本发明涉及一种滑套式压裂组件， 特别是一种能选择性开关的滑套式压裂组件。 本发明 还涉及使用该组件的装置及该装置的使用方法 。 背景技术

转层喷砂滑套是在油气田中对直井、水平井分 段压裂改造的关键工具。这类喷砂滑套包 括滑套外筒和布置在滑套外筒内的芯管， 其中滑套外筒和芯管之间为滑动配合， 在滑套外筒 的壁上布置有喷砂口， 并且在其上端口具有用于承接启动球的密封配 合面。 滑套外筒和芯管 之间的滑动配合通过启动球开启， 启动球和密封配合面按照一定梯度顺序增大， 每个启动球 的直径大于与其配合的密封配合面的内径， 从而每个启动球仅能与相应的密封配合面唯一 配 合。 在施工时， 依次投入对应启动球， 并且在井口加压以剪断销钉， 实现滑套开启。

目前， 石油天然气水平井、 直井的转向压裂方法有限流压裂和分级压裂两 种。 其中， 主 流是分级法压裂， 其包括化学分段压裂、 封隔器分段压裂、 水力喷射分段压裂、 连续油管分 段压裂和组合式完井方法。 在分级压裂中， 应用最广的是封隔器分段压裂， 有泵送桥塞分段 压裂、 投球 +滑套封隔器分段、 环空封隔器、 双封单压分段压裂等方式。

其中， 环空封隔器、 泵送桥塞分段压裂分段数没有限制， 但压裂作业不能连续， 每段作 业后需要重新射孔， 作业完成后需要压井钻塞， 作业周期长， 费用高。 双封单压分段压裂需 要拖动管柱， 封隔器需要多次座封， 施工周期长。投球 +滑套封隔器分段压裂采用不同级差的 球和球座组合， 不动管柱一次性可以完成多段压裂， 但由于不同球按照一定级差设计， 因此 封隔器分段数受限于管柱尺寸， 分段压裂、 酸化级数都会受到限制。

近年来， 相续开发出了针对不同储层特征的喷砂滑套。 如 1992年 4月 1 日公告授权的 中国专利 2100480U《压裂用导压喷砂滑套》 ， 其主要用于油井压裂。 2008年 11月 5日公告 授权的中国专利 200820061922《压裂滑套喷砂器》 ， 其主要用于气井压裂。 两类滑套开启基 本原理都是采用顺序增大启动球开启滑套， 分段压裂级数受限。

另外， 为了解决压裂装置的缺点， 也开发出了多种滑套式压裂装置。 如在 2010年 2月 3 日公开的中国专利申请 CN201396131 《水平井分段压裂管柱》 中的装置包括油管柱、 压差 封隔器、 安全接头、 滑套封隔器， 压差封隔器和滑套封隔器安装在油管柱上， 两者之间还安 装有安全接头。 这种装置仅适用于油田， 并且在使用过程中容易损伤封隔器， 造成密封不严、 压裂失效。 此外， 这种装置的操作复杂， 操作人员的劳动强度大， 安全性也较差。

在 2009年 1月 7日公开的中国专利申请 CN101338663 《水平井机械分段压裂防卡工艺 管柱》 中的装置包括油管、 安全接头、 扶正器、 水力锚、 封隔器、 导压喷砂器及导向丝堵； 其中油管下端依次连接安全接头、 扶正器、 水力锚、 封隔器、 扶正器、 导压喷砂器、 封隔器 及导向丝堵。 这种装置只能用于油田水平井的压裂， 而且不能实现不动管柱就进行多层压裂 并合层开采， 也不能进行不动管柱不限级数分段压裂。

在 2009年 10月 21 日公开的中国专利申请 CN101560877 《水平井封隔器分段压裂工艺 管柱》 中的装置包括油管柱、 水力锚、 座封控制器、 跨隔式封隔器 A、 跨隔式封隔器 B、 跨 隔式封隔器 C、 滑套喷砂器、 喷砂器、 导向器和毛细管线。 所述油管柱上顺次安装连接有水 力锚、 座封控制器、 跨隔式封隔器 A、 滑套喷砂器、 跨隔式封隔器 B、 喷砂器、 跨隔式封隔 器 C和导向器， 所述毛细管线在油管柱的一侧与座封控制器和 跨隔式封隔器 A、 跨隔式封隔 器8、 跨隔式封隔器 C相连接。 这种装置不能实现不限级数分段压裂。

另外， 在中国专利申请 CN101418681公开的 《油气井分层压裂合采一次管柱工艺》 ， 在中国专利申请 CN201144682公开的《石油、 天然气井多层压裂管柱》均采用了投球开滑套 方式， 不能进行不动管柱不限级数分段， 也不能关闭滑套。

因此， 急需一种能实现在水平井、直井及定向井中不 需要拖动管柱即可实现不限级数的 分段压裂的压裂装置， 而且根据需要打开或关闭任意滑套的压裂装置 。 发明内容

针对上述的问题， 本发明提出了一种滑套压裂组件， 其能够根据需要对滑套进行任意定 点打开和关闭。 本发明还提出了使用该组件的装置及该装置的 使用方法。

根据本发明的第一方面， 提供了一种滑套式压裂组件， 包括，

复合滑套， 其包括固定的外筒和通过剪切销连接在外筒内 壁上的内筒， 其中在外筒上设 置有喷砂孔， 在内筒的内壁设有第一齿形件；

打开工具， 其包括主体和与主体相连接的第二齿形件， 所述打开工具能插入所述内筒内 且封闭井筒， 所述第二齿形件能与第一齿形件形成配合，

其中， 当所述滑套式压裂组件处于初始状态时， 所述内筒挡住了喷砂孔； 当下入打开工 具时， 所述内筒与打开工具通过第一齿形件和第二齿 形件彼此接合， 在所述套管内憋压到预 定的压力时， 所述剪切销被剪断， 打开工具带动内筒向下运动以使喷砂孔露出， 进而建立压 裂通道。

在本申请中， 用语"初始状态"是指在滑套式压裂组件打开之� ��的状态。

在一个实施例中， 还包括用于关闭复合滑套的第一关闭工具， 其包括中心拉杆和与中心 拉杆相连接的第五齿形件， 所述第一关闭工具能插入所述内筒中， 使得所述第五齿形件能与 第一齿形件形成配合， 由此能通过上提第一关闭工具来使所述内筒上 移， 从而重新盖住喷砂 孔以关闭压裂通道。

在一个实施例中， 在复合滑套的内筒和外筒的配合面上布置有选 位槽和选位件， 当滑套 式压裂组件处于打开状态和在关闭压裂通道状 态时， 所述选位槽和选位件处于不同的接合位 置。 这种选位槽和选位件在压裂组件不同状态下不 同的接合位置能防止流体作用以及取出打 开工具时， 复合滑套被意外关闭。

