CN113944441A - 一种一体式节箍、卡座、可回收式膨胀锥、井下坐封系统及坐封方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种一体式节箍、卡座、可回收式膨胀锥、井下坐封系统及坐封方法。一种一体式节箍，包括节箍本体，所述节箍本体能够与井下套筒内壁形成密封且锚定于井下套筒内壁，所述节箍本体的内部沿轴向设有内部通道，所述节箍本体的内部通道的内壁为锥面。本发明所述一体式节箍，其能够同时具备密封功能和锚定功能，用于球座的坐封，相比于现有球座的密封和锚定分别依靠密封环和卡瓦两个单独的部件来实现，所述一体式节箍结构更加简单，便于球座的坐封操作，具有极高的实用价值，性价比更高。

Description

一种一体式节箍、卡座、可回收式膨胀锥、井下坐封系统及坐 封方法

技术领域

本发明涉及石油天然气行业的井下工具技术领域，特别是一种一体式节箍、卡座、可回收式膨胀锥、井下坐封系统及坐封方法。

背景技术

桥塞、球座广泛应用于油气井压裂改造、酸化的套筒封隔。在压裂改造施工中，通常做法是通过电缆或液压坐封工具将球座或桥塞坐封在井下套筒的指定位置，然后再泵送压裂球封堵坐封于井内的球座或桥塞的内部通道，再在坐封位置之上套管内射孔，起出坐封工具后进行压裂改造。上述作业完成后，需要形成全通径套筒：若球座或桥塞为可溶性结构且压裂球为可溶性结构，则可自行溶解，直至套管形成全通径满足返排和生产需求；若井内球座或桥塞为不可溶结构，或压裂球为不可溶结构，则需要对球座或(和)压裂球进行钻磨，钻磨后的残渣通过循环排出井外，形成全通径的套筒。

现有桥塞具有上下卡瓦锚定机构及密封胶筒，结构复杂；现有的球座通常具有锥体、密封件(如胶筒或密封环等)和卡瓦及下接头。现有的球座如图1所示：包括锥体1、密封环2、卡瓦3和下接头4，所述锥体1外壁为锥面，所述锥体1内部具有轴向设置的通道；所述密封环2和所述卡瓦3从左向右依次套设在所述锥体1上；所述卡瓦3的左端抵接于所述密封环2右端；所述下接头4左端抵接于所述卡瓦3的右端。

上述球座存在以下不足：结构件多，使其加工比较复杂；且因球座结构件多，故球座长度较大，致使所述球座不便于在井下溶解或从井内钻磨并清除，进而致使井下残留物较多，容易堵塞井下套管；除外，因锥体1、密封环2和卡瓦3均需要一定厚度，致使球座内部的通道尺寸较小，不利于井液返排。且上述卡瓦3和密封环2为分体结构，分别用于实现球座的锚定功能和密封功能，结构复杂，成本较高。

使用上述球座时，需要使用坐封工具，现有技术中上述球座的坐封工具多采用膨胀丢手装置，如图2所示：所述膨胀丢手装置包括柱状空腔推筒5，所述推筒5右端连接坐封筒8的左端，所述坐封筒8的右端用于抵接上述球座的锥体1的端面，所述推筒5内沿轴向设有适配接头6和丢手杆7，所述丢手杆7一端连接所述适配接头6的一端、另一端用于穿过上述球座的锥体1、密封环2、卡瓦3后连接下接头4。

上述膨胀丢手装置存在以下不足：坐封筒8直接抵接球座的锥体1的锥底端面，无法对锥体1的内壁进行支撑，即无法对密封环2和卡瓦3进行支撑，当坐封筒8对锥体1的轴向推力过大时，可能会使锥体1被破坏，进而锥体1无法对密封环2和卡瓦3进行限位和支撑，导致密封环2和卡瓦3可能被破坏，影响球座的坐封。

使用上述膨胀丢手装置来使上述球座坐封在井下套筒内壁上时，先将所述丢手杆7穿过球座的锥体1、密封环2、卡瓦3，并使连接头远离适配接头6的端部连接在下接头4上；然后调整所述坐封筒8，使坐封筒8靠近球座的端部抵接在所述锥体1的锥顶端面；再通过适配接头6对丢手杆7施加向井外的拉力，同时通过坐封筒8对所述锥体1施加向井内的推力，进而使卡瓦3和密封环2从锥体1的锥顶向锥底移动，至所述密封环2的外壁贴紧于套管内壁，同时卡瓦3外壁上的卡瓦3齿锚定在套管内壁上；然后再增大适配接头6对丢手杆7的拉力，致使下接头4和丢手杆7分开，将整个坐封工具拉出井内，井下只剩余球座的锥体1、密封环2、卡瓦3和下接头4。

