全通徑無限級凸軸開關(guān)式壓裂滑套的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種壓裂滑套。
【背景技術(shù)】
[0002]專利號為201210244529.9的壓裂滑套組件，設(shè)置“自動(dòng)圓珠筆結(jié)構(gòu)”，將軸向直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為周向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在地面施加軸向推力就可實(shí)現(xiàn)滑套壓裂孔的重復(fù)開關(guān)及壓裂通道的循環(huán)開啟與關(guān)閉，控制開關(guān)動(dòng)作需要連續(xù)油管等輔助工具完成。此工具形式新穎，較過去的投球式滑套結(jié)構(gòu)有較大改進(jìn)，但仍存在諸多實(shí)際問題:
1、該壓裂滑套組件通過輔助工具推動(dòng)滑爪套內(nèi)的第一筒狀主體產(chǎn)生軸向運(yùn)動(dòng)，第一筒狀主體的定位肋下端的錐面擠壓第二滑套上端的鋸齒結(jié)構(gòu)的斜面，第二滑套朝向下游運(yùn)動(dòng)使得轉(zhuǎn)動(dòng)肋與棘輪結(jié)構(gòu)的凹槽分開，并且在鋸齒結(jié)構(gòu)的斜面的作用下，第二滑套同時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)?shù)诙滓崎_棘輪結(jié)構(gòu)的凹槽后，即會(huì)與棘齒的下一斜面接觸，并且在彈性件的張力作用和棘齒斜面的引導(dǎo)作用下，第二滑套繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)直到轉(zhuǎn)動(dòng)肋進(jìn)入下一個(gè)定位槽內(nèi)，彈性件也恢復(fù)為未壓縮狀態(tài)。這時(shí)，第二滑套上的第二壓裂孔偏離殼體上的第一壓裂孔，從而關(guān)閉或打開壓裂通道，壓裂滑套組件返回到初始狀態(tài)。
[0003]從該壓裂滑套組件的動(dòng)作過程不難發(fā)現(xiàn)，第二滑套的壓裂孔打開或關(guān)閉時(shí)，第二滑套先經(jīng)歷了軸向運(yùn)動(dòng)，后經(jīng)歷了軸向和旋轉(zhuǎn)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。第二滑套的這種復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，必將導(dǎo)致壓裂孔密封非常困難，因?yàn)樵诰赂邷馗邏旱沫h(huán)境下，想密封這種復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，需大面積使用密封材料和較高的密封壓力，這將導(dǎo)致密封位置摩擦力過大，彈簧很難將第二滑套復(fù)位，最終導(dǎo)致壓裂通道難以打開，延誤工期。
[0004]2、該專利結(jié)構(gòu)仍需使用連續(xù)油管等輔助工具提供壓裂滑套組件運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力，這將在很大程度上增加工作量和作業(yè)成本。如果采用傳統(tǒng)投球方式啟動(dòng)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力，則傳統(tǒng)憋壓球的結(jié)構(gòu)尺寸和各級滑套必須存在級差，滑套的通徑會(huì)因此逐級遞減，壓裂級數(shù)受到限制。
