CN112576231B - 一种全金属可溶压裂分段器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全金属可溶压裂分段器，涉及石油钻探技术领域，包括丢手拉杆、锥体、密封系统和锚定系统、推拉环和防撞环和锁环，所述锥体、锁环和防撞环从前到后依次套设在丢手拉杆上，所述锚定系统和推拉环从前到后套设在锁环上，所述丢手拉杆前侧设置有上部丢手机构，所述上部丢手机构包括推筒、适配器和连接系统，所述适配器安装在推筒内部通过连接系统与手拉杆连接，所述推筒后端抵接在锥体上，适配器和丢手拉杆内部轴向均设置能够相互连通的防堵通道，所述适配器侧面上开有与防堵通道连通且允许流体过的流体通道；本发明适用于上翘井，推筒和适配器结构拆装简易，前端丢手结构和防堵通道，即使在丢手不成功，仍然存在过流通道的优点。
Description
技术领域
本发明涉及石油钻探技术领域，更具体的是涉及一种全金属可溶压裂分段器技术领域。
背景技术
全金属可溶压裂分段器是一种桥塞或者球座，在油气工业领域中，常常使用桥塞/球座来封隔压裂层位，以实施大规模压裂增产作业。尤其在致密油气井内，桥塞封结构简单紧凑，封卡层位准确而被广泛应用。近几年，利用可溶桥塞进行压裂增产作业逐渐被广泛采用。可溶桥塞具有自溶解后，完全通井，无需二次人工干预等特点，有利于后期生产及修井作业。
检索到了三篇桥塞或者球座相关专利，第一篇专利：公开号为“CN109577910A”、专利名称为“一种全金属压裂可溶桥塞”；第二篇专利：公开号为“CN111677477A”、专利名称为“一种新型单卡瓦球座及桥塞及其制备方法”；第三篇专利：公开号为“CN111058798A”、专利名称为“一种可快速溶解的可溶球座”。以上三个专利的坐封机理为：中心丢手拉杆不动，推筒下移，然后丢手环或者丢手剪钉被剪断，完成坐封。
以上三篇专利存在如下缺陷：1)以上桥塞或者球座均为下端丢手，且丢手拉杆为实心结构，在丢手不成功的情况下，丢手的拉杆会造成堵塞桥塞或者球座的中心通道的问题，导致液体无法泵注入井筒，造成无法快速处理事故；2)以上桥塞或者球座在上提或下放过程中，丢手的实心拉杆也有掉入井筒内，同样存在堵塞中心通道风险；3)均不适用于上翘井(井筒为斜向上)，当井筒为上翘井时，需要带排量坐封，需要泵送液体顶着桥塞或球座不下滑，然后启动坐封，由于现有桥塞或球座的丢手拉杆为实心机构，没有带排量的设计，不能满足上翘井的对可溶解球座的设计要求；4)以上桥塞或球座的丢手拉杆还存在不易拆装的问题；5)以上桥塞或者球座存在干涉的问题，导致密封不严密，无法有效封堵产层。即卡瓦锚定在套管，但密封系统未走到位，导致密封不严；或者密封系统走到位，但卡瓦未锚定好，导致桥塞/球座打滑，无法正常施工。
如何解决上述技术问题成了本领域技术人员的努力方向。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决上述技术问题，本发明提供一种全金属可溶压裂分段器。
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
一种全金属可溶压裂分段器，包括丢手拉杆、锥体、密封系统和锚定系统、推拉环和防撞环和锁环，所述锥体、锁环和防撞环从上到下依次套设在丢手拉杆上，所述锚定系统和推拉环从上到下套设在锁环上，所述密封系统套设在锥体下端，所述锚定系统上端搭接在锥体上，所述锚定系统上下两端分别与密封系统和推拉环抵接，所述推拉环下端与防撞环抵接，所述丢手拉杆上侧设置有上端丢手机构，所述上端丢手机构包括推筒、适配器和连接系统，所述适配器安装在推筒内部通过连接系统与手拉杆连接，所述推筒下端抵接在锥体上，适配器和丢手拉杆内部轴向均设置能够相互连通的防堵通道，所述适配器侧面上开有与防堵通道连通且允许流体过的流体通道，所述流体通道与防堵通道之间的夹角小于90°。
