一种裸眼井防砂滑套的制作方法

1.本发明涉及完井技术领域，特别是涉及一种裸眼井防砂滑套。


背景技术：

2.裸眼分段压裂完井工艺是致密油气藏的高效开发的手段之一。相较于套管分段压裂完井，裸眼分段压裂完井工艺中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。
3.然而，裸眼容易产生生产中出砂、井壁垮塌等问题。这会导致有砂随油气被采集到压裂管柱中。随着时间的推移，进入到压裂管柱内的砂容易造成压裂管柱的堵塞，从而导致油气采集的效率低下。另外，这也会给后期油气井管理与维护造成极大困扰。
4.因此，希望能提出一种能在油气开采过程中有利于避免砂进入到压裂管柱内的装置。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明提出了一种裸眼井防砂滑套，通过其有利于在油气开采过程中避免砂进入到压裂管柱中。
6.根据本发明提出了一种裸眼井防砂滑套，包括：外筒，在所述外筒上构造有在径向方向上贯穿所述外筒的侧壁的外部通道；内筒，所述内筒套设在所述外筒内，并构造有在径向方向上贯穿所述内筒的侧壁的防砂通道；以及中筒，所述中筒套设在所述内筒和外筒之间；其中，在第一状态下，所述外部通道与所述防砂通道相对，所述中筒阻挡在所述外部通道与防砂通道之间，使得外筒外空间与内筒内空间不能通过所述外部通道和所述防砂通道而导通，在第二状态下，所述中筒和所述内筒相对于所述外筒向下移动而将所述外部通道避让开，使得外筒外空间与内筒内空间能直接通过所述外部通道而导通，在第三状态下，所述内筒相对于所述外筒和中筒向上移动而使所述防砂通道与所述外部通道相对，所述中筒相对于所述防砂通道和外部通道避让开，使得外筒外空间与内筒内空间能通过所述外部通道与所述防砂通道而导通。
7.对于上述滑套来说，第一状态为初始状态。在滑套随压裂管柱一起下入的过程中，滑套保持处于第一状态。此时，不通过外部通道和防砂通道而进行滑套内外(压裂管柱内外)的流体交流。在下入之后，滑套转变为第二状态。此时，可通过井内打压而实现压裂，压裂管柱内的压裂流体可通过外部通道而流向地层。然后，滑套可转变为第三状态。此时，地层中的流体可通过外部通道和防砂通道而进入到滑套的内筒中，并由此而被输送到地面。通过上述这种设置，有利于确保压裂管柱下入、压裂和开采工作的顺利进行。同时，还能有效避免砂在开采过程中进入到滑套和压裂管柱内。另外，由于内筒和中筒的分开设计，所以在第二状态下，在中筒的上方可以形成沉砂空间，以允许少量的砂粒累积。这使得内筒140向上移动至第三状态变得更加容易，不容易出现卡砂的情况，从而能有效降低施工风险。尤其是对于水平井和大位移井的情况来说，这种设计是非常有利的。
8.在一个实施例中，在从第二状态到第三状态的过程中，所述内筒受到的来自液压的下推力比来自液压的上推力要小，以推动所述内筒向上移动。
9.在一个实施例中，所述内筒包括与所述外筒的内壁密封式接合的第二部分，以及与所述外筒的内壁密封式接合的第三部分，所述第三部分相对于所述第二部分径向向外凸出，使得所述内筒受到来自液压的下推力的作用面积比所述内筒受到来自液压的上推力的作用面积要小。
10.在一个实施例中，在所述内筒的外侧构造有朝向上方的第一台阶面以及第二台阶面，所述第一台阶面和所述第二台阶面在纵向方向上彼此间隔开，所述第二台阶面位于所述第一台阶面之下，在所述第一台阶面和所述第二台阶面之间形成所述第二部分，在所述内筒的外侧还构造有朝向下方的第三台阶面，所述第三台阶面与所述第二台阶面在纵向方向上彼此间隔开，所述第三台阶面位于所述第二台阶面之下，在所述第三台阶面与所述第二台阶面之间形成所述第三部分。
