一种具有井筒试压功能的趾端滑套的制作方法

1.本发明属于石油开采技术领域，特别是涉及一种在油气井压裂措施作业中使用的一种具有井筒试压功能的趾端滑套。


背景技术：

2.在石油工业领域，尤其是对非常规页岩油气井实施套管分段压裂时，在首段压裂改造开始之前需要对井筒试压，试压结束后需要打开首段套管与地层的连通通道。目前打开首段的方式有两种：一种是钻杆或油管传输射孔；另一种通过趾端滑套憋压打开。钻杆或油管传输射孔方式技术成熟可靠，但施工时效低，在超长水平井中下入受限；趾端滑套方式直接憋压开启，施工时效高，成本低、风险小，且不受水平段长度的限制被广泛应用。现有趾端滑套技术开启成功率低，其主要存在以下技术缺陷：
3.1)、国内页岩气井压裂施工前需要全井筒试压90mpa以上检验井筒密封性，目前国内使用地面高压管汇承压等级为15000psi，施工时最高限压不允许超过100mpa，因此，现有趾端滑套开启泵压需要控制在90
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100mpa范围内，允许开启的压力窗口非常窄，现场往往存在滑套开启失败的情况；
4.2)、在井筒试验过程中，按照要求：在井口压力达到一定值(90
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100mpa)后需要稳压15min
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30min。此时，趾端滑套已经开启，并靠内部的液压油通过溢流机构的时间来控制延时开启时间，如cn110541687a、cn110541687a。但受井下温度、地层净压、液压油粘度等因素影响，往往延时达不到设计要求，导致井筒试压时间较短。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种开启风险小、不限延时时间的具有井筒试压功能的趾端滑套。
6.本发明所采用的技术方案为：一种具有井筒试压功能的趾端滑套，其特征在于：包括芯轴和套装在芯轴外的外套以及分别与外套上、下两端密封连接的上接头和下接头，所述芯轴上端从上至下依次设有用于配置破裂片的径向安装孔、用于安装顶杆的轴孔、用于安设滑销组件的长短轨迹槽、喷射口，在芯轴外套装有弹簧及活塞，所述顶杆的下端部与滑销组件相抵接，所述弹簧的两端分别与滑销组件和活塞抵接，所述活塞通过启动销钉固定在芯轴和外套之间，并能密封住芯轴上的内喷射口以及外套上对应喷射口设置的外喷射口。
7.按上述技术方案，所述长短轨迹槽包括沿芯轴周向连续设置的呈锯齿状的轨迹槽上极限点、轨迹槽下极限点以及在若干轨迹槽下极限点之间设置的轨迹槽下终极点，所述轨迹槽上极限点和轨迹槽下极限点所形成的轨迹线呈波浪线状，轨迹槽下终极点为与波浪线轨迹线相连通的往芯轴轴向方向延伸一定距离的轨迹槽，所述滑销组件在顶杆的作用下随长短轨迹槽轨迹滑动。
8.按上述技术方案，每个轨迹槽上极限点由两个呈一定角度设置的第一斜面和第一
垂直面围合而成，所述轨迹槽下极限点由两个呈一定角度设置的第二斜面和第二垂直面围合而成，其中，轨迹槽上、下极限点错开设置。
9.按上述技术方案，所述长短轨迹槽槽深2.5
‑
5mm。
10.按上述技术方案，轨迹槽上、下极限点的直线距离小于轴孔的距离，轨迹槽上极限点到轨迹槽下终极点的直线距离大于顶杆在轴孔的距离。
11.按上述技术方案，每三个轨迹槽下极限点之间设有一个轨迹槽下终极点。
12.按上述技术方案，在芯轴上至少设有两个破裂盘，所述破裂盘通过压帽压装在芯轴上。
13.按上述技术方案，所述滑销组件包括垫环、滑环以及滑销，垫环和滑环均套装在芯轴外，滑销安装在滑环内。
14.按上述技术方案，在芯轴的周向均布有多个轴孔。
15.按上述技术方案，所述外喷射口呈腰型孔。
16.本发明所取得的有益效果为：本发明采用液压开启，机械延时，相比常规延时趾端滑套结构更先进、延时动作更可靠，延时时间可在无提前设置的情况下根据现场要求无限延长，能够满足油气井快速完成井筒试压和打开首段要求，无需射孔作业，有利于油田用户实现快速、安全作业和提速降本目标。
附图说明
17.图1为本发明实施例提供的一个示例性结构图。
18.图2为本发明实施例提供的一个示例性结构图中轨迹槽沿芯轴外表面展开图。
19.附图标记说明如下：
20.1、上接头，2、密封圈，3、破裂片，4、压帽，5、顶杆，6、外套，7、垫环，8、滑环，9、滑销，10、弹簧，11、芯轴，12、活塞，13、启动销钉，14、下接头。11
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1、内喷射口，6
‑
1、外喷射口，14、16、18、20、22、轨迹槽上极限点，15、17、19、轨迹槽下极限点，21、轨迹槽下终极点。
具体实施方式
21.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
22.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
23.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
24.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，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技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
25.此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
