專利名稱：用于開關(guān)式滑套的開關(guān)工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種壓裂裝置，更具體地涉及一種用于開關(guān)式滑套的開關(guān)工具。
背景技術(shù)：
滑套式分段壓裂裝置是非常規(guī)油氣資源開采的一種重要裝置，其廣泛應(yīng)用于頁巖氣、低滲透產(chǎn)層、薄油層的直井、定向井、水平井的壓裂增產(chǎn)改造。在這些應(yīng)用中，通常在壓裂后根據(jù)產(chǎn)層出液情況，對壓裂孔進行選擇性關(guān)閉和/或打開以達到分層封堵測試、投產(chǎn)的目的。通常這使用相應(yīng)的開關(guān)工具進行，因此開關(guān)工具是滑套式分段壓裂裝置的一項重要裝置。對于一些開關(guān)式滑套，通常使用開關(guān)管柱或功能類似的裝置實現(xiàn)其打開和關(guān)閉。在使用這種開關(guān)管柱時，首先使用開關(guān)管柱把開關(guān)工具送至作業(yè)位置，然后通過向開關(guān)管柱內(nèi)加壓而操作開關(guān)工具，進而實現(xiàn)打開和/或關(guān)閉滑套的壓裂孔。在水平井、深井等作業(yè)中，由于壓裂位置距離井口較遠，在下入開關(guān)管柱的過程中，開關(guān)管柱容易遇阻而不能正常下入或開關(guān)管柱不能將驅(qū)動力有效地傳遞給滑套，導(dǎo)致不能順暢打開和/或關(guān)閉壓裂孔。此外，在開關(guān)工具受到巖屑侵蝕、水泥漿堵塞或其它異常情況作用時，將造成開關(guān)工具不能正?；厥?，壓裂孔的打開和/或關(guān)閉也會出現(xiàn)困難。開關(guān)工具的可靠性難以保證。因此，急需一種工作性能受外界阻力影響較小的開關(guān)工具。

實用新型內(nèi)容針對上述的問題，本實用新型提出了一種用于開關(guān)式滑套的開關(guān)工具，其能夠?qū)崿F(xiàn)順利下入井內(nèi)并且能將作用力有效地傳遞給滑套。根據(jù)本實用新型，提出了一種用于開關(guān)式滑套的開關(guān)工具，包括，中空的筒狀本體，在筒狀本體的側(cè)壁上設(shè)置有貫穿的液孔，在其側(cè)壁的外表面上設(shè)置有凹槽，鎖塊機構(gòu)，其包括設(shè)置在凹槽內(nèi)的擋槽和設(shè)置在擋槽內(nèi)的鎖塊，在鎖塊與擋槽之間設(shè)置第一彈性件，鎖塊包括處于其一端處的用于打開開關(guān)式滑套的引導(dǎo)斜面，包圍在筒狀本體的一端外側(cè)的引導(dǎo)殼體，在引導(dǎo)殼體和筒狀本體之間設(shè)置有能施加軸向力的第二彈性件，引導(dǎo)殼體包括接收軸向作用力的受力結(jié)構(gòu)體，以及能通過與引導(dǎo)斜面的相互作用而引導(dǎo)鎖塊作徑向運動的引導(dǎo)端，其中受力結(jié)構(gòu)體的第一受力面與筒狀本體的第一液孔連通以承受軸向液壓力，第二受力面與第二彈性件接觸，其中，在鎖塊的另一端設(shè)有用于關(guān)閉開關(guān)式滑套的復(fù)位斜面，在引導(dǎo)斜面和復(fù)位斜面之間設(shè)有直角臺肩，開關(guān)工具還包括通過剪切銷與筒狀本體相連的復(fù)位殼體，復(fù)位殼體包括能通過筒狀本體中的第二液孔而承受液力的受力結(jié)構(gòu)體，以及能與復(fù)位斜面相接觸的復(fù)位端。這種開關(guān)工具的結(jié) 構(gòu)緊湊，易損件少因而使用壽命較長。更重要地是，這種帶有復(fù)位殼體的開關(guān)工具使得當(dāng)鎖塊不能從伸出位置正?？s回到縮回位置時，僅通過向中空的筒狀主體內(nèi)加壓，通過復(fù)位殼體強行將鎖塊縮回到縮回位置，方便了操作。在一個實施例中，引導(dǎo)殼體處于筒狀本體的上游端，引導(dǎo)斜面處于鎖塊的上游端。在另一個實施例中，復(fù)位殼體處于筒狀本體的下游端，復(fù)位斜面處于鎖塊的下游端。