现有的井下坐封系统采用上述球座和膨胀丢手装置来实现井内的坐封，存在以下不足：留存在井下的构件较多，整体长度较长，不便于在井下溶解或从井内钻磨并清除，进而致使井下残留物较多，容易堵塞井下套管，且因球座溶解或清除速率的影响或难以从井内清除，容易影响油井施工，耽误油井投产时间，容易增加施工成本；且球座的内部通道尺寸较小，不利于井内液体返排，影响施工。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的卡瓦和密封环为分体结构，分别用于实现球座的锚定功能和密封功能，结构复杂，成本较高的问题，提供一种一体式节箍，所述一体式节箍同时具有密封功能和锚定功能，能够实现球座的坐封，且其结构简单，便于球座的坐封操作，具有极高的实用价值，性价比更高。

针对现有技术的球座存在结构件多，使其加工比较复杂，且不便于在井下溶解或从井内钻磨并清除，进而致使井下残留物较多，容易堵塞井下套管,且球座内部的通道尺寸较小，不利于井液返排的问题，提供一种卡座。

针对现有技术的膨胀丢手装置存在其坐封筒直接抵接球座的锥体的锥底端面，无法对锥体的内壁进行支撑，即无法对密封环和卡瓦进行支撑，当坐封筒对锥体的轴向推力过大时，可能会使锥体被破坏，进而锥体无法对密封环和卡瓦进行限位和支撑，导致密封环和卡瓦可能被破坏，进而影响球座的坐封的问题，提供一种可回收式膨胀锥。

针对现有技术的井下坐封系统采用上述球座和膨胀丢手装置来实现井内的坐封，存在：留存在井下的球座的构件较多，整体长度较长，不便于在井下溶解或从井内钻磨并清除，进而致使井下残留物较多，容易堵塞井下套管；且因球座溶解速率的影响或难以从井内清除，容易影响油井施工，耽误油井投产时间，容易增加施工成本；且球座的内部通道尺寸较小，不利于井内液体返排，影响施工的问题，提供一种井下坐封系统和一种坐封方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种一体式节箍，包括节箍本体，所述节箍本体能够与井下套筒内壁形成密封且锚定于井下套筒内壁，所述节箍本体的内部沿轴向设有内部通道，所述节箍本体内部通道的内壁为锥面。

所述节箍本体具有密封功能和锚定功能，其可用于球座的坐封功能，其能够与井下套筒内壁形成密封，同时能够将自身锚定在井下套筒内壁上，其内壁为锥面，指其内径从节箍本体远离下接头的一端向另一端逐渐减小，如：所述节箍本体包括塑性变形构件，塑性变形构件是指其在受力膨胀变形后能够保持形状不会回弹，塑性变形构件的内壁为锥面，塑性变形构件的外壁上设有卡瓦齿，通过坐封工具挤压塑性变形构件的两端，能够使塑性变形构件沿径向向外膨胀变形，实现密封，同时卡瓦齿将节箍本体锚定在套筒内壁，实现坐封。本发明所述一体式节箍，其能够同时具备密封功能和锚定功能，用于球座的坐封，相比于现有球座的密封和锚定分别依靠密封环和卡瓦两个单独的部件来实现，所述一体式节箍结构更加简单，便于球座的坐封操作，具有极高的实用价值，性价比更高。

优选的，所述节箍本体包括密封环和卡瓦，所述卡瓦包括卡瓦座和若干卡瓦齿，所述卡瓦座和所述密封环均为塑性变形构件，所述卡瓦座和所述密封环为一体式构件，所述卡瓦座的一端设有所述密封环、另一端具有若干齿板，相邻两个所述齿板之间具有间隙，所述间隙沿所述卡瓦座的轴向设置。

