一种等直径可开关滑套机构及其单层和多簇配合压裂方法技术

本发明专利技术涉及油田开采技术领域内的一种等直径可开关滑套机构及其单层和多簇配合压裂方法。其中等直径可开关滑套机构，包括喷枪体,喷枪体内设有滑套,滑套与喷枪体的径向设有剪切销钉,喷枪体的下部连接有密封接头，密封接头内设有球座载体，球座载体轴向分别设有两组可径向开合的组合球座，密封接头内壁的轴向设有径向外扩的K形变径段,球座载体和滑套之间设有弹性复位机构,弹性复位机构用于投球通过两个组合球座后驱动球座载体轴向回复移动，滑套外壁周向设有用于限位球座载体往复运动的轨道槽，球座载体通过与滑套轨道槽配合的径向销和弹性复位机构连接在一起；密封接头下端设有抵靠部，抵靠部的上侧设有与球座载体下部密封的配合段。

Equal diameter switchable sliding sleeve mechanism and its single layer and multi cluster combined fracturing method

The invention relates to an equal diameter switchable sliding sleeve mechanism in oil field mining technology, and a single layer and multi cluster combined fracturing method. The diameter can switch sliding sleeve mechanism comprises a spray gun body, the gun body is provided with a sliding sleeve, the sliding sleeve and the gun body is provided with a radial shear pin, the lower part of the body of the spray gun is connected with a sealing joint sealing joint is arranged in the seat carrier, the carrier seat are respectively provided with two groups of axial radial or axial sealing combination of tee joint wall the reducer is provided with a K shaped radially enlarged, the elastic reset mechanism is arranged between the seat carrier and the sliding sleeve, the elastic reset mechanism for pitching through a combination of two seat driving seat carrier moves back axial, circumferential wall sliding sleeve is used to track channel limit ball carrier reciprocating motion, with radial pin and tee carrier the elastic reset mechanism of slide rail groove connected with the sealing joint; the lower end is provided with an abutting portion abutting portion is provided with a seal with the lower part of the carrier and the ball seat Section.

【技术实现步骤摘要】
一种等直径可开关滑套机构及其单层和多簇配合压裂方法
本专利技术涉及油田开采
