套管固井全通径无限级分段压裂完井装置及其压裂完井方法

专利名称：套管固井全通径无限级分段压裂完井装置及其压裂完井方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202011151525.7

专利申请（专利权）人：中国石油化工股份有限公司,中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司石油工程技术研究院
权利人地址：北京市朝阳区朝阳门北大街22号

专利发明（设计）人：张全胜,吕玮,李玉宝,刘玉国,李明,李娜,张建,田浩然,张连煜

专利摘要：本发明公开了一种套管固井全通径无限级分段压裂完井装置及其压裂完井方法，适用于水平井及直井的压裂完井工艺。本装置包括套管串、液压套管扶正器、压裂完井滑套、压差式压裂完井滑套、长翼固井胶塞、碰压坐落阀和底部循环阀，液压套管扶正器与压裂完井滑套均为多个并配接在套管串上形成套管固井全通径无限级分段压裂完井装置，压裂完井滑套为全通径设计，打开工具与压裂完井滑套为一一匹配完成开启滑套动作；本发明分段压裂级数不受限制；既可实现任意定点压裂完井滑套的一匙一开，也可实现一级多簇压裂完井滑套的一匙多开，压后实现完井管柱全通径，满足连续快速、大规模、多级多簇的压裂施工需求，提高压裂效率。

主权利要求：
1.套管固井全通径无限级分段压裂完井装置，其特征在于，包括套管串、液压套管扶正器、压裂完井滑套、压差式压裂完井滑套、长翼固井胶塞、碰压坐落阀和底部循环阀，所述液压套管扶正器为多个并配接在套管串上，所述压裂完井滑套为多个并配接在套管串上形成套管固井全通径无限级分段压裂完井装置，且每级压裂完井滑套的两端均设置有液压套管扶正器，所述压差式压裂完井滑套、碰压坐落阀和底部循环阀由上至下依次设置在套管串的下端，所述长翼固井胶塞活动设置在套管串内并在固井后与碰压坐落阀碰压密封；
其中，每个压裂完井滑套均包括：
外套，所述外套上设有多个与内腔连通的喷砂孔，所述外套上设有多个定位槽；
内滑套，所述内滑套滑动设置在外套内壁上，并通过剪切销钉与外套连接在一起，并且所述内滑套的外壁用于封闭喷砂孔；所述内滑套的外表面活动安装有与定位槽相配合的定位件；所述外套与内滑套之间还设有第一密封件；所述内滑套的内壁上分别设有开启凹槽和关闭凹槽，所述开启凹槽与打开工具相匹配；所述外套内设有用于在内滑套移动时将喷砂孔打开的内滑套容置腔，其中一个定位槽位于内滑套容置腔内；
滑套下接头，所述滑套下接头与外套下端螺纹连接，所述滑套下接头的上端设有导向坡面；
所述压裂完井滑套内部活动设有用于开启内滑套的打开工具，所述打开工具包括：
工具上接头，所述工具上接头的外表面设有用于与内滑套内壁密封的第二密封件，所述工具上接头的上端设有用于密封内腔的可溶球；
中心管，所述中心管与工具上接头螺纹连接，所述中心管的外壁活动安装有与开启凹槽相配合的开启滑块，所述中心管与开启滑块之间还设有用于开启滑块径向伸缩的弹簧；
工具下接头，所述工具下接头设置在中心管的下端；
所述开启凹槽包括以下任意一种：
其中一种开启凹槽包括导向开口和与导向开口连接的滑块凹槽，所述开启滑块与开启凹槽相匹配；
所述工具下接头与工具上接头和中心管之间形成用于对开启滑块进行径向限位的限位凹槽；所述开启滑块的上下端分别设有倾斜面，所述开启滑块的下端倾斜面与滑套下接头的导向坡面相配合；
另一种开启凹槽包括导向开口、与导向开口连接的滑块凹槽和与滑块凹槽下端连接的导向凹槽，所述工具下接头通过连接件与中心管连接，所述连接件与工具上接头和中心管之间形成用于对开启滑块进行径向限位的限位凹槽；所述连接件与工具下接头之间设有压帽，所述压帽上安装有多个伸出压帽外表面的引导键，所述引导键与导向凹槽相匹配；
所述开启凹槽为多个，并呈360°螺旋分布在内滑套的下部，所述开启凹槽与内滑套轴线具有倾斜角α，所述倾斜角α为0‑60°。
2.根据权利要求1所述的套管固井全通径无限级分段压裂完井装置，其特征在于：每级压裂完井装置上的压裂完井滑套为一个或多个。
3.根据权利要求2所述的套管固井全通径无限级分段压裂完井装置，其特征在于：每个开启滑块与中心管之间的弹簧为2‑6个，所述开启滑块与中心管之间设有用于开启滑块伸缩的伸缩空间。
4.根据权利要求2所述的套管固井全通径无限级分段压裂完井装置，其特征在于：所述定位件为弹性定位件，所述打开工具为可溶解金属材质制成。
5.根据权利要求1‑4任一所述的套管固井全通径无限级分段压裂完井装置的压裂完井方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）确定分段压裂级数和压裂完井滑套安装位置后进行压裂完井管柱的配接；
2）将配接好的压裂完井管柱下入井内泵入固井水泥固井，投入长翼固井胶塞泵入顶替液，长翼固井胶塞到达井底并与碰压坐落阀碰压后继续打压，使液压套管扶正器开始工作，保证套管居中和固井质量；
