全通径无限级凸轴开关式压裂滑套制造技术

本发明专利技术公开了一种全通径无限级凸轴开关式压裂滑套，解决了现有压裂滑套打开压裂孔时需经过轴向和旋转复合运动导致密封困难等问题。具体包括凸轴开关器、液压开关组件及旋转滑套组件，一方面通过锁块轴向间距判别凸轴开关器与锁块是否作用，另一方面通过两锁块是分别独立运动还是同时运动来判别液压活塞传压孔道是否开通，以两重保险来控制压裂孔的开关；旋转滑套组件仅做周向旋转运动，进而减小密封位置摩擦力，大大降低因滑套旋转不到位导致的压裂通道不能及时打开的概率。

【技术实现步骤摘要】
全通径无限级凸轴开关式压裂滑套
本专利技术涉及一种压裂滑套。
技术介绍
专利号为201210244529.9的压裂滑套组件，设置“自动圆珠笔结构”，将轴向直线运动转换为周向旋转运动，在地面施加轴向推力就可实现滑套压裂孔的重复开关及压裂通道的循环开启与关闭，控制开关动作需要连续油管等辅助工具完成。此工具形式新颖，较过去的投球式滑套结构有较大改进，但仍存在诸多实际问题：1、该压裂滑套组件通过辅助工具推动滑爪套内的第一筒状主体产生轴向运动，第一筒状主体的定位肋下端的锥面挤压第二滑套上端的锯齿结构的斜面，第二滑套朝向下游运动使得转动肋与棘轮结构的凹槽分开，并且在锯齿结构的斜面的作用下，第二滑套同时发生转动，当第二滑套移开棘轮结构的凹槽后，即会与棘齿的下一斜面接触，并且在弹性件的张力作用和棘齿斜面的引导作用下，第二滑套继续转动直到转动肋进入下一个定位槽内，弹性件也恢复为未压缩状态。这时，第二滑套上的第二压裂孔偏离壳体上的第一压裂孔，从而关闭或打开压裂通道，压裂滑套组件返回到初始状态。从该压裂滑套组件的动作过程不难发现，第二滑套的压裂孔打开或关闭时，第二滑套先经历了轴向运动，后经历了轴向和旋转的复合运动。第二滑套的这种复杂运动，必将导致压裂孔密封非常困难，因为在井下高温高压的环境下，想密封这种复杂运动，需大面积使用密封材料和较高的密封压力，这将导致密封位置摩擦力过大，弹簧很难将第二滑套复位，最终导致压裂通道难以打开，延误工期。2、该专利结构仍需使用连续油管等辅助工具提供压裂滑套组件运动的动力，这将在很大程度上增加工作量和作业成本。如果采用传统投球方式启动运动动力，则传统憋压球的结构尺寸和各级滑套必须存在级差，滑套的通径会因此逐级递减，压裂级数受到限制。专利201210414978.3滑套开关装置，通过本体上的锁块与滑套内筒的直凸台配合使用，达到开启滑套的目的，形式新颖，较过去的投球等结构有较大改进。但仍诸多实际问题未解决：①两锁块为镜像对称放置，并被连杆连接在一起。在连杆的连接作用下，两锁块同步运动，即同时伸出或缩进壳体。因两锁块镜像对称放置，外侧为导斜面，内侧为直角边棱，这使得直凸台一类的结构能由两锁块外侧顺利进入到两锁块内侧，但在无连杆的外力帮助下，直凸台一类的结构无法从两锁块脱出，这就埋下了安全隐患。因为滑套开关装置在泵注过程中，很容易遇到与直凸台类似的工具凸台结构，这样的凸台运动到两锁块之间时，很容易被两锁块的直角边棱卡住，无法前进。此时，若井下压裂段没有被打开的反排通道，想要解卡只能下入打捞工具。这为这种现象在水平井中越专利技术显。②该专利锁块运动同步，通过锁块轴向间距控制是否啮合，仅有一种结构的识别功能，这与我们常规卡槽结构相似，不能安全高效进行控制。③受到滑套开关装置设计功能的限制，此工具仅能够打开目的层段压裂孔，无法关闭压裂后的压裂孔，这将导致压裂结束后起管柱过程中，井底高压流体将从压裂孔进入管柱，并涌到地面，造成地面施工困难或危险事故。④该滑套开关装置不能实现压裂孔的重复开关，因而不能应用于二次压裂工艺当中。