，特别涉及用于地层压裂施工的一种等直径可开关滑套机构及其单层和多簇配合压裂方法。
技术介绍
投球打开滑套密封的喷射口是目前油气田分段压裂采用的主要方式，施工时按照大小顺序依次投入对应直径的压裂球，憋压剪断销钉，开启滑套，连通层段，封隔已压完的层段，压裂施工层段，投球与该层段的球座配合以密封该施工层段。由于滑套之间存在级差，一种大小的球只能打开与之相对应的唯一滑套，在井下有限的空间内，压裂工具滑套级数受到限制，只能压裂较少的层段，而且由于滑套内径越小，压裂的压力损失越大，造成施工压力高，并且目前的工具也无法实现单段与多簇和多段多簇的配合压裂作业。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在问题，提供一种等直径可开关滑套机构，以实现同一规格钢球开启多段压裂层，并可以实现任意层段的滑套打开或投球通过，减少由于滑套级差、内径变化造成的压力损失，必要时增加压裂段数，实现多段多簇压裂。本专利技术的目的是这样实现的，一种等直径可开关滑套机构，包括筒形喷枪体,所述喷枪体的周向设有若干喷孔,所述喷枪体内配合设有密封各喷孔的滑套,所述滑套与喷枪体的径向设有剪切销钉,所述喷枪体的下部连接有密封接头,所述密封接头内设有可沿密封接头内壁滑动的球座载体,所述球座载体轴向分别设有第一组合球座和第二组合球座,所述组合球座包括若干可径向开合的分球座,所述分球座径向外周卡装有抵靠在密封接头内壁的推块,所述密封接头内壁的轴向设有径向外扩的K形变径段,所述组合球座随球座载体滑至K形变径段的最大内径处时,组合球座张开，投球通过,所述球座载体和滑套之间设有弹性复位机构,所述弹性复位机构用于投球分别通过第一组合球座和第二组合球座后驱动球座载体轴向回复移动，滑套外壁周向设有用于限位球座载体随弹性复位机构回复终止位置的轨道槽；所述复位机构沿轨道槽回复至不同的轴向位置，用于控制下次投球时钢球通过或密封在该压裂层级，所述密封接头下端设有剪切销钉剪断后截住下落的滑套和球座载体的抵靠部，所述抵靠部的上侧设有与球座载体周部密封的配合段。本专利技术的等直径可开关滑套机构，当投球经过各组合球座时，组合球座在关闭的状态下，与球座密封，当球座在管内压力的作用下，滑至K形变径段的最大扩径处时，球通过，进入下一级压裂层，通过复位机构及轨道槽的轨迹设置，可以实现使反复通过投球通过或密封在本压裂层等直径可开关滑套机构中。通过多次投相同规格的球可以实现从下向上不同层级的压裂施工。为进一步便于实现本专利技术的目的，所述密封接头内壁设有第一K形变径段和第二K形变径段，所述K形变径段的轴向长度为a,第一K形变径段的下缘与第二K形变径段的上缘轴向距离为0.5a。为便于实现球座载体的轴向复位运动，所述滑套与喷枪体密封配合段的下部设有环空，所述弹性复位机构包括环空内与滑套外周螺纹连接的下压帽，所述下压帽上方依次设有弹簧和上压帽，所述球座载体向上伸延至上压帽外周，所述上压帽和球座载体之间通过径向销连接，所述径向销的径向内端与滑套外周的轨道槽导向配合。本结构中，当投球后，钢球首先落在第一组合球座上，在管内压力作用下，球座载体通过径向销带动上压帽沿轨道槽向下滑动，上压帽克服弹簧弹力挤压使弹簧被压缩，在球座载体下滑过程中，两个球座载体分别通过第一K形变径段和第二K形变径段后，钢球从本级压裂工具落入下一级压裂工具，钢球下落后球座载体失去管内压力的推动作用，在弹簧的作用下向上回复运动，回复至轨道槽下一级限定的上限位置。为便于控制球座载体往复运动的位置，所述轨道槽的轨迹包括从起点开始轴向交替下降和上升的若干段,其最末端的两段依次为上升段和下降段,各下降段的下限点轨迹的轴向高度相同,除最末上升段的其它上升段的上限位点轨迹的轴向高度相同,并且除最末上限点外的其它最高上限点相对最低下限点的轴向距离为a，最末上升段的上限点相对最末段下降段的下限点的距离小于0.5a,所述轨道槽的各段的升降转折点的形状圆滑过渡以便于径向销沿轨道槽顺利滑动。