技术领域

[0001] 本发明涉及油气完井设备领域， 尤其涉及一种球座组件及投球滑套式压裂装置 背景技术

[0002] 现有技术中针对页岩气藏改造、 低渗透率储层改造的施工工艺， 通常采用电缆 传输射孔枪配合复合桥塞、 或封隔器配合压裂滑套、 或连续油管带底封拖动技 术来实现， 但这些现有的施工工艺都具有一定的局限性。

[0003] 在采用电缆射孔配合复合桥塞的施工方式时， 射孔费用较高， 且射孔可能对地 层造成伤害； 泵送桥塞需要大量的水； 钻除费用较高， 钻除时间较长。 而且， 作业一段距离后， 需要起出电缆换桥塞及射孔弹， 施工的周期相当长； 施工过 程中还需要动用电缆车。 此外， 射孔弹、 坐封工具及火药的审批、 运输都很困 难， 会影响施工效率。

[0004] 在釆用封隔器配合压裂滑套的施工方式时， 作业时需要停泵投球、 送球， 作业 完成后还需要钻除球座或打捞球座； 由于压裂滑套自身的结构原因， 分段分层 级数受到限制。 此外， 球座的钻磨质量将直接影响后续重复改造的难 易程度。

[0005] 在采用连续油管带底封拖动技术吋， 射孔费用较高、 可能会对连续油管造成伤 害； 受到连续油管长度上的限制， 且连续油管车的费用也较高。 此外， 该施工 方式还会面临有砂卡的风险。

技术问题

[0006] 在釆用连续油管带底封拖动技术吋， 射孔费用较高、 可能会对连续油管造成伤 害； 受到连续油管长度上的限制， 且连续油管车的费用也较高。 此外， 该施工 方式还会面临有砂卡的风险。

问题的解决方案

技术解决方案

[0007] 提供一种球座组件及投球滑套式压裂装置， 能实现仅投一个球即可压裂无限层 段的目的， 且能降低施工成本， 增大单井产量， 解决现有技术中所使用的压裂 滑套的极差限制的缺陷及剪切销钉被剪断后影 响内套滑动的缺陷。

[0008] 为解决上述技术问题， 本发明提供了一种球座组件， 用于投球滑套式压裂装置 , 包括多个相互分离的球座支架， 所述多个球座支架围合为一中空的环形座体 ； 每一所述球座支架包括相互连接的限位板和承 托部， 所述限位板卡设在所述 投球滑套式压裂装置的内套与外套之间， 所述承托部穿过所述内套并从所述内 套的内壁面上伸出。

[0009] 本发明还提供了一种投球滑套式压裂装置， 包括内套、 外套、 压裂球和如前所 述的球座组件； 所述内套可滑动的套设在所述外套的内部， 所述内套和所述外 套上分别开设有供压裂液流出以实施压裂的压 裂窗口， 所述内套沿轴向滑动以 开启或关闭所述压裂窗口； 所述外套的内侧面上开设有压裂球释放凹槽， 所述 压裂球被投置于所述球座组件上； 当所述球座组件移动至所述压裂球释放凹槽 处时， 所述压裂球在外力作用下产生下推力， 推动所述多个球座支架沿径向向 外移动， 使得所述球座组件的内径变大， 所述压裂球穿过所述球座组件掉落至 下一段投球滑套式压裂装置中。

[0010] 在本发明的一具体实施例中， 投球滑套式压裂装置还包括设置在所述内套与 所 述外套之间的定位机构， 所述定位机构包括开设在所述内套外壁面上的 导向槽 和套设在所述内套与所述外套之间的定位套， 所述导向槽的形状与所述内套的 预设移动路径相匹配， 所述定位套的内侧上设置有延伸至所述导向槽 内的定位 部； 所述内套在外力作用下相对于所述外套滑动， 所述定位部沿所述导向槽的 侧壁移动， 以控制所述内套沿预设路径移动。

[0011] 在本实施例中， 投球滑套式压裂装置还包括套设在所述外套内 的复位弹簧， 所 述复位弹簧的一端固定， 其另一端与所述内套的端部相抵接； 所述内套在外力 作用下沿所述定位机构所限定的预设路径向下 移动， 压缩所述复位弹簧并使所 述压裂窗口开启以实施压裂； 当停止压裂并释放压力后， 所述复位弹簧复位， 反向推动所述内套沿所述定位机构所限定的预 设路径移动。

[0012] 在本实施例中， 所述导向槽具有多个沿所述内套的轴向延伸并 沿所述内套的周 向依次设置的下列位置： [0013] 初始位置， 位于所述导向槽的底端， 所述投球滑套式压裂装置安装完成时， 所 述定位部位于所述初始位置， 所述压裂窗口处于关闭状态；