技术实现思路
针对
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提供一种投球式压裂滑套，该压裂滑套在打开压裂孔时，旋转滑套仅做周向旋转运动，因此只需小体积密封圈就可满足压裂孔密封要求，从而减小密封位置摩擦力，大大降低因滑套旋转不到位导致的压裂通道不能及时打开的概率。另外，本专利技术提供的压裂滑套，采用投球方式提供动力，一方面克服了使用连续油管等辅助工具所带来的不足，另一方面也克服了传统投球方式安全性不高，可控程度低等问题。并且该压裂滑套可打开级数不受限制，可重复开关，还能够根据需要打开任意位置的滑套。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供的技术方案是：一种全通径无限级凸轴开关式压裂滑套，包括凸轴开关器、液压开关组件、旋转滑套组件及下接头，其中：所述凸轴开关器，沿其本体中心轴向设置节流通道，并沿本体轴向间隔距离L设有外径相同的上凸台和下凸台，且两凸台的下端面均设为导向斜面。所述液压开关组件，包括开关主体、壳体、上锁块、下锁块、弹性件、单向阀锁销、单向阀组件及活塞，其中：所述开关主体，其基体为圆环套状，上端与上接头螺纹连接，内径与凸轴开关器的凸台外径相应，其壁内设有传压孔道，该传压孔道的进液口与开关主体内腔连通，其壁上设有压力平衡孔及径向的且与传压孔道连通的上锁槽、下锁槽、单向阀腔，上锁槽和下锁槽的轴向间距为L，单向阀腔设在下锁槽下方，另外，开关主体壁内还设置连通单向阀腔与下锁槽的轴向锁销腔；开关主体外螺纹连接壳体，在壳体与开关主体之间围成密闭容腔，压力平衡孔与该密闭容腔相通。所述上锁块和下锁块的本体结构相同，均为具有侧斜面及上平面的楔形块，两锁块本体上分别设置纵向贯通传压孔，下锁块的下端面上还设置锁销卡槽，两锁块的侧斜面为连续的上下两级斜面，其中上级斜面与垂直方向所成夹角小于下级斜面与垂直方向所成夹角，两锁块分别通过控制锁块径向往复的弹性件安装在上锁槽和下锁槽内，初始状态时，锁块的斜面部分探出开关主体内壁，锁块上传压孔与传压通道错开，传压孔道为闭路。所述单向阀组件，由弹簧、弹簧座和钢球组成，单向阀组件安装在单向阀腔内，单向阀的入口为单向阀腔与传压孔道的交接口。所述单向阀锁销，置于锁销腔内，其上端面为斜面，单向阀锁销的上斜尖部插入到下锁块的锁销卡槽内，其下端面亦设有斜挡面；当下锁块处于初始状态时，单向阀组件处于工作状态；当两锁块均受到径向推力并克服弹性件弹力滑动至两锁块的上级斜面部完全进入锁槽内时，两锁块上传压孔与传压孔道连通，同时单向阀锁销在锁销卡槽下棱边的推动下做轴向向下运动并最终促使单向阀锁销的下斜挡面固定单向阀组件的钢球封堵单向阀腔与传压孔道的交接口。所述活塞的主体为圆筒状，其上口插入到开关主体的下端口内，二者之间设置密封圈，其中部设有外凸台，外凸台的侧壁设置密封件，外凸台的上下端面分别为活塞的上承压面和下承压面，其下部沿周向设置梳齿状活塞推杆。所述旋转滑套组件，包括控制基体、推套、旋套、弹簧及旋转套，其中：所述控制基体为圆筒状，其上端与开关主体的下端螺纹连接，活塞的上承压面、开关主体及控制基体共同围成密闭的活塞腔，该活塞腔与传压孔道相通；其内部设有活塞下行程限位台阶，限位台阶下方的内壁上沿周向均布若干凸肋，凸肋的上端插入到活塞推杆的缝隙之间，其下部设置若干外压裂孔。