[0005]專利201210414978.3滑套開關(guān)裝置，通過本體上的鎖塊與滑套內(nèi)筒的直凸臺配合使用，達(dá)到開啟滑套的目的，形式新穎，較過去的投球等結(jié)構(gòu)有較大改進(jìn)。但仍諸多實(shí)際問題未解決:
①兩鎖塊為鏡像對稱放置，并被連桿連接在一起。在連桿的連接作用下，兩鎖塊同步運(yùn)動(dòng)，即同時(shí)伸出或縮進(jìn)殼體。因兩鎖塊鏡像對稱放置，外側(cè)為導(dǎo)斜面，內(nèi)側(cè)為直角邊棱，這使得直凸臺一類的結(jié)構(gòu)能由兩鎖塊外側(cè)順利進(jìn)入到兩鎖塊內(nèi)側(cè)，但在無連桿的外力幫助下，直凸臺一類的結(jié)構(gòu)無法從兩鎖塊脫出，這就埋下了安全隱患。因?yàn)榛组_關(guān)裝置在栗注過程中，很容易遇到與直凸臺類似的工具凸臺結(jié)構(gòu)，這樣的凸臺運(yùn)動(dòng)到兩鎖塊之間時(shí)，很容易被兩鎖塊的直角邊棱卡住，無法前進(jìn)。此時(shí)，若井下壓裂段沒有被打開的反排通道，想要解卡只能下入打撈工具。這為這種現(xiàn)象在水平井中越發(fā)明顯。
[0006]②該專利鎖塊運(yùn)動(dòng)同步，通過鎖塊軸向間距控制是否嚙合，僅有一種結(jié)構(gòu)的識別功能，這與我們常規(guī)卡槽結(jié)構(gòu)相似，不能安全高效進(jìn)行控制。
[0007]③受到滑套開關(guān)裝置設(shè)計(jì)功能的限制，此工具僅能夠打開目的層段壓裂孔，無法關(guān)閉壓裂后的壓裂孔，這將導(dǎo)致壓裂結(jié)束后起管柱過程中，井底高壓流體將從壓裂孔進(jìn)入管柱，并涌到地面，造成地面施工困難或危險(xiǎn)事故。
[0008]④該滑套開關(guān)裝置不能實(shí)現(xiàn)壓裂孔的重復(fù)開關(guān)，因而不能應(yīng)用于二次壓裂工藝當(dāng)中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對【背景技術(shù)】中存在的問題，本發(fā)明提供一種投球式壓裂滑套，該壓裂滑套在打開壓裂孔時(shí)，旋轉(zhuǎn)滑套僅做周向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此只需小體積密封圈就可滿足壓裂孔密封要求，從而減小密封位置摩擦力，大大降低因滑套旋轉(zhuǎn)不到位導(dǎo)致的壓裂通道不能及時(shí)打開的概率。另外，本發(fā)明提供的壓裂滑套，采用投球方式提供動(dòng)力，一方面克服了使用連續(xù)油管等輔助工具所帶來的不足，另一方面也克服了傳統(tǒng)投球方式安全性不高，可控程度低等問題。并且該壓裂滑套可打開級數(shù)不受限制，可重復(fù)開關(guān)，還能夠根據(jù)需要打開任意位置的滑套。
[0010]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是:一種全通徑無限級凸軸開關(guān)式壓裂滑套，包括凸軸開關(guān)器、液壓開關(guān)組件、旋轉(zhuǎn)滑套組件及下接頭，其中:
所述凸軸開關(guān)器，沿其本體中心軸向設(shè)置節(jié)流通道，并沿本體軸向間隔距離L設(shè)有外徑相同的上凸臺和下凸臺，且兩凸臺的下端面均設(shè)為導(dǎo)向斜面。
[0011 ] 所述液壓開關(guān)組件，包括開關(guān)主體、殼體、上鎖塊、下鎖塊、彈性件、單向閥鎖銷、單向閥組件及活塞，其中:
