CN104653153B - 一种分瓣式变径球座 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种分瓣式变径球座，包括投送工具芯、投送工具锥筒、球座上片，球座下片、座子；投送工具锥筒通过剪切销钉一与投送工具芯杆连接，座子通过剪切销钉二与投送工具芯杆连接；球座上片和球座下片且周向交替均匀分布，球座上片通过剪切销钉三均匀安装在投放工具锥筒的上端，且球座上片下端插入到均匀分布的球座下片之间的缝隙中；投送工具锥筒上端的内侧面设有第一弹簧锁定机构，投送工具芯杆中部设有卡槽，球座上片延伸部的下端的外表面设有固定槽，本发明具备一次连续分压一口井的能力，能实现油、气田直井、水平井无限段、段间无限簇改造，压前井筒保持较大全通径，光套管压裂，施工排量大，改造效果好，单井产量高的分瓣式变径球座。

Description

一种分瓣式变径球座
技术领域
本发明属于油、气田压裂改造技术领域，具体涉及一种分瓣式变径球座。
背景技术
目前，国内油气田多层多段的压裂方式主要有不动管柱水力喷砂，裸眼封隔器，拖动管柱的连续油管底封、填砂压裂以及水力泵送可钻桥塞等工艺。
不动管柱水力喷砂，裸眼封隔器多采用滑套类工具，滑套间级差式设计导致管径缩小，压裂排量受限，压完滑套、球座留在井下，最终井筒内通径较小。
连续油管拖动则受到井区道路、底封封隔器工具性能及操作水平的限制，施工效率有限，且费用较高。
水力泵送可钻式桥塞具有压前井筒全通径、压裂段数不受限，可光套管压裂等优点，缺点是采用连续油管钻塞耗时长，风险大（有损伤套管的可能），成本高。
目前国内油气井多层多段压裂改造工具中存在气井多层多段压裂改造，改造段数受限制，不具备一次连续分压一口井的能力，不能实现油、气田直井、水平井无限段、段间无限簇改造，压前井筒保持较大全通径的问题，同时光套管压裂，施工排量小，改造效果查，单井产量底。且压后球座主体，球座散落，压后钻塞造成堵塞的风险，作业成本高，施工效率底。不能最大程度的发挥油气井产能，保持井筒完整性，为后期生产及井下作业提供了较大作业空间。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种可完成油、气井多层多段压裂改造，改造段数不受限制，具备一次连续分压一口井的能力，能实现油、气田直井、水平井无限段、段间无限簇改造，压前井筒保持较大全通径，光套管压裂，施工排量大，改造效果好，单井产量高的分瓣式变径球座。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，一种分瓣式变径球座，包括投送工具芯、投送工具锥筒、球座上片，球座下片、座子；
所述的投送工具锥筒套设在投送工具芯杆上端，并通过剪切销钉一与投送工具芯杆连接，所述的座子套设在投送工具芯杆下端，并通过剪切销钉二与投送工具芯杆连接；
所述的球座上片和球座下片是数量相等的多个，且周向交替均匀分布，所述的多个球座下片均匀安装在投送工具锥筒的下端，所述的多个球座上片分别通过剪切销钉三均匀安装在投放工具锥筒的上端，且球座上片下端插入到均匀分布的球座下片之间的缝隙中；
所述的投送工具锥筒上端的内侧面设有第一弹簧锁定机构，所述的投送工具芯杆中部设有卡槽，且卡槽与第一弹簧锁定机构位于同一条垂线上，所述的每个球座上片设有延伸部，该延伸部的下端的外表面设有固定槽，所述座子上端的内表面的周向上设有多个与固定槽位于同一条垂线上的第二弹簧锁定机构，所述的固定槽与第二弹簧锁定机构的距离小于卡槽与第一弹簧锁定机构的距离。
所述的第一弹簧锁定机构和第二簧锁定机构都是由弹簧和卡销组成，所述的投送工具锥筒上端的内侧面和座子上端的内表面上分别设有凹槽，所述的弹簧一端与凹槽的底部固定连接，所述弹簧的另一端的卡销连接。
所述的球座下片的下端设有尾翼，所述的座子的顶部设有位移插槽，所述的第二弹簧锁定机构位于位移插槽下方。