其中，所述卡瓦齿设于所述卡瓦座外壁上的卡瓦齿槽内。

所述节箍本体包括卡瓦和密封环，其包括现有球座的密封功能和锚定功能。因卡瓦座和密封环为一体式构件且为塑性变形的构件，随着所述节箍本体两个端面受相对作用力挤压，所述密封环和所述卡瓦座均会受挤压膨胀变形，至所述密封环的外壁能够贴紧井下套筒内壁，实现节箍本体的密封功能，同时所述卡瓦的卡瓦齿将所述节箍本体锚定在井下套筒内壁，完成坐封。所述间隙的形状和尺寸根据实际设计情况为准，使所述齿板能够打开，便于卡瓦齿锚定在井下套筒内壁，即是满足所述一体式节箍的锚定功能；同时应该满足一体式节箍的受力能力，避免所述一体式节箍受破坏，保证所述一体式节箍的密封功能。在所述节箍本体受两端的挤压力作用时，所述卡瓦座远离所述密封环的一端的齿板会受力展开，即是所述卡瓦座受下接头抵接的一端的齿板会受力展开，使卡瓦座外壁上的卡瓦齿更好的锚定在井下套管内壁，同时所述卡瓦座另一端端面能够均匀的将轴向力传递至密封环，保证密封环不被破坏。

优选的，所述间隙包含间隙底部和间隙颈部，所述间隙底部为应力孔，所述间隙颈部为条形槽，所述应力孔和所述条形槽连通，所述条形槽的开口设置在远离所述密封环的一端，所述间隙颈部的宽度小于所述间隙底部的宽度。

相邻两个齿板之间的间隙包括靠近所述密封环的间隙底部和靠近所述下接头的间隙颈部，所述间隙底部为所述应力孔，用于避免所述卡瓦座受力集中而损坏；间隙颈部为条形槽，其开口设置在远离所述密封环的一端，即是开口设置在靠近所述下接头的一端，当受下接头抵接力时，便于所述齿板的展开，保证卡瓦的正常锚固工作，即是保证节箍的正常锚定工作。

优选的，所有所述应力孔沿所述卡瓦座周向均匀布设，能够使所有所述应力孔沿所述卡瓦座周向均匀分摊应力，避免所述卡瓦座受力集中而损坏。

优选的，所述应力孔为腰形孔、正多边形孔、椭圆形或圆形孔。采用规则的形状，便于应力孔的加工；当然，上述形状的尺寸均根据实际设计情况确定，也可以采取其它能够减少所述卡瓦座应力集中的形状结构。当采用腰形孔时，腰形孔的长边和条形槽的一端开口连通，即所述间隙相当于T型槽结构，便于齿板的打开，进而满足一体式节箍的锚定能力。且腰形孔沿一体式节箍轴向的宽度可以根据实际受力情况进行调整，来满足一体式节箍的整体受力，避免所述一体式节箍被破坏，进而满足一体式节箍的密封能力和锚定能力。

优选的，所述间隙颈部的宽度为3-5mm，所述间隙底部的宽度为所述间隙颈部的宽度的3-5倍。

所述卡瓦座使用上述设计值的间隙，其间隙底部能够更好的避免卡瓦座因受力集中而破坏，同时间隙颈部能够方便卡瓦座上的齿板均匀展开，便于卡瓦锚定于井下套管的内壁。

优选的，所述卡瓦座和所述密封环均为延伸率介于14％～40％的构件。

所述密封环和所述卡瓦座均由高延伸率材料或符合材料制作而成，高延伸率指延伸率介于14％～40％之间。由于本发明采用了高延伸率构件，可保证密封环和卡瓦座均能产生足够的变形量，从而实现球座的密封。

优选的，所述卡瓦座和所述密封环均为镁合金构件，或其他可达到14％～40％延伸率范围内的可溶性金属，可溶性金属是指其在相应矿化度的液体中能够溶解的金属，便于所述卡瓦座和所述密封环的溶解。

优选的，所述卡瓦齿为柱状结构，所述卡瓦齿的外端面与所述卡瓦座的轴线的夹角为10-60°，且所述卡瓦齿的外端面背向所述卡瓦座设有所述齿板的一端。

所述外端面是指所述卡瓦齿上与所述卡瓦齿槽的槽底面相对的面，该面与所述卡瓦座的轴线有倾斜角，形成一个斜面，减小了卡瓦齿与套筒之间的接触面积，加强了卡瓦齿挤压进套筒的能力，使所述可溶的整体式卡瓦的锚定能力更好。