所述開關(guān)主體，其基體為圓環(huán)套狀，上端與上接頭螺紋連接，內(nèi)徑與凸軸開關(guān)器的凸臺外徑相應(yīng)，其壁內(nèi)設(shè)有傳壓孔道，該傳壓孔道的進(jìn)液口與開關(guān)主體內(nèi)腔連通，其壁上設(shè)有壓力平衡孔及徑向的且與傳壓孔道連通的上鎖槽、下鎖槽、單向閥腔，上鎖槽和下鎖槽的軸向間距為L，單向閥腔設(shè)在下鎖槽下方，另外，開關(guān)主體壁內(nèi)還設(shè)置連通單向閥腔與下鎖槽的軸向鎖銷腔；開關(guān)主體外螺紋連接殼體，在殼體與開關(guān)主體之間圍成密閉容腔，壓力平衡孔與該密閉容腔相通。
[0012]所述上鎖塊和下鎖塊的本體結(jié)構(gòu)相同，均為具有側(cè)斜面及上平面的楔形塊，兩鎖塊本體上分別設(shè)置縱向貫通傳壓孔，下鎖塊的下端面上還設(shè)置鎖銷卡槽，兩鎖塊的側(cè)斜面為連續(xù)的上下兩級斜面，其中上級斜面與垂直方向所成夾角小于下級斜面與垂直方向所成夾角，兩鎖塊分別通過控制鎖塊徑向往復(fù)的彈性件安裝在上鎖槽和下鎖槽內(nèi)，初始狀態(tài)時(shí)，鎖塊的斜面部分探出開關(guān)主體內(nèi)壁，鎖塊上傳壓孔與傳壓通道錯(cuò)開，傳壓孔道為閉路。
[0013]所述單向閥組件，由彈簧、彈簧座和鋼球組成，單向閥組件安裝在單向閥腔內(nèi)，單向閥的入口為單向閥腔與傳壓孔道的交接口。
[0014]所述單向閥鎖銷，置于鎖銷腔內(nèi)，其上端面為斜面，單向閥鎖銷的上斜尖部插入到下鎖塊的鎖銷卡槽內(nèi)，其下端面亦設(shè)有斜擋面；當(dāng)下鎖塊處于初始狀態(tài)時(shí)，單向閥組件處于工作狀態(tài)；當(dāng)兩鎖塊均受到徑向推力并克服彈性件彈力滑動(dòng)至兩鎖塊的上級斜面部完全進(jìn)入鎖槽內(nèi)時(shí)，兩鎖塊上傳壓孔與傳壓孔道連通，同時(shí)單向閥鎖銷在鎖銷卡槽下棱邊的推動(dòng)下做軸向向下運(yùn)動(dòng)并最終促使單向閥鎖銷的下斜擋面固定單向閥組件的鋼球封堵單向閥腔與傳壓孔道的交接口。
[0015]所述活塞的主體為圓筒狀，其上口插入到開關(guān)主體的下端口內(nèi)，二者之間設(shè)置密封圈，其中部設(shè)有外凸臺，外凸臺的側(cè)壁設(shè)置密封件，外凸臺的上下端面分別為活塞的上承壓面和下承壓面，其下部沿周向設(shè)置梳齒狀活塞推桿。
[0016]所述旋轉(zhuǎn)滑套組件，包括控制基體、推套、旋套、彈簧及旋轉(zhuǎn)套，其中:
所述控制基體為圓筒狀，其上端與開關(guān)主體的下端螺紋連接，活塞的上承壓面、開關(guān)主體及控制基體共同圍成密閉的活塞腔，該活塞腔與傳壓孔道相通；其內(nèi)部設(shè)有活塞下行程限位臺階，限位臺階下方的內(nèi)壁上沿周向均布若干凸肋，凸肋的上端插入到活塞推桿的縫隙之間，其下部設(shè)置若干外壓裂孔。
[0017]所述推套的主體為圓環(huán)套狀，推套的下端口采用棘齒狀分度爪結(jié)構(gòu)，推套的外壁上設(shè)置垂直定向插槽，凸肋的下端嵌于定向插槽內(nèi)，推套的上端面與活塞的下端面相抵。
[0018]所述旋套的上端口采用棘齒狀滑爪結(jié)構(gòu)，旋套的外壁上設(shè)有縱向限位槽，推套及滑套上的分度爪結(jié)構(gòu)、滑爪結(jié)構(gòu)、定向插槽、限位槽及控制基體上的凸肋結(jié)構(gòu)共同配合形成了一種單桿插銷式自動(dòng)圓珠筆機(jī)構(gòu)，在該機(jī)構(gòu)的作