這種設(shè)置便于施工操作。在一個實施例中，開關(guān)工具的上游端還設(shè)置有上接頭。該上接頭用于將開關(guān)工具連接于工具管串，以便于施工。在一個實施例中，筒狀本體的下游端還設(shè)置有與復(fù)位殼體接觸的下接頭，在下接頭和筒狀本體的下游端之間的間隙形成第二液孔。在一個優(yōu)選的實施例中，在下接頭上設(shè)置有復(fù)位殼體運動導(dǎo)軌。這種下接頭可對復(fù)位殼體施加支撐力并且能夠防止復(fù)位殼體在強行運動時受阻力過大而偏離預(yù)定方向，因而避免了復(fù)位殼體被破壞。在一個實施例中，相鄰于擋槽在凹槽內(nèi)設(shè)置有第一軸承。當(dāng)開關(guān)工具所安裝的管柱在下入或上提過程中受阻而運動不暢時，可通過轉(zhuǎn)動管柱和筒狀本體而排除阻力，方便了施工操作。在一個優(yōu)選的實施例中，在凹槽與擋槽之間還設(shè)置有第二軸承。第二軸承可大大降低筒狀本體與擋槽之間的摩擦阻力使得筒狀本體的轉(zhuǎn)動更加容易。在一個實施例中，第一彈性件為彈性弓形片。在另一個實施例中，第二彈性件為彈簧。在本申請中，用語“初始狀態(tài)”是指未使用開關(guān)工具時的狀態(tài)。用語“下游”、“上游”規(guī)定為靠近井口為上游，遠離井口為下游。用語“直面”、“斜面”規(guī)定為與筒狀本體的徑向平行的面為直面，與筒狀本體的徑向成一定角度的面為斜面。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點在于，本實用新型的開關(guān)工具包括復(fù)位殼體，使得當(dāng)鎖塊不能順利與開關(guān)式滑套脫開時，僅通過向開關(guān)工具內(nèi)充入液體并加壓即可實現(xiàn)強行將鎖塊與開關(guān)式滑套脫開并使鎖塊縮回到縮回位置，方便了操作。另外，在下接頭上設(shè)置有復(fù)位殼體運動導(dǎo)向槽，防止復(fù)位殼體在強行運動時受阻力過大而偏離預(yù)定方向，因而避免了復(fù)位殼體被破壞。此外，本實用新型的開關(guān)工具工作性能穩(wěn)定，特別適合于深井、超深井、水平井的壓裂施工。

在下文中將基于實施例并參考附圖來對本實用新型進行更詳細的描述。其中:圖1是與本實用新型的開關(guān)工具配合使用的開關(guān)式滑套的示意圖；圖2是根據(jù)本實用新型的開關(guān)工具的外部結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是根據(jù)本實用新型的開關(guān)工具的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖3中部分I的放大視圖；圖5-7是根據(jù)本實用新型的開關(guān)工具打開開關(guān)式滑套的過程示意圖。在圖中，相同的構(gòu)件由相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示。附圖并未按照實際的比例繪制。
具體實施方式
下面將結(jié)合附圖對本實用新型做進一步說明。圖1示意性地顯示了與本實用新型的開關(guān)工具20配合使用的開關(guān)式滑套10。開關(guān)式滑套10包括固定的外筒13和與外筒13的內(nèi)壁滑動配合的內(nèi)筒14。在外筒13的周向側(cè)壁上布置有第一壓裂孔19，在內(nèi)筒14的周向側(cè)壁上布置有第二壓裂孔16。在內(nèi)筒14的上游端部和下游端部均設(shè)置有間隙槽12、17，下文將描述的開關(guān)工具20會通過此間隙槽12或17與內(nèi)筒14接合以打開或關(guān)閉開關(guān)式滑套10。圖2示意性地顯示了根據(jù)本實用新型的開關(guān)工具20的外部結(jié)構(gòu)。圖中所示的開關(guān)工具20包括布置在其上游部分的引導(dǎo)殼體23，與引導(dǎo)殼體23相鄰布置的鎖塊機構(gòu)24和設(shè)置在開關(guān)工具20下游的復(fù)位殼體26。