[0014] 压裂位置， 位于所述导向槽上远离所述初始位置的一端， 当所述定位部位于所 述压裂位置时， 所述压裂窗口开启以实施压裂；

[0015] 撤压位置， 位于所述导向槽的底端， 当所述定位部位于所述撤压位置吋， 所述 压裂窗口关闭以暂停压裂；

[0016] 压裂球释放位置， 位于所述导向槽上远离所述初始位置的一端， 当所述定位部 位于所述压裂球释放位置时， 所述球座组件移动至所述压裂球释放 槽处， 所 述球座组件的内径变大， 所述压裂球穿过所述球座组件掉落至下一段投 球滑套 式压裂装置中；

[0017] 自动复位位置， 位于所述导向槽的底端， 当所述定位部位于所述自动复位位置 吋， 所述压裂窗口关闭， 本段所述投球滑套式压裂装置的压裂过程完成 。

[0018] 优选的， 所述导向槽还包括沿所述内套的周向依次设置 在所述撤压位置与所述 压裂球释放位置之间的二次压裂位置和二次撤 压位置； 所述二次压裂位置， 位 于所述导向槽上远离所述初始位置的一端， 当所述定位部位于所述二次压裂位 置时， 所述压裂窗口开启以再次实施压裂； 所述二次撤压位置， 位于所述导向 槽的底端， 当所述定位部位于所述二次撤压位置吋， 所述压裂窗口再次关闭以 暂停压裂。

[0019] 在本实施例中， 所述导向槽还包括沿所述内套的周向依次设置 在所述自动复位 位置与所述初始位置之间的调整位置和滑套开 启位置； 所述调整位置， 用于通 过所述内套的移动路径来判断其所处的位置； 所述滑套开启位置， 位于所述导 向槽上所述压裂球释放位置的上方， 当所述定位部位于所述滑套开启位置吋， 所述压裂窗口开启且所述内套与所述外套通过 固定机构固定连接。

[0020] 在本实施例中， 投球滑套式压裂装置还包括位于所述内套与所 述外套之间的固 定机构； 所述固定机构包括固定环、 固定环容纳槽和固定环释放槽； 所述固定 环以压缩状态卡设在所述内套与所述外套之间 ； 所述固定环容纳槽开设在所述 内套上， 用于容纳压缩后的所述固定环； 所述固定环释放槽开设在所述外套上 , 当所述固定环容纳槽移动至与所述固定环释放 槽连通吋， 所述固定环弹性膨 胀至卡入所述固定环释放槽内， 使所述内套停止滑动并与所述外套固定连接。

[0021] 在本实施例中， 投球滑套式压裂装置还包括分片式的剪切环组 件， 所述剪切环 组件包括横截面为 L形的剪切环， 所述剪切环卡设在所述内套与所述外套之间， 包括相互垂直且固定连接的固定部和剪切部； 所述内套与所述外套之间形成有 用于夹紧固定所述固定部的空间； 所述内套上开设有用于容纳所述剪切部的剪 切凹槽。

[0022] 在本实施例中， 所述内套沿周向幵设有多个第一压裂窗口， 所述外套沿周向开 设有多个第二压裂窗口， 滑动所述内套， 使所述第一压裂窗口与所述第二压裂 窗口重合以开启所述压裂窗口； 所述内套与所述外套之间设置有防蚀套组件， 所述防蚀套组件具有第三压裂窗口并固定在所 述外套的内侧， 使所述第三压裂 窗口与所述第二压裂窗口重合。

发明的有益效果

有益效果

[0023] 实施本发明所提供的球座组件及投球滑套式压 裂装置， 具有以下有益效果： [0024] (1) 球座组件为由多个分离的球座支架组成的分瓣 式机构， 在预设状态下张 幵以释放压裂球 5， 落入下一段投球滑套式压裂装置中， 实现仅投一个球而可压 裂无限层段的目的。 此外， 不需要复杂的投球器、 接球器， 且可节约大量的泵 送液， 降低施工成本。

[0025] (2) 该投球滑套式压裂装置内部为大通径， 所有球座组件的尺寸相同， 在后 期需要重复压裂时， 不需要钻除任何零部件即可下入配套的重复压 裂管串进行 多次重复压裂， 极大的增大了单井产量， 降低了施工成本。

[0026] (3) 内套在定位机构的导向作用下按预设路径滑动 ， 实现投球滑套式压裂装 置的开启、 关闭、 释放压裂球和锁定内滑套等动作， 提高了自动化程度， 大大 缩短了施工周期。