优选的，所述卡瓦座上包含4-12个所述齿板，所述齿板上均匀设置2-6个所述卡瓦齿槽。

优选的，每个所述齿板上的所有所述卡瓦齿槽沿所述卡瓦座轴向设置。

所述卡瓦齿的数量可根据受力和设计要求进行变动。将所述卡瓦齿槽均匀设置在所述齿板上，即所述卡瓦齿均匀设置在所述齿板上，当所述齿板受力张开时，所述卡瓦齿更好的锚定入套管中，卡瓦的锚定效果更好。

优选的，所述卡瓦齿为陶瓷构件或陶瓷金属构件。

优选的，所述密封环上设有至少一圈密封圈或密封带，所述密封圈和所述密封带均用于辅助密封，如采用橡胶材质构件。

一种卡座，包括下接头和如上述任一所述的一体式节箍，所述下接头的内部沿轴向设有通道，所述节箍本体设于所述下接头的一端，所述下接头内部通道和所述节箍本体的内部通道连通。

其中，所述下接头的端部和所述节箍本体端部相互接触。

所述节箍本体具有密封功能和锚定功能，其能够与井下套筒内壁形成密封，同时能够将自身锚定在井下套筒内壁上。节箍的内壁为锥面，指其内径从节箍本体远离下接头的一端向另一端逐渐减小。所述节箍本体为塑性变形构件，塑性变形构件是指其在膨胀变形后能够保持形状不会回弹。塑性变形构件的内壁为锥面，塑性变形构件的外壁上设有卡瓦齿，通过坐封工具配合下接头挤压塑性变形构件的两端。坐封工具上有能够伸进塑性变形构件内部进行支撑的锥形构件。该锥形构件能够使塑性变形构件使其沿径向向外膨胀变形，实现密封。同时卡瓦齿将节箍本体锚定在套筒内壁，实现坐封。

所述卡座通过去掉现有技术中球座的锥体结构，保留下接头并采用具有锚定功能和密封功能的节箍本体，依然能够将卡座坐封在套筒内壁。卡座结构更少，便于加工。因卡座结构较少，将卡座坐封在井下套筒内，操作更加方便，且安全性、可靠性更高。坐封后，卡座留在井下套筒内的结构更少，便于后期形成全通径套筒，为油气井更早提供满足生产的通道。所述卡座的材质并不限制，如采用可溶卡座时，卡座在形成全通径套筒过程中溶解时间更短，节约形成全通径套筒时间。如果采用不可溶卡座时，便于将卡座钻磨后从井内清除，节约形成全通径套筒时间。进而避免耽误油井投产时间，节约施工成本，且能够减少井下的残留物，避免套筒堵塞。卡座在井下套筒内径一定的情况下，因去掉锥体结构，所述卡座的壁厚更薄，所述卡座的内部通道的尺寸更大，便于井液流动且利于井液返排，使压裂液或井内杂质返排效率高。

且当所述节箍本体包括密封环和卡瓦，所述卡瓦包括卡瓦座和若干卡瓦齿，所述卡瓦座和所述密封环均为塑性变形构件，所述卡瓦座和所述密封环为一体式构件，所述卡瓦座位于所述密封环和所述下接头之间。

所述卡座通过去掉现有技术球座的锥体结构，同时将所述卡瓦和所述密封环形成一个节箍本体，即保留节箍本体和下接头两个构件。坐封时，需要坐封机构限制节箍本体的膨胀方向，使节箍本体沿径向向外膨胀变形。可以采用坐封工具上的支撑结构对所述节箍本体内部进行支撑。坐封后下接头脱离节箍本体，采用所述卡座，能够使留在井内的结构件更少。

优选的，所述卡瓦座、密封环及下接头均为可溶性构件。采用可溶性构件制成所述卡座，在形成全通径套筒时，无需从采用钻磨的方式从井内清除所述卡座，只需让卡座在井内相应矿化度的液体中溶解掉，施工更加方便，形成全通径套筒是指将卡座以及配合卡坐封堵井下套筒的压裂球一起给溶解掉或从井内钻磨并清除的过程。

一种可回收式膨胀锥，用于坐封如上述的卡座，包括推筒，所述推筒的一端连接有坐封筒，所述坐封筒远离所述推筒的一端的外壁用于适配抵接所述节箍本体的内壁。

其中，所述可回收式膨胀锥还包括现有膨胀丢手装置的适配接头、丢手杆，所述适配接头设于所述推筒内部，所述丢手杆一端连接所述适配接头的一端、另一端用于穿过上述卡座的节箍本体并连接下接头。