在一个实施例中，在所述复合滑套的外筒和内 筒的配合面上布置有能彼此接合的定位机 构， 以保证内筒与外筒接合并盖住喷砂孔， 从而关闭压裂通道。 这种定位机构能够确保仅在 投入打开工具并且加压之后， 复合滑套的外筒和内筒才能彼此分开， 并且在使用第一关闭工 具将内筒上提时， 能确保该复合滑套的外筒和内筒重新接合而关 闭压裂通道。

本发明的第一方面还提供了一种滑套式压裂装 置，其包括多个根据本发明的第一方面所 述的滑套式压裂组件。 其中， 各个打开工具的第二齿形件设置成与其它打开 工具的第二齿形 件互不相同， 使得各个打开工具仅能与其所配属的压裂组件 中的内筒相配合。 各个第一关闭 工具的第五齿形件设置成与其它第一关闭工具 的第五齿形件互不相同， 使得各个第一关闭工 具仅能与其所配属的压裂组件中的内筒的第一 齿形件相配合。

通过这种设置，配属于某一压裂组件的打开工 具的第二齿形件只能与该压裂组件中的复 合滑套的第一齿形件形成配合。 即便在下入期间， 该打开工具经过其它的压裂组件时， 由于 齿形件的不同， 打开工具的第二齿形件也无法径向向外运动而 与复合滑套的第一齿形件形成 接合。 同样， 第一关闭工具上的第五齿形件也只能与所配属 的复合滑套的第一齿形件形成接 合。 因此， 根据本发明第一方面的装置， 下入特定的打开工具仅能够打开相应的复合滑 套， 并且下入特定的第一关闭工具仅能够关闭相应 的复合滑套。 也就是说， 本发明的滑套式压裂 装置能够实现根据需要而选择性打开和 /或关闭特定的复合滑套。

在一个实施例中，所有复合滑套的内径均相同 。这种结构使得复合滑套的数量不受限制， 可实现不限级数的分段压裂。

在一个实施例中， 各所述齿形件通过各自独特的轮廓参数和 /或设置在每个齿形件上的 引导结构而实现与唯一一个相应的齿形件接合 。 在一个优选的实施例中， 轮廓参数选自中的 齿数、 齿形和齿距中的一个或多个。

在一个实施例中， 打开工具的第二齿形件设置在主体外壁上， 并且在主体和第二齿形件 之间还设置有第三弹性机构， 其中所述第二齿形件能在第三弹性机构的作用 下径向向外地运 动， 从而与第一齿形件形成配合。 在另一个实施例中， 打开工具的第二齿形件通过弹性构件 设置在主体上方， 该弹性构件的与主体相连的端部的直径小于其 与第二齿形件相连的端部的 直径。

在一个实施例中， 第一关闭工具的第五齿形件设置在中心拉杆外 壁上， 并且在第一关闭 工具的中心拉杆和第五齿形件之间还设置有第 四弹性机构， 其中所述第五齿形件能在第四弹 性机构的作用下径向向外地运动， 从而与相应的齿形件形成配合。 在另一个实施例中， 第一 关闭工具的第五齿形件为弹片件， 其下游端部与中心拉杆相连， 上游端与中心拉杆分开。

在一个实施例中，在本发明第一方面中的弹性 机构均包括能施加径向向外的作用力的弹 性件， 以及限制相应的齿形件的径向向外运动距离的 限位件。

这种具有弹性的齿形件和带有弹性机构的弹性 件使得齿形件在遇到与之匹配的齿形件 时， 能自动弹出与之配合， 从而实现复合滑套的内筒与打开工具以及内筒 与第一关闭工具在 井下自动配合， 大大提高了复合滑套的操作便利程度。 而限位工具用于限制齿形件向外运动 的距离， 以既能够保证该齿形件与相应的齿形件接合， 而且能够保证该齿形件不脱离其所连 接的本体， 例如打开工具的主体和第一关闭工具的中心拉 杆。

在本申请中，用语"下"和"上"规定为靠近井口� �上，远离井口为下。用语"下游"和"上游" 是以从井口注入的压裂液的流向为参照。

在一个实施例中， 在各齿形件的上端和下端处设置有斜面式引导 结构， 以引导相对应的 齿形件形成配合或脱开。 这种斜面式引导结构使得能够通过 "挤入"、 "挤出 "的方式实现相应 的齿形件形成配合或脱开， 方便了复合滑套的打开或关闭操作。

在一个实施例中， 打开工具的主体包括具有不同横截面尺寸的贯 穿空心结构， 在贯穿空 心结构的具有更大截面的下部部分内布置有憋 压机构， 并且憋压机构不能从贯穿空心结构的 下部部分内脱出， 尤其是无法进入到更小截面的上部部分中。

在一个优选的实施例中， 憋压机构包括球笼和设置在所述球笼内的球体 。其中， 所述球 笼具有封闭的上端和敞开的下端， 在封闭的上端外部设置有打捞柄， 在球笼的周向壁上设置 有流体通道； 所述球体仅能在球笼内运动， 并且在处于球笼的上端和下端处时不会阻挡球 笼 周向壁上的流体通道。

球体对贯穿中心结构的封堵使得这种中空结构 的打开工具能实现井筒内加压。由于球笼 仅能在贯穿空心结构的具有更大截面的下部部 分内运动， 因此通过设置在球笼封闭上端外部 的打捞柄可将打开工具从复合滑套中打捞出来 。

在一个优选的实施例中， 球笼周向壁上的流体通道总面积不小于球笼下 端的开口面积， 使得流体的流动更加顺畅。

在一个实施例中， 滑套式压裂装置还包括能插入打开工具贯穿中 空结构的柱形打捞工 具， 在其一个端部处设置有打捞头， 以与球笼上的打捞柄连接。 从而通过提拉球笼即可将打 开工具打捞出来， 打捞更加方便。

在一个实施例中， 在打开工具主体的下部还设置有朝向下方延伸 的导向机构， 其中该导 向机构具有与主体相连通的中空结构。 在打开工具与复合滑套的内筒接合后， 在加压时这种 导向机构能够使打开工具和复合滑套的内筒的 运动更稳定。

本发明的第一方面还涉及一种使用根据本发明 的第一方面所述的滑套式压裂装置的方 法， 包括：

步骤一： 在套管或油管串的最下端安装压差式打开机构 ， 然后依次安装各压裂组件中的 复合滑套；

步骤二： 井筒内加压， 打开最下端的压差式打开机构， 建立套管或油管串与地层之间的 连通通道；

步骤三： 依次下入各个打开工具， 按照从下到上的顺序依次打开复合滑套， 进行分段压 裂。

在一个实施例中， 还包括步骤四： 通过打开工具上的打捞结构回收打开工具， 套管或油 管串内恢复贯通。 在另一个实施例中， 当需要关闭特定的压裂通道时， 下入配属于该复合滑 套的第一关闭工具以关闭该压裂通道。

由于打开工具、第一关闭工具与复合滑套之间 仅能实现唯一性配合， 因此每投入一个打 开工具， 仅能打开相应的复合滑套， 建立压裂通道。 同时， 每一个第一关闭工具也只能将一 个压裂通道关闭。 由此， 可以实现水平井、 直井等的任一复合滑套的开关， 实现分段压裂。