[0027] (4) 压裂窗口设置有防蚀套组件， 防止压裂窗口在压裂液的流体高压冲蚀下 出现破损或腐蚀， 也可防止压裂液溢出而导致压力下降。

[0028] (5) 本发明中的剪切环能解决现有技术中所使用的 常规的剪切销钉被剪断后 影响内套滑动的缺陷。 [0029] (6) 弹簧保护套可以在固井和压裂过程中， 用于防止因为杂质进入弹簧内而 导致的该投球滑套式压裂装置的运行受到影响 。

[0030] (7) 无级差限制， 即可以在井内使用无限多个滑套， 实现无限级压裂， 以最 大程度的提高产量； 而且， 在压裂过程中不需要电缆作业车或连续油管车 ， 也 避免了因射孔而造成的对地面的伤害， 大大降低了施工成本。

对附图的简要说明

附图说明

[0031] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说 明， 附图中：

[0032] 图 1是本发明一具体实施例中的投球滑套式压裂� �置的结构示意图；

[0033] 图 2是图 1中 A段的局部放大示意图；

[0034] 图 3是图 2中剪切环的结构示意图；

[0035] 图 4是图 2中剪切环的截面图；

[0036] 图 5是图 1中 B段的局部放大示意图；

[0037] 图 6是图 1中防蚀套组件的结构示意图；

[0038] 图 7是图 1中压裂外套的立体图；

[0039] 图 8是图 1中压裂外套的剖视图；

[0040] 图 9是图 1中硬质合金套的立体图；

[0041] 图 10是图 1中球座组件的俯视图；

[0042] 图 11是图 1中球座组件的立体图；

[0043] 图 12是图 1中 C段的局部放大示意图；

[0044] 图 13是图 1中控制内轴套和定位机构的立体图；

[0045] 图 14是图 13中定位套的立体图；

[0046] 图 15是图 1中 D段的局部放大示意图；

[0047] 图 16是图 13中的导向槽的展开示意图；

[0048] 图 17示出了当定位部位于初始位置、 撤压位置和二次撤压位置时， 投球滑套式 压裂装置的状态图；

[0049] 图 18示出了当定位部位于压裂位置和二次压裂位� ��时， 投球滑套式压裂装置的 状态图; [0050] 图 19示出了当定位部位于压裂球释放位置时， 投球滑套式压裂装置的状态图； [0051] 图 20示出了当定位部位于滑套开启位置吋， 投球滑套式压裂装置的状态图。

实施该发明的最佳实施例

本发明的最佳实施方式

[0052] 为了使本发明的目的、 技术方案以及优点更加清楚明白， 以下结合附图和实施 例， 对本发明进行进一步详细说明。 应当理解的是， 此处所描述的具体实施例 仅用于解释本发明， 并不用于限定本发明。

[0053] 图 1示出了本发明一具体实施例中的投球滑套式� �裂装置的结构示意图。 为了 更清楚的示出该投球滑套式压裂装置的细节， 将其沿轴向分为八、 B、 C和 D四 段进行进一步的描述， 具体参见图 2、 图 3、 图 7和图 13。

[0054] 该压裂装置包括内套 1、 外套 2、 上接头 3、 下接头 4、 压裂球 5、 球座组件 6和弹 簧 9， 内套 1和外套 2上分别开设有供压裂液流出以实施压裂的压� �窗口， 内套 1 沿轴向滑动以开启或关闭所述压裂窗口。

[0055] 如图 1所示， 内套 1包括压裂内套 11、 控制内轴套 12和弹簧保护套 13， 外套 2 包括接头安装外套 21、 压裂外套 22、 控制外轴套 23和弹簧外套 24。 将内套 1和 外套 2拆分为可拆卸连接的多个组成部分， 有利于运输和搬运至施工现场。

[0056] 接头安装外套 21的一端插设固定有上接头 3， 其另一端与压裂外套 22的端部插 接; 压裂外套 22的一端套在接头安装外套 21的外部， 其另一端与控制外轴套 23 的端部插接； 控制外轴套 23的一端套在压裂外套 22的外部， 其另一端与弹簧外 套 24的端部插接； 弹簧外套 24的一端套在控制外轴套 23的外部， 其另一端插设 有下接头 4。 上接头 3、 下接头 4、 安装外套 21、 压裂外套 22、 控制外轴套 23和弹 簧外套 24之间分别通过常见的螺纹结构等方式可拆卸� ��连接。

[0057] 压裂内套 11穿过所述压裂外套 22， 且其一端伸至接头安装外套 21中， 其另一 端伸至控制外轴套 23内； 控制内轴套 12的一端伸至控制外轴套 23内并与压裂内 套 11相互抵接， 其另一端伸至弹簧外套 24内并与弹簧保护套 13相互抵接； 弹簧 保护套 13的一端与控制内轴套 12抵接， 其另一端为自由端。