3）套管固井完井后，安装大通径压裂井口，首先，通过泵送加压，打开最下级的压差式压裂完井滑套，从而建立套管与地层之间的连通通道，接着从下而上依次逐一投送与每级压裂完井滑套相匹配的打开工具，使其通过泵送进入压裂完井滑套内，逐级对各级压裂完井滑套完成开启动作；
4）当打开工具与压裂完井滑套不匹配时，即开启滑块的形状和尺寸与开启凹槽的形状和尺寸不匹配就不能实现打开动作，这时，开启滑块始终处于压缩状态并通过不匹配滑套，直至进入相应的匹配滑套；
5）当打开工具与压裂完井滑套相匹配时，开启滑块在未进入开启凹槽时处于压缩状态，当进入开启凹槽时，开启凹槽的形状和尺寸与打开工具的开启滑块的形状和尺寸完全相匹配，开启滑块处于自由状态，并与开启凹槽锁紧；此时，可溶球密封打开工具内腔，第二密封件与内滑套为过盈密封状态，内滑套内通道完全密封；
6）在液压作用下套管憋压至预设定压力时，剪断压裂完井滑套上的剪切销钉，打开工具带动内滑套向下运动，定位件从定位槽中爬出，并处于压缩状态与内滑套继续下行进入下一个定位槽中，处于自由状态；至此，内滑套开启到位，喷砂孔露出，压裂完井滑套处于完全打开状态，建立起压裂通道；
7）当套管内继续打压，打开工具带动内滑套继续下行，工具下接头滑动到压裂完井滑套的滑套下接头左端部，并继续下行，进入滑套下接头内部，此时开启滑块的右端倾斜面与滑套下接头左端的导向坡面接触并被挤压，在套管泵送压力的作用下，使开启滑块从开启凹槽中爬出，打开工具逐渐与内滑套脱开，内滑套位于内滑套容置腔内到位不再下行，外套下部的定位槽处有一定的行程余量，定位件不会从定位槽中爬出；
8）打开工具在液压作用下继续下行，进入下一簇与之相匹配的压裂完井滑套内，继续进行上述动作，将相应的与之相匹配的压裂完井滑套完全打开，建立起压裂通道，直至打开工具进入最后一簇与之相匹配的压裂完井滑套完成开启内滑套动作后，与内滑套锁紧不再下行，此时，完成全部一级多簇的压裂完井滑套的“一匙多开”动作；
9）压后，打开工具可全部溶解，形成全通径压裂完井井筒，后续可根据生产需求，选用专用液控关闭工具进行选择性关闭压裂完井滑套，如需再次定点开启压裂完井滑套时，可选用与定点压裂完井滑套相匹配的打开工具，液压投送并重复4）‑8）动作完成开启。
6.根据权利要求1‑4任一所述的套管固井全通径无限级分段压裂完井装置的压裂完井方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）确定分段压裂级数和压裂完井滑套安装位置后进行压裂完井管柱的配接；
2）将配接好的压裂完井管柱下入井内泵入固井水泥固井，投入长翼固井胶塞泵入顶替液，长翼固井胶塞到达井底并与碰压坐落阀碰压后继续打压，使液压套管扶正器开始工作，保证套管居中和固井质量；
3）套管固井完井后，安装大通径压裂井口，首先，通过泵送加压，打开最下级的压差式压裂完井滑套，从而建立套管与地层之间的连通通道，接着从下而上依次逐一投送与每级压裂完井滑套相匹配的打开工具，使其通过泵送进入压裂完井滑套内，逐级对各级压裂完井滑套完成开启动作；
4）当打开工具与压裂完井滑套不匹配时，即开启滑块与引导键的形状和尺寸与开启凹槽的形状和尺寸不匹配就不能实现打开动作，这时，开启滑块与引导键始终处于压缩状态并通过不匹配滑套，直至进入相应的匹配滑套；
5）当开启滑块与引导键的形状和尺寸分别与滑块凹槽和导向凹槽的形状和尺寸完全相匹配时，开启滑块与引导键在未进入开启凹槽时处于压缩状态，当分别进入滑块凹槽和导向凹槽时，开启滑块与引导键处于自由状态，并与开启凹槽锁紧，此时，可溶球密封打开工具内腔，第二密封件与内滑套为过盈密封状态，内滑套内通道完全密封；
6）在液压作用下套管憋压至预设定压力时，剪断压裂完井滑套上的剪切销钉，打开工具带动内滑套向下运动，定位件从定位槽中爬出，并处于压缩状态，与内滑套继续下行进入下一个定位槽中，处于自由状态，至此，内滑套与打开工具锁紧并位于内滑套容置腔内开启到位，不再下行，喷砂孔露出，压裂完井滑套处于完全打开状态，建立起压裂通道，完成任意定点打开压裂完井滑套的“一匙一开”动作；