根据本发明的第二方面， 提供了一种滑套式压裂组件， 包括，

复合滑套， 其包括固定的外筒和通过剪切销连接在外筒内 壁上的内筒， 其中在外筒上设 置有喷砂孔， 在内筒的内壁设有第一齿形件； 打开工具， 包括中空的筒状主体、 设置在主体外壁上的第二齿形件、 设置在主体内壁上 的第三齿形件， 以及设置在主体和第二齿形件之间的第一弹性 机构， 其中所述打开工具能插 入到所述内筒中， 并且第二齿形件能在第一弹性机构的作用下径 向向外地运动， 从而与第一 齿形件形成配合；

驱动工具， 其包括中心体、 设置在中心体外壁上的第四齿形件， 以及设置在中心体和第 四齿形件之间的第二弹性机构， 其中所述驱动工具能插入到打开工具的内部且 封闭井筒， 并 且第四齿形件能在第二弹性机构的作用下径向 向外地运动， 从而与第三齿形件形成配合， 其中， 当所述滑套式压裂组件处于初始状态时， 所述内筒挡住了喷砂孔； 当依次下入打 开工具和驱动工具时， 所述内筒与打开工具通过第一齿形件和第二齿 形件彼此接合， 打开工 具与驱动工具通过第三齿形件和第四齿形件彼 此接合， 在套管内憋压到预定的压力时， 所述 剪切销被剪断， 驱动工具和打开工具一起带动内筒向下运动以 使喷砂孔露出， 进而建立压裂 通道。

在一个实施例中， 滑套式压裂组件还包括用于关闭复合滑套的第 二关闭工具， 其包括中 心拉杆和与中心拉杆相连接的第六齿形件， 该第二关闭工具能插入内筒或打开工具的筒状 主 体中， 使得第六齿形件能与内筒的第一齿形件或打开 工具的第三齿形件形成配合， 由此能通 过上提第二关闭工具来使内筒上移， 从而重新盖住喷砂孔以关闭压裂通道。

在一个实施例中， 在复合滑套的内筒和外筒的配合面上布置有选 位槽和选位件， 当滑套 式压裂组件处于打开状态和在关闭压裂通道状 态时， 所述选位槽和选位件处于不同的接合位 置。 这种选位槽和选位件在压裂组件不同状态下不 同的接合位置能防止流体作用以及取出打 开工具或驱动工具时， 复合滑套被意外关闭。

在一个实施例中， 在复合滑套的外筒和内筒的配合面上布置有能 彼此接合的定位机构， 以保证内筒与外筒接合并盖住喷砂孔， 从而关闭压裂通道。 这种定位机构能够确保仅在投入 打开工具和驱动工具并且加压之后， 复合滑套的外筒和内筒才能彼此分开， 并且在使用第二 关闭工具将内筒上提时， 能确保该复合滑套的外筒和内筒重新接合而关 闭压裂通道。

本发明的第二方面还提供了一种滑套式压裂装 置，其包括多个根据本发明的第二方面所 述的滑套式压裂组件。 其中， 各个打开工具中的第二齿形件和第三齿形件设 置成分别与其它 打开工具中的第二齿形件和第三齿形件互不相 同， 使得各个打开工具仅能与其所配属的压裂 组件中的内筒和驱动工具相配合； 各个第二关闭工具的第六齿形件设置成与其它 第二关闭工 具的第六齿形件互不相同， 使得各个第二关闭工具仅能与其所配属的压裂 组件中的内筒的第 一齿形件或打开工具的第三齿形件相配合。

通过这种设置，配属于某一压裂组件的打开工 具的第二齿形件和驱动工具的第四齿形件 只能分别与该压裂组件中的复合滑套的第一齿 形件和打开工具的第三齿形件形成配合。 即便 在下入期间该打开工具或驱动工具经过其它的 压裂组件时， 由于齿形件的不同， 打开工具的 第二齿形件或驱动工具的第四齿形件也无法径 向向外运动而形成接合。 因此， 根据本发明第 二方面的装置， 下入特定的打开工具和驱动工具仅能够打开相 应的复合滑套， 并且下入特定 的第二关闭工具仅能够关闭相应的复合滑套。 也就是说， 本发明的滑套式压裂装置能够实现 根据需要而选择性打开和 /或关闭特定的复合滑套。 在一个实施例中， 所有复合滑套的内径均相同， 所有打开工具的内径均相同。 这种结构 使得复合滑套的数量不受限制， 可实现不限级数的分段压裂。

在一个实施例中， 各齿形件通过各自独特的轮廓参数和 /或设置在每个齿形件上的弓 I导 结构而实现与唯一一个相应的齿形件接合。 在一个优选的实施例中， 轮廓参数选自齿数、 齿 形和齿距中的一个或多个。

在一个实施例中， 第二关闭工具的第六齿形件设置在中心拉杆外 壁上， 并且在第二关闭 工具的中心拉杆和第六齿形件之间还设置有第 五弹性机构， 其中所述第六齿形件能在第五弹 性机构的作用下径向向外地运动， 从而与内筒的第一齿形件或打开工具的第三齿 形件形成配 合。

在一个实施例中，在本发明第二方面中的弹性 机构均包括能施加径向向外的作用力的弹 性件， 以及限制相应的齿形件的径向向外运动距离的 限位件。

这种弹性件使得齿形件在遇到与之匹配的齿形 件时， 能自动弹出与之配合， 从而实现复 合滑套的内筒、 打开工具、 驱动工具和第二关闭工具在井下自动配合。 而限位工具用于限制 齿形件向外运动的距离， 以既能够保证该齿形件与相应的齿形件接合， 而且能够保证该齿形 件不脱离其所连接的本体， 例如打开工具的中空主体、 驱动工具的中心体和第二关闭工具的 中心拉杆。

在一个优选的实施例中， 第二关闭工具的第六齿形件为弹片件， 其下游端部与中心拉杆 相连， 上游端与中心拉杆分开。 具有弹片件形式的第六齿形件的第二关闭工具 使得第二关闭 工具的制造和使用更加方便。

在一个实施例中， 在各齿形件的上游端部和下游端部处设置有斜 面式引导结构， 以引导 相对应的齿形件形成配合或脱开。 这种斜面式引导结构使得能够通过 "挤入"、 "挤出"的方式 实现相应的齿形件形成配合或脱开， 方便了复合滑套的打开或关闭操作。

在一个实施例中， 驱动工具的中心体包括具有不同横截面尺寸的 贯穿空心结构， 在贯穿 空心结构的下游部分内布置有憋压机构， 并且憋压机构不能从贯穿空心结构的更大截面 的下 游部分内脱出， 尤其是无法进入到更小截面的上游部分中。

在一个优选的实施例中， 憋压机构包括球笼和设置在所述球笼内的球体 。其中， 球笼具 有封闭的上游端和敞开的下游端， 在球笼的周向壁上设置有流体通道； 所述球体仅能在球笼 内运动， 并且在处于球笼的上游端和下游端处时不会阻 挡球笼周向壁上的流体通道。

