无节流喷砂滑套

摘要

本发明公开了一种无节流喷砂滑套，包括无节流内滑套、喷砂滑套主体和可溶球，无节流内滑套包括外筒和轴向长度小于外筒的内筒，内筒以存在间隙的方式套装并设置在外筒底端内侧且二者通过连接部连接为一体；喷砂滑套主体为上部侧壁上开设有多个喷砂孔的筒体，其下部内壁有一圈内径略大于内筒外径的限位台阶；可溶球用于封堵内筒；无节流内滑套通过多个剪切销钉固定在喷砂滑套主体内并封闭喷砂孔；无节流内滑套顶面至喷砂孔下侧孔壁的轴向长度≤无节流内滑套底面至限位台阶上端面的轴向长度；该无节流喷砂滑套能够实现喷砂孔不节流以及多级分层压裂使用的功能，并减少压裂液对喷砂孔和生产套管的冲蚀破坏，提高了压裂管柱和生产套管的安全性。

说明书

技术领域

本发明涉及油气田压裂作业技术领域，特别涉及一种无节流喷砂滑套。

背景技术

近年来，随着国内油气田开发的不断深入，“K344封隔器+喷砂滑套”分层压裂技术已经成为提高油气田单井产量的主体技术。该技术通过K344封隔器实现压裂层段的层间隔离，通过喷砂滑套建立压裂管柱与储层的连通通道，可以实现下入一趟管柱完成多级分层压裂和合层求产的目的。其中，喷砂滑套是实现该技术的重要工具。

目前的喷砂滑套的结构设计为投球打开阶梯式球座和喷砂孔节流的形式，该结构的设计不但可以满足多级分层压裂的需求，而且还可以保证压裂施工中K344封隔器的坐封和密封的可靠性；然而在大量的现场施工中，该结构也存在诸多不足，制约了其进一步推广应用，例如：(1)随着分层压裂级数的增加，喷砂滑套球座的孔径自上而下逐级减少，压裂管柱的内径也相应的逐级减小，在管柱内形成累积节流，增大了压裂管柱内压裂液的摩阻，提高了井口泵压；(2)为了保证K344封隔器的坐封，通过缩小喷砂孔来产生节流，不仅限制了施工排量，降低了输砂效率，而且增大了压裂液通过喷砂孔的流速，加剧了喷砂孔的磨损，同时高流速压裂液产生的反溅还会对喷砂孔和生产套管产生严重的冲蚀破坏，可能会导致压裂管柱断裂、生产套管变形等事故，给后续的井筒作业带来极大的风险；(3)该结构的设计导致压裂管柱内和喷砂孔处的累积节流效应随着分层级数的增加而增大，压裂液摩阻也相应增大，不仅限制了施工排量、加砂量和施工规模，而且增加了井口泵压，牺牲了作业效率，不能满足大规模压裂施工需要的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种解决多级分层压裂管柱中因常规喷砂滑套球座的孔径自上而下随着分层压裂级数的增加而减小而导致的在压裂管柱内形成累积节流效应，以及现有结构不能满足大规模压裂施工需要等问题的无节流喷砂滑套。

为此，本发明技术方案如下：

一种无节流喷砂滑套，包括：

喷砂滑套主体，其为筒体结构，其上部侧壁上沿圆周方向均布开设有多个喷砂孔，其下部内壁凸起并形成有一圈限位台阶；

无节流内滑套，其包括外筒和内筒，内筒的轴向长度小于外筒的轴向长度，且内筒以存在间隙的方式套装并设置在外筒底端内侧，内筒与外筒之间通过连接部连接为一体；

和可溶球，其直径与内筒的内径相适应以有效封堵内筒；

其中，无节流内滑套套装在喷砂滑套主体内侧并通过沿圆周方向均部设置的多个剪切销钉固定在喷砂滑套主体的内壁上并封闭喷砂滑套主体上开设的各喷砂孔；无节流内滑套顶面至喷砂孔下侧孔壁的轴向长度小于或等于无节流内滑套底面至限位台阶上端面的轴向长度；内筒的外径略小于限位台阶处的内径。

