一種電控趾端壓裂滑套的製作方法
2023-06-01 01:49:36
本發明涉及天然氣開採領域，特別涉及一種電控趾端壓裂滑套。
背景技術：
頁巖氣是一種以游離或吸附狀態藏身於頁巖層或泥巖層中的非常規天然氣，頁巖氣可以作為民用和化工燃料，也可用於化工和發電等。目前，頁巖氣主要採用連續油管作業，利用水平井分段壓裂技術進行開採。對於儲層深度超過3500m、水平段長度超過1500m的頁巖氣井，使用水平井分段壓裂技術時，由於連續油管作業長度的限制，需改用趾端壓裂滑套在水平井段建立第一段壓裂通道，然後才能進行後續的壓裂作業。建立第一段壓裂通道時，需要在水平井段趾端預置壓裂裝置，通過較高的壓力將壓裂裝置打開，以使水平井段兩側的巖石產生裂縫，從而使巖石之間的油、氣等進入井筒內，實現油、氣的採集。其中，趾端壓裂滑套能否開啟直接關係到第一段壓裂通道能否成功建立以及後續壓裂施工過程能否順利進行，因此，提供一種能夠保證成功開啟的趾端壓裂滑套是十分必要的。
現有技術提供了一種爆破式壓裂控制閥，包括：滑套內筒和滑套外筒，兩端分別與上接頭和轉換接頭連接，側壁上對應位置處均設置有噴砂孔，滑套內筒的內壁上還設置有爆破閥。滑套，通過剪切銷釘固定在滑套內筒與滑套外筒的環空之間，用於使滑套內筒和滑套外筒上的噴砂孔連通或隔開。轉換接頭的下部依次連接載彈殼體、導爆裝置和下接頭。載彈殼體內設置有爆破彈，導爆裝置內壁設有進液孔。導爆裝置的引爆壓力大於爆破閥的開啟壓力。
使用時，將下部安裝有爆破式壓裂控制閥的分段壓裂工具串下入井筒內，下入過程中通過滑套使滑套內筒和滑套外筒上的噴砂孔隔開，即使爆破式壓裂控制閥處於關閉狀態。井筒內固井、試壓完成後，使高壓液體經過爆破閥進入滑套內筒和滑套外筒的環空中，對滑套施加向下的壓力，直至剪切銷釘被剪斷，滑套向下運動，此時滑套內筒和滑套外筒上的噴砂孔連通，即實現爆破式壓裂控制閥的打開。如果由於爆破閥被固井時的水泥漿堵住而無法正常開啟，導致滑套打開失敗，可以提高高壓液體的泵送壓力，通過高壓液體啟動導爆裝置，進而引爆爆破彈，在滑套內筒和滑套外筒上炸出一個洞，使滑套內筒的內腔與井筒相連通，從而實現滑套的開啟。該爆破式壓裂控制閥，在通過常規方式開啟滑套的基礎上，增加了一種備用開啟方式(即引爆爆破彈)，從而提高了滑套成功開啟的概率。
發明人發現現有技術至少存在以下技術問題：
現有技術提供的爆破式壓裂控制閥，其中的爆破彈具有一定的破壞性，容易對周圍的套管造成破壞，影響頁巖氣的正常開採。而且，爆破彈具有一定的危險性，導致滑套開啟作業風險較高。另外，由於啟動導爆裝置的壓力大於試壓壓力(即井內安全作業的壓力)，無法確定爆破彈爆破時頁巖氣井是否處在安全的作業壓力下，存在一定的安全隱患。
技術實現要素：
本發明實施例所要解決的技術問題在於，提供了一種能夠保證滑套安全、成功開啟、實現井筒試壓的電控趾端壓裂滑套，具體技術方案如下：
本發明實施例提供了一種電控趾端壓裂滑套，包括：滑套內筒，兩端分別與轉換接頭和下接頭連接，筒壁上設置有第一噴砂孔。
滑套外筒，套裝在所述滑套內筒外側，兩端分別與所述轉換接頭和所述下接頭連接，筒壁上設置有與所述第一噴砂孔相對的第二噴砂孔。
滑套，通過剪切銷釘固定在所述滑套內筒與所述滑套外筒之間的環空中。
所述壓裂滑套還包括：
驅動筒體，兩端分別與所述轉換接頭和上接頭連接，內腔與所述滑套內筒的內腔相連通，側壁內設置有順次電連接的控制總成、電機驅動器、電機。
傳壓通道，沿軸向設置在所述轉換接頭的側壁內，並與所述滑套內筒與所述滑套外筒之間的環空連通。
徑向通道，沿徑向設置在所述轉換接頭的側壁內，並與所述傳壓通道和所述驅動筒體的內腔連通。
密封杆，由所述電機驅動伸入所述傳壓通道內或縮回。
位移傳感器，設置在所述徑向通道內，並與所述控制總成電連接，用於檢測所述密封杆的位置。