7）压后，打开工具可全部溶解，形成全通径压裂完井井筒，后续可根据生产需求，选用专用液控关闭工具进行选择性关闭压裂完井滑套，如需再次定点开启压裂完井滑套时，可选用与定点压裂完井滑套相匹配的打开工具，液压投送并重复4）‑6）动作完成开启。 说明书 : 套管固井全通径无限级分段压裂完井装置及其压裂完井方法技术领域[0001] 本发明涉及石油工业油水井的一种压裂完井装置，具体涉及一种套管固井全通径无限级分段压裂完井装置及其压裂完井方法。背景技术[0002] 目前，国内外用于低渗透及致密油藏的压裂完井技术主要分为裸眼多级分段压裂完井技术和套管固井多级分段压裂完井技术两大类。其主流技术涵盖了投球滑套式多级分段压裂完井、泵送桥塞多级分段压裂完井等方式。[0003] 其中，投球滑套式多级分段压裂完井技术，无论是在裸眼压裂完井还是套管固井压裂完井中应用，均是采用不同级差的球和球座进行组合，通过投送不同级差的球开启相应级差的压裂完井滑套来完成逐级分段压裂。该技术受分级排列球座尺寸的影响，其分段数量和压裂规模都受到很大限制，影响了改造效果，后期生产需钻磨球座形成全通径，作业费用高。泵送桥塞多级分段压裂完井技术应用于套管固井压裂完井中，该技术对于分段级数没有限制，但射孔压裂联作的工艺，不能保持压裂的连续性，作业周期长，作业完成后需进行钻塞，作业费用高，且后期不能进行选择性生产或者二次压裂。[0004] 近年来，各大油公司相继开发了各种投送式开启压裂滑套的压裂技术。如2016年3月2日授权的中国专利CN103556971B“用于油气井作业的全通径分层压裂滑套”，其公开了一种包含阶跃式移动机构的新型投球滑套，该滑套技术可实现依次投相同尺寸球逐级开启滑套的功能，原理上可实现不限级数和保持所有滑套全通径，但该滑套在实际使用中存在砂卡风险，导致滑套无法正常开启，丢失压裂层段；此外，由于其结构上未涉及密封机构，压裂施工易发生上下窜漏；后期该工艺中的启动球仍需返排出，工序复杂。[0005] 另外，在2020年3月24日公开的中国专利申请CN110905448A“一种无限分级全通径压裂滑套组件系统”，其公开了一种包括通过管道串联连接且与多个开启机构一一对应的多个子压裂滑套的压裂系统，该系统可实现所有层段压裂完成后，整个管柱无需钻除作业即为全通径，从而有利于后期生产管理，多级滑套串联可实现无限级，但该压裂滑套系统中开启机构的定位弹性件在过多级压裂滑套的过程中易产生塑性变形，造成开启失败，丢失压裂层段；同时定位槽为上接头和内套之间的环形间隙，后期无法进行选择性开关。[0006] 因此，急需一种能在水平井、直斜井等实现不限级数、多级多簇、大规模、连续快速实施的全通径无限级压裂完井装置，且根据需要可实现后期选择性打开或关闭任意滑套。发明内容[0007] 本发明的目的就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种套管固井全通径无限级分段压裂完井装置。它能将打开工具与压裂完井滑套一一匹配，满足套管固井的全通径、无极限、连续快速、多级多簇压裂完井施工需求，提高施工规模、分段级数和压裂效率。[0008] 本发明还提供一种使用上述压裂完井装置的压裂完井方法。[0009] 本发明的技术方案是：套管固井全通径无限级分段压裂完井装置，包括套管串、液压套管扶正器、压裂完井滑套、压差式压裂完井滑套、长翼固井胶塞、碰压坐落阀和底部循环阀，所述液压套管扶正器为多个并配接在套管串上，所述压裂完井滑套为多个并配接在套管串上形成套管固井全通径无限级分段压裂完井装置，且每级压裂完井滑套的两端均设置有液压套管扶正器，所述压差式压裂完井滑套、碰压坐落阀和底部循环阀由上至下依次设置在套管串的下端，所述长翼固井胶塞活动设置在套管串内并在固井后与碰压坐落阀碰压密封；[0010] 其中，每个压裂完井滑套均包括：[0011] 外套，所述外套上设有多个与内腔连通的喷砂孔，所述外套上设有多个定位槽；[0012] 内滑套，所述内滑套滑动设置在外套内壁上，并通过剪切销钉与外套连接在一起，并且所述内滑套的外壁用于封闭喷砂孔；所述内滑套的外表面活动安装有与定位槽相配合的定位件；所述外套与内滑套之间还设有第一密封件；所述内滑套的内壁上分别设有开启凹槽和关闭凹槽，所述开启凹槽与打开工具相匹配；所述外套内设有用于在内滑套移动时将喷砂孔打开的内滑套容置腔，其中一个定位槽位于内滑套容置腔内；[0013] 滑套下接头，所述滑套下接头与外套下端螺纹连接，所述滑套下接头的上端设有导向坡面。[0014] 优选的，所述压裂完井滑套内部活动设有用于开启内滑套的打开工具，所述打开工具包括：[0015] 工具上接头，所述工具上接头的外表面设有用于与内滑套内壁密封的第二密封件，所述工具上接头的上端设有用于密封内腔的可溶球；[0016] 中心管，所述中心管与工具上接头螺纹连接，所述中心管的外壁活动安装有与开启凹槽相配合的开启滑块，所述中心管与开启滑块之间还设有用于开启滑块径向伸缩的弹簧；[0017] 工具下接头，所述工具下接头设置在中心管的下端。[0018] 优选的，所述开启凹槽为多个，并呈360°螺旋分布在内滑套的下部，所述开启凹槽与内滑套轴线具有倾斜角α，所述倾斜角α为0‑60°。[0019] 优选的，所述开启凹槽包括导向开口和与导向开口连接的滑块凹槽，所述开启滑块与开启凹槽相匹配；所述工具下接头与工具上接头和中心管之间形成用于对开启滑块进行径向限位的限位凹槽；所述开启滑块的上下端分别设有倾斜面，所述开启滑块的下端倾斜面与滑套下接头的导向坡面相配合。