26.在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
27.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
28.以下结合实施例对本技术的具有井筒试压功能的趾端滑套的特征和性能作进一步的详细描述。
29.如图1所示，本实施例提供了一种具有井筒试压功能的趾端滑套，包括芯轴11和套装在芯轴11外的外套6以及分别与外套6上、下两端通过密封圈2密封连接的上接头1和下接头14，所述芯轴11上端从上至下依次设有用于配置破裂片3的径向安装孔、用于安装顶杆5的轴孔、用于安设滑销组件的长短轨迹槽、喷射口，在芯轴11外套6装有弹簧10及活塞12，所述顶杆5的下端部与滑销组件相抵接，所述弹簧10的两端分别与滑销组件和活塞12抵接，所述活塞12通过启动销钉固定在芯轴11和外套6之间，并能密封住芯轴11上的内喷射口以及外套6上对应喷射口设置的呈腰型孔的外喷射口。
30.本实施例中，在芯轴11上至少设有两个破裂盘，所述破裂盘通过压帽4压装在芯轴11上。在芯轴11的周向均布有4个轴孔，顶杆5在轴孔内可以轴向移动。所述滑销组件包括垫环7、滑环8以及滑销9，垫环7和滑环8均套装在芯轴11外，滑销9安装在滑环8内，并能够在芯轴11外圆表面的长短轨迹槽滑动。弹簧10安装与滑环8和活塞12之间。活塞12通过多颗启动销钉13固定与外套6和芯轴11之间，并阻隔喷射口11
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1和腰型孔6
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1连通。
31.如图2所示，所述长短轨迹槽包括沿芯轴11周向连续设置的呈锯齿状的轨迹槽上极限点14、16、18、20、22、轨迹槽下极限点15、17、19以及在每3个轨迹槽下极限点之间设置的轨迹槽下终极点21，所述轨迹槽上极限点和轨迹槽下极限点所形成的轨迹线呈波浪线状，轨迹槽下终极点为与波浪线轨迹线相连通的往芯轴11轴向方向延伸一定距离的轨迹槽，所述滑销组件在顶杆5的作用下随长短轨迹槽轨迹滑动。其中，所述长短轨迹槽槽深2.5
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5mm。轨迹槽上、下极限点的直线距离小于轴孔的距离，轨迹槽上极限点到轨迹槽下终极点的直线距离大于顶杆5在轴孔的距离。
32.如图2所示，每个轨迹槽上极限点由两个呈一定角度设置的第一斜面和第一垂直
面围合而成，所述轨迹槽下极限点由两个呈一定角度设置的第二斜面和第二垂直面围合而成，其中，轨迹槽上、下极限点错开设置，使得滑销能连续在各上下极限点之间滑移。
33.本发明的一种具有井筒试压功能的趾端滑套按图1所示在地面完成组装，上、下两端分别连接套管，在钻井完成后随套管下入地层。完成固井作业后开始地面打压对井筒进行试压。
34.当地面压力从0逐步增加至90
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100mpa时，破裂片3被击穿(井筒液柱静压≤破裂片击穿压力≤井筒液柱静压+井筒试验压力)，液体进入后作用于顶杆5，推动垫环7、滑环8移动，滑环8压缩弹簧10并带动滑销9从芯轴11表面的轨迹槽上死点位置14滑动到轨迹槽下死点位置15。地面压力泄为0时，滑环8在弹簧的作用力下将滑销9又从轨迹槽下死点位置15推动至上死点位置16。
35.再次对井筒试压时，地面压力又从0逐步增加至90
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100mpa时，滑环8在顶杆5的推动下压缩弹簧10并带动滑销9从轨迹槽上死点位置16滑动到轨迹槽下死点位置17。
36.依次类推，地面可以完成三次对井筒试压。
37.试压过程中，滑销9分别会从芯轴11表面轨迹槽的上死点位置14、16、18、20滑动到轨迹槽下死点位置15、17、19。由于上死点位置14、16、18、20到下死点位置15、17、19的距离小于顶杆5滑出轴孔的距离，所以顶杆5上端的压力无法传递至活塞12，滑套无法打开。
38.当滑销9分别到达下死点位置后，只要地面不泄压滑销9无法完成换向，地面对井筒试压要求的稳压延时时间不受限制。
39.需要开启滑套时，通过第四次地面打压，顶杆5推动滑环8压缩弹簧10并带动滑销9从芯轴11表面的轨迹槽上死点位置20滑动到轨迹槽下死点位置21。上死点位置20到下死点位置21的距离大于顶杆5在轴孔中的移动位置，顶杆5被压力顶出轴孔。液压从压帽4、破裂片3、轴孔传递到活塞12上。当压力达到设计值后，活塞12移动剪切启动销钉13。活塞12继续下移，芯轴11的喷射口11
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1与外套6腰型孔6
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1连通。套管内的高压液体经过喷射口11
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1、腰型孔6
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1进入地层。
40.本发明采用液压开启，机械延时，相比常规延时趾端滑套结构更简单、开启风险小、不限延时时间，能够满足油气井(例如，页岩油气井)快速开发要求，实现提速降本。
41.以上所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。