CN110295867A - 多级分层压裂用可降解封隔器及压裂管柱 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多级分层压裂用可降解封隔器及压裂管柱，封隔器包括自下而上依次套装在中心管外侧的卡瓦机构、步进机构、胶筒机构和活塞机构；卡瓦机构利用上锥体和下锥体的相对运动实现卡瓦坐封；位于胶筒机构上方的活塞机构利用开设在中心管上的液压孔与其环空空间相连通，驱动胶筒组坐封，并利用步进机构对活塞机构位置锁定，保持胶筒机构维持在坐封状态；此外利用各部件采用可降解材料和非可降解材料相配合，以实现降解解封；该多级分层压裂用可降解封隔器及其施工管柱具有大通径、耐高温、承高压、易返排、可降解的特点，并通过与滑套联用形成适用于深井、水平井压裂施工的压裂管柱，有效解决现有封隔器遇卡及砂埋后难于起出井筒的问题。
Description
技术领域
本发明涉及油气田井下作业技术领域，特别涉及一种多级分层压裂用可降解封隔器及压裂管柱。
背景技术
在油气的开发过程中，特别是遇到开发与多分支水平井、大型水力压裂和高密度分布的丛式井等工程技术时，会遇到很大的环境压力。面对此类问题的核心技术就是水力压裂改造。目前大规模的水利压裂占有极为重要的地位，但是由于部分井下工具可靠性差，容易在以下情况造成井下事故：多层段分层压裂时，通常要借助于多级封隔器、球座、滑套实现层段的封隔、分层，加砂压裂后，往往出现砂卡管柱；在双封选择性压裂时，底部封隔器往往被卡；在复合射孔或高能气体压裂时，通常需要封隔器保压，封隔器受冲击后，往往被卡；在水平井水平段下入封隔器工具进行找堵水、挤注作业等，封隔器往往被卡。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够满足深井、水平井压裂施工，实现封隔器耐高温、承高压、易返排的需要的多级分层压裂用可降解封隔器。
本发明是提供一种采用该多级分层压裂用可降解封隔器组装而成的水平井多级分层压裂管柱。
为此，本发明技术方案如下：
一种多级分层压裂用可降解封隔器，包括自下而上依次套装在中心管外侧的卡瓦机构、步进机构、胶筒机构和活塞机构；其中，
所述卡瓦机构包括卡瓦套、上锥体、卡瓦、弹簧圈和下锥体；所述下锥体套装在所述中心管外侧，其上侧内壁向内凹陷并形成有第一环形台阶，其外壁中部设有第一环形凸台且其上部外壁加工为外径自上而下逐渐增大的锥面；所述上锥体套装在所述中心管外侧，其上部内壁和下部外壁均向内凹陷并形成有第二环形台阶和第三环形台阶且所述第三环形台阶加工为外径自上而下逐渐减小的锥面，所述上锥体底端插装在所述下锥体内侧，使所述上锥体、所述下锥体和所述中心管之间围成有第一环空空间；所述卡瓦套装在所述上锥体的外侧，其两端内壁分别加工有与所述上锥体和所述下锥体锥面相互配合的锥面，使所述卡瓦容置于由所述上锥体和所述下锥体形成的环形凹槽内；所述弹簧圈环绕并固定在所述卡瓦的外侧；所述卡瓦套套装在所述上锥体上部外侧并通过多个卡瓦销钉固定在所述卡瓦套上，所述卡瓦套底端压配在所述卡瓦的顶端端面上；
所述步进机构包括步进体、连接套和步进环；所述步进体套装在所述中心管外侧，其顶端内壁上向内凹陷形成有第四环形台阶、底端插装在所述上锥体内侧使所述步进体、所述上锥体和所述中心管之间围成有第二环空空间；所述连接套套装在所述步进体外侧，其上部外壁和下部内壁均向内凹陷并形成有第五环形台阶和第六环形台阶，使所述卡瓦套顶端抵在所述第六环形台阶的下端面上；所述步进环套装在所述步进体外侧且位于所述连接套的第五环形台阶的上端面上；在所述步进体的外壁上和所述步进环的内壁上分别加工有相互配合的单向倒齿，使所述步进体仅能相对于所述步进环下行运动；