[0020] 优选的，所述开启凹槽包括导向开口、与导向开口连接的滑块凹槽和与滑块凹槽下端连接的导向凹槽，所述工具下接头通过连接件与中心管连接，所述连接件与工具上接头和中心管之间形成用于对开启滑块进行径向限位的限位凹槽；所述连接件与工具下接头之间设有压帽，所述压帽上安装有多个伸出压帽外表面的引导键，所述引导键与导向凹槽相匹配。[0021] 优选的，所述每级压裂完井装置上的压裂完井滑套为一个或多个。[0022] 优选的，所述每个开启滑块与中心管之间的弹簧为2‑6个，所述开启滑块与中心管之间设有用于开启滑块伸缩的伸缩空间。[0023] 优选的，所述定位件为弹性定位件，所述打开工具为可溶解金属材质制成。[0024] 本发明提供第一种套管固井全通径无限级分段压裂完井装置的压裂完井方法，包括以下步骤：[0025] 1）确定分段压裂级数和压裂完井滑套安装位置后进行压裂完井管柱的配接；[0026] 2）将配接好的压裂完井管柱下入井内泵入固井水泥固井，投入长翼固井胶塞泵入顶替液，长翼固井胶塞到达井底并与碰压坐落阀碰压后继续打压，使液压套管扶正器开始工作，保证套管居中和固井质量；[0027] 3）套管固井完井后，安装大通径压裂井口，首先，通过泵送加压，打开最下级的压差式压裂完井滑套，从而建立套管与地层之间的连通通道，接着从下而上依次逐一投送与每级压裂完井滑套相匹配的打开工具，使其通过泵送进入压裂完井滑套内，逐级对各级压裂完井滑套完成开启动作；[0028] 4）当打开工具与压裂完井滑套不匹配时，即开启滑块的形状和尺寸与开启凹槽的形状和尺寸不匹配就不能实现打开动作，这时，开启滑块始终处于压缩状态并通过不匹配滑套，直至进入相应的匹配滑套；[0029] 5）当打开工具与压裂完井滑套相匹配时，开启滑块在未进入开启凹槽时处于压缩状态，当进入开启凹槽时，开启凹槽的形状和尺寸与打开工具的开启滑块的形状和尺寸完全相匹配，开启滑块处于自由状态，并与开启凹槽锁紧；此时，可溶球密封打开工具内腔，第二密封件与内滑套为过盈密封状态，内滑套内通道完全密封；[0030] 6）在液压作用下套管憋压至预设定压力时，剪断压裂完井滑套上的剪切销钉，打开工具带动内滑套向下运动，定位件从定位槽中爬出，并处于压缩状态与内滑套继续下行进入下一个定位槽中，处于自由状态；至此，内滑套开启到位，喷砂孔露出，压裂完井滑套处于完全打开状态，建立起压裂通道；[0031] 7）当套管内继续打压，打开工具带动内滑套继续下行，工具下接头滑动到压裂完井滑套的滑套下接头左端部，并继续下行，进入滑套下接头内部，此时开启滑块的右端倾斜面与滑套下接头左端的导向坡面接触并被挤压，在套管泵送压力的作用下，使开启滑块从开启凹槽中爬出，打开工具逐渐与内滑套脱开，内滑套位于内滑套容置腔内到位不再下行，外套下部的定位槽处有一定的行程余量，定位件不会从定位槽中爬出；[0032] 8）打开工具在液压作用下继续下行，进入下一簇与之相匹配的压裂完井滑套内，继续进行上述动作，将相应的与之相匹配的压裂完井滑套完全打开，建立起压裂通道，直至打开工具进入最后一簇与之相匹配的压裂完井滑套完成开启内滑套动作后，与内滑套锁紧不再下行，此时，完成全部一级多簇的压裂完井滑套的“一匙多开”动作；[0033] 9）压后，打开工具可全部溶解，形成全通径压裂完井井筒，后续可根据生产需求，选用专用液控关闭工具进行选择性关闭压裂完井滑套，如需再次定点开启压裂完井滑套时，可选用与定点压裂完井滑套相匹配的打开工具，液压投送并重复4）‑8）动作完成开启。[0034] 本发明提供第二种套管固井全通径无限级分段压裂完井装置的压裂完井方法，包括以下步骤：[0035] 1）确定分段压裂级数和压裂完井滑套安装位置后进行压裂完井管柱的配接；[0036] 2）将配接好的压裂完井管柱下入井内泵入固井水泥固井，投入长翼固井胶塞泵入顶替液，长翼固井胶塞到达井底并与碰压坐落阀碰压后继续打压，使液压套管扶正器开始工作，保证套管居中和固井质量；[0037] 3）套管固井完井后，安装大通径压裂井口，首先，通过泵送加压，打开最下级的压差式压裂完井滑套，从而建立套管与地层之间的连通通道，接着从下而上依次逐一投送与每级压裂完井滑套相匹配的打开工具，使其通过泵送进入压裂完井滑套内，逐级对各级压裂完井滑套完成开启动作；[0038] 4）当打开工具与压裂完井滑套不匹配时，即开启滑块与引导键的形状和尺寸与开启凹槽的形状和尺寸不匹配就不能实现打开动作，这时，开启滑块与引导键始终处于压缩状态并通过不匹配滑套，直至进入相应的匹配滑套；[0039] 5）当开启滑块与引导键的形状和尺寸分别与滑块凹槽和导向凹槽的形状和尺寸完全相匹配时，开启滑块与引导键在未进入开启凹槽时处于压缩状态，当分别进入滑块凹槽和导向凹槽时，开启滑块与引导键处于自由状态，并与开启凹槽锁紧，此时，可溶球密封打开工具内腔，第二密封件与内滑套为过盈密封状态，内滑套内通道完全密封；[0040] 6）在液压作用下套管憋压至预设定压力时，剪断压裂完井滑套上的剪切销钉，打开工具带动内滑套向下运动，定位件从定位槽中爬出，并处于压缩状态，与内滑套继续下行进入下一个定位槽中，处于自由状态，至此，内滑套与打开工具锁紧并位于内滑套容置腔内开启到位，不再下行，喷砂孔露出，压裂完井滑套处于完全打开状态，建立起压裂通道，完成任意定点打开压裂完井滑套的“一匙一开”动作；[0041] 7）压后，打开工具可全部溶解，形成全通径压裂完井井筒，后续可根据生产需求，选用专用液控关闭工具进行选择性关闭压裂完井滑套，如需再次定点开启压裂完井滑套时，可选用与定点压裂完井滑套相匹配的打开工具，液压投送并重复4）‑6）动作完成开启。