本发明所述可回收式膨胀锥通过在现有的膨胀丢手装置的推筒与所述卡座配合的一端设置一个坐封筒，坐封筒远离所述推筒的一端的外壁与所述节箍本体的内壁适配。当使用所述可回收式膨胀锥时，将所述可回收式膨胀锥的坐封筒适配抵接于所述节箍本体的内部，同时将所述丢手杆穿过所述节箍本体内部与下接头连接。当对下接头产生向井外的拉力的同时，通过推筒推动所述坐封筒抵接所述节箍本体的内部，对节箍本体施加向井内的推力。此时在所述下接头和所述坐封筒对所述节箍本体的相对作用力下，所述坐封筒远离所述推筒的一端还能够对所述节箍本体的内壁形成支撑力，使得所述节箍本体向外膨胀。能够避免所述节箍本体被破坏，即是避免所述密封环和所述卡瓦被破坏，能够保证所述卡座的坐封安全性。在所述卡座坐封完成后，所述坐封筒能够跟随所述推筒一同退出井外，可进行回收利用。

优选的，所述坐封筒的外壁用于适配抵接锥体的内壁，当坐封筒的外壁能够适配现有技术球座的锥体的内壁时，通过所述可回收式膨胀锥能够增加对所述锥体内部的支撑能力，增加现有技术中的球座坐封时的安全性。

优选的，所述坐封筒用于抵接于所述节箍本体的一端的外壁为锥面。

锥面是指所述坐封筒用于抵接于所述节箍本体的一端的外径从靠近所述推筒的一端向另一端逐渐变小，其适配于所述节箍本体的内壁，便于所述坐封筒从所述节箍本体的内部支撑所述节箍的内壁，进而限制所述节箍本体的膨胀变形方向。

优选的，所述推筒和所述坐封筒为一体式构件。保证对所述节箍本体产生推力的构件的整体性，提高所述可回收式膨胀锥的质量。使用所述可回收式膨胀锥，无需对所述推筒和所述坐封筒进行连接，使所述可回收式膨胀锥的安装更简便，提高所述可回收式膨胀锥的使用便捷性。

一种井下坐封系统，包括如上述的卡座以及如上述的可回收式膨胀锥；

所述可回收式膨胀锥还包括适配接头和丢手杆，所述适配接头设于所述推筒的内部，所述丢手杆一端连接所述适配接头的一端、另一端可拆卸连接所述下接头；

所述坐封筒靠近所述节箍本体的一端的外壁适配抵接于所述节箍本体的内壁。

本发明所述坐封系统，所述连接杆连接下接头为所述节箍本体提供向井外的轴向力。同时通过所述可回收式膨胀锥的所述坐封筒的外壁来适配抵接所述卡座的节箍本体的内壁，所述坐封筒为所述节箍本体提供向井内的轴向力，使所述节箍本体受轴向挤压而膨胀。所述坐封筒的外壁为所述节箍本体的内壁提供支撑，限制所述节箍本体的膨胀方向，即使所述节箍本体向外膨胀。保证了所述节箍本体的密封功能和锚定功能，使所述卡座能够完成坐封作业。

在坐封完成后，整个所述可回收式膨胀锥能够被回收至井外。井内的卡座结构件相比现有技术少了球座的锥体结构，整体结构更短。便于后期形成全通径套筒时卡座在井下溶解或从井内清除，能够节约施工工期，避免因耽误油井投产时间而增加成本。且形成全通径套筒后井内的残留物更少，能够避免堵塞井下套筒。在井下套筒内径一定的情况下，因去掉锥体结构，所述卡座的壁厚更薄，所述卡座的内部通道的尺寸更大，便于井液流动且利于井液返排，使压裂液或井内杂质返排效率高。

一种坐封方法，采用如上述的井下坐封系统，包括以下步骤：

步骤一：将所述井下坐封系统送至套管内指定的坐封位置；

步骤二：对所述适配接头施加向井外的作用力，同时使用所述推筒对所述坐封筒施加向井内的作用力，使所述节箍本体沿所述坐封筒外壁移动，使所述节箍本体变形至其外壁接触套筒内壁，且使所述节箍本体锚定于所述套筒内壁，直至所述下接头与所述丢手杆分离且所述下接头脱离所述节箍本体；