进一步地，连接部为一径向截面为扇形的柱形体，其轴向长度与内筒的轴向长度一致。

进一步地，连接部的径向截面面积为外筒与内筒之间所形成的环空通道的径向截面面积的1/4。

进一步地，喷砂孔为轴向长孔，且全部喷砂孔的总过流面积为油管过流面积的1.5倍。

进一步地，在无节流内滑套的外筒外壁上且位于喷砂孔两侧各设置有至少两组O形密封圈。

进一步地，在喷砂滑套主体顶端螺纹连接有上接头，且上接头的顶端内壁上设有连接内螺纹。

进一步地，在喷砂滑套主体的底端外壁上设有连接外螺纹。

与现有技术相比，该无节流喷砂滑套的有益效果在于：

(1)该无节流喷砂滑套保留了常规喷砂滑套可以实现多级分层压裂使用的功能，且在结构上通过设计有具有独特双层过流通道结构，即内层球座通道和外层流量互补通道，通过两通道过流面积的此消彼长，形成流量互补，使得总的过流面积大致相同，大于油管过流面积，克服其在压裂管柱中随着分层级数的增加，球座孔径自上而下逐级减小而导致的累积节流缺点；

(3)该无节流喷砂滑套的全部喷砂孔的总过流面积设计为油管过流面积的1.5倍，实现喷砂孔不节流，减少压裂液对喷砂孔和生产套管的冲蚀破坏，提高了压裂管柱和生产套管的安全性；

(4)该无节流喷砂滑套在多级分层压裂管柱上使用时，由于无节流内滑套和喷砂孔处不节流，使得过流量和过流速度几乎接近油管的全通径，避免出现流量受限，提高了输砂效率和压裂施工的安全性，可以满足大规模压裂施工的需要；

(5)该无节流喷砂滑套处于投球工作状态后，外层流量互补通道与喷砂滑套主体形成液压传导通道，将上层的液压绕过可溶球传导至下层需要液压的无节流自助解封封隔器内，保证了压裂管柱的正常工作。

附图说明

图1(a)为本发明的无节流喷砂滑套的初始状态的结构示意图；

图1(b)为图1(a)的A-A剖视图；

图2(a)为本发明的无节流喷砂滑套的投球后的结构示意图；

图2(b)为图2(a)的B-B剖视图；

图3(a)为本发明的无节流喷砂滑套的投球后的工作状态下的结构示意图；

图3(b)为图3(a)的C-C剖视图；

图4为采用本发明的无节流喷砂滑套形成的压裂管柱的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1(a)和图1(b)所示，该无节流喷砂器滑套包括上接头1、无节流内滑套5、喷砂滑套主体6和可溶球7。

无节流内滑套5包括外筒和内筒，内筒的轴向长度小于外筒的轴向长度，且内筒以存在间隙的方式居中设置在外筒底端内侧，内筒与外筒之间通过连接部连接为一体；该无节流内滑套5的结构特点在于其下部为双层过流通道结构，包括基于内筒形成的内层球座通道和基于外筒与内筒之间的环空空间而形成的外层流量互补通道，该两个通道共同形成过流通道。

可溶球7的直径与内筒的内径相适应，以实现通过向滑套内部投放可溶球7实现有效封堵住内筒。

作为本实施例的另一优选的技术方案，内筒顶面加工为锥面，使其形成球座结构，进而与可溶球7配合形成面密封。

作为本实施例的另一优选的技术方案，连接部为一径向截面为扇形的柱形体，其轴向长度与内筒的轴向长度一致；连接部的径向截面面积为外筒与内筒之间所形成的环空通道的径向截面面积的1/4。

