一种电控趾端压裂滑套的制作方法

本发明涉及天然气开采领域，特别涉及一种电控趾端压裂滑套。

背景技术：

页岩气是一种以游离或吸附状态藏身于页岩层或泥岩层中的非常规天然气，页岩气可以作为民用和化工燃料，也可用于化工和发电等。目前，页岩气主要采用连续油管作业，利用水平井分段压裂技术进行开采。对于储层深度超过3500m、水平段长度超过1500m的页岩气井，使用水平井分段压裂技术时，由于连续油管作业长度的限制，需改用趾端压裂滑套在水平井段建立第一段压裂通道，然后才能进行后续的压裂作业。建立第一段压裂通道时，需要在水平井段趾端预置压裂装置，通过较高的压力将压裂装置打开，以使水平井段两侧的岩石产生裂缝，从而使岩石之间的油、气等进入井筒内，实现油、气的采集。其中，趾端压裂滑套能否开启直接关系到第一段压裂通道能否成功建立以及后续压裂施工过程能否顺利进行，因此，提供一种能够保证成功开启的趾端压裂滑套是十分必要的。

现有技术提供了一种爆破式压裂控制阀，包括：滑套内筒和滑套外筒，两端分别与上接头和转换接头连接，侧壁上对应位置处均设置有喷砂孔，滑套内筒的内壁上还设置有爆破阀。滑套，通过剪切销钉固定在滑套内筒与滑套外筒的环空之间，用于使滑套内筒和滑套外筒上的喷砂孔连通或隔开。转换接头的下部依次连接载弹壳体、导爆装置和下接头。载弹壳体内设置有爆破弹，导爆装置内壁设有进液孔。导爆装置的引爆压力大于爆破阀的开启压力。

使用时，将下部安装有爆破式压裂控制阀的分段压裂工具串下入井筒内，下入过程中通过滑套使滑套内筒和滑套外筒上的喷砂孔隔开，即使爆破式压裂控制阀处于关闭状态。井筒内固井、试压完成后，使高压液体经过爆破阀进入滑套内筒和滑套外筒的环空中，对滑套施加向下的压力，直至剪切销钉被剪断，滑套向下运动，此时滑套内筒和滑套外筒上的喷砂孔连通，即实现爆破式压裂控制阀的打开。如果由于爆破阀被固井时的水泥浆堵住而无法正常开启，导致滑套打开失败，可以提高高压液体的泵送压力，通过高压液体启动导爆装置，进而引爆爆破弹，在滑套内筒和滑套外筒上炸出一个洞，使滑套内筒的内腔与井筒相连通，从而实现滑套的开启。该爆破式压裂控制阀，在通过常规方式开启滑套的基础上，增加了一种备用开启方式(即引爆爆破弹)，从而提高了滑套成功开启的概率。

发明人发现现有技术至少存在以下技术问题：

现有技术提供的爆破式压裂控制阀，其中的爆破弹具有一定的破坏性，容易对周围的套管造成破坏，影响页岩气的正常开采。而且，爆破弹具有一定的危险性，导致滑套开启作业风险较高。另外，由于启动导爆装置的压力大于试压压力(即井内安全作业的压力)，无法确定爆破弹爆破时页岩气井是否处在安全的作业压力下，存在一定的安全隐患。

技术实现要素：

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供了一种能够保证滑套安全、成功开启、实现井筒试压的电控趾端压裂滑套，具体技术方案如下：