所述推套的主体为圆环套状，推套的下端口采用棘齿状分度爪结构，推套的外壁上设置垂直定向插槽，凸肋的下端嵌于定向插槽内，推套的上端面与活塞的下端面相抵。所述旋套的上端口采用棘齿状滑爪结构，旋套的外壁上设有纵向限位槽，推套及滑套上的分度爪结构、滑爪结构、定向插槽、限位槽及控制基体上的凸肋结构共同配合形成了一种单杆插销式自动圆珠笔机构，在该机构的作用下，旋套下行程时，凸肋嵌于限位槽内，旋套仅做轴向向下运动，旋套上行程时，凸肋脱离限位槽，旋套做向上左旋运动。旋转套的上部设有与限位槽插接的转动肋，转动肋根部所在的旋转套水平端面与旋套下端面之间沿轴向还固定若干弹簧，旋转套下部为圆套部分，圆套下部设有与控制基体上的外压裂孔相应的内压裂孔，内压裂孔与外压裂孔在同一水平面上，压裂通道关闭时，内压裂孔与外压裂孔相位上相差的角度与旋套上部的相邻两棘齿间的相位角相等，旋转套本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全通径无限级凸轴开关式压裂滑套，包括凸轴开关器、液压开关组件、旋转滑套组件及下接头，其特征在于：所述凸轴开关器，沿其本体中心轴向设置节流通道，并沿本体轴向间隔距离L设有外径相同的上凸台和下凸台，且两凸台的下端面均设为导向斜面；所述液压开关组件，包括开关主体、壳体、上锁块、下锁块、弹性件、单向阀锁销、单向阀组件及活塞，其中：所述开关主体，其基体为圆环套状，上端与上接头螺纹连接，内径与凸轴开关器的凸台外径相应，其壁内设有传压孔道，该传压孔道的进液口与开关主体内腔连通，其壁上设有压力平衡孔及径向的且与传压孔道连通的上锁槽、下锁槽、单向阀腔，上锁槽和下锁槽的轴向间距为L，单向阀腔设在下锁槽下方，另外，开关主体壁内还设置连通单向阀腔与下锁槽的轴向锁销腔；开关主体外螺纹连接壳体，在壳体与开关主体之间围成密闭容腔，压力平衡孔与该密闭容腔相通；所述上锁块和下锁块的本体结构相同，均为具有侧斜面及上平面的楔形块，两锁块本体上分别设置纵向贯通传压孔，下锁块的下端面上还设置锁销卡槽，两锁块的侧斜面为连续的上下两级斜面，其中上级斜面与垂直方向所成夹角小于下级斜面与垂直方向所成夹角，两锁块分别通过控制锁块径向往复的弹性件安装在上锁槽和下锁槽内，初始状态时，锁块的斜面部分探出开关主体内壁，锁块上传压孔与传压通道错开，传压孔道为闭路；所述单向阀组件，由弹簧、弹簧座和钢球组成，单向阀组件安装在单向阀腔内，单向阀的入口为单向阀腔与传压孔道的交接口；所述单向阀锁销，置于锁销腔内，其上端面为斜面，单向阀锁销的上斜尖部插入到下锁块的锁销卡槽内，其下端面亦设有斜挡面；当下锁块处于初始状态时，单向阀组件处于工作状态； 当两锁块均受到径向推力并克服弹性件弹力滑动至两锁块的上级斜面部完全进入锁槽内时，两锁块上传压孔与传压孔道连通，同时单向阀锁销在锁销卡槽下棱边的推动下做轴向向下运动并最终促使单向阀锁销的下斜挡面固定单向阀组件的钢球封堵单向阀腔与传压孔道的交接口；所述活塞的主体为圆筒状，其上口插入到开关主体的下端口内，二者之间设置密封圈，其中部设有外凸台，外凸台的侧壁设置密封件，外凸台的上下端面分别为活塞的上承压面和下承压面，其下部沿周向设置梳齿状活塞推杆；所述旋转滑套组件，包括控