CN105545237A - 一种易钻防转锚定结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及石油行业采油采气设备领域，具体是用于压力桥塞的一种易钻防转锚定结构，包括卡瓦、卡环、锥体背圈，所述卡瓦有8片，且沿套管内周向均匀分布，所述锥体背圈的周向上均匀设有与前述8片卡瓦相适应的8个燕尾槽，前述8片卡瓦由沿套管内周向平行设置的2个卡环束紧装配。本发明的有益效果在于：对复合桥塞锚定结构中的卡瓦结构和锥体背圈进行了优化，提高对桥塞坐封射孔压裂完成后的易钻铣性，钻铣时防旋转性，以及卡瓦的锚定承压能力。
Description
技术领域
本发明涉及石油行业采油采气设备领域，具体是用于压力桥塞的一种易钻防转锚定结构。
背景技术
当前，随着油气田的开发和不可再生能源的不断耗竭，非常规油气将成为未来石油天然气能源的重要接替者。我国页岩气资源储量丰富，但是由于页岩气储层具有低孔率、特低渗透的特征，需要通过多级多层段压裂技术进行储层改造，才能有效提高单井产量。目前国内外常用的多级压裂技术主要有裸眼封隔器分段压裂技术、不动管柱水力喷射分段压裂技术、连续管喷砂射孔环空加砂压裂技术和可钻式复合桥塞分段压裂技术等。
在页岩气井测试过程中，需要进行多层测试，分层进行增产措施，生产井进行多层完井和暂时封层等都需要使用桥塞等分层工具。目前采用的可钻金属桥塞普遍存在易卡钻、钻铣困难等缺点。而复合材料制成的桥塞在不降低可钻部件的抗拉强度和抗压强度的基础上，提高了可钻性和耐腐性，并且复合桥塞更容易钻铣，钻磨出的碎屑轻质，较易冲出井筒，可防止卡钻，特别适用于斜井、水平井的分层压裂、酸化以及封堵水等作业。近年来，利用非金属复合材料制造易钻桥塞的技术在国外发展迅速，主要围绕优先选择易钻铣材料替代金属材料，使桥塞更容易钻铣。
因此在采用复合桥塞套管完井水平井分段压裂技术开发的同时，并随着非常规油气开采的深度增加，对复合桥塞的结构要求相对提高，特别是在其卡瓦部件才用铸铁材料的情况下，对卡瓦结构的易钻铣性、锚定性能和实际应用效果要求也提高了。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种易钻防转锚定结构，提高桥塞的易钻铣性，钻铣时防旋转性，以及卡瓦的锚定性能。
为实现上述技术目的，本发明提供的方案是：一种易钻防转锚定结构，包括卡瓦、卡环、锥体背圈，所述卡瓦有8片，且沿套管内周向均匀分布，所述锥体背圈的周向上均匀设有与前述8片卡瓦相适应的8个燕尾槽，前述8片卡瓦由沿套管内周向平行设置的2个卡环束紧装配。
而且，所述卡瓦包括前、后、左、右、上、下这六个端面，上端面为设有5个锯齿的锯齿面，5个锯齿的齿尖方向均朝向前端面，第一齿、第三齿、第五齿为底齿，第二齿、第四齿为高齿，高低齿相间距离为0.25mm，齿尖左右两边曲面分别与水平面呈70°和20°，齿面宽度从前端面向后端面的方向逐渐增大，偏移角度在8°~10°之间，锯齿面上有两处卡环槽，分别位于第一齿与第二齿之间和第三齿与第四齿之间；下端面与上端面呈15°~25°夹角，下端面与前端面的交接处设有半径为30~35mm的圆弧面；左端面与右端面对称，均包括与上端面连接的第一斜面和与下端面连接的第二斜面，第一斜面与垂直方向呈5°夹角，第二斜面与下端面呈60°~70°夹角；第二斜面设有靠近前端面的直通孔，该直通孔分别与前端面和圆弧面的距离为6~6.5mm和7.5~8mm；前端面与后端面呈5°夹角；两条相互呈6°~10°夹角的锯缝由下端面经过圆弧面延伸至前端面，锯缝的宽度为0.6~1.2mm，深度为10~11mm。
而且，所述卡瓦采用灰铸铁制造。