本发明实施例提供了一种电控趾端压裂滑套，包括：滑套内筒，两端分别与转换接头和下接头连接，筒壁上设置有第一喷砂孔。

滑套外筒，套装在所述滑套内筒外侧，两端分别与所述转换接头和所述下接头连接，筒壁上设置有与所述第一喷砂孔相对的第二喷砂孔。

滑套，通过剪切销钉固定在所述滑套内筒与所述滑套外筒之间的环空中。

所述压裂滑套还包括：

驱动筒体，两端分别与所述转换接头和上接头连接，内腔与所述滑套内筒的内腔相连通，侧壁内设置有顺次电连接的控制总成、电机驱动器、电机。

传压通道，沿轴向设置在所述转换接头的侧壁内，并与所述滑套内筒与所述滑套外筒之间的环空连通。

径向通道，沿径向设置在所述转换接头的侧壁内，并与所述传压通道和所述驱动筒体的内腔连通。

密封杆，由所述电机驱动伸入所述传压通道内或缩回。

位移传感器，设置在所述径向通道内，并与所述控制总成电连接，用于检测所述密封杆的位置。

具体地，作为优选，所述滑套内筒与所述滑套通过第一密封圈密封连接，所述滑套与所述滑套外筒通过第二密封圈密封连接。

具体地，作为优选，所述转换接头与所述滑套内筒的外壁密封连接，与所述滑套外筒的内壁螺纹密封连接，与所述驱动筒体螺纹密封连接。

具体地，作为优选，所述下接头与所述滑套内筒的外壁螺纹密封连接，与所述滑套外筒的内壁螺纹密封连接。

具体地，作为优选，所述径向通道中涂有固体黄油，用于防止所述径向通道被凝固后的水泥浆堵塞。

具体地，作为优选，所述驱动筒体包括：

驱动内筒，两端分别连接所述上接头和所述转换接头。

驱动外筒，套装在所述驱动内筒外侧，且两端分别连接所述上接头和所述转换接头。

驱动支架，设置在所述驱动外筒与所述驱动内筒之间，用于固定所述控制总成、所述电机驱动器和环形电池。

具体地，作为优选，所述驱动支架包括：

第一凹槽，设置在所述驱动支架的侧壁上，用于容纳所述控制总成。

第二凹槽，设置在所述驱动支架的侧壁上，用于容纳所述电机驱动器。

环形槽，设置在所述驱动支架的侧壁上，用于容纳所述环形电池。

具体地，作为优选，所述驱动支架与所述转换接头之间有一段环形空隙，所述电机设置在所述环形空隙中。

具体地，作为优选，所述上接头与所述驱动内筒的外壁螺纹密封连接，与所述驱动外筒的内壁螺纹密封连接。

具体地，作为优选，所述控制总成包括：顺次电连接的信号接收和发送模块、信号转换模块、信号处理模块。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例提供的电控趾端压裂滑套，在转换接头的上部增加驱动筒体，并在驱动筒体的侧壁内设置顺次电连接的控制总成、电机驱动器、电机，通过电机驱动密封杆在传压通道内移动，以通过密封杆对传压通道的打开进行电动控制。通过在转换接头的径向通道中设置位移传感器，通过位移传感器对密封杆的位置进行检测，并将检测结果发送给控制总成，当位移传感器检测到密封杆使传压通道处于打开状态时，控制总成向电机驱动器发出停止信号，使密封杆停止移动。传压通道打开后，压裂滑套内腔中的高压液体就会经径向通道进入传压通道，通过高压液体向滑套施加向下的压力，直至剪切销钉被剪断，滑套向下运动，从而使第一喷砂孔与第二喷砂孔连通，实现压裂滑套的打开。本发明实施例提供的电控趾端压裂滑套通过电信号对滑套的打开进行控制，控制过程精准、可靠，避免了现有技术中通过压力控制滑套的打开而造成的不确定性，提高了滑套顺利打开的成功率，且操作安全、使用方便、适于规模化推广应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的电控趾端压裂滑套的结构图；

图2是本发明实施例提供的电控趾端压裂滑套的局部放大图；

图3是本发明实施例提供的驱动支架的结构图。

附图标记分别表示：

1滑套内筒，

101第一喷砂孔，

2转换接头，

201传压通道，

202径向通道，

3下接头，

4滑套外筒，

401第二喷砂孔，

5滑套，

6驱动筒体，

601控制总成，

602电机驱动器，

603电机，

604驱动内筒，

605驱动外筒，

606驱动支架，

7上接头，

8密封杆，

9位移传感器，

10固体黄油。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种电控趾端压裂滑套，如附图1和附图2所示，该压裂滑套包括：滑套内筒1，两端分别与转换接头2和下接头3连接，筒壁上设置有第一喷砂孔101；滑套外筒4，套装在滑套内筒1外侧，两端分别与转换接头2和下接头3连接，筒壁上设置有与第一喷砂孔101位置相对应的第二喷砂孔401；滑套5，通过剪切销钉固定在滑套内筒1与滑套外筒4之间的环空中。