本专利技术的轨道槽从起始点交替设置的若干下降段和上升段中，从起始点开始除最末的上升和下降段外的各段，用于实现投球时，钢球从所经过的各压裂层级的组合球座中顺利通过，并使球座回复至轨道槽的下一投球初始位置，每投一个钢球，径向销沿轨道槽从上限点向下一上限点分别下降和上升一次，直至某次投球前径向销位于最后一个上限点时，再次投球后，钢球落在第一组合球座上，径向销向下运动到下限点时，第一组合球座从第一K形变径段最大扩径段偏下位置运动至下缘，第一组合球座由半打卡状态到完全闭合状态，此时钢球密封在第一组合球座上，进一步加压时，剪切销钉剪断，球座载体、滑套和复位机构一起下落，当第一组合球座经过第二K形变径段最大扩径处时，钢球下落并密封在第二组合球座，直至球座载体落入密封接头抵靠部的密封配合段，进行本级的压裂施工操作。为便于实现两个组合球座的适时开合，当径向销位于轨道槽起始点时，第一组合球座位于第一K形变径段的上缘，第二组合球座位于第一K形变径段的下缘，第一K形变径段和第二K变形变径段的轴向距离为0.5a；当投球使钢球与第一组合球座密封，继续打压，第一组合球座带动球座载体向下滑动，当滑至第一K形变径段最大扩径段时，钢球下落至第二K形变径段，此时，第二组合球座滑至第二K形变径段上缘，钢球与第二组合球座密封，继续带动球座载体下滑至第二K形变径段的最大扩径处，钢球下落至下一层级的等直径可开关滑套机构上，停止打压，弹簧推动上压帽向上复位运动，同时径向销从轨道槽的第一下限点沿上升段滑至下一上限点，径向销带动球座载体回复至初始位置。为便于实现射孔压裂，所述喷孔内设有喷嘴组件，所述喷嘴组件包括与喷孔配合的喷嘴座，所述喷嘴座内设有喷嘴，所述喷孔外端设有保护喷嘴的压盖。为便于实现投球打开滑套后钢球从本级机构中通过，所述密封接头的抵靠部上侧与球座载体周部密封的配合段还设有第三K形变径段，所述第三K形变径段最大扩径处距抵靠部的抵靠面的轴向距离与球座载体下端面至第二组合球座堆块的轴向中心距离相等。本结构中，在球座载体与密封接头的密封处设置第三K形变径段，当球座载体抵靠在抵靠部时，第二组合球座正好处于第三K形变径段的最大扩径处，钢球从此组合球座通过，落入下一级压裂层中，此时可以同时进行本级和下一层级的双层双簇压裂施工；同时，当相邻两级等直径可开关滑套机构都是选用含有第三K形变径段的密封接头时，可以与下一级组合，实现三层三簇压裂施工，依次类推实现多层多簇压裂。本专利技术还提供一种采用上述具有两组K形变径段的等直径可开关滑套机构滑套机构，通过投相同规格的钢球进行单层逐层压裂的方法,包括如下过程:1）工具组装：根据压裂级数选择连接等直径可开关滑套机构,沿地层以最下层为第一级，向上依次为第二级……第N级，压裂的总级数与等直径可开关滑套机构中选用的轨道槽的下限点的数量相同，其中第一级的等直径可开关滑套机构中径向销位于轨道槽的最后一下降段的上限点；第一级开始，压裂的级数向上依次每上升一级，等直径可开关滑套机构的径向销沿轨道槽向前一上限点调一级，直至最后一级的等直径可开关滑套机构径向销位于轨道槽的起始点；除第一级以外的其它等直径可开关滑套机构的第一组合球座均位于密封接头第一K形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等直径可开关滑套机构， 包括筒形喷枪体,所述喷枪体的周向设有若干喷孔,所述喷枪体内配合设有密封各喷孔的滑套,所述滑套与喷枪体的径向设有剪切销钉,所述喷枪体的下部连接有密封接头,所述密封接头内设有可沿密封接头内壁滑动的球座载体,其特征在于，所述球座载体轴向分别设有第一组合球座和第二组合球座,所述两个组合球座之间的距离为a，每个组合球座都包括若干可径向开合的分球座,所述分球座径向外周卡装有抵靠在密封接头内壁的推块,所述密封接头内壁的轴向设有径向外扩的K形变径段,所述组合球座随球座载体滑至K形变径段的最大内径处时,投球通过,所述球座载体和滑套之间设有弹性复位机构,所述弹性复位机构用于投球分别通过第一组合球座和第二组合球座后驱动球座载体轴向回复移动，滑套外壁周向设有用于限位球座载体随弹性复位机构回复终止位置的轨道槽；所述复位机构沿轨道槽回复至不同的轴向位置，用于控制下次投球时钢球通过或密封在该压裂层级，所述密封接头下端设有剪切销钉剪断后截住下落的滑套和球座载体的抵靠部，所述抵靠部的上侧设有与球座载体周部密封的配合段。

【技术特征摘要】