所述胶筒机构包括胶筒中心管、胶筒组和胶筒套；其中，所述胶筒中心管套装在所述中心管外侧并通过多个活塞销钉固定在所述中心管上；所述胶筒中心管底部插装在所述步进体内侧且底端压配在所述第四环形台阶的上端面上；所述胶筒套套装在所述步进体外侧且其底端插装在所述连接套内侧，使所述胶筒套、所述步进体和所述连接套之间围成有内置有所述步进环的第三环形空间；
所述活塞机构由活塞套和活塞构成；所述活塞套套装在所述中心管外侧，其下部内壁向内凹陷形成有第七环形台阶、底端外壁上设有第二环形凸台，使所述胶筒中心管抵在所述第七环形台阶的下端面上；所述活塞内壁上设有第三环形凸台，其下部套装在所述活塞套外侧且底端压配在所述活塞套的第二环形凸台上，所述活塞套、所述活塞和所述中心管之间围成有第四环空空间；
所述中心管的侧壁上开设有至少一个传压孔，所述传压孔与所述第四环空空间相连通。
进一步地，所述胶筒组包括自下而上依次套装在所述中心管外侧的下支撑胶筒、第一隔环、密封胶筒、第二隔环、上支撑胶筒和规环；所述活塞的第二环形凸台压配在所述规环的上端面上。
进一步地，在所述活塞套的第三环形凸台与所述中心管之间相接触的壁面上设置有密封件；在所述活塞与所述中心管之间相接触的壁面上设置有密封件；在所述活塞与所述活塞套之间相接触的壁面上设置有密封件。
进一步地，在位于所述卡瓦机构下方的中心管外侧套装有下接头，其上部内壁自下而上逐级向内凹陷形成有第八环形台阶和第九环形台阶；所述下接头上部套装并螺纹连接固定在所述下锥体外侧，使所述下接头顶端抵在所述下锥体的第一环形台阶的下端面上；在所述中心管外侧固定有挡环，所述挡环压配在所述第八环形台阶的上端面上，所述下锥体底端压配在所述第九环形台阶和所述挡环的上端面上。
进一步地，在所述中心管顶端外壁上螺纹连接有上接头，所述上接头螺纹连接在所述活塞套内壁上且其底端压配在所述活塞套的第三环形凸台的上端面上；在所述上接头内壁上设有连接内螺纹。
进一步地，所述活塞与所述胶筒中心管之间螺纹连接固定；所述胶筒套与所述连接套之间螺纹连接固定；所述胶筒中心管与所述步进体之间螺纹连接固定；所述卡瓦套螺纹与所述连接套之间螺纹连接固定。
进一步地，所述中心管和所述上接头采用合金钢制成；所述步进体和所述步进环采用弹簧钢制成；所述活塞销钉和所述卡瓦销钉采用黄铜制成；所述上支撑胶筒、所述密封胶筒、所述下支撑胶筒、所述弹簧圈和密封件采用可降解橡胶制成；所述活塞套、活塞、胶筒中心管、隔环、胶筒套、连接套、卡瓦套、上锥体、卡瓦、下锥体、挡环、下接头和规环采用可降解合金制成；所述卡瓦的卡瓦牙上覆有硬质合金层。
更进一步地，所述可降解橡胶为混合有一定比例的炭黑的聚氨酯橡胶且外表面包覆有磷酸二氢钾薄膜的橡胶材料；其中，用于制备上支撑胶筒和下支撑胶筒的聚氨酯橡胶中炭黑的混合比例满足其具有85～95的邵氏硬度，用于制备密封胶筒、弹簧圈和密封圈的可降解橡胶中炭黑的混合比例满足其具有70～80的邵氏硬度；所述可降解合金为为Mg-10Gd-3Y-0.5Zr合金，或表面涂覆有一层Al2O3耐腐蚀强化层的Mg-10Gd-3Y-0.5Zr合金；所述硬质合金层为厚度为1.5mm的含有10～15％ZrO2和3.5～5％TiO2的Al2O3强化层。
更进一步地，上接头的外径为94mm，中心管的外径为73mm、内径为55mm，其上传压孔的直径均为5mm，活塞4套的壁厚为10mm，活塞套的壁厚为11.5mm，活塞销钉的直径为6mm，步进体12的内径为73mm，卡瓦销钉的直径为8mm，卡瓦的卡瓦牙尖的直径为5mm的圆柱体硬质合金。