步骤三：回收所述可回收式膨胀锥，坐封施工完成。

本发明所述坐封方法，通过操作所述可回收式膨胀锥坐封所述卡座，所述可回收式膨胀锥的坐封筒抵接于所述节箍本体的内壁。坐封筒能够为所述节箍本体同时提供轴向作用力以及径向支撑力，对节箍本体的膨胀变形进行限位。使节箍本体沿径向朝外膨胀变形，能够稳定的将所述节箍本体坐封在井下套筒的指定位置处，保证后期压裂球能够安全的对节箍本体进行封堵。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明所述一体式节箍，其能够同时具备密封功能和锚定功能，用于球座的坐封。相比于现有球座的密封和锚定分别依靠密封环和卡瓦两个单独的部件来实现，所述一体式节箍结构更加简单，采用密封环和卡瓦的整体结构，便于球座的坐封操作，具有极高的实用价值，性价比更高。

2.本发明所述卡座，通过去掉现有技术中球座的锥体结构，保留下接头并采用具有锚定功能和密封功能的节箍本体，依然能够将卡座坐封在套筒内壁。卡座结构更少，便于加工。因为卡座结构较少，将卡座坐封在井下套筒内，操作更加方便，且安全性、可靠性更高。坐封后留在井下套筒内的结构更少，便于后期形成全通径套筒，为油气井更早提供满足生产的通道。所述卡座的材质并不限制，如采用可溶卡座时，卡座在形成全通径套筒过程中溶解时间更短，节约形成全通径套筒时间。如果采用不可溶卡座时，便于将卡座钻磨后从井内清除，节约形成全通径套筒时间。进而避免耽误油井投产时间，节约施工成本。能够减少井下的残留物，避免套筒堵塞。在井下套筒内径一定的情况下，因为去掉锥体结构，所述卡座的壁厚更薄，所述卡座的内部通道的尺寸更大，便于井液流动且利于井液返排，使压裂液或井内杂质返排效率高。

3、本发明所述可回收式膨胀锥通过在推筒与所述卡座配合的一端设置一个坐封筒，坐封筒远离所述推筒的一端的外壁与所述节箍本体的内壁适配，。所述坐封筒远离所述推筒的一端还能够对所述节箍本体的内壁形成支撑力，限制所述节箍本体的膨胀方向，能够避免所述节箍本体被破坏，即是避免所述密封环和所述卡瓦被破坏，能够保证所述卡座的坐封安全性。在所述卡座坐封完成后，所述坐封筒能够跟随所述推筒一同退出井外，可进行回收利用。

4、本发明所述坐封系统的所述可回收式膨胀锥的坐封筒能够为所述节箍本体同时提供轴向作用力以及径向支撑力，对节箍本体的膨胀变形进行限位，使节箍本体沿径向朝外膨胀变形。能够稳定的将所述节箍本体坐封在井下套筒的指定位置处。整个所述可回收式膨胀锥能够被回收至井外。坐封在井内的卡座结构件相比现有技术少了球座的锥体结构，整体结构更短，便于后期形成全通径套筒时卡座在井下溶解或从井内清除。能够节约施工工期，避免因耽误油井投产时间而增加成本。形成全通径套筒后井内的残留物更少，能够避免堵塞井下套筒。在井下套筒内径一定的情况下，因去掉锥体结构，所述卡座的壁厚更薄，所述卡座的内部通道的尺寸更大，便于井液流动且利于井液返排，使压裂液或井内杂质返排效率高。

5、本发明所述坐封方法，通过操作所述可回收式膨胀锥坐封所述卡座，所述可回收式膨胀锥的坐封筒抵接于所述节箍本体的内壁。坐封筒能够为所述节箍本体同时提供轴向作用力以及径向支撑力，对节箍本体的膨胀变形进行限位，使节箍本体沿径向朝外膨胀变形。能够稳定的将所述节箍本体坐封在井下套筒的指定位置处，保证后期压裂球能够安全的对节箍本体进行封堵。

