CN104329045A - 一种投球双锥角密封球座 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及油田多层压裂技术领域，涉及一种双锥角结构密封球座。该球座中间设置通孔，按照球座自上而下放置，通孔分为倒锥台型坐封口I、倒锥台型坐封口II、以及圆柱型连接孔，坐封口I的锥角α为49-55度，坐封口II的锥角β为9-11度，坐封口I与坐封口II连接处的横截面直径大于密封球的直径1-2mm，连接孔的横截面直径小于密封球的直径2-3mm，密封球进入坐封口II内与坐封口II的内侧面实现面接触。在管柱上方施加70Mpa及更大的力时，密封球所受力相比传统单锥度大锥角球座施加在密封球上的力更小；同时密封球同球座坐封口II形成面接触，防止密封球压裂而滑落或卡死，密封效果更好；同时对密封球的材料要求有所降低，使压裂工作安全可靠，节约成本。
Description
技术领域
本发明涉及油田多层压裂技术领域，具体地说是涉及一种适用于石油田天然气工业直井井下油层压裂、封堵等措施管柱工艺中的双锥角结构密封球座。
背景技术
现今我国油田属于典型的低压、低孔、低渗油气藏，储层的连续性差、非均质性强，直井分层段压裂改造工艺是提高其单井产量的有效途径。目前，在实施压裂技术过程中，利用投球使密封球座进行多层分段压裂是目前压裂技术的主流方向，因此，对密封球座的结构设计研发极为重要。其中直井进行压裂施工时，通过投密封球到密封球座上，封堵下层沟通本层段进行压裂改造；施工完成后，利用钻等工具将密封球和球座钻透，通过负压力返排压裂残液与油气流通过球座从储油层进入施工管柱，进行返排求产。
目前，现场最常用的密封球座为固定式底部球座，下井时，密封球随管柱下入。然而，现有球座存在很多缺点，缺点如下：
一、目前现场使用单锥角的球座与密封球的接触都是棱线接触。当在密封球上方施加一定力，密封球受很大剪切力，容易损坏，进而从球座孔滑落，使压裂的效率降低，压裂稳定性差，达不到密封效果。
二、现有球座坐封后，如果反向压力高于正向压力，球将脱离球座，即失去密封效果。
三、为了防止密封球与球座棱线接触，考虑增大密封球直径，但这样存在一个问题就是油井的压裂级数减少，油气产量不高。
四、密封球与球座棱线接触使得该工艺对密封球材料抗剪应力的要求高，对密封球材料的要求高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种锥角密封球座中存在的密封球受剪切力易损坏，压裂级数少，压裂效果差以及对密封球的材料要求高等问题，本发明提供了一种投球双锥角密封球座，本发明的双锥角坐封球座很好的解决了以上存在的问题。
本发明是这样实现的，一种投球双锥角密封球座，该球座中间设置通孔，按照球座自上而下放置，所述通孔分为倒锥台型坐封口I、倒锥台型坐封口II、以及与标准级别相通直径的圆柱型连接孔，所述坐封口I的锥角为49-55度，所述坐封口II的锥角为9-11度，坐封口I与坐封口II连接处的横截面直径大于密封球的直径1-2mm，连接孔的横截面直径小于密封球的直径2-3mm，密封球进入坐封口II内与坐封口II的内侧面实现面接触。
进一步地，所述坐封口I的锥角为50度，所述坐封口II的锥角为10度。
本发明与现有技术相比，有益效果在于：工作时，密封球随管柱下入井中，将球投到球座中，随后在井上施加70Mpa的压力，密封球在压力推动下，其一部分顶入坐封口II中，与坐封口II的锥面接触，能达到更好的坐封效果。
此密封球座设置两个坐封口，坐封口I，坐封口II的结构设计使得投球避过坐封口I底部的棱线，直接顶入坐封口II中，使密封球与坐封口II之间形成面与面接触。在密封球上方施加70mpa或者更大力时，由于密封球的变形，使得密封球上形成一圈压缩变形面，并与坐封口锥面紧密贴合。其优点在于密封球与坐封口II面与面的接触使密封效果更好，密封更可靠；避免了密封球边缘因受到较大的剪切力而出现脱落或球体卡死在球座内的现象；同时对投球的材料要求降低，节省采油成本，提高工作效率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的设备结构以及受力示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1所示，一种投球双锥角密封球座，该球座1中间设置通孔13，按照球座自上而下放置，通孔分为倒锥台型坐封口I 11、倒锥台型坐封口II 12、以及与标准级别相通直径的圆柱型连接孔13，坐封口I11的锥角α为49度，坐封口II的锥角β为9度，坐封口I与坐封口II连接处3的横截面直径大于密封球的直径1mm，连接孔的横截面直径小于密封球的直径2mm，密封球进入坐封口II12内与坐封口II 12的内侧面实现面接触。