1.一种等直径可开关滑套机构，包括筒形喷枪体,所述喷枪体的周向设有若干喷孔,所述喷枪体内配合设有密封各喷孔的滑套,所述滑套与喷枪体的径向设有剪切销钉,所述喷枪体的下部连接有密封接头,所述密封接头内设有可沿密封接头内壁滑动的球座载体,其特征在于，所述球座载体轴向分别设有第一组合球座和第二组合球座,所述两个组合球座之间的距离为a，每个组合球座都包括若干可径向开合的分球座,所述分球座径向外周卡装有抵靠在密封接头内壁的推块,所述密封接头内壁的轴向设有径向外扩的K形变径段,所述组合球座随球座载体滑至K形变径段的最大内径处时,投球通过,所述球座载体和滑套之间设有弹性复位机构,所述弹性复位机构用于投球分别通过第一组合球座和第二组合球座后驱动球座载体轴向回复移动，滑套外壁周向设有用于限位球座载体随弹性复位机构回复终止位置的轨道槽；所述复位机构沿轨道槽回复至不同的轴向位置，用于控制下次投球时钢球通过或密封在该压裂层级，所述密封接头下端设有剪切销钉剪断后截住下落的滑套和球座载体的抵靠部，所述抵靠部的上侧设有与球座载体周部密封的配合段。2.根据权利要求1所述的等直径可开关滑套机构，其特征在于，所述密封接头内壁设有第一K形变径段和第二K形变径段，所述K形变径段的轴向长度为a,第一K形变径段的下缘与第二K形变径段的上缘轴向距离为0.5a。3.根据权利要求2所述的等直径可开关滑套机构，其特征在于，所述滑套与喷枪体密封配合段的下部设有环空，所述弹性复位机构包括环空内与滑套外周螺纹连接的下压帽，所述下压帽上方依次设有弹簧和上压帽，所述球座载体向上伸延至上压帽外周，所述上压帽和球座载体之间通过径向销连接，所述径向销的径向内端与滑套外周的轨道槽导向配合。4.根据权利要求3所述的等直径可开关滑套机构，其特征在于，所述轨道槽的轨迹包括从起点开始轴向交替下降和上升的若干段，各下降段的下限点轨迹的轴向高度相同,除最末上升段的其它上升段的上限位点轨迹的轴向高度相同,并且除最末上限点外的其它最高上限点相对最低下限点的轴向距离为a，最末上升段的上限点相对最末段下降段的下限点的距离小于0.5a,所述轨道槽的各段的升降转折点的形状圆滑过渡以便于径向销沿轨道槽顺利滑动。5.根据权利要求3所述的等直径可开关滑套机构，其特征在于，当径向销位于轨道槽起始点时，第一组合球座位于第一K形变径段的上缘，第二组合球座位于第一K形变径段的下缘；当投球使钢球与第一组合球座密封，继续打压，第一组合球座带动球座载体向下滑动，当滑至第一K形变径段最大扩径段时，第一组合球座打开，钢球下落至第二组合球座，此时，第二组合球座滑至第二K形变径段上缘，钢球与第二组合球座密封，继续带动球座载体下滑至第二K形变径段的最大扩径处，第二组合球座打开，钢球下落至下一层级的等直径可开关滑套机构上，钢球已经通过的等直径可开关滑套机构在弹簧推动上压帽作用下向上复位运动，同时径向销从轨道槽的第一下限点沿上升段滑至下一上限点，径向销带动球座载体回复至下一轨道槽的最高点。6.根据权利要求1—5任一项所述的等直径可开关滑套机构，其特征在于，所述喷孔内设有喷嘴组件，所述喷嘴组件包括与喷孔配合的喷嘴座，所述喷嘴座内设有喷嘴，所述喷孔外端设有喷嘴压盖。7.根据权利要求1—5所述的等直径可开关滑套机构，其特征在于，所述密封接头的抵靠部上侧与球座载体周部密封的配合段还设有第三K形变径段，所述第三K形变径段最大扩径处距抵靠部的抵靠面的轴向距离与球座载体下端面至第二组合球座堆块的轴向中心距离相等。8.一种采用权利要求1-6任一项的滑套机构进行单层逐层压裂的方法,其特征在于，所有层级的压裂工具最小内径相同，所有层级所用投球大小相同，过程如下:1）工具组装：根据压裂级数选择连接等直径可开关滑套机构,沿地层以最下层为第一级，向上依次为第二级……第N级，...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱国全，储明来，李太伟，陈碧波，朱一星，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司江苏油田分公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32