[0042] 本发明与现有技术相比较，具有以下优点：[0043] （1）本发明套管固井全通径无限级分段压裂完井装置中的压裂完井滑套与打开工具的滑块与凹槽的配合具有唯一性，可实现任意定点打开；[0044] （2）压裂完井滑套与打开工具这种滑块与凹槽的配合具有多种序列组合，保证分段压裂级数不受限制；[0045] （3）可根据需要在套管固井分段压裂完井装置中放置多个压裂完井滑套，压裂完井滑套为等通径设计，不存在级差，压裂分级数量不受限制，满足大排量、大规模压裂施工需求；[0046] （4）压裂完井滑套与打开工具一一配合，既能一匙一开，又能一匙多开，满足连续快速、多级多簇的压裂施工需求，提高压裂效率；[0047] （5）该压裂完井装置中的打开工具压后可溶解，保证套管固井全通径无限级分段压裂完井装置全通径，无需钻塞、打捞，工艺简便、安全可靠；[0048] （6）压后，可通过专用液控开关工具选择性关闭任意压裂完井滑套，满足选择性控水生产或二次压裂施工需求。附图说明[0049] 图1是套管固井全通径无限级分段压裂完井装置的压裂完井滑套结构示意图；[0050] 图1a是实施例二的开启凹槽展开的示意图；[0051] 图1b是图1a的局部放大示意图；[0052] 图1a’是实施例一的开启凹槽展开的示意图；[0053] 图1b’是图1a’的局部放大示意图；[0054] 图2是套管固井全通径无限级分段压裂完井装置中与图1a对应的打开工具结构示意图；[0055] 图2’是套管固井全通径无限级分段压裂完井装置中与图1a’对应的打开工具结构示意图；[0056] 图2a是图2、图2’中开启滑块的俯视示意图；[0057] 图2b是图2中引导键的俯视示意图；[0058] 图3是套管固井全通径无限级分段压裂完井装置一级一簇（一匙一开）的组配示意图；[0059] 图3’是套管固井全通径无限级分段压裂完井装置一级多簇（一匙多开）的组配示意图；[0060] 图4是是打开工具与压裂完井滑套配合未打开喷砂孔的状态图；[0061] 图4a是打开工具与压裂完井滑套配合打开喷砂孔的状态图；[0062] 图5为专用关闭管柱的结构示意图；[0063] 图中：1、套管串；2、液压套管扶正器；3、压裂完井滑套；4、固井水泥；5、长翼固井胶塞；6、碰压坐落阀；7、底部循环阀；11、连续油管；12、专用液控关闭工具；13、打开工具；14、压差式压裂完井滑套；3‑1、外套；3‑2、关闭凹槽；3‑3、内滑套；3‑4、喷砂孔；3‑5、剪切销钉；3‑6、定位件；3‑7、开启凹槽；3‑8、定位槽；3‑9、第一密封件；3‑10、滑套下接头、3‑11、滑块凹槽；3‑12、导向凹槽；3‑13、导向开口；13‑1、可溶球；13‑2、工具上接头；13‑3、第二密封件；13‑4、中心管；13‑5、弹簧；13‑6、开启滑块；13‑7、连接件；13‑8、引导键；13‑9、工具下接头；13‑10、压帽。具体实施方式[0064] 下面是结合附图和实施例对本发明进一步说明。[0065] 实施例一[0066] 参照图1、图1a’、图1b’、图2’、图2a、图3’、图4和图4a所示，套管固井全通径无限级分段压裂完井装置，包括套管串1、多个液压套管扶正器2、多个压裂完井滑套3（根据分段压裂级数确定）、压差式压裂完井滑套14、长翼固井胶塞5、碰压坐落阀6和底部循环阀7。多个液压套管扶正器2为多个并配接在套管串1上，压裂完井滑套3为多个并配接在套管串1上形成套管固井全通径无限级分段压裂完井装置，且每级压裂完井滑套的两端均设置有液压套管扶正器2，压差式压裂完井滑套14、碰压坐落阀6和底部循环阀7由上至下依次设置在套管串1的下端，长翼固井胶塞5活动设置在套管串1内并在固井后与碰压坐落阀6碰压密封。[0067] 每级压裂完井装置上为多个压裂完井滑套3形成的多簇压裂完井滑套。[0068] 其中，压裂完井滑套3包括固定的外套3‑1和通过剪切销钉3‑5连接在外套3‑1内壁上的内滑套3‑3，外套3‑1与内滑套3‑3之间还设置有定位件3‑6。其中，在外套3‑1上设置有与内腔连通的喷砂孔3‑4（6‑10个均布）和2个定位槽3‑8，在内滑套3‑3上部设置有关闭凹槽3‑2，下部设置有开启凹槽3‑7，中间设有多个密封件3‑9。