制基体、推套、旋套、弹簧及旋转套，其中：所述控制基体为圆筒状，其上端与开关主体的下端螺纹连接，活塞的上承压面、开关主体及控制基体共同围成密闭的活塞腔，该活塞腔与传压孔道相通；其内部设有活塞下行程限位台阶，限位台阶下方的内壁上沿周向均布若干凸肋，凸肋的上端插入到活塞推杆的缝隙之间，其下部设置若干外压裂孔；所述推套的主体为圆环套状，推套的下端口采用棘齿状分度爪结构，推套的外壁上设置垂直定向插槽，凸肋的下端嵌于定向插槽内，推套的上端面与活塞的下端面相抵；所述旋套的上端口采用棘齿状滑爪结构，旋套的外壁上设有纵向限位槽，推套及滑套上的分度爪结构、滑爪结构、定向插槽、限位槽及控制基体上的凸肋结构共同配合形成了一种单杆插销式自动圆珠笔机构，在该机构的作用下，旋套下行程时，凸肋嵌于限位槽内，旋套仅做轴向向下运动，旋套上行程时，凸肋脱离限位槽，旋套做向上左旋运动；旋转套的上部设有与限位槽插接的转动肋，转动肋根部所在的旋转套水平端面与旋套下端面之间沿轴向还固定若干弹簧，旋转套下部为圆套部分，圆套下部设有与控制基体上的外压裂孔相应的内压裂孔，内压裂孔与外压裂孔在同一水平面上，压裂通道关闭时，内压裂孔与外压裂孔相位上相差的角度与旋套上部的相邻两棘齿间的相位角相等；旋转套的下端螺纹连接下接头。...

【技术特征摘要】
1.一种全通径无限级凸轴开关式压裂滑套，包括凸轴开关器、液压开关组件、旋转滑套组件及下接头，其特征在于：所述凸轴开关器，沿其本体中心轴向设置节流通道，并沿本体轴向间隔距离L设有外径相同的上凸台和下凸台，且两凸台的下端面均设为导向斜面；所述液压开关组件，包括开关主体、壳体、上锁块、下锁块、弹性件、单向阀锁销、单向阀组件及活塞，其中：所述开关主体，其基体为圆环套状，上端与上接头螺纹连接，内径与凸轴开关器的凸台外径相应，其壁内设有传压孔道，该传压孔道的进液口与开关主体内腔连通，其壁上设有压力平衡孔及径向的且与传压孔道连通的上锁槽、下锁槽、单向阀腔，上锁槽和下锁槽的轴向间距为L，单向阀腔设在下锁槽下方，另外，开关主体壁内还设置连通单向阀腔与下锁槽的轴向锁销腔；开关主体外螺纹连接壳体，在壳体与开关主体之间围成密闭容腔，压力平衡孔与该密闭容腔相通；所述上锁块和下锁块的本体结构相同，均为具有侧斜面及上平面的楔形块，两锁块本体上分别设置纵向贯通传压孔，下锁块的下端面上还设置锁销卡槽，两锁块的侧斜面为连续的上下两级斜面，其中上级斜面与垂直方向所成夹角小于下级斜面与垂直方向所成夹角，两锁块分别通过控制锁块径向往复的弹性件安装在上锁槽和下锁槽内，初始状态时，锁块的斜面部分探出开关主体内壁，锁块上传压孔与传压通道错开，传压孔道为闭路；所述单向阀组件，由弹簧、弹簧座和钢球组成，单向阀组件安装在单向阀腔内，单向阀的入口为单向阀腔与传压孔道的交接口；所述单向阀锁销，置于锁销腔内，其上端面为斜面，单向阀锁销的上斜尖部插入到下锁块的锁销卡槽内，其下端面亦设有斜挡面；当下锁块处于初始状态时，单向阀组件处于工作状态；当两锁块均受到径向推力并克服弹性件弹力滑动至两锁块的上级斜面部完全进入锁槽...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘巨保，姚利明，王泉，岳欠杯，丁宇奇，董日治，
申请(专利权)人：东北石油大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23