球体对贯穿中心结构的封堵使得这种中空结构 的驱动工具能实现井筒内加压。更重要地 是， 当将本发明的滑套式压裂装置用于气井时， 可不必这种驱动工具取出， 这是由于井下气 体会将球体吹起而气体从流体通道中流出， 因而便于操作。 在一个优选的实施例中， 球笼周 向壁上的流体通道总面积不小于球笼下游端的 开口面积， 使得流体的流动更加顺畅。

在一个实施例中， 各压裂组件的打开工具通过连接机构连接成打 开工具串。其中， 该连 接机构包括剪切销钉和引退销钉， 在驱动工具与相应的打开工具配合后， 驱动工具会挤开引 退销钉并且使剪切销钉被剪断， 从而使相应的打开工具脱开。

本发明的第二方面还涉及一种使用根据本发明 的第二方面所述的滑套压裂装置的方法， 包括： 步骤一： 在套管或油管串中的最下端安装压差式打开机 构， 然后依次安装各压裂组件中 的复合滑套；

步骤二： 将各压裂组件的打开工具连接成打开工具串， 并将其下入到复合滑套内； 步骤三： 井内加压， 打开最下端的压差式打开机构， 建立套管或油管串与地层之间的连 通通道；

步骤四： 依次下入各个驱动工具， 按照从井底到井口的方向依次打开复合滑套， 进行分 段压裂。

在一个实施例中， 还包括步骤五： 通过打开工具上的打捞结构回收打开工具和驱 动工具 或通过驱动工具上的打捞结构仅回收驱动工具 ， 套管或油管串内恢复贯通。 在另一个实施例 中， 当需要关闭特定的压裂通道时， 下入与该特定滑套匹配的第二关闭工具以关闭 该压裂通 道。

由于打开工具、驱动工具、第二关闭工具与复 合滑套之间仅能实现唯一性配合， 因此每 投入一个驱动工具， 仅能使一个打开工具与打开工具串脱开， 从而导致该打开工具下到相应 位置而打开相应的滑套， 建立压裂通道。 同时， 每一个第二关闭工具也只能将一个复合滑套 关闭。 由此， 可以实现水平井、 直井等的任一复合滑套的开关， 实现分段压裂。

与现有技术相比， 本发明的优点在于， 在本发明第一方面和第二方面中的滑套式压裂 装 置中， 通过齿形件之间唯一性接合能够实现复合滑套 可任意定点打开或关闭。 特别是当需要 打开特定的复合滑套时， 仅需要下入相应的打开工具或打开工具以及驱 动工具将其打开， 而 当需要关闭特定滑套或压裂通道时， 仅需要下入相应的第一关闭工具或第二关闭工 具将其关 闭， 而不影响其他的滑套或压裂通道。 各个齿形件通过弹性作用在井下自动接合和分 开即可 实现复合滑套、 打开工具、 第一关闭工具或第二关闭工具以及对于本发明 第二方面中的驱动 工具之间的接合和分开， 使得操作更加方便。 由于所有复合滑套的内径均相同， 所以本发明 复合滑套的数量不受限制， 可实现不限级数的分段压裂。 取出打开工具后， 可实现套管或油 管串内的全通， 克服了常规压裂由于启动球滞留在套管或油管 串内而影响产量、 后期测井等 工作的弊病。 此外， 根据本发明第一方面和第二方面中的滑套式压 裂组件、 装置以及使用方 法不限于石油水平井的压裂施工， 还适合于需要定点开关滑套的地层压裂领域中 。 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 la是根据本发明第一方面的滑套式压裂组件的� ��合滑套的示意图；

图 lb是根据图 la的复合滑套内筒上的选位槽的示意图；

图 2a、 2b和 2c是根据本发明第一方面的滑套式压裂组件的� ��开工具的示意图； 图 3是图 2c的滑套式压裂组件的打开工具的俯视图；

图 4a和 4b是根据本发明第一方面的滑套式压裂组件的� ��一关闭工具的示意图； 图 5是根据本发明第一方面的齿形件的引导结构� �示意图；

图 6a-6c是根据本发明第一方面的齿形件唯一性接� ��的原理图；

图 7是根据本发明第一方面的滑套式压裂组件的� �捞工具的示意图； 图 8是显示了根据本发明第一方面的复合滑套与� � 2a所示的打开工具之间的位置关系 的示意图；

图 9是显示了根据本发明第一方面的复合滑套与� � 2b所示的打开工具之间的位置关系 的示意图；

图 10是显示了根据本发明第一方面的复合滑套与� �� 2b所示的打开工具和打捞工具之间 的位置关系的示意图；

图 11是显示了根据本发明第一方面的复合滑套与� ��一关闭工具之间的位置关系的示意 图。

图 12a是根据本发明第二方面的滑套式压裂组件的 复合滑套的示意图；

图 12b是根据图 12a的复合滑套内筒上的选位槽的示意图；

图 13是根据本发明第二方面的滑套式压裂组件的� ��开工具的示意图；

图 14是根据本发明第二方面的滑套式压裂组件的� ��动工具的示意图；

图 15a和 15b是根据本发明第二方面的滑套式压裂组件的 第二关闭工具的示意图； 图 16是根据本发明第二方面的齿形件的引导结构� ��示意图；

图 17a-17c是根据本发明第二方面的齿形件唯一性� �合的原理图；

图 18是根据本发明第二方面的滑套式压裂装置的� ��开工具串的示意图；

图 19是图 18中区域 I的放大图；

图 20是显示了根据本发明第二方面的复合滑套、 打开工具和驱动工具之间的位置关系 的示意图。

在图中， 相同的构件由相同的附图标记标示。 附图并未按照实际的比例绘制。 具体实施方式

下面将结合附图 la到 11对本发明的第一方面做进一步说明。

图 la显示了根据本发明第一方面的滑套式压裂组� ��的复合滑套 10， 其包括固定的外筒 11和通过剪切销 13连接在外筒 11内壁上的内筒 12。 其中， 在外筒 11上设置有喷砂孔 14， 在内筒 12的内壁设有第一齿形件 15。 在图 la所示的实施例中， 第一齿形件 15与内筒 12形 成为一个整体。在一个实施例中， 在外筒 11和内筒 12的配合面上还置有定位槽 16和定位件 17。定位槽 16和定位件 17设置成在图 la所示的初始状态中不相互接合， 而仅在关闭压裂通 道的步骤中彼此接合， 以确保外筒 11和内筒 12能彼此连接， 从而保证压裂通道被关闭。 在 一个实施例中， 定位件 17和定位槽 16例如可采取引退式销钉和钉槽的形式。 在另一个实施 例中， 在外筒 11和内筒 12的配合面上还设置有选位槽 19和选位件 18。 选位槽 19包括沿复 合滑套 10的轴向间隔布置的第一部分 L1和第三部分 L3， 其中第三部分 L3的长度大于第一 部分 L1并且第三部分 L3的上游端部与第一部分 L1的上游端部对齐，第二部分 L2将第一部 分 L1和第三部分 L3对齐的端部连接起来而形成选位槽 19， 如图 lb所示。 在打开和关闭复 合滑套时， 选位件 18能沿如图 lb所示的选位槽 19而运动。