进一步地，所述适配器通过螺纹与坐封机构相连，并通过锁紧螺钉防退，所述丢手拉杆为内部中空的中心管。
进一步地，所述中心管外壁上上端设置有与连接系统配合的剪钉孔，中心管外壁上剪钉孔下侧设置有直径从上到下递减二级阶梯凸台，所述锥体上端与二级阶梯凸台的大径端上侧抵接，所述锁环卡紧在二级阶梯凸台小径端上，所述锁环外壁上设置有锯齿螺纹，所述锥体下端搭接在锁环的上端并通过锯齿螺纹相互配合，所述锚定系统和推拉环内部均设置有与锁环上锯齿螺纹配合的锯齿螺纹。
进一步地，所述中心管下端外壁上设置有连接外螺纹，所述防撞环内部设置有与中心管连接的连接内螺纹，所述防撞环外表面装有防磨齿和紧固螺纹的紧固螺钉。
进一步地，所述推拉环靠近锚定系统一侧的外壁上均布有使整体式卡瓦等分的分瓣槽。
进一步地，所述连接系统铜剪钉、可溶剪钉及可溶丢手环中的一种。
进一步地，所述密封系统材质为高延伸率材料，高延伸率材料为天然橡胶、人造橡胶、镁铝合金和高分子塑料中的一种或多种。密封系统包括但不限于天然橡胶、人造橡胶和镁铝合金、高分子塑料等高延伸率材料，以及相关的胶筒座、涨圈等结构，其中高分子塑料为聚乙醇酸或其他高分子材料。
进一步地，所述锚定系统为整体式卡瓦，所述整体式卡瓦的外壁为连续凹凸的波浪形，卡瓦为通过喷涂、堆焊、颗粒粘结方式中的一种或多种工艺制作的卡瓦或通过安装高分子陶瓷或硬质合金卡瓦齿的卡瓦。需要说明的是包括但不限于喷涂、堆焊、颗粒粘结等方式的卡瓦。
进一步地，所述锥体包括套装在中心管上的大锥体和套设在大锥体上部直边段的小锥体，大锥体和小锥体通过剪钉连接，大锥体和小锥体之间开有密封槽，密封槽内装有密封圈。
进一步地，所述密封系统包括上置密封圈、下置密封圈和护腕，上置密封圈和下置密封圈之间具有一定间隙且夹有高弹性密封圈。当轴向压力增大时，间隙被压缩，高弹性密封圈被挤出，更好的与套管贴合与密封。
本发明的有益效果如下：
1、本发明采用上部推筒和适配器与坐封工具连接，为上端丢手。较之拉杆后端丢手有如下优点：1)本发明结构简单有效，丢手拉杆中心设置有防堵通道，由于丢手拉杆非实心结构，如果可溶球座丢手不成功，仍然存在过流通道，丢手不成功时可泵注助溶剂浸泡后迅速解除堵塞。现有技术中丢手不成功时，丢手拉杆会堵塞中心通道，液体无法泵注入井筒，导致无法快速处理事故。2)、本发明的推筒和适配器结构拆装简易，是目前页岩气开采中桥塞的主流丢手方式。3)、采用拉杆丢手方式，拉杆有掉入井筒的风险，而本发明的推筒短小且外径与坐封工具外径一致，减小了这种风险。4)可有效解决干涉的问题，避免密封不严密，无法封堵产层。
2、全金属球座不需要钻磨，较以往带胶筒的可溶桥塞更易通井。由于钻磨的磨鞋安装在连续油管上，若井筒为上翘井，连续油管不易下入到桥塞的坐封位置。全金属球座施工的井仅需闷井一周，可自行溶解。省去连续油管钻磨的费用。
3、当井筒为上翘井时，需要带排量坐封。即井筒为斜向上，需要泵送液体顶着本装置不下滑，然后启动坐封。本专利的防堵通道具有一定排量满足上翘井的对可溶解球座的设计要求。而下部丢手的可溶球座结构则不适用与上翘井。
4、中心管可有效保护锁环，球到桥塞位置时需要2.5m3/min的排量，若液体含高矿化度不但会对锁环产生冲蚀，而且会腐蚀溶解锁环，从而达不到锁紧的目的。另外，若井筒不干净存在砂砾的情况下，锁环有可能会沙卡，影响锁环跳动。
