CN112343538A - 一种自适应全金属可溶球座 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自适应全金属可溶球座,包括上椎体,上椎体的内部形成有通道且底部设置有密封构件、顶部可配合放置可溶球,可溶球、上椎体以及密封构件形成有密封腔体,密封构件向依次下连接有卡瓦组件和下椎体,下椎体配置有剪切组件,剪切组件配置有丢手拉杆;其中,上椎体包括上椎体内锥面和上椎体外锥面,密封构件配置于上椎体外锥面,卡瓦组件包括有卡瓦本体和若干个锚定牙,下椎体配置有反向自锁机构,下椎体、反向自锁机构以及上椎体形成反向自锁结构体系,下椎体的下端设置有径向过流槽。本发明解决了压裂后井筒堵塞的问题;在一定程度上提高了可溶球座的应用经济性,改善了可溶球座的性能。

Description

一种自适应全金属可溶球座
技术领域
本发明属于油气田开发技术领域,具体涉及一种自适应全金属可溶球座。
背景技术
在油气井开发过程中,桥塞射孔联作分段压裂工艺占据着举足轻重的地位,而桥塞在这种工艺中起着关键作用,桥塞的质量和性能直接决定着压裂增产作业的成败,同时也影响后期油气能否顺利生产;经过多年的发展,桥塞的结构由复杂到简单,材质由铸铁到可溶金属,但是目前可溶材质桥塞,存在以下局限:采用的胶筒受温度影响大,不易溶解,造成井筒堵塞;采用的金属密封环适用的套管规格单一,同一外径密封环无法对应多种规格的套管,无法满足灵活多变的现场需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种自适应全金属可溶球座,解决了现有技术中因采用胶筒受温度影响较大,不易溶解,易造成井筒堵塞;以及无法满足多种规格的套管的问题。
本发明所采用的技术方案是,
一种自适应全金属可溶球座,包括上椎体,上椎体的内部形成有通道且底部设置有密封构件、顶部可配合放置可溶球,可溶球、上椎体以及密封构件形成有密封腔体,密封构件向依次下连接有卡瓦组件和下椎体,下椎体配置有剪切组件,剪切组件配置有丢手拉杆;
其中,上椎体包括上椎体内锥面和上椎体外锥面,密封构件配置于上椎体外锥面,卡瓦组件包括有卡瓦本体和若干个锚定牙,下椎体配置有反向自锁机构,下椎体、反向自锁机构以及上椎体形成反向自锁结构体系,下椎体的下端设置有径向过流槽。
本发明的特点还在于,
密封构件包括自适应密金属封环,自适应密金属封环的外部设置有锯齿密封面,自适应密金属封环的内部形成有内密封面,自适应密金属封环在轴向与上椎体外锥面贴合,以便自适应金属密封环在沿上椎体外锥面向上运动的情形下,外径扩大时不断裂。
上椎体的通道内壁设置有反向自锁螺纹。
上椎体的上部设置有上椎体上端外缘台阶。
卡瓦本体的上部设置有卡瓦楔形面,卡瓦本体用于支撑锚定牙,卡瓦楔形面的下部设置有卡瓦限位槽。
下椎体设置有限位凸台,限位凸台与卡瓦限位槽贴合,以便限制卡瓦组件旋转。
下椎体的侧面还设置有防偏磨机构。
反向自锁机构的上部设置有自锁机构U型槽。
剪切组件包括剪切环,剪切环的内壁设置有剪切螺纹,剪切环的侧面设置有固定销钉孔。
本发明的有益效果是:本发明一种自适应全金属可溶球座,将同一尺寸的可溶球座应用于多种类型的油气井套管中,很好的扩展了可溶球座的适用范围,本发明采用的反向自锁机构,使得可溶球座各配件无法反向相对运动,很大程度上提高了可溶球座密封效果及成功率,保证可溶球座在油气井应用中具有稳定的性能,全金属材质保证压裂后溶解时不会对井筒造成堵塞,避免影响油气的生产。。
附图说明
图1是本发明一种自适应全金属可溶球座的内部结构示意图;
图2是本发明一种自适应全金属可溶球座的带适配器结构示意图;
图3是本发明一种自适应全金属可溶球座的整体结构示意图。
