CN106988704B - 一种井下管柱承压堵塞器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种井下管柱承压堵塞器，包括：本体，具有第一端部、第二端部以及形成在所述第一端部和第二端部之间的流体通道；芯轴，设置在所述流体通道内；密封阀，与所述芯轴串联设置在所述流体通道内，能够封隔所述流体通道。根据本发明的井下管柱承压堵塞器，其包括与油管相连接的本体、设置在本体内的芯轴以及具有密封功能的密封阀。在将连接有本发明实施例的井下管柱承压堵塞器下放到井内并投球后，堵塞器不仅能够完成封隔器坐封工作而且由于具有能够封隔流体通道的密封阀，从而也具有反向承压的作用，避免地层流体进入堵塞器，保证施工过程的安全性，提高施工效率，降低施工成本。
Description
技术领域
本发明涉及油气田开发技术领域，特别是涉及一种井下管柱承压堵塞器。
背景技术
目前很多油田在完井作业过程中通常采用投球到堵塞器中，从而通过液压坐封封隔器，这样可以保障封隔器有较高的坐封成功率。但是现有的工艺存在一些不足之处，如向堵塞器中投入的球不能承受地层流体施加的反向压力，尤其是在高压油气井中，这样会对上部作业(例如打开滑套、替换环空保护液等)进行操作时存在安全隐患。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术中堵塞器中投入的球不能承受地层流体施加的反向压力，给上部作业业带来安全隐患的不足。
针对上述问题，本发明提出了一种井下管柱承压堵塞器，包括：本体，具有第一端部、第二端部以及形成在所述第一端部和第二端部之间的流体通道；芯轴，设置在所述流体通道内；密封阀，与所述芯轴串联设置在所述流体通道内，能够封隔所述流体通道。
根据本发明的井下管柱承压堵塞器，其包括与油管相连接的本体、设置在本体内的芯轴以及具有密封功能的密封阀。在将连接有本发明实施例的井下管柱承压堵塞器下放到井内并投球后，堵塞器不仅能够完成封隔器坐封工作而且由于具有能够封隔流体通道的密封阀，从而也具有反向承压的作用，避免地层流体进入堵塞器，保证施工过程的安全性，提高施工效率，降低施工成本。
在一个实施例中，所述密封阀包括阀座、设置在所述流体通道内的固定件以及设置在所述固定件上并能够沿所述流体通道的轴向移动的阀芯。在本体内安装好固定件后，固定件能够为阀芯提供支撑，从而使得阀芯沿流体通道的轴向移动更加自由灵活，运动可靠稳定。
在一个实施例中，所述芯轴包括中心孔，所述中心孔包括朝向所述阀芯的锥形孔段，所述芯轴上设置有所述锥形孔段的部分形成所述阀座。阀座直接设置在芯轴上，减少零部件数量，简化安装步骤，提高安装精度，降低加工安装成本。阀芯与阀座的同轴度得到保证，配合可靠。
在一个实施例中，所述阀芯包括与所述阀座相配合的头部以及穿过所述固定件的尾部，所述尾部上设置有可溶解金属套筒，所述可溶解金属套筒抵靠在所述固定件上。可溶解金属套筒能够在初始状态时锁止阀芯。在使用状态时，在地层流体的溶解作用下，能够自动溶解以释放阀芯。设置有可溶解金属套筒的堵塞器，自动化程度高，操作便捷可靠。
在一个实施例中，所述尾部上设置有限位套筒，所述可溶解金属套筒设置在所述固定件与限位套筒之间。限位套筒能够对可溶解金属套筒形成限位，防止可溶解金属套筒从阀芯的尾部端脱出。
在一个实施例中，所述可溶解金属套筒是镁铝合金套筒。
在一个实施例中，所述头部与固定件之间设置有弹性件。可溶解金属套筒溶解后，弹性件能够驱动阀芯自行移动，提升堵塞器工作过程的自动化程度。
在一个实施例中，所述头部上设置有凹槽，所述凹槽中设置有与所述阀座相配合的密封圈。当阀芯被释放后，在弹性件的作用下，阀芯与阀座共同挤压密封圈以使密封圈变形，从而在该处形成良好的密封区，提升密封性能。
在一个实施例中，所述芯轴与固定件均通过剪切销钉与所述本体相连接。在完成固井工作后，外部打压可以剪断该剪切销钉以释放固定件，使得固定件脱离本体。
在一个实施例中，所述固定件上设置有过流孔。在下放过程中，地层流体可以穿过该过流孔，减小下放阻力。
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。
图1是本发明实施例的堵塞器的剖视结构示意图。