在使用開關(guān)工具20時，通過設(shè)置在開關(guān)工具20上游端的上接頭22將其連接于開關(guān)管柱(未示出)，以給開關(guān)工具20充入液體和/或帶動開關(guān)工具20軸向運動。復(fù)位殼體26可用于強行使開關(guān)工具20與開關(guān)式滑套10脫開，這將在下文中詳細描述。圖3示意性地顯示了根據(jù)本實用新型的開關(guān)工具20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。除了圖2所示的引導(dǎo)殼體23、鎖塊機構(gòu)24、上接頭22外，開關(guān)工具20還包括固定安裝的中空筒狀本體28，引導(dǎo)殼體23則包圍在筒狀本體28的上游端周圍。在筒狀本體28的側(cè)壁上設(shè)置有貫穿的第一液孔32，在筒狀本體28側(cè)壁的外表面上設(shè)置有凹槽31，在凹槽31內(nèi)設(shè)置了鎖塊機構(gòu)24。在筒狀本體28的下游端還設(shè)置有下接頭27，并且下接頭27和筒狀本體28的下游端之間的間隙形成第二液孔33。復(fù)位殼體26則包圍在筒狀本體28的下游端周圍。在一個實施例中，筒狀本體28分成兩部分，其中上游部分承載了引導(dǎo)殼體23和鎖塊機構(gòu)24，下游部分承載了復(fù)位殼體26，并且復(fù)位殼體26僅通過剪切銷39與下游部分相連接。
·[0031]如圖4以放大視圖顯示了引導(dǎo)殼體23的受力結(jié)構(gòu)部分。引導(dǎo)殼體23包括接收軸向作用力的受力結(jié)構(gòu)體47和引導(dǎo)鎖塊25作徑向運動的引導(dǎo)端48。其中，受力結(jié)構(gòu)體47的第一受力面41與筒狀本體28的第一液孔32連通以承受軸向液壓力，第二受力面42與施加軸向力的第二彈性件49 (例如彈簧)接觸，使得引導(dǎo)殼體23僅能沿軸向運動。返回到圖3，鎖塊機構(gòu)24包括設(shè)置在筒狀本體28的凹槽31內(nèi)的擋槽21和設(shè)置在擋槽21內(nèi)的鎖塊25。在擋槽21與鎖塊25的接觸面內(nèi)設(shè)置有第一彈性件37，例如彈性弓形片。鎖塊25構(gòu)造為臺階狀,例如鎖塊25的上游端為凸起端,下游端為凹陷端，并且凸起端和凹陷端通過直角臺肩相連。鎖塊25的凸起端構(gòu)造有與引導(dǎo)殼體23的引導(dǎo)端48接觸的引導(dǎo)斜面51。引導(dǎo)斜面51與引導(dǎo)殼體23的引導(dǎo)端48相接觸，以引導(dǎo)和限制鎖塊25的作徑向運動。鎖塊25的凹陷端構(gòu)造有朝向復(fù)位斜面53。僅當(dāng)鎖塊25凸出后，復(fù)位斜面53才能與復(fù)位殼體26的復(fù)位端38接觸，并其在需要時進行鎖塊25的強制復(fù)位。鎖塊25的直角臺肩則形成了用于與開關(guān)式滑套10接合的直面52。直面52用于與開關(guān)式滑套10的內(nèi)筒14接合從而帶動內(nèi)筒14運動，進而實現(xiàn)開關(guān)式滑套10的打開或閉合。復(fù)位殼體26具有與引導(dǎo)殼體23類似的結(jié)構(gòu),其區(qū)別在于:在復(fù)位殼體26處沒有安裝功能與第二彈性件49類似的部件，而是復(fù)位殼體26通過第二液孔33受液力驅(qū)動進行軸向運動。另外，復(fù)位殼體26通過剪切銷39連接于筒狀本體28，使得在通常情況下復(fù)位殼體26不運動，僅當(dāng)剪切銷39被剪斷后復(fù)位殼體26才會在液力下軸向運動。下接頭27還與復(fù)位殼體26相接處以為復(fù)位殼體26提供支撐力。在一個優(yōu)選的實施例中，在下接頭27上設(shè)置有復(fù)位殼體26的運動導(dǎo)軌(未示出)，防止復(fù)位殼體26在強行運動時受阻力過大而偏離預(yù)定方向，因而避免了復(fù)位殼體26被破壞。