喷砂滑套主体6为筒体结构，其上部侧壁上沿圆周方向均布开设有四个喷砂孔，其下部内壁凸起并形成有一圈限位台阶；四个喷砂孔优选采用轴向长孔。

作为本实施例的优选的技术方案，全部喷砂孔的过流面积为油管过流面积的1.5倍，使喷砂孔不存在节流问题，减少压裂液对喷砂孔和生产套管的冲蚀破坏。

无节流内滑套5套装在喷砂滑套主体6内侧并通过沿圆周方向均部设置的多个剪切销钉3固定在喷砂滑套主体6的内壁上并封闭喷砂滑套主体6上开设的各喷砂孔，使喷砂孔通过无节流内滑套5实现开关；其中，剪切销钉3的数量与直径满足剪断压力的设计值，以实现喷沙孔以压力可控的方式打开；同时为了保证喷砂孔初始能够由无节流内滑套5完全封闭喷砂孔，在无节流内滑套5的外筒外壁上且位于喷砂孔两侧分别设置有两个第一O形密封圈2和两个第二O形密封圈4；无节流内滑套5顶面至喷砂孔下侧孔壁的轴向长度等于无节流内滑套5底面至限位台阶上端面的轴向长度，使剪切销钉3剪断后，无节流内滑套5下行至限位台阶处并将全部喷砂孔露出；如图3(a)和图3(b)所示，另外，限位台阶处内径略大于内筒的外径，使无节流内滑套5下落至限位台阶处后，过流通道几乎完全封闭，但内筒与喷砂滑套主体6之间还留有环空过流通道用于过流至下方封隔器处保持封隔器始终处于坐封状态。

上接头1螺纹在喷砂滑套主体6顶端，且在螺纹连接端设有密封圈；上接头1的顶端内壁上设有连接内螺纹，喷砂滑套主体6的底端外壁上设有连接外螺纹。

实施例2

如图4所示为采用实施例1的无节流喷砂滑套形成的七级层压裂管柱，以满足5-1/2″生产套管内分7级压裂；具体地，

该七级层压裂管柱包括自下而上依次通过油管K连接的喇叭口A，无节流自助解封封隔器B，第一级无节流喷砂滑套C，无节流自助解封封隔器B，第二级无节流喷砂滑套D，无节流自助解封封隔器B，第三级无节流喷砂滑套E，无节流自助解封封隔器B，第四级无节流喷砂滑套F，无节流自助解封封隔器B，第五级无节流喷砂滑套G，无节流自助解封封隔器B，第六级无节流喷砂滑套H，无节流自助解封封隔器B，防砂水力锚I和液压安全接头J；其中，上述喇叭口A、防砂水力锚I、液压安全接头J、油管K和生产套管L均为市售的完井常用配件，各无节流自助解封封隔器B均采用已公开专利CN109538182A的产品。

在该七级层压裂管柱中，各级无节流喷砂滑套内的无节流内滑套的外筒内径和内筒的壁厚保持一致，内筒内径自下而上逐级增大，即内层球座通道过流面积逐级增大，对应地，各级无节流喷砂滑套的配套可溶球的直径也随内筒的内径变化自下而上逐级增大；而由于外筒的内径保持不变，因此外层流量互补通道的过流面积自下而上逐级减小；进而，内层球座通道与外层流量互补通道的过流面积的此消彼长，形成流量互补，使得二者总的过流面积大致保持相同，实现了压裂管柱内不产生节流的优势。

