一种压裂开关式固井滑套机械打开工具及方法与流程

本发明涉及油田钻采工具，具体为一种压裂开关式固井滑套机械打开工具及方法。

背景技术：

1、为了满足页岩气、低渗透油气、煤层气等非常规油气储层的高效和低成本开发需求，陆续开展了水平井开发非常规储层的新型无限极滑套分段压裂技术攻关研究，而该项技术的主要问题之一在于滑套能否顺利开启，目前现场应用滑套打开工具主要有以下几种方式：一种是通过投憋压球与球座相配合的方式打开滑套，该类工具多采用先将球座坐封在套管中，再起出坐封工具，最后投入憋压球并泵送到工具坐封处开始正常分段压裂的传统工艺。另一种是通过下入连续油管带底部封隔器的方式打开滑套，该类工具通过上提、下放管柱将底部封隔器坐封在滑套上，环空加压后将滑套打开。

2、对于水平井而言，若采用投憋压球与球座相配合的方式打开滑套，其问题在于：泵送球过程需要消耗额外的压裂液，同时耗费额外的时间及费用，且压裂滑套内部球座在压裂施工过程中可能出现严重冲蚀失效问题。另一方面，若采用下入连续油管带底部封隔器的方式打开滑套，其问题在于：必须借助连续油管，施工成本高、操作复杂且该项技术被国外垄断。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种压裂开关式固井滑套机械打开工具及方法，能够提高滑套打开效率，实现连续可变次序压裂作业，节省压裂液，节约泵送时间，从而起到降低压裂施工成本的作用。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种压裂开关式固井滑套机械打开工具，包括上接头、上护套筒、中心管、机械开关弹性爪、复位弹簧、下护套筒以及下接头；

4、其中，所述上接头的下端公扣与上护套筒的上端母扣连接，所述上接头的下端母扣与中心管的顶部公扣连接并密封；

5、所述上护套筒的中部沿周向交替开设有多个第一长割槽和多组第一圆孔，所述上护套筒的下端内表面与所述机械开关弹性爪的上端外表面呈线接触；

6、所述中心管的下端母扣与下接头的顶部公扣连接并密封，所述中心管的顶部表面设置有与机械开关弹性爪顶端限位配合的第一台阶；

7、所述机械开关弹性爪的下端外表面与下护套筒的上端内表面呈线接触，所述机械开关弹性爪沿周向开设有多条第三长割槽，所述第三长割槽上沿径向设置有两组耐磨台阶，其中靠近机械开关弹性爪下端的一组耐磨台阶上设置有机械开关齿；

8、所述下护套筒的底部与下接头连接并密封，所述下护套筒的上端外表面沿周向交替开设有多个第二长割槽和多组第二圆孔，所述下护套筒的上端内表面设置有第二台阶，第二台阶表面接触设置有复位弹簧，第二台阶与下接头之间留有液压腔，所述下接头的内表面上开设有进液孔。

9、优选地，所述上接头的上端和下端均设置为连接三角螺纹。

10、优选地，所述上护套筒的上部沿周向开设有紧定螺钉孔，所述上护套筒的底部设置有倒角。

11、优选地，所述第一长割槽的上端和下端均设置为圆弧形。

12、优选地，所述机械开关弹性爪包括依次设置的三段部件，两端为圆台形部件，中部为圆柱形部件，圆柱形部件的直径与圆台形部件的下底面直径保持一致。

13、优选地，所述第三长割槽的上端和下端均设置为圆弧形。

14、优选地，所述机械开关弹性爪的底部设置有挡帽，所述机械开关弹性爪的底部与挡帽的顶部面接触配合，所述挡帽的上端母扣与中心管的下端公扣连接，所述挡帽的底部与下接头的顶部面接触配合，所述挡帽的上部设置有与所述复位弹簧面接触并限位配合的第三台阶。

15、优选地，所述机械开关齿的表面通过耐磨冷喷涂工艺涂覆有耐磨材料。

16、优选地，所述下护套筒的顶部设置有倒角，所述第二长割槽的上端和下端均设置为圆弧形。

17、一种压裂开关式固井滑套机械打开方法，包括如下步骤：

18、将所述机械打开工具下到设定位置后，通过连续油管或普通油管上提所述机械打开工具，当上提载荷变化值达到预设值时，所述机械开关弹性爪上的机械开关齿捕捉到目标压裂固井开关滑套的滑动套部件，持续施加上提力，当观察到上提载荷出现下降后恢复上提正常载荷的现象时，表明所述机械打开工具将目标压裂固井滑套成功打开，重复以上步骤，逐级向上依次打开多个压裂固井开关滑套。