5.本发明中锥体包括套装在中心管上的大锥体和套设在大锥体上的小锥体,当轴向压力增大时卡瓦、密封系统在大锥体和小锥体上爬升，卡瓦首先锚定在套管上，当压力继续增大时，大锥体和小锥体之间的剪钉被剪断，密封系统可继续爬升，直至密封完全，此结构有效解决干涉的问题，避免密封不严密，无法封堵产层。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是在坐封状态下的机构示意图；
图3是坐封完成后的结构示意图；
图4是产层封堵时的结构示意图；
图5是喷涂、堆焊、颗粒粘结的卡瓦；
图6是装有硬质合金、高分子陶瓷齿的卡瓦；
图7是锁环的结构示意图；
图8是中心管的结构示意图；
图9是推拉环的结构示意图；
图10是防撞环的结构示意图；
图11是图4中A处的局部放大图；
附图标记：1-丢手拉杆，2-锥体，21-大锥体，22-小锥体，23-剪钉，24-密封圈，3-密封系统，31-上置密封圈，32-高弹性密封圈，33-下置密封圈，34-护腕，4-锚定系统，5-推拉环，6-防撞环，61-防磨齿，62-紧固螺钉，7-锁环，8-连接系统，9-推筒，10-适配器，101-流体通道，102-锁紧螺钉，103-螺纹。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施方式的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”和“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种全金属可溶压裂分段器，包括丢手拉杆1、锥体2、密封系统3和锚定系统4、推拉环5和防撞环6和锁环7，所述锥体2、锁环7和防撞环6从上到下依次套设在丢手拉杆1上，所述锚定系统4和推拉环5从上到下套设在锁环7上，所述密封系统3套设在锥体2下端，所述锚定系统4上端搭接在锥体2上，所述锚定系统4上下两端分别与密封系统3和推拉环5抵接，所述推拉环5下端与防撞环6抵接，所述丢手拉杆1上侧设置有上端丢手机构，所述上端丢手机构包括推筒9、适配器10和连接系统8，所述适配器10安装在推筒9内部通过连接系统8与丢手拉杆1连接，所述推筒9下端抵接在锥体2上，适配器10和丢手拉杆1内部轴向均设置能够相互连通的防堵通道，所述适配器10侧面上开有与防堵通道连通且允许流体过的流体通道101。
所述适配器10通过螺纹103与坐封机构相连，并通过锁紧螺钉102防退，所述丢手拉杆1为内部中空的中心管。所述坐封机构为带有活塞缸的装置，为球座的坐封提供动力，是球座的外接结构，不属于球座结构。适配器10通过螺纹与坐封机构的中心杆连接，并采用锁紧螺钉防退。当坐封机构活塞缸运动时，与适配器连接的中心杆不动作，推筒下移。
所述连接系统8为铜剪钉、可溶剪钉及可溶丢手环中的一种。
本方案的产品的工作过程如下：
产品装配完成后，开始座封，如图2所示，在坐封状态下，适配器、中心管、推拉环及防撞环保持不动，推筒在火药或液压的作用下行。密封系统密封套管，锚定系统锚定在套管上。随着火药或液压提供的力越来越大，铜剪钉承受不住剪切力，而被剪断，从而完成坐封。推筒和适配器被拉至地面，如图3所示，而剩余部分则留在井下。
如图4和5所示，此时泵送一个球入井筒中。此球会堵塞本产品的内通道，同时推动中心管的等下移。完成产层封堵等。
本实施例中，本发明采用上端推筒和适配器与坐封工具连接，为上端丢手结构。较之拉杆下部丢手有如下优点：