一种采用上述可降解封隔器组装而成的水平井多级分层压裂管柱，其特征在于，包括自下而上依次连接的I级滑套、I级可降解封隔器、II级滑套、II级可降解封隔器、……、N级滑套、N级可降解封隔器，N的个数与水平井内的待压裂层的个数一致；其中，上述各部件之间通过钻杆或油管连接，使每级滑套和封隔器均能够对应下入至指定压裂层；所述滑套采用球座式滑套，且自下而上的各滑套内球座的内径依次增大。
与现有技术相比，该多级分层压裂用可降解封隔器及其施工管柱作为一种井下作业常用工具，可广泛适用于试油试气，酸化压裂等施工过程中，其结构和材料设计特点使其满足既能够满足深井、水平井压裂施工，实现封隔器大通径、耐高温、承高压、易返排的需要，又能实现降解的效果，有效解决现有封隔器遇卡及砂埋后难于起出井筒的问题。
附图说明
图1为本发明的多级分层压裂用可降解封隔器的结构示意图；
图2为利用多根本发明的多级分层压裂用可降解封隔器组装而成的水平井分层压裂施工管柱的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
实施例1
如图1所示，该多级分层压裂用可降解封隔器包括自下而上依次套装在中心管23外侧的下接头22、卡瓦机构、步进机构、胶筒机构、活塞机构和上接头1。
卡瓦机构包括卡瓦套15、上锥体17、卡瓦18、弹簧圈19和下锥体20；
下锥体20套装在中心管23外侧，其上侧内壁向内凹陷并形成有第一环形台阶，其外壁中部设有第一环形凸台，且其上部外壁加工为外径自上而下逐渐增大的锥面；
上锥体17套装在中心管23外侧，其上部内壁和下部外壁均向内凹陷并形成有第二环形台阶和第三环形台阶且第三环形台阶加工为外径自上而下逐渐减小的锥面；上锥体17底端插装在下锥体20内侧，使上锥体17、下锥体20和中心管23之间围成有第一环空空间，该第一环空空间能够使上锥体17相对于下锥体20下行滑动一段距离；
卡瓦18套装在上锥体17的外侧，其两端内壁分别加工有与上锥体17和下锥体20锥面相互配合的锥面，使卡瓦18能够在上锥体17相对于下锥体20下行滑动时在锥面配合下向外侧伸出坐封在套管壁上；对应地，第一环空空间的轴向长度满足上锥体17下行滑动至压配在第二环形台阶上端面上时能够使卡瓦18完全坐封到位；
卡瓦18初始容置于由上锥体17和下锥体20形成的环形凹槽内，并通过弹簧圈19环绕并挤压固定于卡瓦18的外侧；卡瓦套15套装在上锥体17上部外侧，其底端压配在卡瓦18的顶端端面上；其中，卡瓦套15通过沿圆周方向局部的四个卡瓦销钉16固定在卡瓦套15上，以保证步进体12在运动至与上锥体17相接处前，上锥体17与卡瓦套18不会产生相对运动。
步进机构包括步进体12、连接套13和步进环14；其中：
步进体12套装在中心管23外侧，其顶端内壁上向内凹陷形成有第四环形台阶、底端插装在上锥体17内侧，使步进体12、上锥体17和中心管23之间围成有第二环空空间，该第二环空空间能够使步进体12相对于中心管23下行滑动一段距离；
连接套13套装在步进体12外侧，其上部外壁和下部内壁均向内凹陷并形成有第五环形台阶和第六环形台阶，卡瓦套15套装在连接套13下部外侧并与连接套13螺纹连接固定，且卡瓦套15的顶端抵在连接套13的第六环形台阶的下端面上；
步进环14套装在步进体12外侧且位于连接套13的第五环形台阶的上端面上；在步进体12的外壁上和步进环14的内壁上分别加工有相互配合的单向倒齿，使步进体12仅能相对于步进环14单向向下运动；另外，在二者单向倒齿的作用下，步进环14还能够在坐封完成后能够随步进体12一起取出；