实施例2
与实施例1的不同之处在于，该球座1中间设置通孔13，按照球座自上而下放置，通孔分为倒锥台型坐封口I11、倒锥台型坐封口II12、以及与标准级别相通直径的圆柱型连接孔13，坐封口I11的锥角α为50度，坐封口II的锥角β为10度，坐封口I与坐封口II连接处的横截面直径大于密封球的直径2mm，连接孔的横截面直径小于密封球的直径3mm，密封球进入坐封口II12内与坐封口II12的内侧面实现面接触。
实施例3
与实施例1的不同之处在于，该球座1中间设置通孔13，按照球座自上而下放置，通孔分为倒锥台型坐封口I11、倒锥台型坐封口II12、以及与标准级别相通直径的圆柱型连接孔13，坐封口I11的锥角α为55度，坐封口II的锥角β为11度，坐封口I与坐封口II连接处的横截面直径大于密封球的直径1mm，连接孔的横截面直径小于密封球的直径3mm，密封球进入坐封口II12内与坐封口II12的内侧面实现面接触。
实施例4
与实施例1的不同之处在于，该球座1中间设置通孔13，按照球座自上而下放置，通孔分为倒锥台型坐封口I11、倒锥台型坐封口II12、以及与标准级别相通直径的圆柱型连接孔13，坐封口I11的锥角α为52度，坐封口II的锥角β为10度，坐封口I与坐封口II连接处的横截面直径大于密封球的直径2mm，连接孔的横截面直径小于密封球的直径2.5mm，密封球进入坐封口II12内与坐封口II12的内侧面实现面接触。
将实施例1-4的样品进行力学以及实际的测试使用，本发明坐封球座预先内置于油井管柱各采油层上，在注水井的分层注水和油、水井的压裂、挤堵调剂等措施管住下井时，先不携带密封球下井，保证油管柱内腔畅通。在完成正、反洗井后，将密封球投入到该发明密封球座中，在油管柱内加压到70Mpa或者更高压强，将密封球压入坐封口II中，使密封球与坐封口I无接触，密封球II与坐封球座的坐封口II的锥面紧密贴合，起到良好的密封作用，达到封堵的目的。
密封球2坐封口II之间形成一圈压缩带，这种接触相比传统密封球与坐封口底部棱线的线接触要更可靠，密封效果更好。同时当坐封口II的锥度角选择比本发明保护的范围小时，则根据球座整体高度，坐封口II锥面过长，密封球容易顺着锥面滑落；反之，所选锥度角偏大，则密封球与坐封口的接触依然会是线面接触，使密封球受到剪切力，密封球容易损坏而发生卡死或者脱落现象，所以选择10度的锥度角比较合适。尤其是坐封口I锥角为50度，坐封口II的锥角为10度，采用了大锥度的锥面起到意料不到的技术效果。
对本发明双锥角坐封球座坐封受力分析：如图1，密封球2坐封过程，受到向下最高压力p，密封球2与坐封口II锥面之间会产正压力N和摩擦力f，还受到油反排施加到密封球2上的正压力p，达到受力平衡，密封球2坐封到球座1内。压裂结束后，石油反排时，有两种工作情况：一种是反排时，向下正压力p撤除，密封球2受反排正压力p，会移出坐封口II；第二种情况：如果反排压力不足以把密封球顶出球座，可以通过向油井下入钻削工具，将球座和密封球钻掉，实现石油反排到地面。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种投球双锥角密封球座，其特征在于，该球座中间设置通孔，按照球座自上而下放置，所述通孔分为倒锥台型坐封口I、倒锥台型坐封口II、以及与标准级别相通直径的圆柱型连接孔，所述坐封口I的锥角为49-55度，所述坐封口II的锥角为9-11度，坐封口I与坐封口II连接处的横截面直径大于密封球的直径1-2mm，连接孔的横截面直径小于密封球的直径2-3mm，密封球进入坐封口II内与坐封口II的内侧面实现面接触。
2.如权利要求1所述的投球双锥角密封球座，其特征在于，所述坐封口I的锥角为50度，所述坐封口II的锥角为10度。
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