图中,1.上椎体,2.上椎体内锥面,3.上椎体自锁螺纹,4.上椎体外锥面,5.自适应金属密封环,6.锯齿密封面,7.内密封面,8.卡瓦本体,9.锚定牙,10.卡瓦扩张缝,11.卡瓦楔形面,12.卡瓦限位槽,13.下椎体,14.反向自锁机构,15.反向自锁螺纹,16.自锁机构U型槽,17.限位凸台,18.防偏磨机构,19.过流槽,20.剪切环,21.剪切螺纹,22.固定销钉孔,23.固定销钉,24.可溶球,25.丢手拉杆,26.挡砂盘,27.上椎体上端外缘台阶。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明一种自适应全金属可溶球座进行详细说明。
如图1和图3所示,一种自适应全金属可溶球座,包括上椎体1,上椎体1的内部形成有通道且底部设置有密封构件、顶部可配合放置可溶球24,可溶球24、上椎体1以及密封构件形成有密封腔体,密封构件向依次下连接有卡瓦组件和下椎体13,下椎体13配置有剪切组件,剪切组件配置有丢手拉杆25;
其中,上椎体1包括上椎体内锥面2和上椎体外锥面4,密封构件配置于上椎体外锥面4,卡瓦组件包括有卡瓦本体8和若干个锚定牙9,下椎体13配置有反向自锁机构14,下椎体13、反向自锁机构14以及上椎体1形成反向自锁结构体系,下椎体13的下端设置有径向过流槽19。
进一步地,密封构件包括自适应密金属封环5,自适应密金属封环5的外部设置有锯齿密封面6,自适应密金属封环5的内部形成有内密封面7,自适应密金属封环5在轴向与上椎体外锥面4贴合,以便自适应金属密封环5在沿上椎体外锥面4向上运动的情形下,外径扩大时不断裂。
进一步地,上椎体1的通道内壁设置有反向自锁螺纹15。
进一步地,上椎体1的上部外边缘设置有上椎体上端外缘台阶27。
进一步地,卡瓦本体8的上部设置有卡瓦楔形面11,卡瓦本体8用于支撑锚定牙9,卡瓦楔形面11的下部设置有卡瓦限位槽12。
如图2所示,进一步地,下椎体13设置有限位凸台17,限位凸台17与卡瓦限位槽12贴合,以便限制卡瓦组件旋转。
进一步地,下椎体13的侧面还设置有防偏磨机构18。
进一步地,反向自锁机构14的上部设置有自锁机构U型槽16。
进一步地,剪切组件包括剪切环20,剪切环20的内壁设置有剪切螺纹21,剪切环20的侧面设置有固定销钉孔22。
发明一种自适应全金属可溶球座的上椎体1内通道面上的上椎体自锁螺纹3与下椎体相互配合,形成自锁机构,能够保证可溶球座的坐封成功率和坐封效果,进而提高了现场整体施工效率。
自适应金属密封环5具有良好的延伸率,可以自行适应多种规格套管,突破了常规密封环只能和套管规格一一对应的局限;
锯齿密封面的表面做光滑处理,与套管内壁形成线密封,常规密封环采用平滑面,坐封时与套管壁形成面密封,在固定机械密封中,线密封相较于面密封,具有更好的密封效果。
下椎体13的侧面设置有防偏磨机构,下椎体13部分外径最大,在入井过程中,可溶球座侧面不断与井壁摩擦,可溶金属材质的下椎体13很容易磨损,当磨损到外径小于自适应金属密封环5和卡瓦组件时,就会损坏可溶球座结构,导致其无法正常坐封,防偏磨机构18可以很好的阻止下椎体13发生偏磨,进而保护桥塞其他主体部件不受影响;
剪切环20采用可溶材料螺纹剪切,经过多次试验和应用,可溶材料螺纹剪切后剪切端面整齐,剪切值稳定,剪切后无不溶物留在井下,避免了采用销钉剪切时,固定销钉孔22发生变形,导致工具遇卡的事故发生,且剪断的销钉会留在井底。
下面通过具体的实施例对本发明一种自适应全金属可溶球座进行进一步详细说明。
上椎体1有两个密封面,一个是上椎体内锥面2,用于落坐可溶球24,也为挡砂盘26提供贴合面,一个是上椎体外锥面4,用于给卡瓦本体8及自适应金属密封环5提供支撑和密封,其内部具有沿轴向的上椎体自锁螺纹3,同时螺纹孔提供中心通道,用于液体及气体过流,上椎体1的上端设置有上椎体上端外缘台阶27;可溶球24坐封时,外力通过上椎体上端外缘台阶27传递到上椎体1上,推动上椎体1向下移动,从而完成坐封过程,上椎体1的整体必须保证足够的强度,在坐封过程以及压裂过程中,上椎体1受到轴向和径向强大的作用力,是整个结构的主体支撑部件。