11.在一个实施例中，在所述内筒的外侧构造有朝向下方的第三台阶面，所述第三台阶面与所述内筒的下端面在纵向方向上彼此间隔开，所述第三台阶面位于所述下端面之上，在所述第三台阶面与所述下端面之间形成所述内筒的第四部分，所述裸眼井防砂滑套还包括下接头，所述下接头的上端插入到所述外筒内，所述内筒的下端插入到所述下接头内，使得在所述下接头的上端面、外筒的内壁以及内筒的第三台阶面和第四部分的外侧面之间形成容纳空间，在所述容纳空间内设置有弹性件，所述弹性件构造为在所述第二状态下受到所述下接头的上端面与所述第三台阶面的压缩，能驱动所述内筒向上移动从第二状态到第三状态。
12.在一个实施例中，设置在所述第三台阶面上方的第三部分为所述内筒的外径最大的部分，设置在所述第三台阶面下方的第四部分为所述内筒的外径最小的部分，以尽可能增大所述容纳空间的径向尺寸，使得容纳于所述容纳空间内的弹性件的尺寸尽可能大。
13.在一个实施例中，所述内筒构造有上泄压孔和下泄压孔，所述上泄压孔和下泄压孔在径向方向上贯穿所述内筒的侧壁，所述上泄压孔位于所述中筒之下，以平衡所述中筒上下两端的压力，所述下泄压孔与容纳弹性件的容纳空间相连通。在一个实施例中，在所述内筒的外侧构造有第一卡接槽，在所述中筒的内侧设置有第一卡簧，在第一状态和/或第二状态下，所述第一卡簧卡接在所述第一卡接槽内，使得在所述内筒向下移动时，所述中筒与所述内筒保持相对固定。
14.在一个实施例中，在所述内筒的外侧构造有第二卡接槽，所述第二卡接槽处于所述第一卡接槽之下并与所述第一卡接槽间隔开，在第三状态下，在所述内筒相对于所述中筒向上移动时，所述第一卡簧脱离所述第一卡接槽而进入到所述第二卡接槽内，避免所述内筒相对于所述中筒向下移动。
15.在一个实施例中，在所述中筒的外侧设置有第二卡簧，在所述外筒的内侧构造有第三卡接槽，在第二状态下，所述中筒相对于所述外筒向下移动至所述第二卡簧卡接到所述第三卡接槽内，以在第二状态和第三状态下限制所述中筒相对于所述外筒的移动。
16.与现有技术相比，本发明的优点在于：在滑套随压裂管柱一起下入的过程中，滑套保持处于第一状态。此时，不通过外部通道和防砂通道而进行滑套内外(压裂管柱内外)的流体交流。在下入之后，滑套转变为第二状态。此时，可通过井内打压而实现压裂，压裂管柱
内的压裂流体可通过外部通道而流向地层。然后，滑套可转变为第三状态。此时，地层中的流体可通过外部通道和防砂通道而进入到滑套的内筒中，并由此而被输送到地面。通过上述这种设置，有利于确保压裂管柱下入、压裂和开采工作的顺利进行。同时，还能有效避免砂在开采过程中进入到滑套和压裂管柱内。另外，由于内筒和中筒的分开设计，所以在第二状态下，在中筒的上方可以形成沉砂空间，以允许少量的砂粒累积。这使得内筒向上移动至第三状态变得更加容易，不容易出现卡砂的情况，从而能有效降低施工风险。尤其是对于水平井和大位移井的情况来说，这种设计是非常有利的。
附图说明
17.在下文中参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
18.图1显示了根据本发明的一个实施例的裸眼井防砂滑套，其中显示了该裸眼井防砂滑套的第一状态；
19.图2显示了图1的局部放大图；
20.图3和图5显示了图1中的裸眼井防砂滑套的另外两个工作状态，即第二状态和第三状态；
21.图4和图6分别显示了图3和图5的局部放大图。
22.在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
23.下面将结合附图对本发明作进一步说明。
24.图1显示了根据本发明的一个实施例的裸眼井防砂滑套100。图1所显示的滑套100为初始状态下的滑套。在该状态下，滑套100连接在压裂管柱中，并可随压裂管柱一起下入裸眼井中。
25.在图1所示的状态下，滑套100包括从外到内依次套设的外筒120、中筒130和内筒140。
