CN112443294A - 一种高密封性药芯可溶球 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油气井资源开采技术领域，具体公开了一种高密封性药芯可溶球，包括外表包覆层，所述外表包覆层内设有可溶金属层，所述可溶金属层内设置有助溶材料；所述外表包覆层采用可溶弹性材料制成；本发明能够与桥塞球座紧密贴合密封，确保桥塞的起压，承压，顺利完成压裂作业；并且能够加快可溶桥塞的溶解速度，实现一次投球，一次压裂，快速溶解，自动通井，减少操作人员的作业时间，缩短作业周期，提高生产经济效益。

Description

一种高密封性药芯可溶球

技术领域

本发明涉及油气井资源开采技术领域，尤其涉及一种高密封性药芯可溶球。

背景技术

在目前常规油气井资源的开采中，普遍采用分段压裂或多层压裂的方式进行压裂开采，而在压裂作业中，现市场上大多采用的是可溶桥塞作为常规的压裂工具，在压裂作业完成之后，可溶桥塞将随着井液的浸泡溶解，分化，最后脱离井筒。

近年来，由于现场压裂作业大规模的运用可溶桥塞，在很大程度上提高了压裂工艺和技术，实现了节能增效，降本增产的可观效益。但随着可溶桥塞应用的规模化，可溶桥塞在作业时，遇到的问题或缺陷也随之暴露出来，如，投球压裂不起压、桥塞无法承受高压、桥塞溶解过慢或不溶解等情况。

在可溶桥塞入井作业时，可溶球作为桥塞的密封元素，与桥塞球座紧密贴合密封，可溶球与桥塞球座的密封性能决定了桥塞压裂的成败与否。在目前阶段，由于可溶球的整体架构为全金属实心组织，在投球入井时，可溶球与套管内的井液相接触或在套管内壁发生磕碰，都会造成可溶球表面腐蚀和磨损，影响可溶球的密封性能，从而影响桥塞压裂工作，如无法起压，或无法承受高压等。

在可溶桥塞入井时，由于桥塞在送入至设定位置，需要1-2小时的时间，在此过程中，桥塞将受到井温、井液氯根浓度的影响，整个桥塞表面层及球座将会发生轻微或较大的腐蚀，而桥塞球座部位的腐蚀，将会影响可溶球对桥塞的密封，在投球压力时，无法起压或无法承受高压。

由于可溶桥塞具有可溶特性，在压裂作业完成之后，桥塞将随着井液浸泡自行溶解，分化，实现自行通井。但在目前阶段，可溶桥塞的溶解速度受制于井温，井液氯根浓度等的影响。在井温高，井液氯根浓度高的环境下，桥塞溶解较快；反之，溶解慢或不溶解。而井上作业，往往在压裂完成之后，需快速地将桥塞溶解通井投产，遇上低温，低氯根浓度的井况，为了快速溶解桥塞，则需人为地从井口向套管内打入高浓度的氯化钾或盐酸等化学助溶剂来提高井液氯根浓度，从而加速桥塞的溶解。此时，在人为的操作下，桥塞虽然能够快速溶解，但人为的操作，不仅增加了生产成本，且大大降低的作业效率。

发明内容

针对上述存在的可溶球与可溶桥塞之间的密封性无法保证、可溶桥塞溶解效率无法掌控，以及生产成本高和作业效率低的问题，本发明提供了一种高密封性药芯可溶球，能够与桥塞球座紧密贴合密封，确保桥塞的起压，承压，顺利完成压裂作业；并且能够加快可溶桥塞的溶解速度，实现一次投球，一次压裂，快速溶解，自动通井，减少操作人员的作业时间，缩短作业周期，提高生产经济效益。

为了解决上述技术问题，本发明提供的具体方案如下：

一种高密封性药芯可溶球，包括外表包覆层，所述外表包覆层内设有可溶金属层，所述可溶金属层内设置有助溶材料；

所述外表包覆层采用可溶弹性材料制成。

可选的，所述外表包覆层采用可溶橡胶制成，可溶橡胶具有很好的缓冲和耐磨性能，不易磕碰和磨损，当到到桥塞球座位置后，由于可溶橡胶具有一定的弹性，因此，能够与桥塞球座更加紧密贴合密封，从而保证桥塞在压裂过程中的起压和承压，顺利完成桥塞压裂作业。