外套3‑1和滑套下接头3‑10通过螺纹连接。定位件3‑6为弹性体（可为弹性片或弹性环）嵌入定位槽3‑8中。[0069] 当外套3‑1与内滑套3‑3通过剪切销钉3‑5连接在一起时，内滑套3‑3的外壁用于封闭喷砂孔3‑4，此时喷砂孔3‑4处于封闭状态。[0070] 在外套3‑1与内滑套3‑3之间还设有多个第一密封件3‑9，通过第一密封件3‑9可使内滑套3‑3相对于外套3‑1滑动时处于密封状态。[0071] 在滑套下接头3‑10的上端设有导向坡面，外套3‑1内设有用于内滑套3‑3移动时将喷砂孔3‑4打开的内滑套容置腔，其中一个定位槽3‑8位于内滑套容置腔内。当剪断剪切销钉3‑5后，内滑套3‑3下移至内滑套容置腔内，并通过定位件3‑6进入内滑套容置腔内的定位槽3‑8进行定位，此时喷砂孔3‑4处于开启状态。[0072] 打开工具13包括：可溶球13‑1、工具上接头13‑2、第二密封件13‑3、中心管13‑4、弹簧13‑5、开启滑块13‑6和工具下接头13‑9。[0073] 其中，第二密封件13‑3设置在工具上接头13‑2的外表面，工具上接头13‑2的上端设置用于密封内腔的可溶球13‑1。[0074] 中心管13‑4与工具上接头13‑2螺纹连接，中心管13‑4的外壁活动安装有与开启凹槽3‑7相配合的开启滑块13‑6，中心管13‑4外壁上还设有用于开启滑块13‑6径向伸缩的弹簧13‑5；工具下接头13‑9的上端与中心管13‑4下端螺纹连接在一起，工具上接头13‑2下端与工具下接头13‑9和中心管13‑4的外表面形成用于对开启滑块13‑6进行径向限位的限位凹槽。开启凹槽3‑7包括导向开口3‑13和与导向开口3‑13连接的滑块凹槽3‑11，开启滑块13‑6与滑块凹槽3‑11相匹配，当打开工具13与压裂完井滑套3完全相匹配时，开启滑块13‑6经导向开口3‑13导向进入滑块凹槽3‑11；开启滑块13‑6的上下端分别设有倾斜面，而且开启滑块13‑6的下端倾斜面与滑套下接头3‑10的导向坡面相配合，这样可使开启滑块13‑6与滑块凹槽3‑11脱开，打开工具13进入下一簇完全匹配的压裂完井滑套3内，完成同上开启滑套步骤，实现一匙多开动作。[0075] 具体工艺方法如下：[0076] 1）套管固井全通径无限级分段压裂完井装置在确定分段压裂级数和压裂完井滑套3安装位置后进行压裂完井管柱的配接，将配接好的压裂完井管柱下入井内泵入固井水泥4进行固井，投入长翼固井胶塞5泵入顶替液，长翼固井胶塞5到达井底并与碰压坐落阀6碰压后继续打压，使液压套管扶正器3开始工作，保证套管居中，提高固井质量和分段效果。[0077] 2）套管固井完井后，安装大通径压裂井口。首先，通过泵送加压，打开最下级的压差式压裂完井滑套14，从而建立套管与地层之间的连通通道。接着依次从下而上逐一液压投送与压裂完井滑套3相匹配的打开工具13，逐级打开各级多簇压裂完井滑套3，完成一匙多开动作，进行多级多簇分段压裂完井作业。[0078] 3）分段压裂结束后，打开工具13为可溶解金属材质加工形成，根据预设时间可完全溶解，形成全通径压裂完井井筒。[0079] 4）后期根据生产需求，需要进行选择性生产或者二次压裂时，如图5所示，将专用关闭管柱，下入由连续油管11（或油管）配接专用液控关闭工具12的专用关闭管柱至需要关闭的压裂完井滑套3，当专用液控关闭工具12进入需关闭的压裂完井滑套3的内滑套3‑3内，打压将专用液控关闭工具12的锁爪伸出与关闭凹槽3‑2结合锁紧，上提专用关闭管柱带动内滑套3‑3上行，将外套3‑1上的喷砂孔3‑4关闭，此时内滑套3‑3带动定位件3‑6（弹性体）由下部的定位槽3‑8中爬出上行嵌入上部的定位槽3‑8中，完成关闭动作后，将专用关闭管柱泄压，专用液控关闭工具12上的锁爪收回，可起出专用关闭管柱。该专用关闭管柱可实现任意定点关闭压裂完井滑套3；如再次定点开启压裂完井滑套3时，可选用与定点压裂完井滑套3相匹配的打开工具13，实施开启动作。[0080] 其中，步骤2）中，当进行压裂施工时，投送打开工具13，通过泵送进入初始状态的压裂完井滑套3（初始状态为内滑套3‑3关闭喷砂孔3‑4的状态）。[0081] ①当打开工具13与压裂完井滑套3不匹配时，即开启滑块13‑6的形状和尺寸与开启凹槽3‑7的形状和尺寸不匹配就不能实现打开动作，这时，开启滑块13‑6始终处于压缩状态并通过不匹配滑套，直至进入相应的匹配滑套。[0082] ②当打开工具13与压裂完井滑套3相匹配时，开启滑块13‑6在未进入开启凹槽3‑7时处于压缩状态，当进入开启凹槽3‑7时，且开启凹槽3‑7的形状和尺寸均与打开工具13的开启滑块13‑6形状和尺寸完全相匹配，开启滑块13‑6处于自由状态，并与滑块凹槽3‑11锁紧。