该压裂滑套还包括：驱动筒体6，两端分别与转换接头2和上接头7连接，内腔与滑套内筒1的内腔相连通，侧壁内设置有顺次电连接的控制总成601、电机驱动器602、电机603；传压通道201，沿轴向设置在转换接头2的侧壁内，并与滑套内筒1与滑套外筒4之间的环空相连通；径向通道202，沿径向设置在转换接头2的侧壁内，并与传压通道201和驱动筒体6的内腔相连通；密封杆8，由电机603驱动伸入传压通道201内或缩回；位移传感器9，设置在径向通道202内，并与控制总成601电连接，用于检测密封杆8的位置。

下面对本发明实施例提供的电控趾端压裂滑套的工作原理进行说明：

将下部安装有电控趾端压裂滑套的分段压裂工具串下入井筒内，电控趾端压裂滑套的底部还连接有带堵头的油管，以使分段压裂工具串的内腔封闭，保证试压的进行。

分段压裂工具串下入井筒的过程中，滑套5通过剪切销钉固定在滑套内筒1与滑套外筒4之间的环空中，使第一喷砂孔101与第二喷砂孔401隔开，即压裂滑套5处于关闭状态。

当井筒内试压完成后，操作人员通过井口无线信号发射装置向控制总成601发出启动信号，控制总成601接收到该信号再向电机驱动器602发出启动信号，通过电机驱动器602驱动电机603转动，使与电机603连接的密封杆8向上运动，直至位移传感器9检测不到密封杆8，即密封杆8不再对传压通道201起到封堵作用，传压通道201处于打开状态，传压通道201与径向通道202相连通。位移传感器9将此时的检测结果发送给控制总成601，控制总成601向电机驱动器602发出停止信号，电机603不再转动，密封杆8也不再向上运动。传压通道201打开后，压裂滑套内腔中的高压液体就会经径向通道202进入传压通道201，通过高压液体向滑套5施加向下的压力，直至剪切销钉被剪断，滑套5向下运动，从而使第一喷砂孔101与第二喷砂孔401连通，实现压裂滑套5的打开。压裂滑套5打开后，再依次进行后续的分段压裂作业。

本发明实施例提供的电控趾端压裂滑套5，在转换接头2的上部增加驱动筒体6，并在驱动筒体6的侧壁上设置顺次电连接的控制总成601、电机驱动器602、电机603，通过电机603驱动密封杆8在传压通道201内的上下移动，以通过密封杆8对传压通道201的打开与关闭进行电动控制。通过在转换接头2的径向通道202中设置位移传感器9，通过位移传感器9对密封杆8的位置进行检测，并将检测结果发送给控制总成601，通过控制总成601对密封杆8的运动位置进行控制，进而实现对压裂滑套打开与关闭状态的控制。本发明实施例提供的电控趾端压裂滑套5通过电信号对滑套5的打开进行控制，控制过程精准、可靠，避免了现有技术中通过压力控制滑套5的打开而造成的不确定性，提高了滑套5顺利打开的成功率，且操作安全、使用方便、适于规模化推广应用。

具体地，本发明实施例提供的电控趾端压裂滑套，可以划分为上下两部分，上部分为驱动短节，包括驱动筒体6，下部分为滑套短节，包括滑套内筒1、滑套外筒4和滑套5。驱动短节与滑套短节之间通过转换接头2连接，驱动短节顶部与上接头7连接，滑套短节底部与下接头3连接。上接头7与下接头3的设置，便于电控趾端压裂滑套与分段压裂工具串中的其他部件相连接。

滑套短节是实现电控趾端压裂滑套基本功能的部分。滑套外筒4套装在滑套内筒1的外侧，且与滑套内筒1之间留有一定的间隙，滑套外筒4和滑套内筒1的两端均分别与转换接头2和下接头3连接。滑套5通过剪切销钉固定在滑套内筒1与滑套外筒4之间的环空中。滑套5的轴向长度小于滑套内筒1与滑套外筒4之间环空的轴向长度，以保证滑套5能够在环空中向下运动至第一喷砂孔101和第二喷砂孔401以下的位置，使第一喷砂孔101能够与第二喷砂孔401连通，即使滑套内筒1的内腔与井筒相连通，使滑套内筒1中的高压液体能够从喷砂孔喷出，确保压裂作业的顺利进行。