具體地，作為優選，所述滑套內筒與所述滑套通過第一密封圈密封連接，所述滑套與所述滑套外筒通過第二密封圈密封連接。
具體地，作為優選，所述轉換接頭與所述滑套內筒的外壁密封連接，與所述滑套外筒的內壁螺紋密封連接，與所述驅動筒體螺紋密封連接。
具體地，作為優選，所述下接頭與所述滑套內筒的外壁螺紋密封連接，與所述滑套外筒的內壁螺紋密封連接。
具體地，作為優選，所述徑向通道中塗有固體黃油，用於防止所述徑向通道被凝固後的水泥漿堵塞。
具體地，作為優選，所述驅動筒體包括：
驅動內筒，兩端分別連接所述上接頭和所述轉換接頭。
驅動外筒，套裝在所述驅動內筒外側，且兩端分別連接所述上接頭和所述轉換接頭。
驅動支架，設置在所述驅動外筒與所述驅動內筒之間，用於固定所述控制總成、所述電機驅動器和環形電池。
具體地，作為優選，所述驅動支架包括：
第一凹槽，設置在所述驅動支架的側壁上，用於容納所述控制總成。
第二凹槽，設置在所述驅動支架的側壁上，用於容納所述電機驅動器。
環形槽，設置在所述驅動支架的側壁上，用於容納所述環形電池。
具體地，作為優選，所述驅動支架與所述轉換接頭之間有一段環形空隙，所述電機設置在所述環形空隙中。
具體地，作為優選，所述上接頭與所述驅動內筒的外壁螺紋密封連接，與所述驅動外筒的內壁螺紋密封連接。
具體地，作為優選，所述控制總成包括：順次電連接的信號接收和發送模塊、信號轉換模塊、信號處理模塊。
本發明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是：
本發明實施例提供的電控趾端壓裂滑套，在轉換接頭的上部增加驅動筒體，並在驅動筒體的側壁內設置順次電連接的控制總成、電機驅動器、電機，通過電機驅動密封杆在傳壓通道內移動，以通過密封杆對傳壓通道的打開進行電動控制。通過在轉換接頭的徑向通道中設置位移傳感器，通過位移傳感器對密封杆的位置進行檢測，並將檢測結果發送給控制總成，當位移傳感器檢測到密封杆使傳壓通道處於打開狀態時，控制總成向電機驅動器發出停止信號，使密封杆停止移動。傳壓通道打開後，壓裂滑套內腔中的高壓液體就會經徑向通道進入傳壓通道，通過高壓液體向滑套施加向下的壓力，直至剪切銷釘被剪斷，滑套向下運動，從而使第一噴砂孔與第二噴砂孔連通，實現壓裂滑套的打開。本發明實施例提供的電控趾端壓裂滑套通過電信號對滑套的打開進行控制，控制過程精準、可靠，避免了現有技術中通過壓力控制滑套的打開而造成的不確定性，提高了滑套順利打開的成功率，且操作安全、使用方便、適於規模化推廣應用。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1是本發明實施例提供的電控趾端壓裂滑套的結構圖；
圖2是本發明實施例提供的電控趾端壓裂滑套的局部放大圖；
圖3是本發明實施例提供的驅動支架的結構圖。
附圖標記分別表示：
1滑套內筒，
101第一噴砂孔，
2轉換接頭，
201傳壓通道，
202徑向通道，
3下接頭，
4滑套外筒，
401第二噴砂孔，
5滑套，
6驅動筒體，
601控制總成，
602電機驅動器，
603電機，
604驅動內筒，
605驅動外筒，
606驅動支架，
7上接頭，
8密封杆，
9位移傳感器，
10固體黃油。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將對本發明實施方式作進一步地詳細描述。
本發明實施例提供了一種電控趾端壓裂滑套，如附圖1和附圖2所示，該壓裂滑套包括：滑套內筒1，兩端分別與轉換接頭2和下接頭3連接，筒壁上設置有第一噴砂孔101；滑套外筒4，套裝在滑套內筒1外側，兩端分別與轉換接頭2和下接頭3連接，筒壁上設置有與第一噴砂孔101位置相對應的第二噴砂孔401；滑套5，通過剪切銷釘固定在滑套內筒1與滑套外筒4之間的環空中。