施工时，将该七级层压裂管柱下放至生产套管L内，且保持每一级无节流喷砂滑套的喷砂孔与油气井内的储层段位置对应，即喇叭口位于第一压裂储层层段上方，第一级无节流喷砂滑套的喷砂孔与第二压裂储层层段位置对应，第二级无节流喷砂滑套的喷砂孔与第三压裂储层层段位置对应，第三级无节流喷砂滑套的喷砂孔与第四压裂储层层段位置对应，第四级无节流喷砂滑套的喷砂孔与第五压裂储层层段位置对应，第五级无节流喷砂滑套的喷砂孔与第六压裂储层层段位置对应，第六级无节流喷砂滑套的喷砂孔与第七压裂储层层段位置对应；整体管柱利用七个无节流自助解封封隔器B坐封固定在生产套管内。当某级无节流内滑套处于投球工作状态后，内球座通道关闭，外层流量互补通道也随无节流内滑套下落几乎封闭，喷沙孔成为液压主要传导通道，同时上层的液压还绕过可溶球自内筒与限位台阶之间留有的环空孔隙传导至下层需要液压的无节流自助解封封隔器内，使封隔器始终保持坐封状态。

该无节流喷砂器滑套的工作原理如下：

如图1(a)和图1(b)所示，该无节流喷砂器滑套的无节流内滑套为双层过流通道结构，包括内层球座通道和外层流量互补通道；内层球座通道为圆锥形的投球孔；多个无节流喷砂器滑套组装形成多级层压裂管柱后，内层球座通道的内径自上而下随着分层压裂级数的增加而逐级减小，而与此同时，外层流量互补通道的过流面积自上而下随着分层压裂级数的增加逐级增大，也就是说，当内层球座通道过流面积减小时，外层流量互补通道过流面积就会增大，通过两通道过流面积的此消彼长，形成流量互补，使得总的过流面积大致相同；

如图2(a)和图2(b)所示，当需要使用相应级数的无节流喷砂滑套时，投入与其相匹配的可溶球，将内层球座通道堵塞，此时，从地面泵入的高压液体只能外层流量互补通道流入到下层空间，由于投球后总的过流面积通道变小，向下流动的液体受到无节流内滑套较大的阻力，由于力的作用是相互的，向下流动的液体也对无节流内滑套形成了相应的冲击力；

如图3(a)和图3(b)所示，当该冲击力达到剪切销钉的剪切力值后剪切销钉被剪断，无节流内滑套下行，露出喷砂孔，通过喷砂孔进行相应层段的压裂；此时，外层流量互补通道几乎关闭，实现对下部层段的封堵，仅留有小的环空孔隙传导液压至下层需要液压的无节流自助解封封隔器内，保持封隔器维持坐封状态，即保证压裂管柱的正常工作。

在本实施例2中，该七级层压裂管柱的各级无节流喷砂滑套中，将无节流内滑套5最大过流直径(外筒内径)，第二过流直径(内筒外径)和最小过流直径(内筒内径)，分别以D

具体的，该七级层压裂管柱中，各级无节流喷砂滑套的可溶球7的直径自下而上为28.5mm、31.5mm、34.5mm、37.5mm、40.5mm、43.5mm；相应内筒的内径为26mm、29mm、32mm、35mm、38mm、41mm；相应内筒的外径为36mm、39mm、42mm、45mm、48mm、51mm；

基于此，依次计算出每级无节流喷砂滑套的过流面积为：

第一级无节流喷砂滑套总的过流面积为：

S

第二级无节流喷砂滑套总的过流面积为：

S

……

第六级无节流喷砂滑套总的过流面积为：

S

其中，压裂管柱采用的2-7/8″油管内通径为62mm，进而计算出其过流面积为3017mm

本发明的无节流喷砂滑套不但保留了常规节流喷砂滑套可以实现多级分层压裂使用的优点，而且从结构上解决了压裂管柱内节流和喷砂孔处逐层节流的不足，使得高压携砂液在压裂管柱中畅通流动，同时由于压裂管柱中的过流量未变，但通过无节流喷砂滑套的过流面积增大，液体流速降低，使得液体摩阻也会随之降低，更有利于保护工具。

应该注意到并理解，在不脱离后附的权利要求所要求的本发明的精神和范围的情况下，能够对上述详细描述的本发明做出各种修改和改进。因此，要求保护的技术方案的范围不受所给出的任何特定示范教导的限制。