胶筒机构包括胶筒中心管6、胶筒组和胶筒套11；其中：
胶筒中心管6套装在中心管23外侧并通过四个活塞销钉5固定在中心管23上；胶筒中心管6底部插装在步进体12内侧并与步进体12螺纹连接固定，且其底端压配在第四环形台阶的上端面上；胶筒中心管6随步进体12
胶筒组包括自下而上依次套装在中心管23外侧的下支撑胶筒10、第一隔环9、密封胶筒8、第二隔环、上支撑胶筒7和规环27；
胶筒套11套装并螺纹连接固定于在步进体12外侧，其底端插装在连接套13内侧，使胶筒套11、步进体12和连接套13之间围成有内置有步进环14的第三环形空间；第三环形空间的体积与步进环14的尺寸相适应，使其位置相对于中心管23不发生变化。
活塞机构由活塞套2和活塞4构成；其中：
活塞套2套装在中心管23外侧，其下部内壁向内凹陷形成有第七环形台阶、底端外壁上设有第二环形凸台；活塞4与胶筒中心管6螺纹连接固定，且其顶端抵在第七环形台阶的下端面上，使活塞4、胶筒中心管6和步进体12连接固定为一个整体；第二环形凸台压配在规环27的顶面上；活塞4内壁上设有第三环形凸台，其下部套装在活塞套2外侧且底端压配在活塞套2的第二环形凸台上，活塞套2、活塞4和中心管23之间围成有第四环空空间；
在中心管23的侧壁上设有四个沿圆周方向均布开设传压孔3，传压孔3与第四环空空间相连通，实现利用液压作用驱动活塞4带动胶筒中心管6和步进体12下行，同时活塞4的第二环形凸台沿轴向向下挤压胶筒组，使胶筒组实现坐封；第四环空空间的尺寸与其空间注入液体后产生的压力相适应，即泵车打压至一定压力时期其产生的压力能够达到剪断活塞销钉5和卡瓦销钉预设的坐封力；
另外，由于第四环空空间在该装置中作为液压腔，因此，对应地，在所述活塞套2的第三环形凸台与所述中心管23之间相接触的壁面上设置有双道密封圈25；在所述活塞4与所述中心管23之间相接触的壁面上设置有双道密封圈24；在所述活塞4与所述活塞套2之间相接触的壁面上设置有双道密封圈27。
上接头和下接头22分别设置在靠近中心管23两端的位置处；具体地，
上接头1螺纹连接在中心管23顶端外壁上，其同时还螺纹连接在活塞套2内壁上且其底端压配在活塞套2的第三环形凸台的上端面上；在上接头1内壁上设有用于与下井管柱连接的连接内螺纹；
下接头22套装在中心管23外侧，且位于卡瓦机构下方，其上部内壁自下而上逐级向内凹陷形成有第八环形台阶和第九环形台阶；下接头22上部套装并螺纹连接固定在下锥体20外侧，使下接头22顶端抵在下锥体的第一环形台阶的下端面上；在中心管23外侧固定有挡环21，挡环21压配在第八环形台阶的上端面上，下锥体20底端压配在第九环形台阶和挡环21的上端面上。
实施例2
本实施例的多级分层压裂用可降解封隔器在实施例1的多级分层压裂用可降解封隔器的基础上对各部件的材料进行进一步优化；具体地，
中心管23和上接头1采用强度高且不可降解的高强合金钢制成，用于承受封层作业时较大的压力负荷并同压裂管柱的连接；步进体12和步进环14采用韧性强且不可降解的弹簧钢制成；活塞销钉5和卡瓦销钉16采用黄铜制成；