該壓裂滑套還包括：驅動筒體6，兩端分別與轉換接頭2和上接頭7連接，內腔與滑套內筒1的內腔相連通，側壁內設置有順次電連接的控制總成601、電機驅動器602、電機603；傳壓通道201，沿軸向設置在轉換接頭2的側壁內，並與滑套內筒1與滑套外筒4之間的環空相連通；徑向通道202，沿徑向設置在轉換接頭2的側壁內，並與傳壓通道201和驅動筒體6的內腔相連通；密封杆8，由電機603驅動伸入傳壓通道201內或縮回；位移傳感器9，設置在徑向通道202內，並與控制總成601電連接，用於檢測密封杆8的位置。
下面對本發明實施例提供的電控趾端壓裂滑套的工作原理進行說明：
將下部安裝有電控趾端壓裂滑套的分段壓裂工具串下入井筒內，電控趾端壓裂滑套的底部還連接有帶堵頭的油管，以使分段壓裂工具串的內腔封閉，保證試壓的進行。
分段壓裂工具串下入井筒的過程中，滑套5通過剪切銷釘固定在滑套內筒1與滑套外筒4之間的環空中，使第一噴砂孔101與第二噴砂孔401隔開，即壓裂滑套5處於關閉狀態。
當井筒內試壓完成後，操作人員通過井口無線信號發射裝置向控制總成601發出啟動信號，控制總成601接收到該信號再向電機驅動器602發出啟動信號，通過電機驅動器602驅動電機603轉動，使與電機603連接的密封杆8向上運動，直至位移傳感器9檢測不到密封杆8，即密封杆8不再對傳壓通道201起到封堵作用，傳壓通道201處於打開狀態，傳壓通道201與徑向通道202相連通。位移傳感器9將此時的檢測結果發送給控制總成601，控制總成601向電機驅動器602發出停止信號，電機603不再轉動，密封杆8也不再向上運動。傳壓通道201打開後，壓裂滑套內腔中的高壓液體就會經徑向通道202進入傳壓通道201，通過高壓液體向滑套5施加向下的壓力，直至剪切銷釘被剪斷，滑套5向下運動，從而使第一噴砂孔101與第二噴砂孔401連通，實現壓裂滑套5的打開。壓裂滑套5打開後，再依次進行後續的分段壓裂作業。
本發明實施例提供的電控趾端壓裂滑套5，在轉換接頭2的上部增加驅動筒體6，並在驅動筒體6的側壁上設置順次電連接的控制總成601、電機驅動器602、電機603，通過電機603驅動密封杆8在傳壓通道201內的上下移動，以通過密封杆8對傳壓通道201的打開與關閉進行電動控制。通過在轉換接頭2的徑向通道202中設置位移傳感器9，通過位移傳感器9對密封杆8的位置進行檢測，並將檢測結果發送給控制總成601，通過控制總成601對密封杆8的運動位置進行控制，進而實現對壓裂滑套打開與關閉狀態的控制。本發明實施例提供的電控趾端壓裂滑套5通過電信號對滑套5的打開進行控制，控制過程精準、可靠，避免了現有技術中通過壓力控制滑套5的打開而造成的不確定性，提高了滑套5順利打開的成功率，且操作安全、使用方便、適於規模化推廣應用。
具體地，本發明實施例提供的電控趾端壓裂滑套，可以劃分為上下兩部分，上部分為驅動短節，包括驅動筒體6，下部分為滑套短節，包括滑套內筒1、滑套外筒4和滑套5。驅動短節與滑套短節之間通過轉換接頭2連接，驅動短節頂部與上接頭7連接，滑套短節底部與下接頭3連接。上接頭7與下接頭3的設置，便於電控趾端壓裂滑套與分段壓裂工具串中的其他部件相連接。
滑套短節是實現電控趾端壓裂滑套基本功能的部分。滑套外筒4套裝在滑套內筒1的外側，且與滑套內筒1之間留有一定的間隙，滑套外筒4和滑套內筒1的兩端均分別與轉換接頭2和下接頭3連接。滑套5通過剪切銷釘固定在滑套內筒1與滑套外筒4之間的環空中。滑套5的軸向長度小於滑套內筒1與滑套外筒4之間環空的軸向長度，以保證滑套5能夠在環空中向下運動至第一噴砂孔101和第二噴砂孔401以下的位置，使第一噴砂孔101能夠與第二噴砂孔401連通，即使滑套內筒1的內腔與井筒相連通，使滑套內筒1中的高壓液體能夠從噴砂孔噴出，確保壓裂作業的順利進行。