所述投放工具锥筒安装球座上片处设有支撑斜面。
所述的球座上片和球座下片分别是两个，且由同一锥筒切割而成。
所述的第一弹簧锁定机构是两个，分别对称设在投送工具锥筒上端的内侧面上，所述的卡槽也是两个，分别对称设在投送工具芯杆中部，且每个第一弹簧锁定机构与卡槽位于同一条垂线上。
所述的球座球座上片、球座下片采用可溶材料制成聚乳酸PLA制成。
本发明采用上述技术方案，具有以下优点：分瓣式变径球座，能满足油、气井多层多段压裂改造的需求。
一、全井段预置同一固定座、压裂时投送相同的可溶套管球座，无极差设计，改造段数不受限，能实现油、气田直井、水平井无限段、段间无限簇改造。
二、压前预置固定座随固井管柱下入预置位置，内径与套管内径相当，井筒保持较大全通径。
三、光井筒压裂，施工排量大，改造效果好，单井产量高。
四、压后分瓣式变径球座主体部件球座上片、球座下片随时间推移逐步溶解，失去支撑后球座则自行散落，避免了钻磨球座的风险，降低了成本，提高了施工效率。
五、溶解后井筒内可以形成较大全通径，最大程度的发挥了油气井
产能，同时较好的井筒完整性，为后期生产及井下作业提供了较大作业空间。
附图说明
图1为本发明井下预置工作筒结构剖面示意图；
图2为本发明分瓣式变径球座结构剖面示意图；
图3为本发明分瓣式变径球座丢手后球座结构剖面示意图。
图中：1.目的层预制固定座；2.投放工具芯杆；3.投放工具锥筒；4.第一弹簧锁定机构；5.球座上片；6.剪切销钉三；7.剪切销钉一；8.座子；9.第二弹簧锁定机构；10.剪切销钉二；11.球座下片；12.支撑斜面；13.卡槽；14.固定槽；15.尾翼；16尾翼插槽。
具体实施方式
下面根据实施例进一步对一种分瓣式变径球座进行详细的说明。
实施例1
如图2所示的一种分瓣式变径球座，包括投送工具芯杆2、投送工具锥筒3、球座上片5，球座下片11、座子8；
所述的投送工具锥筒3套设在投送工具芯杆2上端，并通过剪切销钉一7与投送工具芯杆2连接，所述的座子8套设在投送工具芯杆2下端，并通过剪切销钉二10与投送工具芯杆2连接；
所述的球座上片5和球座下片11是数量相等的多个，且周向交替均匀分布，所述的多个球座下片11均匀安装在投送工具锥筒3的下端，所述的多个球座上片5分别通过剪切销钉三6均匀安装在投放工具锥筒3的上端，且球座上片5下端插入到均匀分布的球座下片11之间的缝隙中；
所述的投送工具锥筒3上端的内侧面设有第一弹簧锁定机构4，所述的投送工具芯杆2中部设有卡槽13，且卡槽13与第一弹簧锁定机构4位于同一条垂线上，所述的每个球座上片5设有延伸部17，该延伸部17的下端的外表面设有固定槽14，所述座子8上端的内表面的周向上设有多个与固定槽14位于同一条垂线上的第二弹簧锁定机构9，所述的固定槽14与第二弹簧锁定机构9的距离小于卡槽13与第一弹簧锁定机构4的距离。
在工作中，下放分瓣式变径球座至图1所示的目的层预置固定座1前，点火启动坐封工具，下推投送工具锥筒3，剪切销钉一7剪断，投送工具锥筒3下移，推动球座上片5，球座下片11相对上移，剪切销钉三6依次剪断，球座上片5下端固定槽14如图3所示移至座子8中，至第二弹簧锁定机构9落入固定槽14内，球座上片5被锁住，球座上片5、球座下片11、座子8形成球座。投送工具锥筒3继续下行，推动球座下行，销钉10剪断，球座继续下行，投送工具锥筒3上第二弹簧锁定机构4落入投送工具芯杆2上的卡槽13内，此时投送工具芯杆2和投送工具锥筒3连接成一体，上提电缆工具管串，投送工具随电缆脱出球座，球座留井内，压裂，球座失去支撑滑落。
可以看出，分瓣式变径球座，能满足油、气井多层多段压裂改造的需求；全井段预置同一固定座、压裂时投送相同的可溶套管球座，无极差设计，改造段数不受限，能实现油、气田直井、水平井无限段、段间无限簇改造；压前预置固定座随固井管柱下入预置位置，内径与套管内径相当，井筒保持较大全通径；光井筒压裂，施工排量大，改造效果好，单井产量高；压后分瓣式变径球座主体部件球座上片、球座下片随时间推移逐步溶解，失去支撑后球座则自行散落，避免了钻磨球座的风险，降低了成本，提高了施工效率。