图 2a显示了根据本发明第一方面的滑套式压裂组� ��的打开工具 20的第一实施例，其包 括主体 21和通过第三弹性机构连接在主体 21的外壁上的第二齿形件 22。 该第三弹性机构能 径向向外地推动第二齿形件 22。 在一个实施例中， 如图 2所示， 第三弹性机构包括用于推动 第二齿形件 22向外运动的弹簧 24和用于限制第二齿形件 22向外运动的距离的限位螺钉 25。 限位螺钉 25不但用于限制第二齿形件 22的向外运动距离，而且还用于使第二齿形件 22始终 连接于主体 21。优选地，在靠近第二齿形件 22的两个端部处均布置有弹簧 24和限位螺钉 25。 在另一个可选实施例中， 在第二齿形件 22与主体 21之间还设置有相互啮合的凸起和凹槽结 构 26。 优选地是， 当第二齿形件 22向外运动之后， 第二齿形件 22与主体 21之间仍存这种 在凸起和凹槽连接， 从而提高第二齿形件 22与主体 21的连接强度。

当滑套式压裂组件处于初始状态时，复合滑套 10的内筒 12与外筒 11通过剪切销 13连 接在一起， 并且选位槽 19与选位件 18接合在选位槽 19的 D1处。 此时内筒 12完全覆盖了 喷砂孔 14， 定位槽 16处于定位件 17的下方而不彼此接合， 如图 la所示。 当下入如图 2a所 示的打开工具 20时，复合滑套 10的内筒 12与打开工具 20通过第一齿形件 15和第二齿形件 22彼此接合， 如图 8所示。 当套管或油管串内憋压到预定的压力时， 剪切销 13被剪断， 打 开工具 20带动内筒 12向下运动， 露出喷砂孔 14， 从而建立起压裂通道， 同时选位槽 19和 选位件 18接合在选位槽 19的 D2处。

图 2b显示了根据本发明第一方面的滑套式压裂组� ��的打开工具 20'的第二实施例。打开 工具 20'除了包括图 2a中的所有部件， 还包括导向机构 30。 在打开工具与复合滑套的内筒接 合后， 加压时， 这种导向机构 30能够使打开工具和复合滑套内筒的运动更稳� ��。在一个优选 的实施方案中， 在导向机构 30与复合滑套 10的内筒 12和外筒 11的接触面之间还布置有密 封件， 如图 2b和 9中所示的 31和 32以防止加压液体的渗漏， 提高工作效率。

图 2c显示了根据本发明第一方面的滑套式压裂组� ��的打开工具 20"的第三实施例。 这 种实施例与图 2a和 2b的区别仅在于多个第二齿形件 22"通过弹性构件 35， 例如弹性片连接 在主体 21"的上部端部。这些弹性构件 35的与主体 21 "相连的端部的直径小于其与第二齿形 件 22"相连的端部的直径。 图 3是根据图 2c所示的打开工具 20"的俯视图， 从图中可看出， 打开工具 20"包括多个围成圆筒状的第二齿形件 22"。 这种形式的第二齿形件 22' '使得打开 工具 20"的制造更加简单。

在一个实施例中， 打开工具 20具有不同横截面尺寸的贯穿空心结构。 如图 2a到 2c所 示， 打开工具 20的贯穿空心结构例如包括两个部分， 即尺寸较大的下部部分 33和尺寸较小 的上部部分 34。 下部部分 33的开口尺寸朝向下游方向逐渐减小， 即整体呈现小端朝向下游 的圆锥形。 通过这种布置， 设置在下部部分 33内的憋压机构无法从下部部分 33内脱出。

如图 2a到 2c所示， 憋压机构包括球笼 27和布置在球笼 27内的球体 29。 球笼 27包括 封闭的上端和敞开的下端， 在球笼 27封闭的上端外部设置有打捞柄 23， 在球笼 27的周向壁 上设置有流体通道 28。 在一个实施例中， 球笼 27的外径尺寸大于贯穿中空结构的上部部分 34的尺寸， 并且也大于下部部分 33的开口尺寸。 因此， 球笼 27不会从下部部分 33内脱出。 在一个特定的实施例中， 球笼 27的下端开口部分形成与贯穿中空结构的下部� ��分 33开口的 圆锥形结构相匹配的圆锥形结构， 以确保球笼 27不会从下游部分 33内脱出。球体 29的直径 大于球笼 27的下端开口的尺寸， 因此球体 29不会从球笼 27中脱出， 并且在套管内加压时， 球体 29会封住套管而实现憋压。 优选地， 当球体 29位于球笼 27的上端和下端处时， 球体 29不会阻挡球笼 27的周向壁上的流体通道 28。在一个优选的实施例中， 球笼 27下端开口的 面积小于或等于球笼 27的周向壁上的流体通道 28的总面积。

图 4a显示了根据本发明第一方面的滑套式压裂组� ��的第一关闭工具 40的第一实施例的 示意图。第一关闭工具 40包括中心拉杆 41、 设置在中心拉杆 41外壁上的第五齿形件 42， 以 及设置在中心拉杆 41和第五齿形件 42之间的第四弹性机构。这种第四弹性机构与� �� 2a所示 的打开工具 20的第三弹性机构完全相同， 为了简单起见这里不再赘述。 与打开工具 20相似 地是，在第一关闭工具 40的第五齿形件 42与中心拉杆 41之间也设置有相互啮合的凸起和凹 槽结构， 其功能与打开工具 20的凸起和凹槽结构相同， 为了简单起见这里也不再赘述。在弹 力作用下， 这种第五齿形件 42能够在井下与相应的复合滑套 10的内筒 12自动接合， 以便于 接下来关闭该压裂通道。

图 4b显示了根据本发明第一方面的滑套式压裂组� ��的第一关闭工具 40'的第二实施例 的示意图。 第一关闭工具 40'包括中心拉杆 4Γ和弹片件形式的第五齿形件 42'， 其中第五齿 形件 42'仅下端与中心拉杆 41 '的相连， 而上端与中心拉杆 41 '分开一定距离。 在使用中， 由 于第五齿形件 42'的弹性作用， 其能够与复合滑套的内筒 12自动接合， 以便于接下来关闭该 压裂通道。

图 7显示了根据本发明第一方面的打捞工具 70的示意图， 其能够插入上文所述的打开 工具的贯穿中空结构内。 打捞工具 70的下端设置有打捞头 73， 例如卡簧以能够抓住设置在 打开工具 20的球笼 27上的打捞柄 23， 图 10示意性地显示了这种接合形式。 打捞工具 70的 上端 72可与油管串 （未示出）相连接， 以通过拖动油管串带动打捞工具并将打开工具 拖出复 合滑套。