上支撑胶筒7、密封胶筒8、下支撑胶筒10、弹簧圈19和全部密封圈均采用可降解橡胶制成，具体地，可降解橡胶为混合有一定比例的炭黑的聚氨酯橡胶且外表面包覆有磷酸二氢钾薄膜的橡胶材料；该类可降解橡胶在井内高压、井筒温度以及地层中高氯根矿化水的综合作用下，胶件表面的磷酸二氢钾薄膜首先发生弱化、破损，内部包裹的聚氨酯基可降解橡胶暴露于外部环境中，并发生自催化氧化反应，引起橡胶内的分子链、交联键的裂解和断裂；经胶件内可溶金属散发出的金属离子的催化，可降解橡胶中的大分子自由基发生自动催化反应，更加加速了橡胶结构的破坏，使得胶件最终发生降解、直至完全消融。其中，通过调整硫化成型时混合炭黑的比例不同，使制备上支撑胶筒7和下支撑胶筒10的可降解橡胶具有85～95的邵氏硬度，以起到起辅助支撑和承压作用，而制备密封胶筒8、弹簧圈19和全部密封圈的可降解橡胶具有70～80的邵氏硬度，以起到良好的密封作用；
活塞套2、活塞4、胶筒中心管6、隔环9、胶筒套11、连接套13、卡瓦套15、上锥体17、卡瓦18、下锥体20、挡环21、下接头22和规环26采用可降解合金制成；具体地，可降解合金具体为Mg-10Gd-3Y-0.5Zr合金，或，根据现场情况具体采用表面涂覆有一层Al2O3耐腐蚀强化层的Mg-10Gd-3Y-0.5Zr合金，以实现根据所需延长降解时间或提高表面强度；该Mg-10Gd-3Y-0.5Zr合金在常温下抗拉强度>600MPa，100℃下抗拉强度>480MPa，且能够72小时不降解，开始降解至完全降解时间为125小时；
卡瓦18的卡瓦牙上覆有一层不可降解的硬质合金层，该硬质合金具体为厚度为1.5mm的含有10～15％ZrO2和3.5～5％TiO2的Al2O3强化层，使卡瓦牙的硬度达1600HV以上，以满足卡紧套管的目的。
实施例3
进一步在考虑到可降解材料其强度较钢材低的问题，为了兼具提升封隔器的使用性能和保证其可降解材料在承受高压下不至损坏，本实施例的多级分层压裂用可降解封隔器在实施例2的多级分层压裂用可降解封隔器的基础上对各部件的尺寸进行进一步优化；具体地，
上接头1内壁上的螺纹为2-7/8”TBG油管扣，其外径为94mm；
中心管23的外径为73mm、内径为55mm，其上开设有四个直径均为5mm的传压孔，实现有效传递封隔器坐封压力；该中心管23的内通径比目前常用的各类5-1/2”压裂封隔器内通径(46mm)要大，进而起到到降低压裂摩阻，提高压裂效果的目的；
在活塞机构中，活塞4套的壁厚为10mm，以保证足够坐封压力同时也能够保证可降解材料的使用强度；活塞套2的壁厚为11.5mm，该壁厚可以在保证足够坐封压力同时也保证了可降解材料的使用强度；设置在胶筒中心管6上的四个活塞销钉5的直径均为6mm，使其设置的剪切力为4T，以保证封隔器在入井过程中有效防止中途误坐封；该剪切力对应地需地面泵车打压至10Mp；
在步进机构中，步进体12的内径为73mm，小于2-7/8”TBG油管接箍(连接管柱)的外径88.9mm，所以在封隔器降解完成后，可随管柱一起取出；
在卡瓦机构中，卡瓦18的硬质合金牙尖为直径为5mm的圆柱体硬质合金，满足坐封强度要求，并可在可降解材料基底溶解后，随洗井液循环出井；卡瓦销钉16的直径为8mm，设计其剪断力为8T，所需地面泵车打压至25Mpa，其目的是为了达到首先推动活塞4压缩胶筒组密封油套空间，然后再通过地面泵车增压达到指定压力后推动上锥体17撑开卡瓦18固定在套管上的目的，避免步进体12在运动至与上锥体17相接处前，上锥体17与卡瓦套15不会产生相对运动；。
实施例4
如图2所示为利用多根本发明的多级分层压裂用可降解封隔器组装而成的水平井分层压裂施工管柱。由于现场施工水平井包括有三个压裂层：I层、II层和III层；因此，对应地，针对该水平井的分层压裂施工管柱有自井底至井口的依次连接的管鞋、I级滑套、I级可降解封隔器、II级滑套、II级可降解封隔器、III级滑套、III级可降解封隔器构成；其中，