而且，所述锥体背圈为中空的圆柱体状；所述锥体背圈的锥体部分的锥体外圆和锥体内圆均设有与开口端面呈60°的倒角，锥体外圆上均匀布置与卡瓦相适应的燕尾槽，每个燕尾槽的底面与锥体背圈的中心轴线呈15°~25°夹角，锥体外圆还均匀设置4处径向贯穿至内圆的销钉螺纹孔，该销钉螺纹孔与开口端面的定位尺寸为25~26mm；所述锥体背圈的背圈部分的内腔为一个锥面结构，该锥面与锥体内圆之间是宽为3~3.5mm的台阶面，台阶面与锥体部分的开口端面相距36~36.5mm，锥面与台阶面的夹角为120°，背圈部分均布有由背圈外圆经锥面、台阶面延伸到锥体内圆的8~12处切缝，切缝垂直于锥体的开口端面，切缝深度为19.5~20mm，宽度为0.5~0.8mm；所述锥体背圈的锥体部分与背圈部分之间设有底面宽度为2~2.5mm、深度为8~10mm的环状槽，环状槽的锥体端侧面与锥体背圈的中心轴线垂直且距锥体部分的开口端面为33~34mm，环状槽的背圈端侧面与锥体端侧面呈10°夹角。
而且，所述锥体背圈采用玻璃纤维复合材料或者碳纤维复合材料制造。
而且，所述卡环为环状结构。
而且，所述卡环采用碳纤维混合玻璃纤维制造。
本发明的有益效果在于：对复合桥塞锚定结构中的卡瓦结构和锥体背圈进行了优化，提高对桥塞坐封射孔压裂完成后的易钻铣性，钻铣时防旋转性，以及卡瓦的锚定承压能力。
附图说明
图1是本发明第一状态示意图。
图2是本发明第二状态示意图。
图3是为卡瓦的结构示意图。
图4是图3的仰视图。
图5是锥体背圈的结构示意图。
图6是图5的左侧立体图。
图7是图5的右侧立体图。
图8是使用本发明锚定结构的桥塞举例。
其中，1、压裂树脂球，2、中心管，3、剪切销钉，4、卡瓦止环，5、铜剪切销钉，6、卡环，7、卡瓦，8、锥体背圈，9、端胶套，10、承留环，11、O型密封圈，12、中间胶套，13、引鞋，14、引鞋插杆。15、上端面，15.1、第一齿，15.2、第二齿，15.3、第三齿，15.4、第四齿，15.5、第五齿，15.6、卡环槽，16、前端面，17、左端面，17.1、第一斜面，17.2、第二斜面，17.3、直通孔，18、下端面，18.1、圆弧面，18.2、锯缝，19、后端面，20、锥体部分，20.1、开口端面，20.2、倒角，20.3、燕尾槽，20.4、销钉螺纹孔，21、背圈部分，21.1、锥面，21.2、台阶面，21.3、切缝，22、环状槽，30、套管。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
本实施例提供一种易钻防转锚定结构，如图1和图2所示，包括卡瓦7、卡环6、锥体背圈8，所述卡瓦有8片，且沿套管30内周向均匀分布，所述锥体背圈8的周向上均匀设有与前述8片卡瓦7相适应的8个燕尾槽20.3，前述8片卡瓦7由沿套管30内周向平行设置的2个卡环6束紧装配。
进一步的，如图3和图4所示，所述卡瓦7包括前、后、左、右、上、下这六个端面，上端面15为设有5个锯齿的锯齿面，5个锯齿的齿尖方向均朝向前端面16，第一齿15.1、第三齿15.3、第五齿15.5为底齿，第二齿15.2、第四齿15.4为高齿，高低齿相间距离为0.25mm，齿尖左右两边曲面分别与水平面呈70°和20°，齿面宽度从前端面16向后端面19的方向逐渐增大，偏移角度在8°~10°之间，锯齿面上有两处卡环槽15.6，分别位于第一齿15.1与第二齿15.2之间和第三齿15.3与第四齿15.4之间；下端面18与上端面15呈15°~25°夹角，下端面18与前端面16的交接处设有半径为30~35mm的圆弧面18.1；左端面17与右端面对称，均包括与上端面15连接的第一斜面17.1和与下端面连接的第二斜面17.2，第一斜面17.1与垂直方向呈5°夹角，第二斜面17.2与下端面18呈60°~70°夹角；第二斜面17.2设有靠近前端面16的直通孔17.3，该直通孔17.3分别与前端面16和圆弧面18.1的距离为6~6.5mm和7.5~8mm；前端面16与后端面19呈5°夹角；两条相互呈6°~10°夹角的锯缝18.2由下端面18经过圆弧面18.1延伸至前端面16，锯缝18.2的宽度为0.6~1.2mm，深度为10~11mm。