下面以图 4b所示的第一关闭工具 40'为例说明关闭压裂通道的过程。 首先下入打捞工具 70将打开工具 20从复合滑套 10处打捞出来。接着将相应的第一关闭工具 40'下入该滑套处， 并且使第五齿形件 42'与复合滑套 10的内筒 12的第一齿形件 15接合，如图 11所示。之后通 过转动第一关闭工具 40'而带动内筒 12转动， 直到选位槽 19与选位件 18接合在选位槽 19 的 D3处， 上提第一关闭工具 40'的中心拉杆 41'， 当选位槽 19与选位件 18接合在选位槽 19 的 D4处时， 定位槽 16和定位件 17接合在一起。 此时， 内筒 12盖住喷砂孔 14， 才能将复合 滑套 10关闭并关闭该压裂通道， 从而防止在取出打开工具时， 打开状态的复合滑套 10被意 外关闭。

在一个优选的实施例中，在本发明第一方面中 的所有齿形件的端部处均具有斜面式引导 结构或坡形引导结构， 如图 5中的标记 51示意性地显示。 这种引导结构能促进齿形件"挤入" 到与之配合的齿形件中和 /或从中 "挤出"， 以便于操作。

根据本发明第一方面的滑套式压裂装置包括多 个根据本发明第一方面的滑套式压裂组 件。 其中每个复合滑套设计为其第一齿形件与其它 复合滑套的第一齿形件互不相同， 使得每 个复合滑套仅能与唯一一个、 即其所配属的那个滑套组件中的打开工具相匹 配， 并且每个复 合滑套也只能与唯一一个、 即其所配属的那个滑套组件中的第一关闭工具 相匹配。

在根据图 2a和 2b所示的打开工具下入之前，在第三弹性机构� ��弹簧和限位螺钉的作用 下， 打开工具的第二齿形件凸出在主体之外。 在打开工具下入过程中， 在第二齿形件与其所 配属的滑套组件的第一齿形件接合之前， 由于受到其他复合滑套的内筒挤压作用而不弹 出。 直到当该打开工具到达其所配属的滑套组件的 第一齿形件时， 打开工具的第二齿形件才会在 弹簧作用下从打开工具的主体上弹出与滑套组 件的第一齿形件接合。

在将打开工具 20"下入到复合滑套之前， 在这些第二齿形件 22' '之间设置有一定间隙， 由此这种打开工具 20"整体成喇叭状并且第二齿形件 22"所围成的"喇叭口 "的直径大于复合 滑套的内筒的直径。 在打开工具 20"下入过程中， 打开工具 20"未与其所配属的滑套组件的 第一齿形件接合之前， 第二齿形件 22' '会受到其他复合滑套的挤压。 当打开工具 20"到达其 所配属的复合滑套时，第二齿形件 22"会在弹性构件 35的弹力作用下自动张开并与该复合滑 套的内筒相接合， 从而实现打开工具 20"与复合滑套的接合。

容易理解地是， 第一关闭工具的第五齿形件与复合滑套的第一 齿形件的接合也是如此。 由此实现"一把钥匙开一把锁"的操作。

图 6a到 6c示意性显示了各齿形件与唯一一个其他齿形� ��接合的原理。各齿形件通过各 自独特的轮廓参数实现与唯一一个相应的齿形 件接合， 这些轮廓参数例如为图 6a中的齿形、 图 6b中的齿距以及图 6c中的齿数中的一个或多个。优选地， 每个齿形件上引导结构 51也可 设置为仅能与唯一一个相应结构 52 相匹配从而实现每个齿形件与唯一一个相应的 齿形件接 合， 如图 5示意性地显示。 容易理解地是， 也可以将齿形件轮廓参数与引导结构结合在一 起 使用。 优选地， 在齿形件中至少有一个齿和 /或齿槽的侧面与其底面的角度为 90°或小于 90°， 即形成矩形齿或钩形齿，使得齿形件能够稳定 接合在一起而不会由于齿形件受力过大而脱开 。

根据本发明的第一方面， 齿形件的轮廓参数和 /或引导结构应当设置成能使该齿形件辨 认出与该齿形件唯一配合的对应的齿形件。 当一个齿形件的轮廓参数和 /或引导结构与另一个 齿形件的轮廓参数和 /或引导结构完全配合时， 其中一个齿形件会在弹力下接合进入另一齿形 件中， 使得两个相应的工具接合在一起以打开或关闭 复合滑套， 从而实现任意定点打开或关 闭复合滑套。

下面根据附图 la到 11来描述使用本发明第一方面的滑套式压裂装� ��进行压裂的过程。 首先， 在套管或油管串的最下端安装压差式打开机构 ， 然后依次安装根据本发明第一方面的 各压裂组件中的复合滑套。 在一个实施例中， 该压差式打开机构可使用如现有技术中所熟知 的压差式滑套或喷砂孔。 然后， 井内加压， 打开最下端的压差式打开机构， 从而建立套管或 油管串与地层之间的连通通道。 接着， 依次下入各个打开工具， 按照从下到上的顺序逐一打 开复合滑套， 进行分段压裂作业。

分段压裂作业结束后， 通过打捞工具 70按照从井口到井底的方向将各个打开工具打� �� 出来， 套管内或油管串内又恢复油、 气通道。 当需要关闭特定的压裂通道时， 下入与该滑套 匹配的第一关闭工具并且根据本发明第一方面 对第一关闭工具的操作的描述关闭该滑套， 从 而关闭该特定的压裂通道。

下面将结合附图 12a到 20对本发明的第二方面做进一步说明。

图 12a显示了根据本发明第二方面的滑套式压裂组 件的复合滑套 110， 其包括固定的外 筒 111和通过剪切销 113连接在外筒 111内壁上的内筒 112。 其中， 在外筒 111上设置有喷 砂孔 114， 在内筒 112的内壁设有第一齿形件 115。 在图 12a所示的实施例中， 第一齿形件 115与内筒 112形成为一个整体。 在一个实施例中， 在外筒 111和内筒 112的配合面上设置 有定位槽 116和定位件 117。 定位槽 116和定位件 117设置成在图 12a所示的初始状态中不 相互接合， 而仅在关闭压裂通道的步骤中彼此接合， 以确保外筒 111和内筒 112能彼此连接， 从而保证压裂通道被关闭。 在一个实施例中， 定位件 117和定位槽 116例如可采取引退式销 钉和钉槽的形式。在另一个实施例中，在外筒 111和内筒 112的配合面上还设置有选位槽 119 和选位件 118。 选位槽 119包括沿复合滑套 110的轴向间隔布置的第一部分 L11和第三部分 L13, 其中第三部分 L13的长度大于第一部分 L11并且第三部分 L13的上游端部与第一部分 L11的上游端部对齐， 第二部分 L12将第一部分 L11和第三部分 L13对齐的端部连接起来而 形成选位槽 119， 如图 12b所示。 在打开和关闭复合滑套时， 选位件 118能沿如图 12b所示 的选位槽 119而运动。