1)本发明结构简单有效，丢手拉杆中心设置有防堵通道，由于丢手拉杆非实心结构，如果可溶球座丢手不成功，仍然存在过流通道，丢手不成功时可泵注助溶剂浸泡下迅速解除堵塞。现有技术中丢手不成功时，丢手拉杆会堵塞中心通道，液体无法泵注入井筒，导致无法快速处理事故。
2)、本发明的推筒和适配器结构拆装简易，是目前页岩气开采中桥塞的主流丢手方式。
3)、采用拉杆下端丢手方式，拉杆有掉入井筒的风险，而本发明的推筒短小且外径与坐封工具外径一致，减小了这种风险。
实施例2
本实施例是在实施例1的基础上做了进一步优化，具体是：
如图8所示，中心管内的防堵通道的直径为35mm，当井筒为上翘井时，需要带排量坐封。即井筒为斜向上，需要泵送液体顶着本装置不下滑，然下启动坐封。本专利的防堵通道具有35mm内径的通道，具有一定排量满足上翘井的机构要求。
所述中心管外壁上上端设置有与连接系统8配合的剪钉孔，中心管外壁上剪钉孔下侧设置有直径从上到下递减二级阶梯凸台，所述锥体2上端与二级阶梯凸台的大径端上侧抵接，所述锁环7卡紧在二级阶梯凸台的小径端上，所述锁环7外壁上设置有锯齿螺纹，所述锥体2下端搭接在锁环7的上端并通过锯齿螺纹相互配合，所述锚定系统4和推拉环5内部均设置有与锁环7上锯齿螺纹配合的锯齿螺纹。
如图7所示，锁环7为卡在二级阶梯凸台的小径端上，锁环7外壁上的锯齿螺纹，以及锥体2、锚定系统4和推拉环5内部的锯齿螺纹的设置能够阻止密封系统回弹，保证密封。
如图10所示，所述中心管下端外壁上设置有连接外螺纹，所述防撞环6内部设置有与中心管连接的连接内螺纹，所述防撞环6外表面装有防磨齿61和紧固螺纹的紧固螺钉62，这种结构的设置方便加工和安装。
实施例3
本实施例是在实施例1或2的基础上做了进一步优化，具体是：
如图11所示，所述锥体2包括套装在中心管上的大锥体21和套设在大锥体21上部直边段的小锥体22，大锥体21和小锥体22通过剪钉23连接，大锥体21和小锥体22之间开有密封槽，密封槽内装有密封圈24。锥体设计成大小两个，能够有效缓解干涉问题。当轴向压力增大卡瓦、密封系统在大、小锥体上爬升，卡瓦首先锚定在套管上，当压力继续增大时，大、小锥体之间的剪钉剪断，密封系统可继续爬升，直至密封完全，此结构有效解决干涉的问题，避免有密封不严密，无法封堵产层的风险。
所述密封系统3包括上置密封圈31、下置密封圈33和护腕34。上置密封圈31和下置密封圈33之间具有一定间隙且夹有高弹性密封圈32。密封系统相较与现有的密封系统，本装置设计成了两个圈，中间夹着一个密封圈。能够进一步提高了密封性。当轴向压力增大时，间隙被压缩，高弹性密封圈被挤出，更好的与套管贴合，从而达到更为牢固的密封的效果。
所述密封系统3的材质为高延伸率材料，高延伸率材料为天然橡胶、人造橡胶、镁铝合金和高分子塑料中的一种或多种。密封系统包括但不限于天然橡胶、人造橡胶和镁铝合金、高分子塑料等高延伸率材料，以及相关的胶筒座、涨圈等结构，其中高分子塑料可以为聚乙醇酸。
如图5所示，所述锚定系统4为整体式卡瓦，所述整体式卡瓦的外壁为连续凹凸的波浪形，卡瓦为通过喷涂、堆焊、颗粒粘结方式中的一种或多种工艺制作固定扣的卡瓦，需要说明的是包括但不限于喷涂、堆焊、颗粒粘结等方式。整体式卡瓦的外壁为连续凹凸的波浪形，能够增加卡瓦的表面积，具有优良的耐磨性能和防止喷涂堆积的优点；通过喷涂、堆焊、颗粒粘结等方式制作的卡瓦的固定扣具有双向性，卡瓦在双向移动时均能嵌入到套管内，增加卡瓦锚定的稳定性。
如图6所示，锚定系统4也可以选择通过安装孔安装的卡瓦。安装孔安装的卡瓦齿的材质为硬质合金或高分子陶瓷。