26.在外筒120上构造有沿径向方向贯穿外筒的侧壁的外部通道121。在内筒140上构造有沿径向方向贯穿内筒的侧壁的防砂通道141。在如图1所示的实施例中，该防砂通道141构造于内筒140的上端处。在该初始状态(即，图1所示的第一状态)下，外部通道121与防砂通道141相对。中筒130设置在该外部通道121与防砂通道141之间，从而阻挡了外部通道121与防砂通道141的连通。由此，在该第一状态下，外筒120之外的空间与内筒140之内的空间不能通过外部通道121与防砂通道141而彼此连通。在该实施例中，内筒140构造有上端面148，以及与该上端面148在纵向上间隔开设置的第一台阶面149。该第一台阶面149朝向上方，并设置在内筒140的外侧，从而内筒140的位于该第一台阶面149与上端面148之间的部分(在本文中，称为第一部分)具有较小的外径。在内筒140套设在外筒120内时，内筒140的该第一台阶面149下方(即，图1和图2中的右侧)的至少一部分与外筒120的内壁相配合，上述第一部分与外筒120之间形成自由空间。上述中筒130可容纳于该自由空间内。
27.在一个实施例中，内筒140上的防砂通道141例如可由防砂孔或防砂割缝等结构形成。
28.如图1和图2所示，该内筒140还构造有相对于第一台阶面149在纵向上间隔开设置
且位于第一台阶面149之下的第二台阶面145。该第二台阶面145位于内筒140的外侧并朝向上方。在该第二台阶面145之下，内筒140还构造有在纵向上与第二台阶面145间隔开的第三台阶面146。第三台阶面位于内筒140的外侧，并朝向下方。由此，在第一台阶面149与第二台阶面145之间形成内筒140的第二部分，该第二部分与第一部分相比，其外表面径向向外凸出。在第二台阶面145和第三台阶面146之间形成内筒140的第三部分，该第三部分与第二部分相比，其外表面径向向外凸出。内筒140还构造有下端面147，该下端面147朝向下方，在纵向上相对于第三台阶面146彼此间隔开，并位于第三台阶面146之下。在第三台阶面146与下端面147之间形成内筒140的第四部分。该第四部分的外径小于第三部分的外径，因而第四部分与第三部分相比，其外表面径向向内凹陷。该内筒140构造于上端面148和下端面147之间，并由上端面148和下端面147终止。在第二部分的外侧面上设置有用于与外筒120的内壁相接合的第一密封件170。在第三部分的外侧面上设置有用于与外筒120的内壁相接合的第二密封件180。在下文中，将结合滑套100的其他结构来说明上述内筒140及相应的密封件170、180的结构所带来的的有益效果。
29.参见图1和图2，在第一状态下，外筒120通过剪切销钉190而与内筒140相固定。该剪切销钉190优选地设置在内筒140的第二部分处。在一个优选的实施例中，在剪切销钉190的上下两侧(即，图1中的左右两侧)的内筒140上均设置有密封件，其中一个或两个密封件可以是上述第一密封件170。由此，可对该剪切销钉190的螺纹传递的压力进行封隔。
30.在图1和图2所示的实施例中，在外筒120的上端处还连接有上接头110。该上接头110的下端插入到外筒120内。在第一状态下，在一定的滑套内压力下，内筒140在压差作用力和初始弹簧回弹力的作用下，始终处于其上端面148的限位状态，或者处于其第二台阶面145的限位状态下。压裂管柱在裸眼水平井段下入过程中易于遇卡，在上提下放管柱解卡的过程中管柱会产生剧烈的抖动。通过使内筒140始终处于限位状态，上接头110与压裂管柱的其他部分相连，其能抵着内筒140一起向下移动，或者外筒120通过第二台阶面145抵着内筒140一起向下移动，从而不会在剪切销钉190上产生剪切应力或产生明显的剪切应力，具有足够的可靠性。