可选的，所述外表包覆层的厚度为3-5mm，能够符合常规井况、投球时间和压裂时间长短的需求，并且在压裂作业中，尽管外表包覆层可能会受压发生轻微变形或桥塞球座表面有被冲蚀磨损或轻微溶解，也能实现可溶球与桥塞的紧密贴合，使可溶球与桥塞球座配合的密封性不受影响。

可选的，所述可溶金属层为空心球体状，可溶金属层包括第一半球和第二半球，所述第一半球和第二半球之间为可拆卸连接，便于加工制作以及便于对助溶材料进行填充。

可选的，所述第一半球和第二半球通过螺纹连接，无需借用其他部件，便于拆卸与组装，同时整体结构更加简单。

可选的，所述可溶金属层采用可溶镁铝合金制成，相比大多数结构材料具有更高的比强度和比刚度，尺寸稳定性好和加工精度高，对环境无污染。

可选的，所述助溶材料为固体氯化钾、固体氯化钠或固体酸，有利于加速可溶桥塞溶解。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提供的一种高密封性药芯可溶球，其外表包覆层采用可溶弹性材料制成，相对可溶金属，有减缓溶解且具有一定弹性的特点，在投球入井时，不因井液，井况或不规则的套管，发生提前溶解，分化或被不规则套管磕碰磨损的现象；当可溶球到达桥塞球座后，仍能紧密贴合密封，保证桥塞的起压，承压，顺利完成压裂作业，提高了作业成功率；

由于外表包覆层具有弹性，因此，对于桥塞球座部位腐蚀分化产生凹坑，也不影响其密封桥塞球座，外表包覆层能够填补掉被腐蚀分化的桥塞球座部位，从而使可溶球与桥塞球座密封更可靠，更牢固，实现一次投球，一次压裂，一次成功，可满足不同工况桥塞压裂作业；

可溶金属层内部设置有助溶材料，在可溶金属层溶解后，释放出助溶材料与井液溶为一体，可以增大可溶桥塞周围井液的氯根浓度含量，无论井温高低或井液氯浓度含量多少，均可加快可溶桥塞的溶解速度，真正实现一次投球，一次压裂，快速溶解，自行通井，直接投产的有效经济效益。

附图说明

图1和图2为本发明实施例中提供的一种高密封性药芯可溶球的结构示意图。

图3和图4为本发明实施例中提供的可溶金属层的结构示意图。

图5和图6为本发明实施例中提供的一种高密封性药芯可溶球的应用场景示意图。

其中，1为外表包覆层；2为可溶金属层；21为第一半球；22为第二半球；3为助溶材料；4为可溶桥塞；41为桥塞球座。

具体实施方式

为了详细说明本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

例如，一种高密封性药芯可溶球，包括外表包覆层，外表包覆层内设有可溶金属层，可溶金属层内设置有助溶材料；外表包覆层采用可溶弹性材料制成。

本实施例提供的一种高密封性药芯可溶球，能够与桥塞球座紧密贴合密封，确保桥塞的起压，承压，顺利完成压裂作业；并且能够加快可溶桥塞的溶解速度，实现一次投球，一次压裂，快速溶解，自动通井，减少操作人员的作业时间，缩短作业周期，提高生产经济效益。

如图1和图2、图5和图6所示，一种高密封性药芯可溶球，主要应用于油气井资源的压裂作业中，与其配套使用的包括可溶桥塞4，可溶桥塞上设置有用于与可溶球紧密贴合的桥塞球座41，在可溶桥塞入井作业时，可溶球作为可溶桥塞的密封元素，可溶球与桥塞球座的密封性能决定了可溶桥塞压裂的成功与否。