为了保证电控趾端压裂滑套的关闭，滑套内筒1与滑套5通过第一密封圈密封连接，滑套5与滑套外筒4通过第二密封圈密封连接。例如，在滑套5的内侧壁的上部和下部分别设置一圈密封凹槽，在密封凹槽中放入第一密封圈，从而通过第一密封圈使滑套内筒1与滑套5密封连接，避免高压液体从滑套内筒1与滑套5之间的缝隙渗漏而导致滑套5难以被向下推动，防止滑套5开启失败。在滑套外筒4内侧壁的上部设置一圈密封凹槽，在密封凹槽中放入第二密封圈，从而通过第二密封圈使滑套外筒4与滑套5密封连接，避免井筒中的杂质渗入滑套外筒4与滑套内筒1之间的环空，对滑套5的开启造成影响。为了提高密封效果，第一密封圈和第二密封圈均可以设置为多个。

滑套外筒4与滑套内筒1的下部均与下接头3连接，具体地，下接头3与滑套内筒1的外壁螺纹密封连接，与滑套外筒4的内壁螺纹密封连接。密封连接可以通过密封圈实现。通过下接头3将滑套短节的下部封闭，从而通过滑套外筒4、滑套内筒1、滑套5以及下接头3形成一个封闭的环形空腔，为滑套5的向下移动预留充分的空间，保证电控趾端压裂滑套的成功开启。

转换接头2用于连接滑套短节和驱动短节，为了便于滑套短节与驱动短节的拆装，避免滑套短节和驱动短节的松动，转换接头2与滑套内筒1的外壁密封连接，与滑套外筒4的内壁螺纹密封连接，与驱动筒体6螺纹密封连接。密封连接可以通过密封圈实现，以使滑套短节和驱动短节通过转换接头2连接成为一个密封、稳固的整体，防止电控趾端压裂滑套内腔中高压液体的渗漏，保证电控趾端压裂滑套的安全作业。

如附图2所示，转换接头2的侧壁内还设置有径向通道202，径向通道202中涂有固体黄油10，用于防止径向通道202被凝固后的水泥浆堵塞。在电控趾端压裂滑套的传压通道201开启之前，需要向分段压裂工具串中灌注水泥浆以进行固井作业，水泥浆容易滞留在径向通道202中，凝固后会造成径向通道202堵塞，从而影响电控趾端压裂滑套的打开。因此，需要在径向通道202中涂上耐高温的固体黄油10，在阻止固相颗粒较多的水泥浆进入径向通道202的同时，允许高压液体流过径向通道202，从而保证高压液体能够进入传压通道201，实现电控趾端压裂滑套的打开，同时避免径向通道202的堵塞。

转换接头2的径向通道202中还设置有位移传感器9，为了便于位移传感器9与控制总成601的电连接，转换接头2的侧壁上还设置有纵向电缆通道，便于电缆的穿过，保证位移传感器9与控制总成601的电连接。

驱动筒体6用于驱动密封杆8的运动，以控制传压通道201的打开与封堵。驱动筒体6包括：驱动内筒604，两端分别连接上接头7和转换接头2；驱动外筒605，套装在驱动内筒604外侧，且两端分别连接上接头7和转换接头2；驱动支架606，设置在驱动外筒605与驱动内筒604之间，用于固定控制总成601和电机驱动器602。

驱动内筒604与滑套内筒1相连通，用于向传压通道201和滑套内筒1输送高压液体，以进行压裂作业。驱动内筒604的内径与滑套内筒1的内径一致，均为112mm，以使电控趾端压裂滑套与分段压裂工具串的整体内径一致，保证了分段压裂工具串的完整性。驱动外筒605套装在驱动内筒604的外侧，用于对驱动内筒604与驱动外筒605环空之间的设备进行保护。驱动支架606设置在驱动外筒605与驱动内筒604之间，用于固定控制总成601、电机驱动器602和环形电池。

