分段压裂装置以及使用该装置进行压裂方法技术领域
本发明涉及一种压裂装置，更具体地涉及一种分段压裂装置。本发明还涉及
使用该装置进行压裂方法。
背景技术
日益增长的能源需求使得低渗透油气藏、页岩油气藏等非常规能源受到越来
越多的重视。低渗透油气藏、页岩油气藏开发成为国家“十二五”能源开发的重
要增长点。对于这些类型的油气藏，水平井分段压裂方法对于提高采收率具有显
著优势。
目前，用于水平井分段压裂施工的装置最常见的是投球式分段压裂管柱。例
如，常用的水平井分段措施施工管柱通过钻杆将根据油层分段情况而配置的工具
管串送入井内到设计位置。然后投球憋压，封隔悬挂器坐封、坐挂、丢手、封隔
器坐封。接着投球逐级打开滑套进行分段压裂。使用这种压裂管柱，不能根据地
层情况将压裂通道关闭或再次开启。
因此，急需一种能根据需要而打开或关闭压裂通道的压裂管柱，以适应非常
规油气资源新的开发需求。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种分段压裂装置。这种分段压裂装置能够根
据需要而打开或关闭滑套，以实现打开或关闭压裂通道。本发明还涉及使用分段
压裂装置进行压裂方法。
根据本发明的第一方面，提出了一种分段压裂装置，包括压裂管柱，在压裂
管柱上布置有至少一个开关式滑套，与压裂管柱配合使用的开关管柱，开关管柱
包括连续油管，在连续油管上布置有用于打开或关闭开关式滑套的促动工具，在
使用时，将开关管柱下入压裂管柱内，使促动工具与开关式滑套接合，通过下放
或上提开关管柱而实现打开或关闭开关式滑套，从而实现建立压裂通道或关闭压
裂通道。
根据本发明的装置，可根据井下情况，处于关闭问题产层的开关式滑套以延
长油气井生产寿命。还可以根据油气实际采收状况，对产层进行再次重复性压裂，
从而最大程度提高单井产量。通过使用开关管柱可实现在地面上控制井下开关式
滑套的开关，从而实现打开或关闭压裂通道，极大地方便了操作和装置的维护。
此外，通过使用开关管柱可实现一趟打开或关闭多个开关式滑套，显著提高了施
工效率。
在一个实施例中，开关式滑套包括固定的外筒和与外筒的内壁滑动配合的内
筒，在外筒的侧壁上设置有喷砂孔；在内筒的内壁上设置有能与促动工具接合的
径向向里凸出的凸块，在打开开关式滑套时，凸块与促动工具接合，下放内筒，
使喷砂孔与压裂管柱内部连通从而打开开关式滑套并实现建立压裂通道；在关闭
开关式滑套时，凸块与促动工具块接合，上提内筒，使喷砂孔与压裂管柱内部断
开从而关闭开关式滑套并实现关闭压裂通道。这种结构的开关式滑套的开关件
(即内筒)处于滑套的内部，在开关滑套时，不会对滑套外部的设备造成破坏，
滑套自身的开关也不会受到影响。
在一个实施例中，在内筒的内壁上还设置有球座，在初始压裂时，通过投球
打开压裂管柱。凸块的数量为两个并且在轴向上间隔开，球座设置在所述两个凸
块之间。通常在产层出现问题之后才对井下开关式滑套的开关操作，而在初始压
裂时仅需要将压裂管柱或开关式滑套打开。投球操作远比开关管柱的操作简单，
并且投球操作的耗时也远比使用开关管柱耗时更少，因此投球打开压裂管柱可极
大地方便初始压裂，提高了施工效率。
在一个实施例中，凸块的数量为两个并且在轴向上间隔开，球座设置在两个
凸块之间。两个凸块分别设置在内筒的上游端部处和下游端部处。两个凸块的轴
向位置较远，使得开关管柱上的促动工具能方便地与其中一个凸块结合，方便了
操作。
在一个实施例中，开关式滑套的数量为两个或两个以上，相邻的开关式滑套
通过套管相连。在一个实施例中，在开关式滑套的两端设置有封隔器，套管与封
隔器相连。封隔器既可封隔压裂管柱与水泥环之间胶结的微环空，也可对压裂层
段之间进行封隔，有效避免压裂窜槽，从而提高压裂效果。
在一个实施例中，在开关管柱的上游部分还设置有丢手短节。在开关管柱遇
卡时，可借助于所设置的丢手短节实现开关管柱丢手，提高了开关管柱的安全性
和可靠性。
根据本发明的第二方面，提出了一种使用上文所述的分段压裂装置进行压裂
的方法，开关式滑套包括固定的外筒和与外筒的内壁滑动配合的内筒，在外筒的
侧壁上设置有喷砂孔，在内筒的内壁上设置有球座，
在初始压裂时，通过投球打开所述压裂管柱，
在封闭压裂通道时，首先下入钻具钻除开关式滑套内的球座，实现压裂管柱
内全通径，然后将开关管柱下入压裂管柱内到适当的位置，使开关管柱上的促动
工具与开关式滑套接合，上提开关管柱使得内筒封闭喷砂孔而关闭开关式滑套，
封闭压裂通道。根据本发明的方法，通过井口投球打开压裂管柱，可实现快速压
裂，施工周期短，施工可靠性高。
在一个实施例中，在再次打开压裂通道时，将开关管柱下入压裂管柱内到适
当位置，使开关管柱上的促动工具与开关式滑套接合，下放开关管柱使得内筒离
开喷砂孔而打开开关式滑套，打开压裂通道。
在本申请中，用语“上游”是指朝向地面的方向，“下游”是与上游相反的
方向。
与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)根据本发明的装置，可根据井
下情况，处于关闭问题产层区域的开关式滑套以延长油气井生产寿命。还可以根