此时，可溶球13‑1密封打开工具13内腔，第二密封件13‑3与内滑套3‑3为过盈密封状态，内滑套3‑3内通道完全密封，在液压作用下套管内憋压至预设定压力时，剪断压裂完井滑套3上的剪切销钉3‑5，打开工具13带动内滑套3‑3向下运动，定位件3‑6从定位槽3‑8中爬出，并处于压缩状态与内滑套3‑3继续下行进入下一个定位槽3‑8中，处于自由状态。至此，内滑套3‑3开启到位，喷砂孔3‑4露出，压裂完井滑套3处于完全打开状态，建立起压裂通道。此时的喷砂孔3‑4设有限流阀，处于限流状态，在一定泵送排量下，套管内仍有足够压力可推送打开工具13进入下一簇压裂完井滑套3，当该段多簇压裂完井滑套3均全部打开准备压裂时，提高压裂排量至预设指标，可将喷砂孔3‑4上的限流阀完全打开，保证压裂施工的顺利进液。[0083] ③当套管内继续打压，打开工具13带动内滑套继续下行，工具下接头13‑9滑动到压裂完井滑套3的滑套下接头3‑10左端部，并继续下行，进入滑套下接头3‑10内部，此时开启滑块13‑6的右端倾斜面与滑套下接头3‑10左端的导向坡面接触并被挤压，在套管泵送压力的作用下，使开启滑块13‑6从滑块凹槽3‑11中爬出，打开工具13逐渐与内滑套3‑3脱开，内滑套3‑3位于内滑套容置腔内到位不再下行，外套3‑1下部的定位槽3‑8处有一定的行程余量，定位件3‑6不会从定位槽3‑8中爬出。[0084] ④打开工具13在液压作用下继续下行，进入下一簇与之相匹配的压裂完井滑套3内，继续进行②、③动作，将相应的与之相匹配的压裂完井滑套3完全打开，建立起压裂通道，直至打开工具13进入最后一簇与之相匹配的压裂完井滑套3完成开启内滑套3‑3动作后，与内滑套3‑3锁紧不再下行，此时，完成全部一级多簇的压裂完井滑套的“一匙多开”动作。[0085] 本发明的压裂完井滑套3上开启凹槽3‑7上的C、D、α参数与打开工具13的开启滑块13‑6上的C’、D’、α’匹配参数需全部一一对应才能实现内滑套3‑3的打开动作，且打开工具13上的C’、D’、α’参数可与多个完全相同的压裂完井滑套3上的C、D、α参数相匹配。[0086] 本发明中完全相同的多个压裂完井滑套3上的C、D、α参数应当设置成能使该类滑套所有参数辨认出与该类滑套一一配合的对应的打开工具13上的C’、D’、α’全部参数。当多个压裂完井滑套3上开启凹槽3‑7与打开工具13结构完全配合时，开启滑块13‑6会在弹力作用下挤入多个压裂完井滑套3上的开启凹槽3‑7内，使两个相应的工具结合在一起完成打开动作，从而实现任意定点打开多簇压裂完井滑套3。由此实现一级多簇压裂完井滑套的“一匙多开”的操作动作。其中，“一级多簇”为多级分段压裂时，一段中有多个完全相同参数的压裂完井滑套3组成。[0087] 本发明的完全相同的多个压裂完井滑套3上的C、D、α参数与对应的打开工具13上的C’、D’、α’参数可对应的任意变化组合，只要能完全匹配，即可实现一匙多开的全通径无限级压裂完井滑套组合。[0088] 实施例二[0089] 参照图1、图1a、图1b、图2、图2a、图2b、图3、图4和图4a所示，作为优选的实施例，与实施例一基本相同，不同之处在于，每级压裂完井装置上为一个压裂完井滑套3，且压裂完井滑套3上的开启凹槽3‑7包括导向开口3‑13、滑块凹槽3‑11和导向凹槽3‑12。其中，导向开口3‑13呈锥形并与滑块凹槽3‑11连接，滑块凹槽3‑11与开启滑块13‑6相配合，导向凹槽3‑12与引导键13‑8相配合。在工具下接头13‑9与中心管13‑4之间还设有连接件13‑7，连接件13‑7与工具上接头13‑2和中心管13‑4之间形成用于对开启滑块13‑6进行径向限位的限位凹槽。连接件13‑7与工具下接头13‑9之间套设有压帽13‑10，压帽13‑10上安装有多个伸出压帽13‑10外表面的引导键13‑8，引导键13‑8为弹性引导键，引导键13‑8与导向凹槽3‑12相配合。总之，开启凹槽3‑7的形状和尺寸与开启滑块13‑6和引导键13‑8的形状和尺寸相匹配。[0090] 具体工艺方法如下：[0091] 1）套管固井全通径无限级分段压裂完井装置在确定分段压裂级数和压裂完井滑套3安装位置后进行压裂完井管柱的配接，将配接好的压裂完井管柱下入井内泵入固井水泥4进行固井，投入长翼固井胶塞5泵入顶替液，长翼固井胶塞5到达井底并与碰压坐落阀6碰压后继续打压，使液压套管扶正器3开始工作，保证套管居中，提高固井质量和分段效果。[0092] 2）套管固井完井后，安装大通径压裂井口。首先，通过泵送加压，打开最下级的压差式压裂完井滑套14，从而建立套管与地层之间的连通通道。接着依次从下而上逐一液压投送与压裂完井滑套3相匹配的打开工具13，逐级打开各级压裂完井滑套3，完成一匙一开动作，进行无限级分段压裂完井作业。[0093] 3）分段压裂结束后，打开工具13为可溶解金属材质加工形成，根据预设时间完全溶解，形成全通径压裂完井井筒。