进一步的，所述卡瓦7采用灰铸铁制造。
进一步的，如图5~图7所示，所述锥体背圈8为中空的圆柱体状；所述锥体背圈8的锥体部分20的锥体外圆和锥体内圆均设有与开口端面20.1呈60°的倒角20.2，锥体外圆上均匀布置与卡瓦7相适应的燕尾槽20.3，每个燕尾槽的底面与锥体背圈8的中心轴线呈15°~25°夹角，燕尾槽内两侧面与地面均呈60°~70°夹角，此结构可使其与之镶嵌配合的卡瓦防转以及坐封过程中卡瓦有效的滑行。锥体外圆还均匀设置4处径向贯穿至内圆的销钉螺纹孔20.4，该销钉螺纹孔20.4与开口端面20.1的定位尺寸为25~26mm，销钉螺纹结构可有效防止桥塞提前坐封。所述锥体背圈8的背圈部分21的内腔为一个锥面结构，该锥面21.1与锥体内圆之间是宽为3~3.5mm的台阶面21.2，台阶面21.2与锥体部分20的开口端面20.1相距36~36.5mm，锥面21.1与台阶面21.2的夹角为120°，此结构可在桥塞坐封时便于背圈撑开。背圈部分21均布有由背圈外圆经锥面21.1、台阶面21.2延伸到锥体内圆的8~12处切缝21.3，切缝21.3垂直于锥体的开口端面20.1，切缝21.3深度为19.5~20mm，宽度为0.5~0.8mm，此结构可方便钻铣及辅助密封。所述锥体背圈8的锥体部分20与背圈部分21之间设有底面宽度为2~2.5mm、深度为8~10mm的环状槽22，环状槽22的锥体端侧面与锥体背圈8的中心轴线垂直且距锥体部分的开口端面20.1为33~34mm，环状槽22的背圈端侧面与锥体端侧面呈10°夹角。
进一步的，所述锥体背圈8采用玻璃纤维复合材料或者碳纤维复合材料制造。
进一步的，所述卡环6为环状结构，可采用碳纤维混合玻璃纤维制造。
如图8所示，易钻防转压裂桥塞包括压裂树脂球1、中心管2、剪切销钉3、卡瓦止环4、铜剪切销钉5、卡环6、卡瓦7、锥体背圈8、端胶套9、承留环10、O型密封圈11、中间胶套12、引鞋13、引鞋插杆14。除胶套采用橡胶材料，卡瓦采用铸铁材料外，其余部件材料都采用强树脂复合材料。
压裂树脂球1置于中心管2内孔截面为圆锥面端，呈密封状态，并用引鞋插杆14插入中心管2上的孔中同时采用粘胶防止脱落，使压裂树脂球1置于其中间防转其脱出中心内孔。卡瓦7每组8片与锥体背圈8中的燕尾槽20.3对应镶嵌，而且每组采用两个卡环6镶嵌如卡瓦7外表面的卡环槽15.6中，使得卡瓦7、卡环6、锥体背圈8三者固定。胶套之下而上安装于中心管2上，且中间胶套12内设有承留环10，承留环10内圈槽中置有O型密封圈11。引鞋13采用螺纹连接于中心管2上并安装固定引鞋插杆14于引鞋13中且采用粘胶防止脱落。
易钻防转压裂桥塞可以采用液压坐封工具或电缆坐封工具实现坐封和丢手，坐封工具和桥塞采用销钉连接，坐封工具的活塞将火药（电缆坐封工具）或者液压（液压坐封工具）力转换成轴向推力，坐封工具产生的推力坐用于相配套的坐封套以及丢手接头，推动桥塞上的卡瓦止环向下运动，挤压桥塞的上卡瓦。与此同时，由于反作用力使得坐封套与中心管之间发生相对运动，中心管带动引鞋向上做相对运动，从而带动桥塞中心管向上挤压下卡瓦。在上行与下行的双向力作用下，上下锥体压缩胶套膨胀，达到封隔井筒的目的。当上下卡瓦在锥体上滑行时，到达一定距离，上下卡瓦紧紧啮合套管，胶套、卡瓦与套管的配合紧到不可压缩且压力达到一定值时，剪断释放销钉，使得坐封工具与桥塞脱开，完成丢手动作。