上述构成施工管柱的各装置之间均通过油管连接，使每级滑套和封隔器均能够对应下入至指定压裂层；
I级滑套、II级滑套和III级滑套均采用现有的投球式滑套；由于需要进行分层压裂，I级滑套、II级滑套和III级滑套对应的滑套球座的内径依次增大，使通过每级滑套的金属球相互之间不受影响；配合可降解封隔器，金属球采用同样采用与实施例2中相同的可降解合金制成；同时，为了实现分级压裂，每级封隔器的坐封压力比各级滑套的开启压力小。
该多级分层压裂用可降解封隔器及施工管柱的工作原理为：
(一)坐封：
该多级分层压裂用可降解封隔器在使用过程中在下部配合压裂滑套使用。
在地面通过泵车下井内注入高压液体，打压至10MPa，高压液体从传压孔3进入，推动活塞4剪断活塞销钉5下行压缩胶筒7、8、10，使其受压径向胀大形成密封，达到封隔目的，当活塞4下行至胶筒中心管6接触时，从地面增压至25Mpa，活塞4推动胶筒中心管6至上锥体17剪断卡瓦销钉16，使上锥体17和下锥体20作用于卡瓦18上，使卡瓦22向外扩张卡于套管并咬合套管内壁，此时，止退环20与上锥体19形成的单向步进止退机构将上锥体17与中心管23相对锁定，使胶筒7、8、10及卡瓦20处于坐封状态；
(二)解封：
解封或降解时，在其部位注入KCL及促进剂，刚体降解脱落，胶筒及胶件吸水，形成絮状流体，仅剩余上接头1、中心管23、步进体12、步进环14，通过地面泵车洗井，絮状流体随洗净液体排出，上提管柱实现解封；
(三)多级压裂施工：
封隔器为液压封隔器，坐封时管柱要求密封承压，需要与球座、滑套等配合使用。以水平井三级滑套+可降解封隔器管柱分层压裂为具体实施方式对本发明作进一步的详细描述，具体施工管柱结构见示意图2。
将本发明封隔器以及三级压裂滑套连接在设计好的管柱上，用钻杆或油管将所有封隔器及工具串下到设计位置。三级滑套从上至下依次分别为III级滑套、II级滑套和I级滑套，每级滑套之间以及III级滑套上部共连接有三级本发明封隔器用以封隔地层。每级滑套的打开都有其专属直径的同等材质的可溶解球，从III级滑套至Ⅰ级滑套，每级滑套球直径依次减小且相互之间不受影响。
压裂施工时，投入Ⅰ级滑套配套的可溶解球至Ⅰ级滑套最下端，地面打压至本发明封隔器设计坐封压力使各级封隔器全部坐封，再提升压力使Ⅰ级滑套打开，进行Ⅰ层压裂施工；Ⅰ层施工完毕，地面压裂设备泄压后投入Ⅱ级可溶解球至Ⅱ级滑套，打压至Ⅱ级滑套打开，进行Ⅱ层压裂施工。以此类推至五层地层全部施工完毕之后，注入溶解液，使本发明封隔器可降解部分以及各级可溶解球全部降解，循环洗井，洗出降解后的絮状流体，起出管柱施工完毕。
可见，该多级分层压裂用可降解封隔器既能够满足深井、水平井压裂施工，实现封隔器大通径、耐高温、承高压、易返排的需要，又能实现降解，能够解决了封隔器遇卡及砂埋后难于起出井筒的问题。
上述实施例只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。
Claims (10)
1.一种多级分层压裂用可降解封隔器，其特征在于，包括自下而上依次套装在中心管(23)外侧的卡瓦机构、步进机构、胶筒机构和活塞机构；其中，