[0058] 其中， 压裂内套 11沿周向开设有多个第一压裂窗口 111 , 压裂外套 22沿周向开 设有多个第二压裂窗 221， 通入高压的压裂液推动内套 1相对于外套 2滑动时， 使 第一压裂窗口 111与第二压裂窗口 221重合以开启压裂窗口。 可以理解的是， 第 一压裂窗口 111和第二压裂窗 221的具体形状在此不作限定， 优选为本实施例中 的腰形。

[0059] 上接头 3用于在施工现场连接套管以提供高压的压裂� �， 上接头 3具有上接头 通孔 301。

[0060] 下接头 4也用于与套管相连并具有下接头通孔 401,弹簧保护套 13的自由端伸至 下接头通孔 401内。

[0061] 在安装本发明中的投球滑套式压裂装置时， 上接头 3朝上， 下接头 4朝下的置 于裸眼内， 故称靠近上接头 3的部位为顶部， 靠近下接头 4的部位为底部。

[0062] 如图 2所示， 该投球滑套式压裂装置还包括分片式的剪切环 组件 14 , 用于在开 始压裂前让内套 1保持在初始位置 a处， 以避免内套 1在重力作用下向底部移动

[0063] 结合图 3 , 剪切环组件 14的分片式结构是为了便于后期的安装， 包括三段横截 面为 L形的剪切环 141和挡环 142， 每一剪切环 141和挡环 142均卡设在内套 1与 外套 2之间， 优选卡设在上接头 3和压裂内套 11的连接端与接头安装外套 21之 间， 但不限于此。

[0064] 结合图 4 , 每一剪切环 141包括相互垂直且固定连接的固定部 141a

和剪切部 ₁₄ 215， 三段剪切环 141拼接成一个围绕内套 1的完整环形。

[0065] 可以理解的是， 剪切环组件 14不仅仅限于包括本申请中的三段剪切环 141， 还 可以是由两个、 四个或四个以上的剪切环 141围成， 具体数字在此不作具体限定 , 只要能确保所有剪切环 141均匀的分布在内套 1的周向， 且能共同使内套 1在 压裂开始之前保持在初始位置 a即可。

[0066] 接头安装外套 21在安装有剪切环 141的位置内径变大， 以在其内壁面上形成用 于容纳固定部 141a的凹部。 压裂内套 11上开设有用于容纳剪切部 141b的环形的 剪切凹槽 112。 在外力足够大时， 即通入高压的压裂液吋， 内套 1向外套 2的底部 移动， 剪切环 141被剪断， 固定部 141a和剪切部 142b分离。

[0067] 剪切环 141用于使内套 1保持在初始位置 a， 要剪断剪切环 141需要达到一定的 压力值， 剪切的瞬间可以从压力表上面的压力波动看出 。 因此， 地面施工吋可 以以此判断剪切环 141是否被剪断， 并作为本申请中的压裂装置是否打开的参考

[0068] 此外， 在投入压裂球 5之前， 会投入水泥胶塞 （也称为固井胶塞） 进行固井， 这个水泥塞有可能会因为在经过球座吋憋起压 力而把本申请中的压裂装置误打 幵， 因此， 剪切环 141还可以在固井过程中让压裂装置处于初始关 闭状态。

[0069] 如图 5所示， 该投球滑套式压裂装置还包括安装在内套 1与外套 2之间的防蚀套 组件 7 , 用于防止第一压裂窗口 111和第二压裂窗口 221在压裂液的高压作用下 出现破损或腐蚀， 也用于防止压裂液沿内套 1与外套 2之间的缝隙溢出而导致压 力下降。

[0070] 在本实施例中， 该防蚀套组件 7安装在压裂内套 21和压裂外套 22

之间。 结合图 4， 该防蚀套组件 7具体包括硬质合金套 71和两组密封组件 72。

[0071] 硬质合金套 71的材料本身具有耐冲蚀的特质， 在压裂过程中， 会泵入大量的压 裂液和压裂砂， 这些都会对压裂槽口造成一定的冲蚀， 为了防止其受到冲蚀而 设置了该硬质合金套 71。 硬质合金套 71上开设有第三压裂窗口 711并通过螺纹结 构固定在压裂外套 22的内壁面上， 使第三压裂窗口 711与第二压裂窗口 221重合

[0072] 结合图 7、 图 8和图 9， 压裂外套 22上幵设有供螺纹件或紧固销钉通过的第一安 装通孔 222， 硬质合金套 71上对应开设有第二安装通孔 712。 第三压裂窗口 711 优选为与第二压裂窗口 221相匹配的腰形通孔。

[0073] 两组密封组件 72分别对称的设置在硬质合金套 71的两端， 起到密封的作用， 避免因压裂液外泄而导致的压力下降等现象。 每组密封组件分别包括截面为圆 形的 0型密封圈 721、 0型密封圈垫圈 722、 截面具有凹弧的 V型密封圈 723和 V 型密封盘根 724、 密封背环 725和密封挡圈 726。 每组密封组件 72均按图 4中的位 置一一设置以达到最好的密封效果， 在此不再赘述。