如附图3所示，驱动支架606包括：第一凹槽，设置在驱动支架606的侧壁上，用于容纳控制总成601；第二凹槽，设置在驱动支架606的侧壁上，用于容纳电机驱动器602；环形槽(位于附图3中驱动支架606的左端)，设置在驱动支架606的侧壁上，用于容纳环形电池。控制总成601与电机驱动器602电连接，用于对电机603的工作状态进行调。电机驱动器602通过联轴器与电机603连接，通过电机603工作状态的控制对密封杆8的上下运动进行调整。环形电池能够为控制总成601、电机驱动器602等用电元件提供电源，省去了向井筒内下入电缆的环节，使电控趾端压裂滑套的使用更加方便。同时，环形电池镶嵌在环形槽中，使驱动筒体6的结构紧凑，便于驱动筒体6进入井筒内进行作业。

驱动支架606的轴向长度略小于驱动外筒605与驱动内筒604之间环空的轴向长度，即驱动支架606与转换接头2之间有一段环形空隙，以将电机603设置在该环形空隙中。将电机603设置在驱动外筒605与驱动内筒604之间的环空中，使得电控趾端压裂滑套结构紧凑，而且整体外观呈规则的管状，便于电控趾端压裂滑套下入井筒内。

控制总成601是电控趾端压裂滑套中电控部分的核心元件，控制总成601包括：顺次电连接的信号接收和发送模块、信号转换模块、信号处理模块。

操作人员需要对控制总成601的工作状态进行控制，因此控制总成601中需要设置信号接收和发送模块。通过信号接收和发送模块，使控制总成601与井口无线信号发射装置建立通讯。当固井、试压完成后，通过井口无线信号发射装置向控制总成601发出开始工作的电磁波信号，以启动控制总成601。控制总成601使传压通道201打开后，会向电机驱动器602发送停止信号，此时高压液体进入传压通道201并对滑套5施加向下的压力，从而实现电控趾端压裂滑套的打开。

信号转换模块用于将信号接收和发送模块接收到的模拟信号进行放大，并将其转换成数字信号，以便于信号处理模块对该信号进行处理。信号处理模块对传输过来的信号进行处理后，还会做出反馈，发出新的数字信号，该数字信号也经信号转换模块转换成模拟信号后，传输至信号接收和发送模块，以向电机驱动器602发送停止信号。

信号处理模块用于对接收到的数字信号进行解码处理。信号处理模块接收到启动控制总成601的信号后，会通过信号接收和发送模块向电机驱动器602发出启动信号，通过电机驱动器602驱动电机603，从而带动密封杆8向上运行，逐渐打开传压通道201。与此同时，位移传感器9始终对密封杆8的位置进行检测，并将检测结果发送至信号处理模块。如附图2所示，位移传感器9与密封杆8的位置相对应，密封杆8与电机603连接，电机603固定在驱动外筒605与驱动内筒604之间的环空中，并能够驱动密封杆8能够伸出电机603外或缩回电机603中，以对密封杆8伸入或退出传压通道201的状态进行调整。当密封杆8伸入传压通道201内时，位移传感器9向前方发出的检测信号会被密封杆8挡住，说明密封杆8处于传压通道201中，传压通道201与径向通道202不连通，传压通道201处于封堵状态。当密封杆8在电机603的驱动下不断向上缩回，直至运动到位移传感器9的上方时，位移传感器9向前方发出的检测信号不再受到阻挡，说明此时密封杆8离开传压通道201，传压通道201与径向通道202相连通，传压通道201处于打开状态。位移传感器9将传压通道201处于打开状态时的信号传输给信号处理模块，经信号处理模块处理后，通过信号接收和发送模块向电机驱动器602发出停止信号，使电机603停止转动，密封杆8停止向上运动，避免电能的浪费。此时，电控压裂滑套内腔中的高压液体就会进入传压通道201中，以将电控趾端压裂滑套开启，进行后续的分段压裂作业。

为了避免驱动筒体6侧壁内的元件被液体腐蚀，驱动筒体6的上部与上接头7连接，上接头7与驱动内筒604的外壁螺纹密封连接，与驱动外筒605的内壁螺纹密封连接，以防止液体的渗漏腐蚀电器元件。

本发明实施例提供的电控趾端压裂滑套，不仅适用于低渗透油田、页岩气田，还适用于天然气井、煤层气井的分段压裂，在水平井、垂直井、大斜度井中均应用良好。另外，该电控趾端压裂滑套特别适用于深井长水平段页岩气(垂直深度≥3500m，水平段长度≥1500m)井的分段压裂作业。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。