据油气实际采收状况，对产层进行再次重复性压裂，从而最大程度提高单井产量。
(2)通过使用开关管柱可实现在地面上控制井下开关式滑套的开关，从而实现
打开或关闭压裂通道，极大地方便了操作和装置的维护。此外，通过使用开关管
柱可实现一趟打开或关闭多个开关式滑套，显著提高了施工效率。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1是根据本发明的压裂管柱的示意图；
图2是根据本发明的开关管柱的示意图；
图3是根据本发明的开关式滑套的结构示意图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
图1示意性地显示了根据本发明的压裂管柱10。在压裂管柱10上布置有一
个或多个开关式滑套11，如图1中所示的两个。在下文中详细说明开关式滑套
11的结构。在设置多个开关式滑套11的情况中，在开关式滑套11的两端均设置
有封隔器12，套管40的两端与上游和下游两个封隔器相连以将相邻的开关式滑
套通过套管40连接在一起。在一个优选的实施例中，开关式滑套11的数量与需
要压裂的地层段数相一致。在压裂管柱10的末端端部布置有压差式打开机构13。
压差式打开机构13为本领域的技术人员所熟知的投球式滑套，这里不再赘述。
应理解地是，在压裂管柱10上还布置有用于将压裂管柱10连接于上层套管的悬
挂器19等部件，这些部件以及其布置方式均是本领域的技术人员所熟知的，为
了简单起见，这里不再赘述。
图2示意性地显示了根据本发明的开关管柱20。开关管柱20的直径小于压
裂管柱10(或开关式滑套11)的最小内径，使得能将开关管柱20插入到压裂管
柱10的内部。开关管柱20包括连续油管26，在连续油管26上布置有一个或多
个促动工具，如图2中的23和24。在开关管柱20打开或关闭开关式滑套11时，
促动工具23或24会与开关式滑套11相结合，这将在下文中描述。此外还在连
续油管26的处于促动工具24的上游部分中设置有丢手短节25。在开关管柱20
遇卡时，可借助于所设置的丢手短节25实现开关管柱20丢手，提高了开关管柱
20的安全性和可靠性。应理解地是，在连续油管26上还布置有扶正器等部件，
在连续油管26的末端端部布置有节流装置22，这些部件以及其布置方式均是本
领域的技术人员所熟知的，为了简单起见，这里不再赘述。
图3示意性地显示了开关式滑套11的一个优选的实施例。开关式滑套11包
括固定的外筒14和与外筒14的内壁滑动配合的内筒15。在外筒14上布置有与
压裂通道(未示出)连通的喷砂孔16。在内筒15的内壁上设置有可与促动工具
接合的径向向里凸出的凸块31、32，还设置有用于实施投球压裂的球座41。在
一个优选的实施例中，凸块31、32设置为彼此间隔开，例如凸块31设置在内筒
15的上游端部，凸块32设置在内筒15的下游端部，球座41设置在凸块31、32
之间。
下面根据图1到3来描述本发明的分段压裂装置动作原理。
首先，将压裂管柱10下入井内。打开压裂管柱10最下端的压差式打开机构
13，建立压裂管柱10与地层之间的连通通道。
向压裂管柱10内投入憋压球。憋压球将压裂管柱10内封住。向压裂管柱10
内冲入压裂液，并憋压以进行逐层压裂。待压裂作业完成后，卸井口，放喷，压
裂液返排出憋压球8，压裂作业结束。之后，下入钻具钻除球座41，实现压裂管
柱10内全通径。
当需要进行关闭或再打开开关式滑套11时，可采用根据本发明的开关管柱
20管柱进行作业。
例如，在需要封闭压裂通道时，将开关管柱20下入压裂管柱10内到适当的
位置，使开关管柱20上的促动工具23或24与开关式滑套11上的凸块31或32
接合。上提开关管柱20即可使内筒15向上游运动，直到内筒15封住喷砂孔16，
从而关闭开关式滑套11，压裂通道也因此而封闭。
在需要打开压裂通道时，将开关管柱20下入压裂管柱10内到适当的位置，
使开关管柱20上的促动工具23或24与开关式滑套11上的凸块31或32接合。
下放开关管柱20即可使内筒15向下游运动，直到内筒15离开喷砂孔16，从而
打开开关式滑套11，压裂通道也因此而打开。
在关闭或再打开开关式滑套11时，为了使内筒15能稳定地处于外筒14的
相应位置处，在外筒14的内壁的上游部分和下游部分分别设置有选位槽17、18。
在内筒15的两个端部设置有弹性接合件34、38。在接合件34、38的外表面上分
别设置有与选位槽17、18相匹配的选位件35、36。在这种情况中，凸块31、32
则设置在接合件34、38的上游端部和下游端部。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的
情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只
要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起
来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内
的所有技术方案。