[0074] 其中， O型密封圈 721起密封作用， 0型密封圈垫圈 722是用于在打压过程中 保护 0型密封圈 721的； 0型密封圈 721会因为受压而变形， 而 0

型密封圏垫圏 722通过限定其形变而防止其在挤压过程中受到 损坏。

[0075] V型密封盘根 724起到进一步密封的作用， V型密封圈 723用于保护 V型密封 盘根 724和 0型密封圈 721， 防止在压裂过程或者内套 1来回移动的过程中， 密 封盘根 724和 O型密封圈 721因受到挤压而损坏。 密封背环 725和部分卡入压裂 外套 22内壁中的密封挡圈 726， 也是用于固定 V型密封盘根 724和 0型密封圈 721

[0076] 由于压裂内套 21与 V型密封盘根 724和 0型密封圈 721均有相对摩擦， 压裂内 套 21的往复运动会使 V型密封盘根 724和 0型密封圈 721也随之移动， 为了避免 这些密封件在移动过程中受到损坏， 需要加入 V型密封圈 723、 密封背环 725和 密封挡圈 726。

[0077] 图 5结合图 10和图 11 , 球座组件 6包括多个相互分离的球座支架 61 , 这些球座 支架 61为分瓣状， 并合围成一中空的环形座体。 每一球座支架 61均包括相互连 接的限位板 611和承托部 612。

[0078] 在本实施例中， 限位板 611和承托部 612为一体成型结构。 限位板 611卡设在内 套 1与外套 2之间， 承托部 612穿过内套 1并从内套 1的内壁面上伸出。 在本实施 例中， 限位板 611优选卡设在压裂内套 11与控制外轴套 23之间， 并抵靠在压裂 外套 22的内壁面上； 承托部 612穿过压裂内套 11上幵设的球座支撑通孔 113并 从压裂内套 11的内壁面上伸出， 以承载压裂球 5。

[0079] 优选的， 承托部 612远离所述限位板 611的一侧边缘设置有倾斜面 613 , 多个相 互分离的球座支架 61的倾斜面 613围合形成沿径向由外而内逐渐向球座支架 61 的中部倾斜的环形斜面， 以防止压裂球 5晃动。

[0080] 分瓣状球座组件 6中的相邻球座支架 61之间是不相连的 , 当投入压裂球 5吋， 压裂球 5落在球座组件 6上， 从而封堵球座组件 6以上的管串， 形成密封， 以保 持后续打入的压力液的压力。 虽然两相邻球座支架 61之间的间隙很小， 会有少 量的压力液从中流出， 但是， 相对于油田现场用的大排量的泵车， 这个泄露量 是可以忽略不计的， 因为泵车打入液体的排量非常大。 所以， 默认当压裂球 5落 在球座组件 6

上时形成密封， 压裂液不能通过， 从而产生压力来推动与球座组件 6 相连的内套 1整体。

[0081] 结合图 12, 外套 2的内侧面上还开设有压裂球释放凹槽 231， 在本实施例中， 压 裂球释放凹槽 231是幵设在控制外轴套 23内侧， 压裂球 5被投置于球座组件 6上 ； 在地面上打压， 充入压裂液， 进一步将压裂球 5压紧在环形球座组件 6上， 压 裂球 5堵住球座组件 6所围成的通孔， 起到密封压裂液的作用。 随着地面上的持 续打压， 压裂液的压力逐渐增大， 压裂球 5和球座组件 6形成密封活塞结构， 在 压裂液的压力作用下， 带动整个内套 1滑动。

[0082] 当球座组件 6移动至压裂球释放凹槽 231处时， 多个球座支架 61在压裂球 5的 重力作用下沿径向向外移动， 直至限位板 611抵在压裂球释放凹槽 231的底部， 使得球座组件 6的内径变大， 压裂球 5穿过球座组件 6掉落至下一段投球滑套式 压裂装置中。

[0083] 图 5结合图 12， 本发明中的投球滑套式压裂装置还包括位于内 套 1与外套 2之间 的固定机构 15， 该固定机构 15包括固定环 151、 固定环容纳槽 152和固定环释放 槽 153。

[0084] 其中， 固定环 151优选设置为具有切口的 C型半环， 半环结构的侧边上开设有 切口， 使其在外力下可受压变形。 在安装时， 以压缩状态卡设在压裂内套 15与 外套 2之间； 固定环容纳槽 152沿周向开设在压裂内套 15外壁面上， 用于容纳压 缩后的固定环 151 ; 固定环释放槽 153开设在控制外轴套 23的内壁面上。 可以理 解的是， 固定环 151采用两个半环相对组成， 也是为了装配的便利， 还可以分成 更多段弧形结构， 在此不作具体限定。