在相鄰于擋槽21在凹槽31內(nèi)設(shè)置有第一軸承29。第一軸承29使得能夠通過在地面上給開關(guān)管柱施加周向力而使開關(guān)管柱連同筒狀本體28周向轉(zhuǎn)動而鎖塊機構(gòu)24不轉(zhuǎn)動，以排除開關(guān)工具10所受到的阻力。為了減小轉(zhuǎn)動時筒狀本體28擋槽21之間的摩擦力，還在筒狀本體28的凹槽31與鎖塊機構(gòu)24的擋槽21相接處的底面范圍內(nèi)設(shè)置了第二軸承36。下面根據(jù)圖5、6和7來描述開關(guān)工具的動作原理。首先將開關(guān)工具23下入到套管內(nèi)適當(dāng)位置，這里開關(guān)工具23的鎖塊25正對開關(guān)式滑套10的間隙槽12，如圖5所示。當(dāng)向筒狀主體28內(nèi)的空腔充入液體并加壓時，液體壓力會通過第一液孔32傳遞到引導(dǎo)殼體23在受力結(jié)構(gòu)體47的第一受力面41上，從而擠壓引導(dǎo)殼體23朝向上游運動。鎖塊25在第一彈性件37的作用下徑向向外運動到伸出位置并且卡入開關(guān)式滑套10的間隙槽12內(nèi)，從而鎖塊25的直面52與開關(guān)式滑套10的內(nèi)筒14接合，如圖6所示。在此期間第二彈性件49被壓縮。軸向運動開關(guān)工具20帶動開關(guān)式滑套10的內(nèi)筒14軸向運動而將開關(guān)式滑套10打開。當(dāng)筒狀主體28內(nèi)卸壓后，第二彈性件49的作用力會作用在引導(dǎo)殼體23的受力結(jié)構(gòu)體47的第二受力面42上，從而擠壓引導(dǎo)殼體23朝向下游運動。鎖塊25在引導(dǎo)殼體23的引導(dǎo)端48的作用下徑向向里運動到縮回位置并與開關(guān)式滑套10的內(nèi)筒14脫開，在此期間第一彈性件37被壓縮。應(yīng)理解地是，在向筒狀主體28內(nèi)的液體加壓時，復(fù)位殼體26同樣也會通過第二液孔33受到液體壓力作用，但是此液體壓力小于剪切銷39的剪切強度，因此復(fù)位殼體26不會發(fā)生軸向運動。當(dāng)引導(dǎo)殼體23或鎖塊25受阻力而使鎖塊25不能正?？s回時，可向筒狀主體28內(nèi)充入液體并加壓直到到將剪切銷39剪斷。由此，在液力作用下，復(fù)位殼體26朝向上游運動，復(fù)位端38擠壓鎖塊25的復(fù)位斜面53從而給鎖塊25施加朝向其縮回位置的作用力，從而實現(xiàn)迫使其復(fù)位，圖7顯示了復(fù)位殼體26的復(fù)位端38與鎖塊25的復(fù)位斜面53相接處的狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)工具20的下入或開關(guān)工具20的軸向移動受到阻力時，可給開關(guān)管柱施加周向作用力。開關(guān)管柱會通過第一軸承29和第二軸承36而轉(zhuǎn)動并帶動筒狀本體28轉(zhuǎn)動以排除開關(guān)管柱受到的阻力。雖然已經(jīng)參考優(yōu)選實施例對本實用新型進行了描述，但在不脫離本實用新型的范圍的情況下，可以對其進行各種改進并且可以用等效物替換其中的部件。本實用新型并不局限于文中公 開的特定實施例，而是包括落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有技術(shù)方案。