為了保證電控趾端壓裂滑套的關閉，滑套內筒1與滑套5通過第一密封圈密封連接，滑套5與滑套外筒4通過第二密封圈密封連接。例如，在滑套5的內側壁的上部和下部分別設置一圈密封凹槽，在密封凹槽中放入第一密封圈，從而通過第一密封圈使滑套內筒1與滑套5密封連接，避免高壓液體從滑套內筒1與滑套5之間的縫隙滲漏而導致滑套5難以被向下推動，防止滑套5開啟失敗。在滑套外筒4內側壁的上部設置一圈密封凹槽，在密封凹槽中放入第二密封圈，從而通過第二密封圈使滑套外筒4與滑套5密封連接，避免井筒中的雜質滲入滑套外筒4與滑套內筒1之間的環空，對滑套5的開啟造成影響。為了提高密封效果，第一密封圈和第二密封圈均可以設置為多個。
滑套外筒4與滑套內筒1的下部均與下接頭3連接，具體地，下接頭3與滑套內筒1的外壁螺紋密封連接，與滑套外筒4的內壁螺紋密封連接。密封連接可以通過密封圈實現。通過下接頭3將滑套短節的下部封閉，從而通過滑套外筒4、滑套內筒1、滑套5以及下接頭3形成一個封閉的環形空腔，為滑套5的向下移動預留充分的空間，保證電控趾端壓裂滑套的成功開啟。
轉換接頭2用於連接滑套短節和驅動短節，為了便於滑套短節與驅動短節的拆裝，避免滑套短節和驅動短節的鬆動，轉換接頭2與滑套內筒1的外壁密封連接，與滑套外筒4的內壁螺紋密封連接，與驅動筒體6螺紋密封連接。密封連接可以通過密封圈實現，以使滑套短節和驅動短節通過轉換接頭2連接成為一個密封、穩固的整體，防止電控趾端壓裂滑套內腔中高壓液體的滲漏，保證電控趾端壓裂滑套的安全作業。
如附圖2所示，轉換接頭2的側壁內還設置有徑向通道202，徑向通道202中塗有固體黃油10，用於防止徑向通道202被凝固後的水泥漿堵塞。在電控趾端壓裂滑套的傳壓通道201開啟之前，需要向分段壓裂工具串中灌注水泥漿以進行固井作業，水泥漿容易滯留在徑向通道202中，凝固後會造成徑向通道202堵塞，從而影響電控趾端壓裂滑套的打開。因此，需要在徑向通道202中塗上耐高溫的固體黃油10，在阻止固相顆粒較多的水泥漿進入徑向通道202的同時，允許高壓液體流過徑向通道202，從而保證高壓液體能夠進入傳壓通道201，實現電控趾端壓裂滑套的打開，同時避免徑向通道202的堵塞。
轉換接頭2的徑向通道202中還設置有位移傳感器9，為了便於位移傳感器9與控制總成601的電連接，轉換接頭2的側壁上還設置有縱向電纜通道，便於電纜的穿過，保證位移傳感器9與控制總成601的電連接。
驅動筒體6用於驅動密封杆8的運動，以控制傳壓通道201的打開與封堵。驅動筒體6包括：驅動內筒604，兩端分別連接上接頭7和轉換接頭2；驅動外筒605，套裝在驅動內筒604外側，且兩端分別連接上接頭7和轉換接頭2；驅動支架606，設置在驅動外筒605與驅動內筒604之間，用於固定控制總成601和電機驅動器602。
驅動內筒604與滑套內筒1相連通，用於向傳壓通道201和滑套內筒1輸送高壓液體，以進行壓裂作業。驅動內筒604的內徑與滑套內筒1的內徑一致，均為112mm，以使電控趾端壓裂滑套與分段壓裂工具串的整體內徑一致，保證了分段壓裂工具串的完整性。驅動外筒605套裝在驅動內筒604的外側，用於對驅動內筒604與驅動外筒605環空之間的設備進行保護。驅動支架606設置在驅動外筒605與驅動內筒604之間，用於固定控制總成601、電機驅動器602和環形電池。
如附圖3所示，驅動支架606包括：第一凹槽，設置在驅動支架606的側壁上，用於容納控制總成601；第二凹槽，設置在驅動支架606的側壁上，用於容納電機驅動器602；環形槽(位於附圖3中驅動支架606的左端)，設置在驅動支架606的側壁上，用於容納環形電池。控制總成601與電機驅動器602電連接，用於對電機603的工作狀態進行調。電機驅動器602通過聯軸器與電機603連接，通過電機603工作狀態的控制對密封杆8的上下運動進行調整。環形電池能夠為控制總成601、電機驅動器602等用電元件提供電源，省去了向井筒內下入電纜的環節，使電控趾端壓裂滑套的使用更加方便。同時，環形電池鑲嵌在環形槽中，使驅動筒體6的結構緊湊，便於驅動筒體6進入井筒內進行作業。