[0085] 在内套 1相对于外套 2移动的过程中， 当固定环容纳槽 152移动至与固定环释放 槽 153连通吋， 固定环 151弹性膨胀至卡入固定环释放槽 153内， 使内套 1停止 滑动并与外套 2的控制外轴套 23固定连接。

[0086] 图 12结合图 13和图 14， 本发明中的投球滑套式压裂装置还包括设置在 内套 1与 外套 2之间的定位机构 8， 本实施例中优选设置在弹簧外套 24与控制内轴套 12之 间所围成的空间内。

[0087] 定位机构 8包括开设在控制内轴套 12外壁面上的导向槽 801和套设在控制内轴 套 ₁₂ 与弹簧外套 24之间的定位套 802, 导向槽 801的形状与内套 1的预设移动路 径相匹配， 定位套 802的内侧上设置有延伸至导向槽 801内的定位部 803。 控制 内轴套 12在外力作用下相对于外套 2 滑动， 进而推动内套 1整体滑动， 定位部 803沿导向槽 S01的侧壁移动， 以确保 内套 1沿预设路径移动。

[0088] 如图 14所示， 定位部 803优选为圆形凸起， 也可以是圆柱销等结构， 以实现平 滑导向； 定位套 802的外壁面上开设有用于与弹簧外套 24固定连接的凹部 804。

[0089] 图 12结合图 15， 本发明中的投球滑套式压裂装置还包括套设在 弹簧外套 24内 的复位弹簧 9， 该复位弹簧 9的一端固定， 另一端与弹簧保护套 13的端部相抵接

[0090] 内套 1在压裂液的高压作用下， 推动由压裂球 5和球座组件 6所形成的密封活塞 移动， 进而推动整个内套 1沿定位机构 8所限定的预设路径向下移动， 压缩复位 弹簧 9并使压裂窗口幵启， 压裂液通过压裂窗口实施压裂。 当停止压裂并释放压 裂液的压力后， 复位弹簧 9复位， 反向推动内套 1沿定位机构 8所限定的预设路 径移动。

[0091] 优选的， 内套 1内设置的弹簧保护套 13能保护复位弹簧 9， 以避免压裂砂等杂 质进入控制内轴套 12内和复位弹簧 9间， 从而避免阻碍复位弹簧 9的复位和压缩 进程。

[0092] 结合图 13 , 图 16示出了开设在控制内轴套 12外壁面上的导向槽 801沿周向展开 的形状， 导向槽 801具有多个沿内套 1的轴向延伸并沿控制内轴套 12的周向依次 设置的下列位置：

[0093] 初始位置 a， 位于导向槽 801

的底端。 投球滑套式压裂装置安装完成时， 定位部 S03位于初始位置 a， 第一压 裂窗口 111与第二压裂窗口 221和第三压裂窗口 711错开， 使压裂窗口处于关闭 状态， 具体参见图 17。

[0094] 压裂位置 b， 位于导向槽 801上远离初始位置 a的一端。 当定位部 803位于压裂 位置 b时， 复位弹簧 9被压缩， 第一压裂窗口 111、 第二压裂窗口 221以及第三压 裂窗口 711重合， 使压裂窗口开启以实施压裂， 具体参见图 18。

[0095] 撤压位置 c , 位于导向槽 801的底端。 当定位部 803位于撤压位置 c时， 复位弹 簧 9复位， 压裂窗口关闭以暂停压裂， 具体参见图 17。

[0096] 二次压裂位置 d， 位于导向槽 801上远离初始位置 a的一端， 当定位部 803位于 二次压裂位置 d吋， 复位弹簧 9被压缩， 压裂窗口幵启以再次实施压裂， 具体参 见图 18。

[0097] 二次撤压位置 e , 位于导向槽 801的底端， 当定位部 803位于二次撤压位置 e时 , 复位弹簧 9复位， 压裂窗口再次关闭以暂停压裂， 具体参见图 17。

[0098] 压裂球释放位置 f, 位于导向槽 801上远离初始位置 a的一端。 当定位部 803位 于压裂球释放位置 f时， 复位弹簧 9被更进一步的压缩， 球座组件 6移动至压裂 球释放凹槽 231处， 球座组件 6的内径变大， 压裂球 5穿过球座组件 6掉落至下 一段投球滑套式压裂装置中， 具体参见图 19。

[0099] 自动复位位置 g， 位于导向槽 801的底端， 当定位部 803位于自动复位位置 g时 , 复位弹簧 9复位， 压裂窗口关闭。 此吋， 投球滑套式压裂装置类似于图 17中 的状态， 只是压裂球 5已经被释放掉了。