自适应金属密封环5:自适应金属密封环5是整个结构的主体密封件,具有两个密封面,内密封面7和锯齿密封面6,内密封面7与上椎体外密封面4贴合,形成内密封面7,内密封面7阻止液体或气体从上椎体1和自适应金属密封环5之间通过,在坐封时自适应金属密封环5沿着上椎体外锥面4向上滑动,同时锯齿密封面6的外径不断扩大,直至与套管壁紧密贴合,在整个滑动和扩张过程中,自适应金属密封环5只发生延展,不发生断裂;
卡瓦本体8和锚定牙9:卡瓦本体8和锚定牙9共同组成卡瓦组件,卡瓦组件起锚定和支撑作用,卡瓦本体8内侧为卡瓦楔形面11,坐封时与上椎体外锥面4贴合,卡瓦本体8沿着上椎体外锥面4向上移动,同时发生扩张,直至锚定牙9与套管壁咬合,对可溶球座形成锚定作用,卡瓦本体8上有卡瓦扩张缝10,用来保证卡瓦本体8在径向扩张的时候能够均匀分布,进而保证良好的锚定效果,卡瓦本体8下端面设置有卡瓦限位槽12,防止卡瓦本体8发生旋转;
下椎体13:下椎体13与自锁机构14连成一体,保证整个可溶球座结构的稳定性,反向自锁机构14上有反向自锁螺纹15,反向自锁螺纹15与上椎体自锁螺纹3形成配合,共同起到反向自锁的作用,这样使得上椎体1只能与下椎体13相向运动,而无法反向运动,坐封时下椎体1向上运动,推动卡瓦本体8和自适应金属密封环5共同向上运动,上椎体1受到向下的作用力而向下运动,当完成坐封时,由于垂直于上椎体外锥面4的力会有垂直向上的分力,会导致上椎体1向上运动,导致坐封失败,而反向自锁机构14将上椎体1和下椎体13锁定,下椎体13被锚定牙9锁定,因此上椎体1无法移动,从而保证坐封的成功率和稳定性,自锁机构上有自锁机构U型槽16,在受到径向力时,会发生轻微缩径,因此在上椎体1向下移动时,不需要克服额外的阻力,保证上椎体1能够顺利向下运动,另外下椎体13上有限位凸台17,用于限制卡瓦本体8发生旋转,更进一步,下椎体13侧面有防偏磨机构18,在可溶球座入井时,下椎体13侧面会不断与井壁摩擦,进而受到磨损,进而会导致其他主体部件比如自适应金属密封环5以以及锚定牙9发生磨损,导致整个结构失效,防偏磨机构18采用耐磨材料,可以有效阻止磨损,更进一步,下椎体下端面有过流槽19,压裂完之后,液体带着上一级的可溶球24移动到可溶球座下部,暂时堵住中间通道,过流槽19可以提供额外的通道,用来连接下椎体13上下两端的空间,使得液体或气体能够通过;
剪切环20:剪切环20内壁为剪切螺纹21,剪切螺纹21与丢手拉杆25连接,连接处形成限位凸台17,坐封时,通过丢手拉杆25提供最初的拉力,通过剪切螺纹21带动剪切环20向上运动,当阻力达到剪切螺纹21的剪切值时,剪切螺纹21整体发生剪切,丢手拉杆25与整个可溶球座脱开,完成丢手过程,剪切环20侧面有螺纹孔22及固定销钉23,固定销钉23将剪切环20与丢手杆25固定,防止在入井过程中,受到震动时剪切环20发生退扣,与丢手杆25脱开;
丢手拉杆25:提供最初的拉力,通过剪切环20驱动整个可溶球座完成坐封过程;
挡砂盘26:在可溶球座入井过程中,井筒内会有一部分砂子或其他杂物,如果这些固体颗粒进入可溶球座内部,会严重影响丢手拉杆25与可溶球座脱开,导致遇卡事故发生
本发明一种自适应全金属可溶球座的操作过程为:
坐封:入井之前,将可溶球座与丢手拉杆25连接完毕,之后将丢手拉杆25连接在电缆坐封工具上,如图2所示,通过电缆将工具串泵送至设计位置,然后通过电缆传输信号启动坐封,丢手拉杆25受到向上的拉力,通过剪切环20带动下椎体13,卡瓦本体8以及自适应金属密封环5向上移动,同时上椎体上端外缘台阶27会受到向下的一个推力,推动上椎体1和下部的其他组件相对运动,当达到设计行程时,自适应金属密封环5与套管壁贴合密封,锚定牙9与套管壁咬合,继续施加力时,达到剪切螺纹21的剪切值时,丢手拉杆25会与剪切环20脱开,最后丢手拉杆25与带着挡砂盘26起出井口,完成整个坐封过程;