所述卡瓦机构包括卡瓦套(15)、上锥体(17)、卡瓦(18)、弹簧圈(19)和下锥体(20)；所述下锥体(20)套装在所述中心管(23)外侧，其上侧内壁向内凹陷并形成有第一环形台阶，其外壁中部设有第一环形凸台且其上部外壁加工为外径自上而下逐渐增大的锥面；所述上锥体(17)套装在所述中心管(23)外侧，其上部内壁和下部外壁均向内凹陷并形成有第二环形台阶和第三环形台阶且所述第三环形台阶加工为外径自上而下逐渐减小的锥面，所述上锥体(17)底端插装在所述下锥体(20)内侧，使所述上锥体(17)、所述下锥体(20)和所述中心管(23)之间围成有第一环空空间；所述卡瓦(18)套装在所述上锥体(17)的外侧，其两端内壁分别加工有与所述上锥体(17)和所述下锥体(20)锥面相互配合的锥面，使所述卡瓦(18)容置于由所述上锥体(17)和所述下锥体(20)形成的环形凹槽内；所述弹簧圈(19)环绕并固定在所述卡瓦(18)的外侧；所述卡瓦套(15)套装在所述上锥体(17)上部外侧并通过多个卡瓦销钉(16)固定在所述卡瓦套(15)上，所述卡瓦套(15)底端压配在所述卡瓦(18)的顶端端面上；
所述步进机构包括步进体(12)、连接套(13)和步进环(14)；所述步进体(12)套装在所述中心管(23)外侧，其顶端内壁上向内凹陷形成有第四环形台阶、底端插装在所述上锥体(17)内侧使所述步进体(12)、所述上锥体(17)和所述中心管(23)之间围成有第二环空空间；所述连接套(13)套装在所述步进体(12)外侧，其上部外壁和下部内壁均向内凹陷并形成有第五环形台阶和第六环形台阶，使所述卡瓦套(15)顶端抵在所述第六环形台阶的下端面上；所述步进环(14)套装在所述步进体(12)外侧且位于所述连接套(13)的第五环形台阶的上端面上；在所述步进体(12)的外壁上和所述步进环(14)的内壁上分别加工有相互配合的单向倒齿，使所述步进体(12)仅能相对于所述步进环(14)下行运动；
所述胶筒机构包括胶筒中心管(6)、胶筒组和胶筒套(11)；所述胶筒中心管(6)套装在所述中心管(23)外侧并通过多个活塞销钉(5)固定在所述中心管(23)上；所述胶筒中心管(6)底部插装在所述步进体(12)内侧且底端压配在所述第四环形台阶的上端面上；所述胶筒套(11)套装在所述步进体(12)外侧且其底端插装在所述连接套(13)内侧，使所述胶筒套(11)、所述步进体(12)和所述连接套(13)之间围成有内置有所述步进环(14)的第三环形空间；
所述活塞机构由活塞套(2)和活塞(4)构成；所述活塞套(2)套装在所述中心管(23)外侧，其下部内壁向内凹陷形成有第七环形台阶、底端外壁上设有第二环形凸台，使所述胶筒中心管(6)抵在所述第七环形台阶的下端面上；所述活塞(4)内壁上设有第三环形凸台，其下部套装在所述活塞套(2)外侧且底端压配在所述活塞套(2)的第二环形凸台上，所述活塞套(2)、所述活塞(4)和所述中心管(23)之间围成有第四环空空间；
所述中心管(23)的侧壁上开设有至少一个传压孔(3)，所述传压孔(3)与所述第四环空空间相连通。
2.根据权利要求1所述的多级分层压裂用可降解封隔器，其特征在于，所述胶筒组包括自下而上依次套装在所述中心管(23)外侧的下支撑胶筒(10)、第一隔环(9)、密封胶筒(8)、第二隔环、上支撑胶筒(7)和规环(27)；所述活塞(4)的第二环形凸台压配在所述规环(27)的上端面上。
3.根据权利要求1或2所述的多级分层压裂用可降解封隔器，其特征在于，在所述活塞套(2)的第三环形凸台与所述中心管(23)之间相接触的壁面上设置有密封件；在所述活塞(4)与所述中心管(23)之间相接触的壁面上设置有密封件；在所述活塞(4)与所述活塞套(2)之间相接触的壁面上设置有密封件。