实施例2
在实施例1的基础上，分瓣式变径球座，主要由投送工具芯杆2、投送工具锥筒3、球座上片5、球座下片11、座子8组成，投送工具锥筒3、座子8装于投送工具芯杆2上，依次通过剪切销钉一7、剪切销钉二10连接。球座上片5与球座下片11周向交替对称分布，球座下片11装于投送工具锥筒3下端，球座上片5压于球座下片11上，通过销钉6连接在投送工具锥筒3上端。投送工具锥筒3最大外径112mm、内径38mm。
投送工具芯杆2外径80mm，上端内螺纹用于连接上部管串(一级点火头)，中部有一卡槽13，卡槽13也是两个，分别对称设在投送工具芯杆2中部，卡槽13的槽宽8mm。
投送工具锥筒3上端有第一弹簧锁定机构4，周向对称分布两个，分别对称设在投送工具锥筒3上端的内侧面上，且每个第一弹簧锁定机构4与卡槽13位于同一条垂线上。该第一锁定机构4由由弹簧和卡销，投送工具锥筒3内表面上设有凹槽，所述的弹簧一端与凹槽的底部固定连接，所述弹簧的另一端的卡销连接，安装球座上片5处位置有支撑斜面12，支撑斜面12与锥筒方向有夹角。
球座上片5、球座下片11分别是两个，且从同一锥筒切出，相互之间单向配有限位槽；球座上片5下端有延长部，该延长部上设有固定槽14，槽长14mm，深3mm；球座下片11下端有尾翼15。球座上片5、球座下片11周向对称两个交替安装投送工具锥筒3上。
座子8外径112mm、内径38mm。座子8顶部设有尾翼插槽16；下端球座上片进入方向有第二弹簧锁定机构9，周向对称分布两个，该第二弹簧锁定机构9由弹簧和卡销组成，所述弹簧的一端固定在座子8内侧面设有的凹槽的底部，弹簧的另一端与卡销连接。第二弹簧锁定机构9位于位移插槽（16）下方。
目的层预制固定座1外径156mm，两端51/2" 套管长圆扣，最小内径118mm，斜面夹角5°。
球座下入: 投送工具锥筒3、座子8装于投送工具芯杆2上，依次通过剪切销钉一7、剪切销钉二10连接。球座上片5与球座下片11周向交替对称分布，球座下片11装于投送工具锥筒3上，球座上片5压于球座下片11左右两侧斜面上，通过剪切销钉三6与投送工具锥筒3连接。工具最大外径为投送工具锥筒3最大外径112mm、内径38mm。
球座形成：下放分瓣式变径球座至目的层预置固定座1前端，点火装置启动，推动分瓣式变径球座投送工具锥筒3，剪切销钉一7剪断，投送工具锥筒3下移，推动球座上片5，下片11相对上移，剪切销钉三6剪断，球座上片5、球座下片11沿限位槽移动，球座上片5下端固定槽14移至座子8中，至第二弹簧锁定机构9，如图3所示第二弹簧锁定机构9的弹簧顶出卡销落入到固定槽14内，球座上片5被锁住，球座上片5、下片11、座子8形成球座。
丢手球座：投送工具锥筒3继续下行，推动球座下行，剪切销钉三10剪断，球座继续下行，投送工具锥筒3至第一弹簧锁定机构4，第一弹簧锁定机构4的弹簧顶出卡销落入到投送工具芯杆2上的固定槽13内，此时投送工具芯杆2和投送工具锥筒3连接成一体，上提电缆工具管串，投送工具随电缆工具串脱出球座，球座留井内。
分瓣式变径球座，能满足油、气井多层多段压裂改造的需求；全井段预置同一固定座、压裂时投送相同的可溶套管球座，无极差设计，改造段数不受限，能实现油、气田直井、水平井无限段、段间无限簇改造；压前预置固定座随固井管柱下入预置位置，内径与套管内径相当，井筒保持较大全通径；光井筒压裂，施工排量大，改造效果好，单井产量高；压后分瓣式变径球座主体部件球座上片、球座下片随时间推移逐步溶解，失去支撑后球座则自行散落，避免了钻磨球座的风险，降低了成本，提高了施工效率。
实施例3
在实施例2的基础上。为了球座上边5与投送工具锥筒3在连接的时候不会损坏投送工具锥筒3的外部结构，因此在所述投放工具锥筒3安装球座上片5处设有支撑斜面12，用于支撑球座上片5.