该一种高密封性药芯可溶球包括外表包覆层1，外表包覆层采用可溶弹性材料制成。

与市场普通全金属可溶球相比，由于全金属可溶球在投球入井时，受不同井温，井况的影响，自身会发生一定的溶解或与套管壁发生磕碰磨损，在到达桥塞球座后，被溶解或磕碰的可溶球表面无法完好的密封桥塞球座，造成桥塞不能起压或承受高压，无法完成压裂工作，增加作业时间，提高作业成本。而本示例中的可溶球外表面设置有由可溶弹性材料制成的外表包覆层，相对于全金属可溶球，有减缓溶解且具有一定弹性的特点，在投球入井时，不因井液，井况或不规则的套管，发生提前溶解，分化或被不规则套管磕碰磨损的现象。当可溶球到达桥塞球座后，仍能紧密贴合密封，保证桥塞的起压，承压，顺利完成压裂作业，提高了作业的成功率。

在可溶桥塞完成坐封，待压裂时，通常直接进行投球压裂作业，但有时遇到不可控或人为需要的因素时，如天气、机械故障、人为设定等原因，压裂作业将推迟或滞后，短则几小时，长则数天。此时，可溶桥塞在井下浸泡时间的长短，将会直接影响可溶球对桥塞球座的密封性能。桥塞浸泡时间越长，其球座部位腐蚀分化越严重，密封性能就越差，从而增大了压裂失败的风险和提高作业成本。而本示例中提供的可溶球，由于其外表包覆层采用可溶弹性材料制成，具有一定的弹性，对于桥塞球座部位腐蚀分化产生的凹坑部位能够进行填补，从而使可溶球与桥塞球座密封更可靠，更牢固，实现一次投球，一次压裂，一次成功，可满足不同工况桥塞压裂作业。

其中，外表包覆层内设有可溶金属层2，可溶金属层内设置有助溶材料3。

常规全金属可溶球在完成压裂之后，虽可自行溶解分化，但在遇上低温，低氯根浓度环境的井况下，不仅可溶球的溶解速度慢，可溶桥塞的溶解速度也会相对缓慢甚至无法完全溶解。为此，需要向井内打入高浓度的氯根井液，或人为提高井温来加速可溶桥塞的溶解，或采取下入一趟或多趟的磨铣工具进行可溶桥塞磨铣通井，如此大量的人力，物力，财力的投入，增加了可溶桥塞压裂作业的成本，延长生产作业周期，降低了生产经效益。而本示例中提供的可溶球，不仅密封效果好，承压稳定可靠，可溶桥塞压裂作业成功率高，同时由于在可溶金属层内设置有助溶材料，当压裂完成，外表包覆层溶掉之后，可溶金属层相比可溶实心金属球溶解更快，在可溶金属层溶解后，释放出助溶材料与井液溶为一体，可以增大可溶桥塞周围井液的氯根浓度含量，无论井温高，低或井液氯浓度含量多少，均可加快可溶桥塞的溶解速度，真正实现一次投球，一次压裂，快速溶解，自行通井，直接投产的有效经济效益。

本申请中，助溶材料具体为固体氯化钾、固体氯化钠或固体酸等有利于加速可溶桥塞溶解的物质，具体可根据实际需求选择所需的助溶材料。

在一些实施例中，外表包覆层采用可溶橡胶制成。

可溶橡胶具有很好的缓冲和耐磨性能，不易磕碰和磨损，当到达桥塞球座位置后，由于可溶橡胶具有一定的弹性，因此，能够与桥塞球座更加紧密贴合密封，从而保证桥塞在压裂过程中的起压和承压，顺利完成桥塞压裂作业。

该采用可溶橡胶制成的外表包覆层主要使用高分子合成工艺，在胶基的主链和侧基上通过高温高压接枝了许多的亲水基团，提高了胶料的亲水性，使橡胶可以在清水中溶解，而井液的氯根浓度对可溶橡胶的溶解速度没有影响，使得可溶橡胶包覆的可溶球在压裂时可以适应多种不同氯根浓度的井液环境。在压裂后，外表包覆层可以完全溶解成无粘性的、可流动的糊状液体。

常规可溶球适应性较差，只能在较高的氯根浓度含量的井液中才能溶解，本示例中采用可溶橡胶制成的外表包覆层在清水和高氯根浓度井液中的溶解速度相差不大，使得该可溶球可以在不同氯根浓度含量的井下环境下使用，适应性好，使用成本更低。

在一些实施例中，外表包覆层的厚度为3-5mm，能够符合常规井况、投球时间和压裂时间长短的需求，并且在压裂作业中，尽管外表包覆层可能会受压发生轻微变形或桥塞球座表面有被冲蚀磨损或轻微溶解，也能实现可溶球与桥塞的紧密贴合，使可溶球与桥塞球座配合的密封性不受影响。