31.此外，如图1和图2所示，中筒130的上端面也与上接头110的下端面111相对，且相接触。在下入过程中，上接头110还抵着中筒130一起向下移动，以避免中筒130发生非预期的运动。
32.还参见图1和图2，在内筒140的第一部分的外侧构造有第一卡接槽142，在中筒130的内侧设置有相应的第一卡簧132。该第一卡接槽142例如可位于防砂通道141的下方。在这里，第一卡簧132的上端面和第一卡接槽142的上端面均优选为垂直于纵向方向延伸的平面，因此它们之间能实现有效的卡接配合。通过这种设置，有利于确保中筒130封堵外部通道121和防砂通道141的可靠性，以避免在第一状态下，在滑套100内外发生流体连通。
33.另外，滑套100还设置有下接头160。下接头160整体上安装于外筒120的下方，其上端延伸到外筒120内，并与外筒120螺纹连接。内筒140的下端延伸至套设在下接头160内。由此，在下接头160的上端面161、外筒120的内壁以及内筒140的第四部分的外侧面和第三台阶面146之间形成了容纳空间。在该容纳空间内设置有弹性件150。弹性件150优选为螺旋弹簧。在这里，内筒140的第三部分是内筒140中最径向向外凸出的部分，而第四部分是外径最小的部分(该第四部分的外径也可与第一部分的外径相同)，因此由于内筒140的第三部分
与第四部分的配合可以使得上述容纳空间具有较大的径向尺寸。这允许设置在该容纳空间内的弹性件150具有较大的尺寸，从而具有较大的弹性力，使得滑套100更容易从第二状态转变为第三状态。
34.在第一状态下，弹性件150例如可以处于自由状态，或者也可已经在第三台阶面146与下接头160的上端面161之间受到一定压缩。
35.另外，在内筒140的内侧还可构造有接合齿槽144。该接合齿槽144可用于与用来与滑套100相配合的开关机构(未显示)进行接合，以用于对滑套100进行操作，例如使其从图1所示的第一状态移动至图2所示的第二状态。
36.通过上述开关机构的下压操作，可使内筒140和中筒130相对于外筒120向下移动至图3和图4所示的第二状态。由于第一卡簧132与第一卡接槽142的卡接配合而使得内筒140能有效带动中筒130向下移动。基于上述开关机构的下压操作的内筒140允许构造有恒定的内径。对于连接有若干个滑套100的压裂管柱来说，这有利于实现其全通径特性。这种特性有利于后期的油气井作业。在一个实施例中，全通径管柱方便了封堵工具(未显示)的下入，可以对若干个滑套100进行选择性开关作业，以实现后期油气井出水层位的控水、封堵，下入封堵工具与接合齿槽144唯一匹配、卡定后，对出水层位所在的滑套100的防砂通道141进行径向封堵，封堵工具可带有下部产层油气开采用的轴向流道。
37.在该上述开关机构的下压过程中，剪切销钉190剪断，弹性件150受到压缩。这种压缩优选地直到内筒140的下端面147与下接头160的内台肩面相抵，以防止弹性件150被过度压缩，从而能确保弹性件150的弹性性能，尤其是长期作业的弹性性能。弹性件150具有缓冲作用，能避免刚性的部件(即，内筒140与下接头160)发生较大的冲撞。
38.在该第二状态下，外筒120的外部通道121直接暴露于滑套100的内腔(或者说内筒140的内腔)。此时，通过向压裂管柱内注入压裂液，即可使压裂液以一定压力通过外部通道121而离开滑套100射向地层，由此来实现在地层上压裂产生裂缝的工作。
39.如图4所示，在中筒130的外侧设置有第二卡簧131；相应地，在外筒120的内侧构造有第三卡接槽122。在第一状态下，第二卡簧131相对于第三卡接槽122处于上方。在第二状态下，中筒130相对于外筒120向下移动至第二卡簧131进入到第三卡接槽122内。此时，通过第三卡接槽122与第二卡簧131之间的相互配合，可限制中筒130相对于外筒130的轴向移动。在一个优选的实施例中，如图4所示，第三卡接槽122的长度大于第二卡簧131的长度，由此允许中筒130与外筒120之间存在较小的移动距离，以适应制造误差。