驅動支架606的軸向長度略小於驅動外筒605與驅動內筒604之間環空的軸向長度，即驅動支架606與轉換接頭2之間有一段環形空隙，以將電機603設置在該環形空隙中。將電機603設置在驅動外筒605與驅動內筒604之間的環空中，使得電控趾端壓裂滑套結構緊湊，而且整體外觀呈規則的管狀，便於電控趾端壓裂滑套下入井筒內。
控制總成601是電控趾端壓裂滑套中電控部分的核心元件，控制總成601包括：順次電連接的信號接收和發送模塊、信號轉換模塊、信號處理模塊。
操作人員需要對控制總成601的工作狀態進行控制，因此控制總成601中需要設置信號接收和發送模塊。通過信號接收和發送模塊，使控制總成601與井口無線信號發射裝置建立通訊。當固井、試壓完成後，通過井口無線信號發射裝置向控制總成601發出開始工作的電磁波信號，以啟動控制總成601。控制總成601使傳壓通道201打開後，會向電機驅動器602發送停止信號，此時高壓液體進入傳壓通道201並對滑套5施加向下的壓力，從而實現電控趾端壓裂滑套的打開。
信號轉換模塊用於將信號接收和發送模塊接收到的模擬信號進行放大，並將其轉換成數位訊號，以便於信號處理模塊對該信號進行處理。信號處理模塊對傳輸過來的信號進行處理後，還會做出反饋，發出新的數位訊號，該數位訊號也經信號轉換模塊轉換成模擬信號後，傳輸至信號接收和發送模塊，以向電機驅動器602發送停止信號。
信號處理模塊用於對接收到的數位訊號進行解碼處理。信號處理模塊接收到啟動控制總成601的信號後，會通過信號接收和發送模塊向電機驅動器602發出啟動信號，通過電機驅動器602驅動電機603，從而帶動密封杆8向上運行，逐漸打開傳壓通道201。與此同時，位移傳感器9始終對密封杆8的位置進行檢測，並將檢測結果發送至信號處理模塊。如附圖2所示，位移傳感器9與密封杆8的位置相對應，密封杆8與電機603連接，電機603固定在驅動外筒605與驅動內筒604之間的環空中，並能夠驅動密封杆8能夠伸出電機603外或縮回電機603中，以對密封杆8伸入或退出傳壓通道201的狀態進行調整。當密封杆8伸入傳壓通道201內時，位移傳感器9向前方發出的檢測信號會被密封杆8擋住，說明密封杆8處於傳壓通道201中，傳壓通道201與徑向通道202不連通，傳壓通道201處於封堵狀態。當密封杆8在電機603的驅動下不斷向上縮回，直至運動到位移傳感器9的上方時，位移傳感器9向前方發出的檢測信號不再受到阻擋，說明此時密封杆8離開傳壓通道201，傳壓通道201與徑向通道202相連通，傳壓通道201處於打開狀態。位移傳感器9將傳壓通道201處於打開狀態時的信號傳輸給信號處理模塊，經信號處理模塊處理後，通過信號接收和發送模塊向電機驅動器602發出停止信號，使電機603停止轉動，密封杆8停止向上運動，避免電能的浪費。此時，電控壓裂滑套內腔中的高壓液體就會進入傳壓通道201中，以將電控趾端壓裂滑套開啟，進行後續的分段壓裂作業。
為了避免驅動筒體6側壁內的元件被液體腐蝕，驅動筒體6的上部與上接頭7連接，上接頭7與驅動內筒604的外壁螺紋密封連接，與驅動外筒605的內壁螺紋密封連接，以防止液體的滲漏腐蝕電器元件。
本發明實施例提供的電控趾端壓裂滑套，不僅適用於低滲透油田、頁巖氣田，還適用於天然氣井、煤層氣井的分段壓裂，在水平井、垂直井、大斜度井中均應用良好。另外，該電控趾端壓裂滑套特別適用於深井長水平段頁巖氣(垂直深度≥3500m，水平段長度≥1500m)井的分段壓裂作業。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明的保護範圍，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。