需要说明的是，本申请对于外表包覆层的厚度并不限定在3-5mm范围内，只是出于常规需求，一般设计为3-5mm，具体可根据井况，投球时间，压裂时间的长短进行灵活调整。

在一些实施例中，如图3和图4所示，可溶金属层2为空心球体状，可溶金属层包括第一半球21和第二半球22，第一半球和第二半球之间为可拆卸连接，便于加工制作以及便于对助溶材料进行填充。

第一半球和第二半球为相对设置，在制作该可溶球时，先将助溶材料分别置入第一半球和第二半球腔体内，再将第一半球和第二半球进行连接组装，最后在可溶金属层的外表面包覆一层外表包覆层，该可溶球制作完成。

可以理解的，对于助溶材料的使用量，可根据具体作业需求进行调整，本申请对此并不做具体的限制，并且，对于助溶材料的置入方式，当助溶材料的使用量较大时，在填满第一半球或第二半球后，可借用预先制好的与第一半球和第二半球开口相匹配的可溶金属板，将第一半球内和第二半球内的助溶材料进行封装，避免在组装过程中散出，当然也可以采用其他有利于避免助溶材料散出的方式进行组装。

在压裂完成后，外表包覆层自行溶解、分化后，由于可溶金属层为空心球体状，相比全金属可溶球，空心球体状的可溶金属层溶解时间更短，更快，在可溶金属层溶解之后，存放在可溶金属层内的助溶材料释放进入井液中，与可溶桥塞周围的井液溶为一体，增大井液中的氯根浓度含量，从而加快可溶桥塞的溶解速度，实现快速通井，即时投产。

在一些实施例中，第一半球和第二半球通过螺纹连接，无需借用其他部件，便于拆卸与组装，同时整体结构更加简单。

具体的，可在第一半球的开口处设置外螺纹，在第二半球的开口处设于与外螺纹相匹配的内螺纹，使得在组装第一半球和第二半球时，无需借用其他工具，操作方便。

在该示例中，可溶金属层采用可溶镁铝合金制成，相比大多数结构材料具有更高的比强度和比刚度，尺寸稳定性好和加工精度高，对环境无污染。

本申请提供的一种高密封性药芯可溶球，能够与桥塞球座紧密贴合密封，确保桥塞的起压，承压，顺利完成压裂作业；并且能够加快可溶桥塞的溶解速度，实现一次投球，一次压裂，快速溶解，自动通井，减少操作人员的作业时间，缩短作业周期，提高生产经济效益；该可溶球结构先进，性能可靠，适应性强，通用性广，可应用在多种，复杂的井况环境，使用成本更低，有明显的竞争优势。

可以理解的，上述实施例中各个部件之间的不同实施方式可以进行组合实施，实施例仅仅只是为了说明特定结构的可实施方式，并不是作为方案实施的限定。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (7)

1.一种高密封性药芯可溶球，其特征在于，包括外表包覆层(1)，所述外表包覆层(1)内设有可溶金属层(2)，所述可溶金属层(2)内设置有助溶材料(3)；

所述外表包覆层(1)采用可溶弹性材料制成。

2.根据权利要求1所述的高密封性药芯可溶球，其特征在于，所述外表包覆层(1)采用可溶橡胶制成。

3.根据权利要求1所述的高密封性药芯可溶球，其特征在于，所述外表包覆层(1)的厚度为3-5mm。

4.根据权利要求1所述的高密封性药芯可溶球，其特征在于，所述可溶金属层(2)为空心球体状，可溶金属层(2)包括第一半球(21)和第二半球(22)，所述第一半球(21)和第二半球(22)之间为可拆卸连接。

5.根据权利要求4所述的高密封性药芯可溶球，其特征在于，所述第一半球(21)和第二半球(22)通过螺纹连接。

6.根据权利要求1所述的高密封性药芯可溶球，其特征在于，所述可溶金属层(2)采用可溶镁铝合金制成。

7.根据权利要求1所述的高密封性药芯可溶球，其特征在于，所述助溶材料为固体氯化钾、固体氯化钠或固体酸。

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