4.根据权利要求2所述的多级分层压裂用可降解封隔器，其特征在于，在位于所述卡瓦机构下方的中心管(23)外侧套装有下接头(22)，其上部内壁自下而上逐级向内凹陷形成有第八环形台阶和第九环形台阶；所述下接头(22)上部套装并螺纹连接固定在所述下锥体(20)外侧，使所述下接头(22)顶端抵在所述下锥体的第一环形台阶的下端面上；在所述中心管(23)外侧固定有挡环(21)，所述挡环(21)压配在所述第八环形台阶的上端面上，所述下锥体(20)底端压配在所述第九环形台阶和所述挡环(21)的上端面上。
5.根据权利要求4所述的多级分层压裂用可降解封隔器，其特征在于，在所述中心管(23)顶端外壁上螺纹连接有上接头(1)，所述上接头(1)螺纹连接在所述活塞套(2)内壁上且其底端压配在所述活塞套(2)的第三环形凸台的上端面上；在所述上接头(1)内壁上设有连接内螺纹。
6.根据权利要求1所述的多级分层压裂用可降解封隔器，其特征在于，所述活塞(4)与所述胶筒中心管(6)之间螺纹连接固定；所述胶筒套(11)与所述连接套(13)之间螺纹连接固定；所述胶筒中心管(6)与所述步进体(12)之间螺纹连接固定；所述卡瓦套(15)螺纹与所述连接套13之间螺纹连接固定。
7.根据权利要求5所述的多级分层压裂用可降解封隔器，其特征在于，所述中心管(23)和所述上接头(1)采用合金钢制成；所述步进体(12)和所述步进环(14)采用弹簧钢制成；所述活塞销钉(5)和所述卡瓦销钉(16)采用黄铜制成；所述上支撑胶筒(7)、所述密封胶筒(8)、所述下支撑胶筒(10)、所述弹簧圈(19)和密封件采用可降解橡胶制成；所述活塞套(2)、活塞(4)、胶筒中心管(6)、隔环(9)、胶筒套(11)、连接套(13)、卡瓦套(15)、上锥体(17)、卡瓦(18)、下锥体(20)、挡环(21)、下接头(22)和规环(26)采用可降解合金制成；所述卡瓦(18)的卡瓦牙上覆有硬质合金层。
8.根据权利要求7所述的多级分层压裂用可降解封隔器，其特征在于，所述可降解橡胶为混合有一定比例的炭黑的聚氨酯橡胶且外表面包覆有磷酸二氢钾薄膜的橡胶材料；其中，用于制备上支撑胶筒(7)和下支撑胶筒(10)的聚氨酯橡胶中炭黑的混合比例满足其具有85～95的邵氏硬度，用于制备密封胶筒(8)、弹簧圈(19)和密封圈的可降解橡胶中炭黑的混合比例满足其具有70～80的邵氏硬度；所述可降解合金为为Mg-10Gd-3Y-0.5Zr合金，或表面涂覆有一层Al2O3耐腐蚀强化层的Mg-10Gd-3Y-0.5Zr合金；所述硬质合金层为厚度为1.5mm的含有10～15％ZrO2和3.5～5％TiO2的Al2O3强化层。
9.根据权利要8所述的多级分层压裂用可降解封隔器，其特征在于，上接头(1)的外径为94mm，中心管(23)的外径为73mm、内径为55mm，其上传压孔的直径均为5mm，活塞(4)套的壁厚为10mm，活塞套(2)的壁厚为11.5mm，活塞销钉(5)的直径为6mm，步进体(12)的内径为73mm，卡瓦销钉(16)的直径为8mm，卡瓦(18)的卡瓦牙尖的直径为5mm的圆柱体硬质合金。
10.一种采用根据权利要求1～9任一项所述的可降解封隔器组装而成的水平井多级分层压裂管柱，其特征在于，包括自下而上依次连接的I级滑套、I级可降解封隔器、II级滑套、II级可降解封隔器、……、N级滑套、N级可降解封隔器，N的个数与水平井内的待压裂层的个数一致；其中，上述各部件之间通过钻杆或油管连接，使每级滑套和封隔器均能够对应下入至指定压裂层；所述滑套采用球座式滑套，且自井底至井口，各滑套内球座的内径依次增大，每个滑套球座对应配套的金属球采用可降解合金制成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20191001 |