19、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

20、本发明设计了一种压裂开关式固井滑套机械打开工具，该打开工具结构简单，开启滑套性能稳定，且能够针对应用于开启无限极滑套同时保证井筒的完整性，无需通过投球憋压方式开启有限级滑套，直接开泵压裂，节约了泵送时间，节省了额外的压裂液消耗和成本，避免了压裂滑套内部球座在压裂施工过程中可能出现严重冲蚀失效问题。此外，本发明中的上护套筒与下护套筒针对压裂返排砂及沉砂进行了特殊开放式设计，在其表面开有很多圆孔和槽口，起到防止砂卡的作用。通过将本发明所述的打开工具下到位后既可通过连续油管或普通油管直接上提该工具逐级打开各级压裂固井滑套进行压裂作业，也可通过液压系统作用后上提该工具，通过下护套筒、机械开关弹性爪与复位弹簧之间的配合打开任意级压裂固井滑套，实现变次序压裂施工作业，简化了上提方式打开滑套的复杂程度，可通过多种方式上提滑套，操作简单方便，无需投球，避免了作业人员高空作业，有利于保护人员的安全，提高滑套打开效率。

21、进一步地，所述机械开关齿的表面通过耐磨冷喷涂工艺涂覆有耐磨材料，由于本发明所述的打开工具在起下钻过程中与井筒套管为过盈配合，该打开工具的最大外径机械开关弹性爪的机械开关齿与耐磨棱台部分均做了耐磨冷喷涂工艺处理，很好的起到抗磨作用，保证了该工具成功捕捉到滑套并开启的成功率。

技术特征：

1.一种压裂开关式固井滑套机械打开工具，其特征在于，包括上接头(1)、上护套筒(2)、中心管(3)、机械开关弹性爪(4)、复位弹簧(7)、下护套筒(8)以及下接头(9)；

2.根据权利要求1所述的一种压裂开关式固井滑套机械打开工具，其特征在于，所述上接头(1)的上端和下端均设置为连接三角螺纹。

3.根据权利要求1所述的一种压裂开关式固井滑套机械打开工具，其特征在于，所述上护套筒(2)的上部沿周向开设有紧定螺钉孔，所述上护套筒(2)的底部设置有倒角。

4.根据权利要求1所述的一种压裂开关式固井滑套机械打开工具，其特征在于，所述第一长割槽的上端和下端均设置为圆弧形。

5.根据权利要求1所述的一种压裂开关式固井滑套机械打开工具，其特征在于，所述机械开关弹性爪(4)包括依次设置的三段部件，两端为圆台形部件，中部为圆柱形部件，圆柱形部件的直径与圆台形部件的下底面直径保持一致。

6.根据权利要求1所述的一种压裂开关式固井滑套机械打开工具，其特征在于，所述第三长割槽的上端和下端均设置为圆弧形。

7.根据权利要求1所述的一种压裂开关式固井滑套机械打开工具，其特征在于，所述机械开关弹性爪(4)的底部设置有挡帽(6)，所述机械开关弹性爪(4)的底部与挡帽(6)的顶部面接触配合，所述挡帽(6)的上端母扣与中心管(3)的下端公扣连接，所述挡帽(6)的底部与下接头(9)的顶部面接触配合，所述挡帽(6)的上部设置有与所述复位弹簧(7)面接触并限位配合的第三台阶。

8.根据权利要求1所述的一种压裂开关式固井滑套机械打开工具，其特征在于，所述机械开关齿的表面通过耐磨冷喷涂工艺涂覆有耐磨材料。

9.根据权利要求1所述的一种压裂开关式固井滑套机械打开工具，其特征在于，所述下护套筒(8)的顶部设置有倒角，所述第二长割槽的上端和下端均设置为圆弧形。

10.一种压裂开关式固井滑套机械打开方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明公开了一种压裂开关式固井滑套机械打开工具及方法，能够提高滑套打开效率，实现连续可变次序压裂作业，节省压裂液，节约泵送时间，降低压裂施工成本。通过对上护套筒与下护套筒针对压裂返排砂及沉砂进行了特殊开放式设计，在其表面开有很多圆孔和槽口，起到防止砂卡的作用。机械开关弹性爪的下端外表面与下护套筒的上端内表面呈线接触，其表面沿周向开设有多条槽口，槽口沿径向设置耐磨台阶，耐磨台阶上设置机械开关齿与滑套配合提起；本发明所述打开工具既可通过连续油管或普通油管直接上提逐级打开，也可通过液压系统作用上提，通过下护套筒、机械开关弹性爪与复位弹簧之间的配合打开任意级压裂固井滑套，实现变次序压裂施工作业。

技术研发人员：刘汉斌,刘洋,王治国,任国富,桂捷,刘忠能,任勇,王在强,张文星,蒙鑫
受保护的技术使用者：中国石油天然气股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19