实施例4
在上述实施例1-3中，所述的球座球座上片5、球座下片11采用可溶材料制成聚乳酸PLA制成，在工作的过程中，下放分瓣式变径球座至图1所示的目的层预置固定座1前，点火启动坐封工具，下推投送工具锥筒3，剪切销钉一7剪断，投送工具锥筒3下移，推动球座上片5，球座下片11相对上移，剪切销钉三6依次剪断，球座上片5下端固定槽14如图3所示移至座子8中，至第二弹簧锁定机构9落入固定槽14内，球座上片5被锁住，球座上片5、球座下片11、座子8形成球座。投送工具锥筒3继续下行，推动球座下行，销钉10剪断，球座继续下行，投送工具锥筒3上第二弹簧锁定机构4落入投送工具芯杆2上的卡槽13内，此时投送工具芯杆2和投送工具锥筒3连接成一体，上提电缆工具管串，投送工具随电缆脱出球座，球座留井内，压裂，球座承受压裂压力，压后球座上片、球座下片在70℃以下的水中，5小时内保证承压70MPa及压裂需求，15天内完全溶解，球座失去支撑滑落。
可以看出，分瓣式变径球座，能满足油、气井多层多段压裂改造的需求。
一、全井段预置同一固定座、压裂时投送相同的可溶套管球座，无极差设计，改造段数不受限，能实现油、气田直井、水平井无限段、段间无限簇改造。
二、压前预置固定座随固井管柱下入预置位置，内径与套管内径相当，井筒保持较大全通径。
三、光井筒压裂，施工排量大，改造效果好，单井产量高。
四、压后分瓣式变径球座主体部件球座上片、球座下片随时间推移逐步溶解，失去支撑后球座则自行散落，避免了钻磨球座的风险，降低了成本，提高了施工效率。
五、溶解后井筒内可以形成较大全通径，最大程度的发挥了油气井
产能，同时较好的井筒完整性，为后期生产及井下作业提供了较大作业空间。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种分瓣式变径球座，其特征在于，包括投送工具芯杆（2）、投送工具锥筒（3）、球座上片（5），球座下片（11）、座子（8）；
所述的投送工具锥筒（3）套设在投送工具芯杆（2）上端，并通过剪切销钉一（7）与投送工具芯杆（2）连接，所述的座子（8）套设在投送工具芯杆（2）下端，并通过剪切销钉二（10）与投送工具芯杆（2）连接；
所述的球座上片（5）和球座下片（11）是数量相等的多个，且周向交替均匀分布，所述的多个球座下片（11）均匀安装在投送工具锥筒（3）的下端，所述的多个球座上片（5）分别通过剪切销钉三（6）均匀安装在投放工具锥筒（3）的上端，且球座上片（5）下端插入到均匀分布的球座下片（11）之间的缝隙中；
所述的投送工具锥筒（3）上端的内侧面设有第一弹簧锁定机构（4），所述的投送工具芯杆（2）中部设有卡槽（13），且卡槽（13）与第一弹簧锁定机构（4）位于同一条垂线上，每一个所述的球座上片（5）设有延伸部（17），该延伸部（17）的下端的外表面设有固定槽（14），所述座子（8）上端的内表面的周向上设有多个与固定槽（14）位于同一条垂线上的第二弹簧锁定机构（9），所述的固定槽（14）与第二弹簧锁定机构（9）的距离小于卡槽（13）与第一弹簧锁定机构（4）的距离。
2.根据权利要求1所述的一种分瓣式变径球座,其特征在于，所述的第一弹簧锁定机构（4）和第二簧锁定机构（9）都是由弹簧和卡销组成，所述的投送工具锥筒（3）上端的内侧面和座子（8）上端的内表面上分别设有凹槽，所述的弹簧一端与凹槽的底部固定连接，所述弹簧的另一端的卡销连接。
3.根据权利要求1所述的一种分瓣式变径球座,其特征在于，所述的球座下片（11）的下端设有尾翼（15），所述的座子（8）的顶部设有位移插槽（16），所述的第二弹簧锁定机构（9）位于位移插槽（16）下方。
4.根据权利要求1所述的一种分瓣式变径球座,其特征在于，所述投放工具锥筒（3）安装球座上片（5）处设有支撑斜面（12）。
5.根据权利要求1所述的一种分瓣式变径球座,其特征在于，所述的球座上片（5）和球座下片（11）分别是两个，且由同一锥筒切割而成。
6.根据权利要求1所述的一种分瓣式变径球座,其特征在于，所述的第一弹簧锁定机构（4）是两个，分别对称设在投送工具锥筒（3）上端的内侧面上，所述的卡槽（13）也是两个，分别对称设在投送工具芯杆（2）中部，且每个第一弹簧锁定机构（4）与卡槽（13）位于同一条垂线上。
7.根据权利要求1所述的一种分瓣式变径球座,其特征在于，所述的球座上片（5）和球座下片（11）采用可溶材料制成。
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