40.在从第一状态到第二状态的过程中，中筒130和内筒140始终通过第一卡簧132和第一卡接槽142而相对固定。
41.在压裂操作结束之后，弹性件150推动内筒140，使其相对于外筒120而向上移动至外部通道121与防砂通道141相对连通的位置(如图5和图6所示)。由于在图4所示的状态下中筒130通过第二卡簧131而与外筒120的第三卡接槽122相固定，因此在内筒140向上移动时，中筒130保持不动。也就是说，内筒140相对于外筒120和中筒130相对向上移动，而中筒130和外筒120之间保持固定。在这里，由于第一卡簧132和第一卡接槽142的下端面构造为彼此配合的斜面，因此在内筒140相对于中筒130向上移动时，第一卡簧132会脱离第一卡接槽142，并进入到位于第一卡接槽142之下的第二卡接槽143内(参见图6)。该第二卡接槽143也构造于内筒140的外侧。
42.由此，滑套100处于图5和图6所示的第三状态下。在该状态下，由于中筒没有随着内筒一起向上移动，因此中筒不再阻挡在内筒的防砂通道141与外筒120的外部通道121之间。地层中的油气可通过外部通道121和防砂通道141而进入到内筒中，并向上输送至地面。同时，由于防砂通道141的存在，所以能导致进入到内筒中的油气资源不会携带大量的砂或类似的杂质。
43.在该第三状态下，第一卡簧132与第二卡接槽143之间以及第二卡簧131与第三卡接槽122之间实现了有效的卡接定位，有效实现了双向限位功能，方便了气井后期完井、修井等作业工具的下入和起出，从而能确保整个内筒不会意外地移动而导致外部通道121直接与内筒内空间连通。由此，能有效确保滑套100在开采过程中始终保持防砂状态。
44.在这里应当理解的是，进行压裂所使用的压裂液可能会含有加砂材料，因此在压裂结束时，有可能会在外部通道121周围堆积少量的压裂砂、泥砂等固相颗粒。尤其是在水平井或大位移井等情况的应用中，容易在地理上位于下方(即，图1中的下方)的外部通道121周围产生这种情况。通过内筒140的第一部分与中筒130的分开设计能够在中筒130的上端面与上接头110的下端面111之间形成允许砂粒存在的沉砂空间。这使得内筒140向上移动至第三状态变得更加容易，不容易出现卡砂的情况，从而能有效降低施工风险。
45.此外，如图1所示，在内筒140的侧壁上构造有在径向上贯穿内筒140的上泄压孔a和下泄压孔b。考虑到防砂、压力平衡等因素，将上泄压孔a和下泄压孔b设计为防砂小孔、防砂割缝等。还综合考虑内筒140等部件下行、上行过程中自由空间、容纳空间流体的流动、泄压性能，设计上泄压孔a和下泄压孔b具有一定的过流面积。该上泄压孔a设置在内筒140的第一部分上，并且靠近第二部分设置，优选地设置在第一部分与第二部分的连接处，紧挨着第一台阶面149或邻近设置。这使得在第一状态(图1)下，该上泄压孔a位于中筒130之下。由此，自由空间中的液压力能够向上推动中筒130而使其保持在位，避免其发生非预期的向下移动。在从上述第一状态到第二状态(图3)的过程中，上泄压孔a使得中筒130的上下两端的液压力相对平衡。由于内筒140与中筒130卡接，因此中筒130能够随着内筒140一起向下移动并能确保相对于内筒140固定。在第二状态(图3)和第三状态(图5)以及它们之间，中筒130能始终保持在上泄压孔a与位于中筒130上方的、与外部环境保持连通的空间之间。此时，中筒130所受到的液压仍是平衡的。由于内筒140不再通过卡接而向中筒130施加足够的轴向力，所以中筒130不会随着内筒140一起上移，而是能够保持固定。