图2是本发明实施例的堵塞器的阀芯与芯轴的密封状态示意图。
图3是本发明实施例的镁铝合金在KCl溶液中的溶解情况示意图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
如图1、图2所示，本发明实施例的井下管柱承压堵塞器10，包括与油管相连接的本体11、设置在本体11内并与本体11内壁密封配合的芯轴12以及与芯轴12串联设置的密封阀。
本体11包括与油管相连接的第一端部111、与第一端部111相对设置的第二端部112以及设置在第一端部111与第二端部112之间的流体通道113。芯轴12设置在流体通道113内并通过剪切销钉99与本体11固定连接。芯轴12包括中心孔。该中心孔包括朝向本体11的第一端部111的锥形的承接孔段以及朝向本体11的第二端部112的锥形孔段。芯轴12设置承接孔段的那部分用于承接后续投入到油管内的球98(如图2所示)。
密封阀包括阀座、阀芯13、固定件14、可溶解金属套筒15以及弹性件16。在一个实施例中，阀座可以为单独构件，与本体11相固定连接。本实施例中，芯轴12设置锥形孔段的那部分形成阀座。固定件14通过剪切销钉99与本体11相固定连接。本实施例中的固定件14可以是圆柱板，也可以是圆柱轴。固定件14上设置有轴孔以及围绕轴孔周向分布的过流孔141。阀芯13包括能够座接到阀座上的头部131以及延伸并穿出轴孔的尾部132。阀芯13为阶梯状，其中头部131的最小径向尺寸大于尾部132的最大径向尺寸。当阀芯13的头部131抵压在锥形孔段的孔壁上时，头部131与锥形孔段的孔壁之间形成密封以阻隔本体11的流体通道113。阀芯13与固定件14的轴孔之间为间隙配合，以使得阀芯13能够在轴孔中沿流体通道113的轴向移动。弹性件16设置在阀芯13的头部131朝向固定件14的端面与固定件14之间。可选地，弹性件16包括螺旋弹簧。在阀芯13穿出固定件14的轴孔的尾部132上设置有抵靠在固定件14上的可溶解金属套筒15。可溶解金属套筒15能够锁止阀芯13，使得阀芯13头部131与固定件14之间的弹性件16处于压缩状态。
在一个实施例中，可溶解金属套筒15与阀芯13的尾部132可以为过盈配合，或者在阀芯13的尾部132设置阻挡件，使得可溶解金属套筒15与尾部132连接牢固稳定，不易从尾部132脱出。另一个实施例中，在阀芯13的尾部132上设置有用于对可溶解金属套筒15进行限位的限位套筒17，可溶解金属套筒15设置在限位套筒17与固定件14之间，从而避免可溶解金属套筒15从阀芯13的尾部132上脱落，保证了可溶解金属套筒15的位置稳定性和可靠性。
在一个实施例中，阀芯13的头部131上设置有用于安装密封圈18的凹槽。在凹槽中安装固定好密封圈18，当阀芯13被释放后，在弹性件16的弹性回复力的作用下，阀芯13的头部131与芯轴12的锥形孔段的孔壁能够共同挤压密封圈18以使该处形成密封。加装的密封圈18提升了阀芯13与阀座之间的密封性能。可选地，加工制造密封圈18的材料包括橡胶。
如图1所示，初始状态，由于可溶解金属套筒15的锁止作用，阀芯13与固定件14共同挤压弹性件16以使其处于压缩状态，此时，阀芯13的头部131与芯轴12的锥形孔段的孔壁之间形成有间隙97。
在将本发明实施例的堵塞器10与油管完成连接后组成管串。堵塞器10位于油管的端部。向井眼中下放该管串的过程中，堵塞器10接触到井内流体后，井内的流体能够从本体11第二端部112的流体通道113进入并依次通过固定件14上设置的过流孔141、阀芯13的头部131与芯轴12之间的间隙97以及芯轴12的中心孔而从本体11第一端部111的流体通道113流出，从而保证管串顺利地完成下放工作。堵塞器10接触到井内流体后，可溶解金属套筒15开始与井内流体发生反应而发生溶解。可溶解金属套筒15的溶解过程具有延时性，因此不会影响管串的下放过程。
如图2所示，当管串下放到预定深度后，从位于井口的油管开口向油管中投球98，投入的球98最终座接到堵塞器10的芯轴12上的承接孔中以形成密封。然后，向油管中打压以坐封油管上的封隔器。与此同时，在经过一定时间后，可溶解金属套筒15被井内流体完全溶解，从而失去对阀芯13的锁止作用，释放阀芯13。阀芯13在弹性件16的弹性回复力的作用下，沿流体通道113的轴向并相对固定件14发生位置移动。阀芯13的头部131最终会抵压到芯轴12的锥形孔段的孔壁上以形成密封，封隔本体11的流体通道113，从而使得本发明实施例的堵塞器10能够承受地层流体的反向压力，有利于顺利实施上部作业(例如打开滑套、替换环空保护液等)，保证了上部作业的安全性。