由于本发明的易钻防转锚定系统除卡瓦采用铸铁外，其余都是采用易钻的复合材料作为桥塞主体，施工完毕后可方便钻铣。所述上下卡瓦齿向相对，咬合在套管内壁上锚定后，防止上下攒动，所述卡瓦与锥体背圈镶嵌可防止在钻铣过程中卡瓦旋转。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进或变形，这些改进或变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种易钻防转锚定结构，包括卡瓦、卡环、锥体背圈，其特征在于：所述卡瓦有8片，且沿套管内周向均匀分布，所述锥体背圈的周向上均匀设有与前述8片卡瓦相适应的8个燕尾槽，前述8片卡瓦由沿套管内周向平行设置的2个卡环束紧装配。
2.根据权利要求1所述的一种易钻防转锚定结构，其特征在于：所述卡瓦包括前、后、左、右、上、下这六个端面，上端面为设有5个锯齿的锯齿面，5个锯齿的齿尖方向均朝向前端面，第一齿、第三齿、第五齿为底齿，第二齿、第四齿为高齿，高低齿相间距离为0.25mm，齿尖左右两边曲面分别与水平面呈70°和20°，齿面宽度从前端面向后端面的方向逐渐增大，偏移角度在8°~10°之间，锯齿面上有两处卡环槽，分别位于第一齿与第二齿之间和第三齿与第四齿之间；下端面与上端面呈15°~25°夹角，下端面与前端面的交接处设有半径为30~35mm的圆弧面；左端面与右端面对称，均包括与上端面连接的第一斜面和与下端面连接的第二斜面，第一斜面与垂直方向呈5°夹角，第二斜面与下端面呈60°~70°夹角；第二斜面设有靠近前端面的直通孔，该直通孔分别与前端面和圆弧面的距离为6~6.5mm和7.5~8mm；前端面与后端面呈5°夹角；两条相互呈6°~10°夹角的锯缝由下端面经过圆弧面延伸至前端面，锯缝的宽度为0.6~1.2mm，深度为10~11mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种易钻防转锚定结构，其特征在于：所述卡瓦采用灰铸铁制造。
4.根据权利要求1所述的一种易钻防转锚定结构，其特征在于：所述锥体背圈为中空的圆柱体状；所述锥体背圈的锥体部分的锥体外圆和锥体内圆均设有与开口端面呈60°的倒角，锥体外圆上均匀布置与卡瓦相适应的燕尾槽，每个燕尾槽的底面与锥体背圈的中心轴线呈15°~25°夹角，锥体外圆还均匀设置4处径向贯穿至内圆的销钉螺纹孔，该销钉螺纹孔与开口端面的定位尺寸为25~26mm；所述锥体背圈的背圈部分的内腔为一个锥面结构，该锥面与锥体内圆之间是宽为3~3.5mm的台阶面，台阶面与锥体部分的开口端面相距36~36.5mm，锥面与台阶面的夹角为120°，背圈部分均布有由背圈外圆经锥面、台阶面延伸到锥体内圆的8~12处切缝，切缝垂直于锥体的开口端面，切缝深度为19.5~20mm，宽度为0.5~0.8mm；所述锥体背圈的锥体部分与背圈部分之间设有底面宽度为2~2.5mm、深度为8~10mm的环状槽，环状槽的锥体端侧面与锥体背圈的中心轴线垂直且距锥体部分的开口端面为33~34mm，环状槽的背圈端侧面与锥体端侧面呈10°夹角。
5.根据权利要求1或4所述的一种易钻防转锚定结构，其特征在于：所述锥体背圈采用玻璃纤维复合材料或者碳纤维复合材料制造。
6.根据权利要求1所述的一种易钻防转锚定结构，其特征在于：所述卡环为环状结构。
7.根据权利要求1或6所述的一种易钻防转锚定结构，其特征在于：所述卡环采用碳纤维混合玻璃纤维制造。
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