化了施工步骤，显著提高了生产作业效率，且有效提高了防砂性能，其可靠性高。
48.实施例二：
49.图5显示了根据本发明的实施例二的防砂滑套200的结构。如图5所示，内筒220呈圆筒状，且开关槽224优选设置在内筒220的靠近中部区域的内壁上。实施例二与实施例一相比，不同之处在于内筒220的第一部分221的结构和设置位置、弹性件的设置位置。
50.如图4所示，内筒220的第一部分221连接在第二部分222的上端，第一部分设有防砂通道223。优选地，第一部分221和第二部分222一体化设置。在第一状态下，第二部分222
通过剪切销钉205与外筒210形成固定连接，并使防砂通道223与外筒210的位于导流孔211之上的主体相对，从而封堵导流孔211。在防砂状态下，防砂通道223能够与导流孔211对应，以进行防砂。为了保证内筒220的第二部分222对导流孔211的密封，在第二部分222与外筒210的侧壁之间设有多个密封件，这些密封件间隔开设置，且在初始状态下密封件分别处于导流孔211的上下两侧。
51.在实施例二中，在内筒220的第二部分222的下端固定连接有内筒连接套260。内筒连接套260与第二部分222之间采用螺纹连接的方式形成固定连接。内筒连接套260的外径小于第二部分222的内径，并设置成与下接头202的内径相等，且内筒连接套260延伸到下接头202内且以下接头202的内壁面承接导向。由此，在内筒连接套260和外筒210的之间且处于第二部分222的下端面与下接头202的上端面之间形成了密闭的环形腔体。弹性件230套设在内筒连接套260的外壁面上且安装在环形腔体内。在第一状态下，弹性件230处于自由状态，且第二部分222的下端面与弹性件230的上端相隔一段距离。内筒220的第二部分222能够在剪断剪切销钉205后带动内筒连接套260下行并压缩弹性件230，直至完全打开导流孔211。
52.在本实施例中，在外筒210的对应于环形腔体的侧壁区域设有限位台阶212。限位台阶212用于对内筒220的下行运动进行轴向限定，使得内筒220能够下行至下端面正好抵接在限位台阶212上，并能够保证完全打开导流孔211。限位台阶212还能够防止内筒220对弹性件230造成过度压缩，从而避免弹性件230失效。
53.根据本发明，在第二部分222的外壁上设有安装槽，在安装槽内安装有限位机构250，同时在外筒210的内壁上设有限位槽213。限位槽213能够对限位机构250形成轴向限位，从而使内筒220能够通过限位机构250和限位槽213在一定的轴向范围内运动。在一个实施例中，限位机构250采用限位棘齿。当然可以理解，限位机构250也可以采用卡簧或c形环。在第一状态下，限位机构250位于限位槽213的上方。在第二状态下，第二部分222相对于外筒210向下移动至限位机构250接合到限位槽213内并移动至限位槽213的下端。在第三状态下，第二部分222相对于外筒210向上移动至限位机构250移动至限位槽213的上端并卡在限位槽213的上端。
54.防砂滑套200在安装时，首先，将限位机构250安装到内筒220的第二部分222的安装槽内，并将内筒连接套260通过螺纹固定连接在内筒250的下端。之后，将内筒220从外筒210的上端插入外筒210内，并安装剪切销钉205，将内筒220与外筒210固定连接，且使内筒220封闭外筒210上的导流孔211。之后，将上接头201通过螺纹连接的方式固定安装到外筒210的上端。之后，从外筒210的下端将弹性件230安装到外筒210与内筒连接套260之间，并将下接头202通过螺纹连接的方式固定安装到外筒210的下端。由此，组装完成防砂滑套200。
55.下面简述防砂滑套200的工作过程。首先，在第一状态下，如图4所示，内筒220的第一部分221处于导流孔211的轴向上端，从而使内筒220的第二部分222封堵导流孔211。将防砂滑套200连接到施工管柱中，然后，下放到井筒中直至到达预定的施工地层。之后，从井口投入滑套开启工具270(见图5)，直至滑套开启工具到达防砂滑套200处且与内筒220的第二部分222的内壁上是开关槽221适配卡合，并在防砂滑套200内憋压以对第二部分222形成向下的压力，从而使第二部分222剪断剪切销钉205。第二部分222带动第一部分221同步下行
且下端面压缩弹性件230，直至限位机构250接合到限位槽213内并移动至限位槽213的下端，从而完全打开导流孔211，并且在井内压力和滑套开启工具的作用下保持导流孔211打开。图5显示了防砂滑套200的第二状态。此时，防砂滑套200可以通过导流孔211进行压裂施工。所述第二部分相对于所述外筒向上移动至所述限位机构移动至所述限位槽的上端并卡在所述限位槽的上端。
56.压裂施工完成后，返排及生产过程中滑套开启工具不存在上下压差，滑套开启工具溶解或返吐至井口。由此，内筒220的第二部分222不存在上下压差，这使得弹性件230能够释放弹性力并推动内筒220上行，直至限位机构移250动至限位槽213的上端并卡在限位槽的上端，从而对内筒220形成轴向限定，阻止内筒220继续上行。此时，第一部分221的防砂通道223正对着导流孔211，使得防砂滑套200处于防砂状态。图6显示了防砂滑套200的第三状态。第一部分221的防砂通道223能够有效防止井壁垮塌的沙砾进入管柱内筒，从而实现防砂功能，有效保证生了产作业的正常进行。
57.根据本实施例的防砂滑套200的结构简单，大大降低了安装难度，且简化了施工步骤，显著提高了生产作业效率，有效提高了防砂性能。
58.根据本发明的防砂滑套能够通过一趟管柱实现压裂施工和防砂，其集成了压裂施工和防砂等多个功能，大大简化了施工步骤，显著提高了生产作业效率。并且，通过防砂构件显著增强了防砂滑套的防砂性能，使防砂滑套能够有效防止井壁垮塌的沙砾进入管柱内筒，保证了生产作业的正常进行，进一步提高了防砂滑套的防砂效果和可靠性。这种防砂滑套能够用于裸眼分段压裂完井管柱上，其能够解决压后防砂问题。此外，该防砂滑套的结构简单，操作方便，便于安装，成本低。
59.最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施方案而已，并不构成对本发明的任何限制。尽管参照前述实施方案对本发明进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。