完成上部作业后，从井口打压，芯轴12与本体11之间以及固定件14与本体11之间的剪切销钉99在压力作用下被剪断，进而投入的球98、芯轴12、阀芯13以及固定件14全部落入井底，使得本体11的流体通道113完全畅通，以便于油气等进入油管。
本发明实施例的井下管柱承压堵塞器10，包括与油管相连接的本体11、设置在本体11内的芯轴12以及具有密封功能的密封阀。在将连接有本发明实施例的井下管柱承压堵塞器10下放到井内并投球98后，堵塞器10不仅能够完成封隔器坐封工作而且也具有反向承压的作用，保证施工过程的安全性，提高施工效率，降低施工成本。
本发明实施例的可溶解金属套筒15包括镁铝合金套筒。该镁铝合金套筒的加工制造过程是：首先将镁铝粉末经过混合，然后将混合好的复合金属粉末放入模具中，再将模具放到压制设备上压制成型。将成型的镁铝合金套筒放入烧结炉，在特定的温度和气氛(或真空)中进行烧结。最后将烧结好的镁铝合金套筒放入石蜡油中进行热处理。
另外，为了进一步地保证镁铝合金套筒的工作承压能力和工作溶解速率，采用氢还原技术在镁铝合金套筒的表面上包覆金属Ni(镍)、Cu(铜)、Zn(锌)等以形成包覆层，从而达到有效控制镁铝合金套筒的溶解速率，同时也提高镁铝合金套筒的刚度，提升承压能力。
井筒或者地层中的液体中含有Cl-(氯离子)，而金属Mg(镁)与Al(铝)可在含氯离子的溶液中发生电化学反应。以KCl水溶液为例，镁铝合金套筒中的金属成分与KCl水溶液中的氯离子发生化学反应后逐渐溶解。镁铝合金套筒在不同温度、不同KCl溶液中随时间的重量变化也不同。温度越高、KCl水溶液中的氯离子含量越高，溶解速度越快。
图3示意性地显示了镁铝合金套筒在不同温度、不同浓度KCl溶液中的溶解速率。前6h或8h(大于设计的镁铝合金套筒承压时间2h)的降解速度均较慢，镁铝合金套筒的重量变化小，外径几乎无变化，承压能力不受影响，当溶解时间超过6h或8h后，镁铝合金套筒以一定速度匀速溶解，外径明显减小，承压能力变弱。
容易理解地，本发明实施例的可溶解金属套筒15的材料并不局限于本实施例的镁铝合金。
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。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。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。
Claims (5)
1.一种井下管柱承压堵塞器，包括：
本体，具有第一端部、第二端部以及形成在所述第一端部和第二端部之间的流体通道；
芯轴，设置在所述流体通道内；
密封阀，与所述芯轴串联设置在所述流体通道内，能够封隔所述流体通道；
其中，所述密封阀包括阀座、设置在所述流体通道内的固定件以及设置在所述固定件上并能够沿所述流体通道的轴向移动的阀芯，所述阀芯包括与所述阀座相配合的头部以及穿过所述固定件的尾部，所述尾部上设置有可溶解金属套筒，所述可溶解金属套筒抵靠在所述固定件上，所述头部与固定件之间设置有弹性件；所述芯轴包括中心孔，所述中心孔包括朝向所述阀芯的锥形孔段，所述芯轴上设置有所述锥形孔段的部分形成所述阀座，所述可溶解金属套筒是镁铝合金套筒。
2.根据权利要求1所述的井下管柱承压堵塞器，其特征在于，所述尾部上设置有限位套筒，所述可溶解金属套筒设置在所述固定件与限位套筒之间。
3.根据权利要求1所述的井下管柱承压堵塞器，其特征在于，所述头部上设置有凹槽，所述凹槽中设置有与所述阀座相配合的密封圈。
4.根据权利要求1所述的井下管柱承压堵塞器，其特征在于，所述芯轴与固定件均通过剪切销钉与所述本体相连接。
5.根据权利要求1所述的井下管柱承压堵塞器，其特征在于，所述固定件上设置有过流孔。
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