[0100] 由于通过压力来控制整个内套 1的运动存在一定风险， 故增设了二次压裂位置 d 和二次撤压位置 e , 重复压裂的操作， 以避免还没完成压裂， 定位部 803就已经 移动到压裂球释放位置 f了， 从而避免压裂不充分等现象。 二次压裂位置 d和二 次撤压位置 e是为压裂过程提供充分的吋间， 保证压裂质量。

[0101] 当定位部 803从初始位置移动至自动复位位置 g时， 本段投球滑套式压裂装置 的压裂过程完成。

[0102] 此外， 为了一次性开启所有段中的投球滑套式压裂装 置， 需要配合液压开关工 具 （图中未示出） 来代替压裂液， 提供内套 1滑动的动力。

[0103] 导向槽 801上还包括沿内套 1的周向依次设置在自动复位位置 g与初始位置 a之 间的调整位置和滑套开启位置 h。

[0104] 调整位置， 用于通过内套 1的移动路径来判断其所处的位置， 具体包括图中所 示的第一调整位置」1、 第二调整位置 j2、 第三调整位置」3和第四调整位置」 4， 但 在调整位置中移动吋， 压裂球 5已经释放掉了。

[0105] 第一调整位置 jl , 位于导向槽 801上远离初始位置；！的一端。 当定位部 803位于 第一调整位置 j l时， 复位弹簧 9被压缩， 该装置与图 18中所示出的状态接近。

[0106] 第二调整位置 j2， 位于导向槽 801的底端。 当定位部 803位于第二调整位置 j2 吋， 复位弹簧 9复位， 该装置与图 17中所示出的状态接近。 [0107] 定位部 803位于第三调整位置 j3时， 该装置的状态与定位部 803位于第一调整 位置 j时该装置的状态相似， 定位部 803位于第四调整位置 j4时， 该装置的状态 与定位部 803位于第二调整位置 j2吋该装置的状态相似， 在此不再赘述。

[0108] 上述调整位置的设置有利于地面上的施工人员 ， 根据内套 1按照这个调整位置 依次进行上提、 下降、 上提和下降的规律来判断开关工具和该装置所 处的位置 和状态。

[0109] 滑套开启位置 h， 位于导向槽 801上压裂球释放位置 f的上方， 当定位部 803位 于滑套开启位置 h时， 压裂窗口开启且内套 1与外套 2通过固定机构 15固定连接 , 使该投球滑套式压裂装置保持在如图 20所示的状态。 此时， 复位弹簧 9被压 缩的程度最大， 压裂窗口开启。

[0110] 结合图 16至图 20对本发明中的投球滑套式压裂装置的工作原� ��进行如下具体 说明。

[0111] 该投球滑套式压裂装置可以配合封隔器 （图中未示出） 进行分段安装：

[0112] 首先， 在裸眼 （图中未示出） 或套管 （图中未示出） 中下入封隔器 （图中未示 出） ， 以封隔裸眼或套管与采油管之间的环形区间。 然后， 循环投球， 关闭球 座， 油管加压以坐封封隔器， 即通过泵车打入高压液体把球泵送至球座。 这里 的球并不是前文提到的压裂球 5 , 而是一个直径比压裂球 5更小的球， 这里提到 的球座也不是前文提到的分瓣式球座组件 6 , 而是位于整个管串末端的现有的球 座； 当这个球到达这个现有的球座时， 就会封闭整个油管， 从而

[0113] 可以打压封隔器， 可以说这个球是用于坐封封隔器的。 最后， 安装投球滑套式 压裂装置， 压裂滑套此时处于图 17所示出的压裂窗口关闭的状态， 定位部 803 位于初始位置 a。

[0114] 该投球滑套式压裂装置也可以连接套管 （图中未示出） 下井并固井：

[0115] 首先， 将投球滑套式压裂装置连接套管下井； 然后， 循环碰压以固井。 此吋， 压裂滑套此时处于图 17所示出的压裂窗口关闭的状态， 定位部 S03位于初始位 置。

[0116] 在安装好本发明中的投球滑套式压裂装置后， 开始进行压裂过程：

[0117] 1) 从井口投入压裂球 5 , 压裂球 5会掉落在第一个投球滑套式压裂装置中的球 座组件 6上， 与球座组件 6—起形成类似于密封活塞的结构。

[0118] 2) 上接头 3连接外部管道以持续打入压裂液， 压裂液所产生的高压作用在压裂 球 5与球座组件 6上。 由于压裂球 5贴紧球座组件 6后形成密封， 压裂液的高压 推动内套 1整体向下滑动， 压缩复位弹簧 9。