这种设计与上文中的第一卡簧132和第一卡接槽142的设计的结合是非常有利的。另外，下泄压孔b设置在内筒140的第四部分上。在一个优选的实施例中，下泄压孔b设置在第三部分与第四部分的连接处，紧挨着第三台阶面146或邻近设置。通过这种设置，使得管柱内液压压力通过内筒140的下泄压孔b直接作用在第三台阶面146处，有利于液压压力的迅速传递，确保内筒140在压差作用力和弹簧回弹力的综合作用下迅速关闭到位，能有效避免因自由空间液体经上泄压孔a排出时阻力较大等因素所导致的内筒140上行时意外卡住、内筒140不能完全复位的现象出现。
46.另外，如上文中所述，内筒140通过多个台阶面145、146、149的设置而形成了多个部分。通过在第二部分的外表面上设置第一密封件170而在第三部分的外表面上设置第二密封件180，使得内筒140所受到的来自液压的下推力的作用面为内筒140的上端面148与第一台阶面149之和(s1)，而来自液压的上推力的作用面为内筒140的下端面147和第三台阶
面146之和(s2)。由于第三部分比第二部分更加凸出，因此s2大于s1。在井内液压均匀的情况下，内筒140所受到的下推力比上推力要小。这种压差会使得内筒140向上移动，从第二状态变为第三状态。在一个优选的实施例中，在从第二状态到第三状态的过程中，可在井内进行压裂液返排。上述开关机构尚未捞出(不锈钢开关机构)或者尚未充分溶解(可溶材质开关机构)时，在一定的节流压差的作用下，这会使得内筒140的下端处的液压比内筒140的上端处的液压更大。这会进一步增大下推力与上推力之间的压差，从而更加有利于内筒140向上移动。
47.在本发明的图1至图6所示的实施例中，通过弹性件150与上述压差的配合来使滑套100从第二状态变为第三状态。这使得滑套100更加适用于井下状态复杂的情况，有利于提高滑套100的适应性。例如，在滑套100用于油气井的多层合采、各产层存在层间差异的情况下，内筒140均能受到足够的向上作用力，以助于滑套100变为第三状态。
48.然而，应当理解的是，根据需要，也可只利用弹性件150或只利用上述压差来实现内筒140向上移动。
49.对于图1-6所示的实施例来说，外筒120可仅具有与内筒140的第三部分配合的一个台阶面。由此，内筒140能整体式安装到外筒120中，甚至能与中筒130一起安装到外筒120中，使得装配过程更加方便。
50.滑套100的装配过程如下。
51.首先，在中筒130上与外筒120的外部通道121和内筒140的防砂通道141相对应的位置设置相应的密封圈，并在相应位置安装第一卡簧132和第二卡簧131。将中筒130套设在内筒的内筒140之外，并使它们的上端面彼此齐平，第一卡簧132嵌入到内筒140的第一卡接槽142内。
52.然后，将安装有中筒130的内筒140插入到外筒120内并推送到位，然后将弹性件150放置于容纳空间内，并通过螺纹连接的方式将下接头160连接到外筒120的下端处。
53.最后，在外筒上插入剪切销钉190。在外筒120的上端处通过螺纹连接的方式安装上接头110。
54.应当理解的是，对于上述装配方式来说，弹性件150在第一状态下为自由状态，或者处于较小压缩距的状态是优选的。对于这种设置来说，在第三状态下，内筒通过上述弹性件150与压差的联合作用而向上移动是重要的。
55.对于本发明的滑套100来说，其能够通过简单、方便的操作方式而实现滑套100在第一状态、第二状态和第三状态之间的变化。这大大降低了作业过程的复杂程度。
56.另外，滑套100的结构能够实现有效而可靠的防砂，从而能在较长的时间中有效地进行防砂开采工作，使用寿命长。
57.虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。