權(quán)利要求1.一種用于開關(guān)式滑套的開關(guān)工具，包括， 中空的筒狀本體，在所述筒狀本體的側(cè)壁上設(shè)置有貫穿的液孔，在其側(cè)壁的外表面上設(shè)置有凹槽， 鎖塊機構(gòu)，其包括設(shè)置在所述凹槽內(nèi)的擋槽和設(shè)置在擋槽內(nèi)的鎖塊，在所述鎖塊與擋槽之間設(shè)置第一彈性件，所述鎖塊包括處于其一端處的用于打開開關(guān)式滑套的引導(dǎo)斜面，包圍在筒狀本體的一端外側(cè)的引導(dǎo)殼體，在所述引導(dǎo)殼體和筒狀本體之間設(shè)置有能施加軸向力的第二彈性件，所述引導(dǎo)殼體包括接收軸向作用力的受力結(jié)構(gòu)體，以及能通過與引導(dǎo)斜面的相互作用而引導(dǎo)所述鎖塊作徑向運動的引導(dǎo)端，其中所述受力結(jié)構(gòu)體的第一受力面與所述筒狀本體的第一液孔連通以承受軸向液壓力，第二受力面與所述第二彈性件接觸， 其特征在于，在所述鎖塊的另一端設(shè)有用于關(guān)閉開關(guān)式滑套的復(fù)位斜面，在所述引導(dǎo)斜面和復(fù)位斜面之間設(shè) 有直角臺肩， 所述開關(guān)工具還包括通過剪切銷與所述筒狀本體相連的復(fù)位殼體，所述復(fù)位殼體包括能通過所述筒狀本體中的第二液孔而承受液力的受力結(jié)構(gòu)體，以及能與所述復(fù)位斜面相接觸的復(fù)位端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)工具，其特征在于，所述引導(dǎo)殼體處于所述筒狀本體的上游端，所述引導(dǎo)斜面處于所述鎖塊的上游端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的開關(guān)工具，其特征在于，所述復(fù)位殼體處于所述筒狀本體的下游端，所述復(fù)位斜面處于所述鎖塊的下游端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項所述的開關(guān)工具，其特征在于，所述開關(guān)工具的上游端還設(shè)置有上接頭。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的開關(guān)工具，其特征在于，所述筒狀本體的下游端還設(shè)置有與所述復(fù)位殼體接觸的下接頭，在所述下接頭和所述筒狀本體的下游端之間的間隙形成所述第二液孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的開關(guān)工具，其特征在于，在所述下接頭上設(shè)置有復(fù)位殼體運動導(dǎo)軌。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項所述的開關(guān)工具，其特征在于，相鄰于所述擋槽在所述凹槽內(nèi)設(shè)置有第一軸承。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的開關(guān)工具，其特征在于，在所述凹槽與所述擋槽之間還設(shè)置有第二軸承。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項所述的開關(guān)工具，其特征在于，所述第一彈性件為彈性弓形片。
10.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項所述的開關(guān)工具，其特征在于，所述第二彈性件為彈簧。
專利摘要本實用新型涉及一種用于開關(guān)式滑套的開關(guān)工具，其包括固定的筒狀本體、鎖塊機構(gòu)、引導(dǎo)殼體以及布置在筒狀主體可鎖塊機構(gòu)之間的第一軸承。其中，筒狀主體能通過第一軸承相對于鎖塊機構(gòu)而轉(zhuǎn)動。根據(jù)本實用新型的開關(guān)工具能將作用力有效地傳遞給開關(guān)式滑套，工作性能可靠。
文檔編號E21B34/08GK203130039SQ20122073546
公開日2013年8月14日 申請日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者郭朝輝, 谷磊, 張元星, 馬蘭榮, 魏遼, 朱玉杰 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油工程技術(shù)研究院