[0119] 而在投球滑套式压裂装置安装好吋， 剪切环 141是用于防止内套 1出现滑移的

； 当压裂液所产生的推力高于剪切环 141的剪切强度后， 剪切环 141被剪断， 即 固定部 141a和剪切部 141b分离， 此时， 内套 1整体才开始在导向槽 801的导向作 用下向下滑动。

[0120] 当定位部 803移动至压裂位置 b时， 第一压裂窗口 111、 第二压裂窗口 221以及 第三压裂窗口 711重合， 使投球滑套式压裂装置开启以实施第一次压裂 ， 具体参 见图 18。

[0121] 3)第一次压裂结束后， 地面放压， 即撤走了施加在压裂球 5与球座组件 6上的推 力， 此时， 内套 1在复位弹簧 9的弹性回复力作用下向上移动， 定位部 803会自 动换向移动至撤压位置^ 此时， 第一压裂窗口 111与第二压裂窗口 221和第三压 裂窗口 711错开， 使压裂窗口处于关闭状态。

[0122] 4) 地面打低压， 进行重复压裂。 此时， 压裂球 5与球座组件 6在压裂液的推动 下， 带动内套 1再次向下移动， 压缩复位弹簧 9; 当定位部 803自动换向移动至 二次压裂位置 d吋， 压裂窗口开启以再次实施压裂。

[0123] 5)地面再次放压， 内套 1在复位弹簧 9

的弹性回复力作用下向上移动， 定位部 803自动换向移动至二次撤压位置^

[0124] 6) 地面再次加压， 压裂球 5与球座组件 6在压裂液的推动下， 带动内套 1向下 移动， 压缩复位弹簧 9， 直至球座组件 6移动至压裂球释放凹槽 231所处的位置 。 此吋， 压裂球 5在压裂液、 重力或其他外力作用下产生下压力， 球座组件 6进 而在压裂球 5的作用下向靠近外套 2的方向移动， 球座组件 6向外张开使得内径 变大， 压裂球 5穿过球座组件 6被释放； 同时， 定位部 803自动换向移动至压裂 球释放位置 f。

[0125] 7) 由于压裂球 5已经被释放， 密封被破坏， 推动内套 1

滑动的动力消失， 内套 1不会再继续下滑。 地面放压， 内套 1在复位弹簧 9的弹 性回复力作用下向上移动， 以关闭该投球滑套式压裂装置的压裂窗口， 定位部 8 03自动换向移动至自动复位位 Sg。

[0126] 根据上述工作原理， 压裂球 5依次落至第二段、 第三段至最后一段的投球滑套 式压裂装置中。 由于上方的投球滑套式压裂装置因为释放了压 力球 5而均已关闭 ， 所以对于每一段投球滑套式压裂装置， 都可重复上述操作 1) 至 7) ， 直至完 成整个压裂过程。

[0127] 在上述压裂施工结束后， 需要下入液压开关工具， 该开关工具与外部驱动装置 相连， 用于一次性幵启所有投球滑套式压裂装置， 具体步骤如下：

[0128] 1) 将开关工具下至井底， 在接近最后一个投球滑套式压裂装置时， 开始打压

； 此时， 开关工具的开关键块会弹开膨胀， 将开关工具自动锁定在内套 1上， 进 而通过上提或下放开关工具， 来实现内套 1的滑动。

[0129] 2) 定位部 803位于压裂过程结束后的自动复位位置 g,

[0130] 首先， 通过下压开关工具， 使内套 1向下移动至定位部 803

位于第一调整位置 jl ;

[0131] 然后， 通过上提开关工具， 使内套 1向上移动至定位部 803

位于第二调整位置 j2;

[0132] 进而， 通过下压开关工具， 使内套 1向下移动至定位部 S03

位于第三调整位置 j3 ;

[0133] 最后， 通过上提开关工具， 使内套 1向上移动至定位部 803

位于第四调整位置 j4, 此时， 整个调整过程结束。

[0134] 3) 通过下压开关工具， 由于对内套 1的推动力完全来自与开关工具， 因此可以 加压使定位部 803移动至位于导向槽 801最顶端的滑套幵启位置 h。 此吋， 固定 环 151弹开并卡入固定环释放槽 153内， 将该投球滑套式压裂装置锁定在永久打 幵的状态。

[0135] 4) 按照上述方法， 依次打开倒数第二、 倒数第三直至所有的投球滑套式压裂 装置。

[0136] 5) 当所有的投球滑套式压裂装置均开启后， 取出幵关工具， 整个施工过程完 成。 上面结合附图对本发明的实施例进行了描述， 但是本发明并不局限于上述的具 体实施方式， 上述的具体实施方式仅仅是示意性的， 而不是限制性的， 本领域 的普通技术人员在本发明的启示下， 在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的 范围情况下， 还可做出很多形式， 这些均属于本发明的保护之内。