压裂,从井口将可溶球24投入井内,此时,可溶球座中心通道是贯通的,通过泵送将其送到可溶球座的上椎体内锥面2落坐,可溶球24与上椎体内锥面2贴合密封,至此,可溶球将中心通道封堵,自适应金属密封环5将上椎体1与套管壁之间环控封堵,整个可溶球座上部形成密闭空间,之后液体开始大量进入地层,进而完成压裂过程;
溶解:当压裂过程完成之后,由于地层压力高于地面压力,液体开始向上流动,可溶球24离开可溶球座,移动到上一级可溶球座下椎体13附近,至此,整个可溶球24及可溶球座所有部件均浸泡在井底液体中,所有部件材质均为可溶金属,随着液体的不断流动,可溶金属不断发生溶解,经过一定的时间,所有部件均完全溶解在井底液体中,并随着液体返排出地面,至此顺利进入生产阶段;
可溶球座各部件材质可根据具体井的储层情况进行定制,比如储层温度、矿化度及PH值等,这些因素直接影响可溶球座的成功应用。
本发明一种自适应全金属可溶球座解决了同一规格产品不能适应多种规格套管的问题,解决了压裂后井筒堵塞的问题,提高了可溶球座的应用经济性,在一定程度上改善了可溶球座的性能。

Claims (9)

1.一种自适应全金属可溶球座,其特征在于,包括上椎体(1),所述上椎体(1)的内部形成有通道且底部设置有密封构件、顶部可配合放置可溶球(24),所述可溶球(24)、上椎体(1)以及密封构件形成有密封腔体,所述密封构件向依次下连接有卡瓦组件和下椎体(13),所述下椎体(13)配置有剪切组件,所述剪切组件配置有丢手拉杆(25);
其中,所述上椎体(1)包括上椎体内锥面(2)和上椎体外锥面(4),所述密封构件配置于上椎体外锥面(4),所述卡瓦组件包括有卡瓦本体(8)和若干个锚定牙(9),所述下椎体(13)配置有反向自锁机构(14),所述下椎体(13)、反向自锁机构(14)以及上椎体(1)形成反向自锁结构体系,所述下椎体(13)的下端设置有径向过流槽(19)。
2.根据权利要求1所述的一种自适应全金属可溶球座,其特征在于,所述密封构件包括自适应密金属封环(5),所述自适应密金属封环(5)的外部设置有锯齿密封面(6),所述自适应密金属封环(5)的内部形成有内密封面(7),所述自适应密金属封环(5)在轴向与上椎体外锥面(4)贴合,以便自适应金属密封环(5)在沿上椎体外锥面(4)向上运动的情形下,外径扩大时不断裂。
3.根据权利要求1所述的一种自适应全金属可溶球座,其特征在于,所述上椎体(1)的通道内壁设置有反向自锁螺纹(15)。
4.根据权利要求1所述的一种自适应全金属可溶球座,其特征在于,所述上椎体(1)的上部外边缘设置有上椎体上端外缘台阶(27)。
5.根据权利要求1所述的一种自适应全金属可溶球座,其特征在于,所述卡瓦本体(8)的上部设置有卡瓦楔形面(11),所述卡瓦本体(8)用于支撑锚定牙(9),所述卡瓦楔形面(11)的下部设置有卡瓦限位槽(12)。
6.根据权利要求5所述的一种自适应全金属可溶球座,其特征在于,所述下椎体(13)设置有限位凸台(17),所述限位凸台(17)与卡瓦限位槽(12)贴合,以便限制卡瓦组件旋转。
7.根据权利要求1所述的一种自适应全金属可溶球座,其特征在于,所述下椎体(13)的侧面还设置有防偏磨机构(18)。
8.根据权利要求1所述的一种自适应全金属可溶球座,其特征在于,所述反向自锁机构(14)的上部设置有自锁机构U型槽(16)。
9.根据权利要求1所述的一种自适应全金属可溶球座,其特征在于,所述剪切组件包括剪切环(20),所述剪切环(20)的内壁设置有剪切螺纹(21),所述剪切环(20)的侧面设置有固定销钉孔(22)。
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