[0094] 4）后期根据生产需求，需要进行选择性生产或者二次压裂时，如图5所示，将专用关闭管柱，下入由连续油管11（或油管）配接专用液控关闭工具12的专用关闭管柱至需要关闭的压裂完井滑套3，当专用液控关闭工具12进入需关闭的压裂完井滑套3的内滑套3‑3内，打压将专用液控关闭工具12的锁爪伸出与关闭凹槽3‑2结合锁紧，上提专用关闭管柱带动内滑套3‑3上行，将外套3‑1上的喷砂孔3‑4关闭，此时内滑套3‑3带动定位件3‑6（弹性体）由下部的定位槽3‑8中爬出上行嵌入上部的定位槽3‑8中，完成关闭动作后，将专用关闭管柱泄压，专用液控关闭工具12上的锁爪收回，可起出专用关闭管柱。该专用关闭管柱可实现任意定点关闭压裂完井滑套3；如再次定点开启压裂完井滑套3时，可选用与定点压裂完井滑套3相匹配的打开工具13，实施开启动作。[0095] 其中，步骤2）中，当进行压裂施工时，投送打开工具13，通过泵送进入初始状态的压裂完井滑套3（初始状态为内滑套3‑3关闭喷砂孔3‑4的状态）。[0096] ①当打开工具13与压裂完井滑套3不匹配时，即开启滑块13‑6与引导键13‑8的形状和尺寸分别与滑块凹槽3‑11和导向凹槽3‑12上的形状和尺寸不匹配就不能实现打开动作，这时，开启滑块13‑6与引导键13‑8始终处于压缩状态并通过不匹配滑套，直至进入相应的匹配滑套。[0097] ②当打开工具13与压裂完井滑套3相匹配时，开启滑块13‑6与引导键13‑8在未进入开启凹槽3‑7时处于压缩状态，当进入开启凹槽3‑7时，且滑块凹槽3‑11和导向凹槽3‑12上的形状和尺寸与打开工具13的开启滑块13‑6与引导键13‑8的形状和尺寸完全相匹配，开启滑块13‑6和引导键13‑8处于自由状态，并与滑块凹槽3‑11和导向凹槽3‑12锁紧。此时，可溶球13‑1密封打开工具13内腔，第二密封件13‑3与内滑套3‑3为过盈密封状态，内滑套3‑3内通道完全密封，在液压作用下套管憋压至预设定压力时，剪断压裂完井滑套3上的剪切销钉3‑5，打开工具13带动内滑套3‑3向下运动，定位件3‑6从定位槽3‑8中爬出，并处于压缩状态，与内滑套3‑3继续下行进入下一个定位槽3‑8中，处于自由状态。至此，内滑套3‑3与打开工具13锁紧并位于内滑套容置腔内开启到位，不再下行，喷砂孔3‑4露出，压裂完井滑套3处于完全打开状态，建立起压裂通道，完成任意定点打开压裂完井滑套3的“一匙一开”动作。[0098] 本发明的压裂完井滑套3上开启凹槽3‑7上的A、B、C、D、α参数与打开工具13的引导键13‑8上的A’、B’、α’以及开启滑块13‑6上的C’、D’、α’匹配参数需全部一一对应才能实现内滑套3‑3的打开动作，且每个压裂完井滑套3上的A、B、C、D、α参数仅能与唯一一个、即打开工具13上的A’、B’、C’、D’、α’参数相匹配。[0099] 本发明中压裂完井滑套3上的A、B、C、D、α参数应当设置成能使该滑套所有参数辨认出与该滑套唯一配合的对应的打开工具13上的A’、B’、C’、D’、α’全部参数。当一个压裂完井滑套3上开启凹槽3‑7与打开工具13结构完全配合时，开启滑块13‑6、引导键13‑8会在弹力作用下挤入开启凹槽3‑7内，使两个相应的工具结合在一起完成打开动作，从而实现任意定点唯一打开压裂完井滑套3。由此实现“一匙一开”的操作动作。[0100] 本发明的压裂完井滑套3上的A、B、C、D、α参数与对应的打开工具13上的A’、B’、C’、D’、α’参数可一一对应的任意变化组合，只要完全匹配，即可实现一匙一开的全通径无限级压裂完井滑套组合。[0101] 实施例三[0102] 与实施例一基本相同，不同之处在于，开启凹槽3‑7为多个，并呈360°螺旋分布在内滑套3‑3的下部，开启凹槽3‑7与内滑套3‑3轴线可有倾斜角α，倾斜角α为0‑60°。[0103] 实施例四[0104] 与实施例一基本相同，不同之处在于，每个开启滑块13‑6与中心管13‑4之间的弹簧13‑5为2‑6个，开启滑块13‑6与中心管13‑4之间设有用于开启滑块13‑6伸缩的伸缩空间。通过将弹簧13‑5设置为2‑6个，能起到更好的平衡稳定作用，保证开启滑块13‑6的伸缩及开启载荷的稳定性。[0105] 实施例五[0106] 基本与实施例一相同，不同之处在于，第一密封件3‑9为多个，第一密封件3‑9和第二密封件13‑3为橡胶密封圈，第一密封件3‑9分别设置在喷砂孔3‑4、剪切销钉3‑5及定位件3‑6之间。各个实施例中的定位件3‑6为弹性定位件。[0107] 本发明并不限于上述的实施方式，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化，变化后的内容仍属于本发明的保护范围。

专利地区：北京

专利申请日期：2020-10-26

专利公开日期：2024-06-18

专利公告号：CN114482958B