图 13显示了根据本发明第二方面的滑套式压裂组� ��的打开工具 120， 其包括中空的筒 状主体 121、与主体 121形成为一个整体的第三齿形件 123， 以及通过第一弹性机构连接在主 体 121的外壁上的第二齿形件 122。该第一弹性机构能径向向外地推动第二齿 形件 122。在一 个实施例中， 第一弹性机构包括用于推动第二齿形件 122向外运动的弹簧 124和用于限制第 二齿形件 122向外运动的距离的限位螺钉 125。 如图 13所示， 在靠近第二齿形件 122的两个 端部处均布置有弹簧 124和限位螺钉 125。 限位螺钉 125不但用于限制第二齿形件 122的向 外运动距离， 而且还用于使第二齿形件 122始终连接于主体 121。 在另一个可选实施例中， 在第二齿形件 122与主体 121之间还设置有相互啮合的凸起和凹槽结构 126。 优选地是， 当 第二齿形件 122向外运动之后，第二齿形件 122与主体 121之间仍存这种在凸起和凹槽连接， 从而提高第二齿形件 122与主体 121的连接强度。

图 14显示了根据本发明第二方面的滑套式压裂组� ��的驱动工具 130，其包括中心体 131、 设置在中心体 131外壁上的第四齿形件 132， 以及设置在中心体 131和第四齿形件 132之间 的第二弹性机构。 这种第二弹性机构可采用与打开工具 120的第一弹性机构完全的结构， 为 了简单起见这里不再赘述。 与打开工具 120相似地是， 在第四齿形件 132与中心体 131之间 也设置有相互啮合的凸起和凹槽结构， 其功能与打开工具 120的凸起和凹槽结构相同， 为了 简单起见这里也不再赘述。

当滑套式压裂组件处于初始状态时， 复合滑套 110的内筒 112与外筒 111通过剪切销 113连接在一起， 并且选位槽 119与选位件 118接合在选位槽 119的 D11处。 此时内筒 112 完全覆盖了喷砂孔 114， 定位槽 116处于定位件 117的下方而不彼此接合， 如图 12a所示。 当依次下入打开工具 120和驱动工具 130后， 复合滑套 110的内筒 112与打开工具 120通过 第一齿形件 115和第二齿形件 122彼此接合， 并且打开工具 120与驱动工具 130通过第三齿 形件 123和第四齿形件 132彼此接合。 当套管内憋压到预定的压力时， 剪切销 113被剪断， 因此驱动工具 130和打开工具 120—起带动内筒 112向下运动， 露出喷砂孔 114建立起压裂 通道， 同时选位槽 119和选位件 118接合在选位槽 119的 D12处。

图 15a显示了根据本发明第二方面的滑套式压裂组 件的第二关闭工具 140的第一实施例 的示意图。 第二关闭工具 140包括中心拉杆 141、 设置在中心拉杆 141外壁上的第六齿形件 142， 以及设置在中心拉杆 141和第六齿形件 142之间的第五弹性机构。这种第五弹性机构与 打开工具 120的第一弹性机构完全相同， 为了简单起见这里不再赘述。 与打开工具 120相似 地是， 在第六齿形件 142与中心拉杆 141之间也设置有相互啮合的凸起和凹槽结构， 其功能 与打开工具 120的凸起和凹槽结构相同， 为了简单起见这里也不再赘述。 在弹力作用下， 这 种第六齿形件 142能够在井下与相应的复合滑套的内筒 112自动接合， 以便于接下来关闭该 压裂通道。

图 15b显示了根据本发明第二方面的滑套式压裂组 件的第二关闭工具 140'的第二实施 例的示意图。 第二关闭工具 140'包括中心拉杆 14Γ和弹片件形式的第六齿形件 142'， 其中第 六齿形件 142'的仅下端与中心拉杆 14Γ相连， 而上端与中心拉杆 141 '分开一定距离。 在使用 中， 由于第六齿形件 142'的弹性作用， 其能够与复合滑套的内筒 112自动接合， 以便于接下 来关闭该压裂通道。

在关闭压裂通道前， 首先将驱动工具 130从打开工具 120中打捞出来， 或者将打开工具 120和驱动工具 130从复合滑套 110中打捞出来。 下面以图 15b所示的第二关闭工具 140'为 例说明关闭压裂通道的过程， 这种第二关闭工具 140'能插入复合滑套 110的内筒 112中。 首 先将打开工具 120和驱动工具 130从复合滑套 110处打捞出来， 接着将相应的第二关闭工具 140'下入该滑套处，使得第六齿形件 142'与复合滑套的内筒 112上的第一齿形件 115相接合。 之后通过转动第二关闭工具 140'而带动内筒 112转动， 直到选位槽 119与选位件 118接合在 选位槽 119的 D13处， 上提第二关闭工具 140，的中心拉杆 141，， 当选位槽 119与选位件 118 接合在选位槽 119的 D14处时， 定位槽 116和定位件 117接合在一起。 此时， 内筒 112盖住 喷砂孔 114， 才能将复合滑套 110关闭并关闭该压裂通道， 从而防止在取出下文所述的打开 工具或驱动工具时， 打开状态的复合滑套 110被意外关闭。

在一个优选的实施例中，在本发明第二方面中 的所有齿形件的端部处均具有斜面式引导 结构或坡形引导结构， 如图 16中的标记 151示意性地显示。 这种引导结构能促进齿形件 "挤 入"到与之配合的齿形件中和 /或从中 "挤出"， 以便于操作。

在一个实施例中， 驱动工具 130具有不同横截面尺寸的贯穿空心结构。 如图 14所示， 驱动工具 130的贯穿空心结构例如包括两个部分， 即尺寸较大的下游部分 133和尺寸较小的 上游部分 134。 下游部分 133的开口尺寸朝向下游方向逐渐减小， 即整体呈现小端朝向下游 的圆锥形。 通过这种布置， 设置在下游部分 133内的憋压机构无法从下游部分 133内脱出。

在一个实施例中， 憋压机构包括球笼 135和布置在球笼 135内的球体 136。 球笼 135包 括封闭的上游端和敞开的下游端。在球笼 135的周向壁上设置有流体通道 137。如图 14所示， 球笼 135的外径尺寸大于贯穿中空结构的上游部分 134的尺寸， 并且也大于下游部分 133的 开口尺寸。 因此， 球笼 135不会从下游部分 135内脱出。 在一个实施例中， 球笼 135的下游 端开口部分形成与贯穿中空结构的下游部分 133开口的圆锥形结构相匹配的圆锥形结构， 以 确保球笼 135不会从下游部分 133内脱出。 球体 136的直径大于球笼 135的下游端的开口尺 寸， 因此球体 136不会从球笼 135中脱出， 并且在套管内加压时， 球体 136会封住套管而实 现憋压。 优选地， 当球体 136位于球笼 135的上游端和下游端处时， 球体 136不会阻挡球笼 135的周向壁上的流体通道 137。在另一个实施例中， 球笼 135的下游端开口面积小于或等于 球笼 135的周向壁上的流体通道 137的总面积。 根据本发明第二方面的滑套式压裂装置包括多 个根据本发明第二方面的滑套式压裂组 件。 根据本发明第二方面， 可将各个复合滑套定位到套管 173内的所需位置处。 然后将图 13 中所示的打开工具 120连接成打开工具串， 再下入套管 173内， 如图 18所示。 之后， 通过下 入驱动工具 130而与打开工具串中的相应打开工具 120形成接合， 促动该打开工具 120脱离 打开工具串。 随后， 脱离的该打开工具 120沿套管下滑， 与相应的复合滑套的内筒形成接合， 从而打开该复合滑套。