如图9所示，所述推拉环5靠近锚定系统4一侧的外壁上均布有使整体式卡瓦等分的分瓣槽，这种结构的设置，可以使卡瓦在锥体上爬升时，均匀分瓣。其有益效果是使卡瓦锚定的更为牢固，同时使得卡瓦对密封系统的应力分布更均匀。
Claims (8)
1.一种全金属可溶压裂分段器，包括丢手拉杆(1)、锥体(2)、密封系统(3)和锚定系统(4)、推拉环(5)和防撞环(6)和锁环(7)，所述锥体(2)、锁环(7)和防撞环(6)从上到下依次套设在丢手拉杆(1)上，其特征在于，所述锚定系统(4)和推拉环(5)从上到下套设在锁环(7)上，所述密封系统(3)套设在锥体(2)下端，所述锚定系统(4)上端搭接在锥体(2)上，所述锚定系统(4)上下两端分别与密封系统(3)和推拉环(5)抵接，所述推拉环(5)下端与防撞环(6)抵接，所述丢手拉杆(1)上侧设置有上端丢手机构，所述上端丢手机构包括推筒(9)、适配器(10)和连接系统(8)，所述适配器(10)安装在推筒(9)内部通过连接系统(8)与丢手拉杆(1)连接，所述推筒(9)下端抵接在锥体(2)上，适配器(10)和丢手拉杆(1)内部轴向均设置能够相互连通的防堵通道，所述适配器(10)侧面上开有与防堵通道连通且允许流体过的流体通道(101)，所述适配器(10)通过螺纹(103)与坐封机构相连，并通过锁紧螺钉(102)防退，所述丢手拉杆(1)为内部中空的中心管，所述锥体(2)包括套装在中心管上的大锥体(21)和套设在大锥体(21)上部直边段的小锥体(22)，大锥体(21)和小锥体(22)通过剪钉(23)连接，大锥体(21)和小锥体(22)之间开有密封槽，密封槽内装有密封圈(24)。
2.根据权利要求1所述的一种全金属可溶压裂分段器，其特征在于，所述中心管外壁上上端设置有与连接系统(8)配合的剪钉孔，中心管外壁上剪钉孔下侧设置有直径从上到下递减二级阶梯凸台，所述锥体(2)上端与二级阶梯凸台的大径端上侧抵接，所述锁环(7)卡紧在二级阶梯凸台的小径端上，所述锁环(7)外壁上设置有锯齿螺纹，所述锥体(2)下端搭接在锁环(7)的上端并通过锯齿螺纹相互配合，所述锚定系统(4)和推拉环(5)内部均设置有与锁环(7)上锯齿螺纹配合的锯齿螺纹。
3.根据权利要求1所述的一种全金属可溶压裂分段器，其特征在于，所述中心管下端外壁上设置有连接外螺纹，所述防撞环(6)内部设置有与中心管连接的连接内螺纹，所述防撞环(6)外表面装有防磨齿(61)和紧固螺纹的紧固螺钉(62)。
4.根据权利要求1所述的一种全金属可溶压裂分段器，其特征在于，所述密封系统(3)包括上置密封圈(31)、下置密封圈(33)和护腕(34)，上置密封圈(31)和下置密封圈(33)之间具有间隙且夹有高弹性密封圈(32)。
5.根据权利要求4所述的一种全金属可溶压裂分段器，其特征在于，所述密封系统(3)的材质为高延伸率材料，高延伸率材料为天然橡胶、人造橡胶、镁铝合金和高分子塑料中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种全金属可溶压裂分段器，其特征在于，所述锚定系统(4)为整体式卡瓦，所述整体式卡瓦的外壁为连续凹凸的波浪形，卡瓦为通过喷涂、堆焊、颗粒粘结方式中的一种或多种工艺制作的卡瓦。
7.根据权利要求6所述的一种全金属可溶压裂分段器，其特征在于，所述推拉环(5)靠近锚定系统(4)一侧的外壁上均布有使整体式卡瓦等分的分瓣槽。
8.根据权利要求1所述的一种全金属可溶压裂分段器，其特征在于，所述连接系统(8)为铜剪钉、可溶剪钉及可溶丢手环中的一种。
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