在这种实施例中，打开工具串中的每个打开工 具设计为其第二齿形件和第三齿形件分别 与其它打开工具的第二齿形件和第三齿形件互 不相同， 使得每个打开工具仅能与唯一一个、 即其所配属的那个滑套组件中的复合滑套的内 筒相匹配， 每个打开工具也仅能与唯一一个、 即其所配属的那个滑套组件中的驱动工具相匹 配， 并且每个复合滑套也只能与唯一一个、 即 其所配属的那个滑套组件中的第二关闭工具相 匹配。

在打开工具下入之前， 在第一弹性机构的弹簧和限位螺钉的作用下， 打开工具的第二齿 形件凸出在主体之外。 在打开工具下入过程中， 在第二齿形件与其所配属的滑套组件的第一 齿形件接合之前， 由于受到其他复合滑套的内筒挤压作用而不弹 出。 直到当该打开工具到达 其所配属的滑套组件的第一齿形件时， 打开工具的第二齿形件才会在弹簧作用下从打 开工具 的主体上弹出与滑套组件的第一齿形件接合。 容易理解地是， 驱动工具的第四齿形件与打开 工具的第三齿形件的接合、 第二关闭工具的第六齿形件与复合滑套的第一 齿形件的接合或第 二关闭工具的第六齿形件与打开工具的第三齿 形件的接合也是如此。 由此， 实现了 "一把钥匙 开一把锁"的操作。

图 17a到 17c示意性显示了各齿形件与唯一一个其他齿形 件接合的原理。各齿形件通过 各自独特的轮廓参数实现与唯一一个相应的齿 形件接合， 这些轮廓参数例如为图 17a中的齿 形、 图 17b中的齿距以及图 17c中的齿数中的一个或多个。 优选地， 每个齿形件上引导结构 151也可设置为仅能与唯一一个相应结构 152相匹配从而实现每个齿形件与唯一一个相应 的 齿形件接合， 如图 16示意性地显示。 容易理解地是， 也可以将齿形件轮廓参数与引导结构结 合在一起使用。 优选地， 在齿形件中至少有一个齿和 /或齿槽的侧面与其底面的角度为 90°或 小于 90°， 即形成矩形齿或钩形齿，得齿形件能够稳定接 合在一起而不会由于齿形件受力过大 而脱开。

根据本发明的第二方面， 齿形件的轮廓参数和 /或引导结构应当设置成能使该齿形件辨 认出与该齿形件唯一配合的对应的齿形件。 当一个齿形件的轮廓参数和 /或引导结构与另一个 齿形件的轮廓参数和 /或引导结构完全配合时， 其中一个齿形件会在弹力下接合进入另一齿形 件中， 使得两个相应的工具接合在一起以打开或关闭 复合滑套， 从而实现任意定点打开或关 闭复合滑套。

优选地， 除了第二和第三齿形件之外， 打开工具的其他尺寸完全相同， 使得每个打开工 具上游端部的尺寸恰好与上游打开工具的下游 端部的尺寸相匹配。如图 18所示， 上游打开工 具 171的下游端部恰好能插入下游打开工具 172的上游端部内， 并且在打开工具 171、 172的 插入配合部分处设置了连接机构从而将两个打 开工具连接在一起。 通过这种方式， 可将多个 打开工具连接成打开工具串。 图 19显示了连接机构的放大视图， 其中连接机构包括剪切销钉 183和引退销钉 184。 在多个打开工具连接成打开工具串的状态中， 剪切销钉 183的一部分处于下游打开工具 172 中， 另一部分处于与下游打开工具 172相配合的上游打开工具 171中， 从而将两个打开工具 连接在一起， 并承担剪切载荷。

如图 19所示， 引退销钉 184包括两个已知的子引退销钉 184a和 184b。 在所示的连接 状态中， 第一子引退销钉 184a布置在下游打开工具 172中， 第二子引退销钉 184b布置在上 游打开工具 171中。在弹簧作用下， 第二子引退销钉 184b的钉杆 186从上游打开工具 171的 表面中伸出， 而第一子引退销钉 184a的钉杆 185从下游打开工具 172的配合面中伸出， 并且 邻接于第二子引退销钉 184b的钉杆 186。 因此， 引退销钉 184也承担部分剪切载荷。

在驱动工具 130与下游打开工具 172配合后，驱动工具 130的上游部分会挤压引退销钉

184的第二子引退销钉 184b的钉杆 186的末端， 并将第一子引退销钉 184a的钉杆 185压回 到下游打开工具 172的内部。 这样， 仅有剪切销钉 183会承担剪切载荷。 当套管 173内憋压 超过剪切销钉 183的剪切强度时， 剪切销钉 183被剪断， 进而下游打开工具 172从打开工具 串上脱开， 如图 20所示。 之后， 可进行与上文描述相同的复合滑套的打开、 关闭等步骤， 这 里不再赘述。

下面根据附图 12a到 20来描述使用本发明第二方面的滑套式压裂装� ��进行压裂的过程。 首先， 在套管 173或油管串的最下端安装压差式打开机构（未 示出）， 然后依次安装各压裂组 件中的复合滑套。 在一个实施例中， 该压差式打开机构可使用如现有技术中所熟知 的压差式 滑套或喷砂孔。然后， 根据本发明第二方面描述将各压裂组件的打开 工具连接成打开工具串， 并将其下入到滑套内直到最上一个打开工具到 达预定的位置处。 接着， 井内加压， 打开最下 端的压差式打开机构， 从而建立套管 173或油管串与地层之间的连通通道。 最后， 按照从井 底到井口的顺序投入驱动装置以从井底到井口 逐级打开复合滑套并进行分段压裂作业。

分段压裂作业结束后， 通过打捞工具（未示出）按照从井口到井底的 方向将各个打开工 具和驱动工具或仅驱动工具打捞出来， 套管或油管串内又恢复油、 气通道。 当需要关闭特定 的压裂通道时， 下入与该滑套匹配的第二关闭工具并且根据本 发明第二方面描述的第二关闭 工具的操作关闭该滑套， 从而关闭该特定的压裂通道。

根据本发明第一方面和第二方面的压裂装置不 限于石油水平井的压裂施工，其还适合于 类似地需要定点开关滑套的地层压裂领域中。

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。 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。