附图说明

图1是现有技术球座结构示意图；

图2是现有技术膨胀丢手装置的结构示意图。

图1-2图标：1-锥体；2-密封环；3-卡瓦；4-下接头；5-推筒；6-适配接头；7-丢手杆；8-坐封筒。

图3是实施例1中所述一体式节箍的结构示意图；

图4是实施例1中所述一体式节箍的正视图；

图5是图4中A-A处剖视图；

图6是实施例1中所述一体式节箍的左视图；

图7是实施例2中所述的卡座的立体结构示意图；

图8是实施例2中所述的卡座的正面图；

图9是图8中B-B处剖视图；

图10是实施例3中所属的可回收式膨胀锥的正面图；

图11是图10中C-C处剖视图；

图12是实施例4中所述的坐封系统的立体结构示意图；

图13是实施例4中所述的坐封系统的正面示意图；

图14是图13中D-D处剖视图。

图3-14图标：2-密封环；21-密封带；23-节箍本体；3-卡瓦；31-卡瓦座；311-齿板；32-卡瓦齿；33-间隙；331-间隙底部；332-间隙颈部；4-下接头；5-推筒；6-适配接头；7-丢手杆；8-坐封筒。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例提供一种一体式节箍，如图3-6所示，包括节箍本体23，节箍本体23能够与井下套筒内壁形成密封且锚定于井下套筒内壁，节箍本体23的内部沿轴向设有内部通道，节箍本体23的内部通道的内壁为锥面。

其中，节箍本体23具有密封功能和锚定功能，其用于球座的坐封功能。本实施例中，如图12-14所示，节箍能够配合球座的下接头4和坐封工具来实现球座的坐封功能，即是节箍本体23能够与井下套筒内壁形成密封。同时能够将自身锚定在井下套筒内壁上，其内壁为锥面，指其内径从节箍本体23远离下接头4的一端向另一端逐渐减小。其中，锥面的锥度可以在5°至30°范围内进行设置。节箍本体23为塑性变形构件，塑性变形构件是指其在膨胀变形后能够保持形状不会回弹。塑性变形构件的内壁为锥面，塑性变形构件的外壁上设有卡瓦齿32。通过坐封工具挤压塑性变形构件的两端，且坐封工具上有能够伸进塑性变形构件内部进行支撑的锥形构件，能够限制塑性变形构件使其沿径向向外膨胀变形，实现密封。同时卡瓦齿32将节箍本体23锚定在套筒内壁，实现坐封。其中，坐封工具可采用如图10-11可回收式膨胀锥。

本实施例中，参见图3-5，节箍本体23包括密封环2和卡瓦3，卡瓦3包括卡瓦座31和若干卡瓦齿32。卡瓦座31和密封环2均为塑性变形构件，卡瓦座31和密封环2为一体式构件，该一体式构件为一体成型构件。卡瓦座31的一端设有密封环2、另一端具有若干齿板311，相邻两个齿板311之间具有间隙33，间隙33沿卡瓦座31的轴向设置。塑性变形构件是指其在膨胀变形后能够保持形状不会回弹，保证节箍本体23能够与套筒内壁保持稳定的密封。随着节箍本体23两个端面受相对作用力挤压，密封环2和卡瓦座31均会受挤压膨胀变形，至密封环2的外壁能够贴紧井下套筒内壁，实现节箍本体23的密封功能。同时卡瓦3的卡瓦齿32将节箍本体23锚定在井下套筒内壁，完成坐封。作为较优的实施方式，密封环2上设有至少一圈密封圈或密封带21，密封圈和密封带21均用于辅助密封，本实施例中，以密封带21作为展示。在坐封过程中，密封带21与套筒内壁形成初始密封。在坐封完成时，密封带21和密封环2本身形成双重密封的功能。

具体的，密封环2和卡瓦座31均为延伸率介于14％～40％的构件。包括金属构件、非金属构件或复合构件，能够满足密封环2和卡瓦座31的塑性变形，保证密封环2变形后不回弹，且保证卡瓦3能够将密封环2锚定在指定位置；如采用由高延伸率金属制作而成的构件。本实施例中，卡瓦座31和密封环2均为镁合金构件。在具体实施例中，可采用其他可达到延伸率14％～40％范围内的可溶性金属。可溶性金属是指其在相应矿化度的液体中能够溶解的金属。

如图4或图6所示，卡瓦座31的右端具有8个齿板311，每个齿板311上设有3个卡瓦齿槽。每个齿板311上的所有卡瓦齿槽沿卡瓦座31轴向设置，且三个卡瓦齿槽呈三角形布置。每个卡瓦齿槽内部设有一个卡瓦齿32。卡瓦齿32为柱状结构，卡瓦齿32的外端面与卡瓦座31的轴线的夹角为10-60°。卡瓦齿32的外端面背向卡瓦座31设有齿板311的一端。外端面是指卡瓦齿32上与卡瓦齿槽的槽底面相对的面，该面与卡瓦座31的轴线有倾斜角，形成一个斜面，减小了卡瓦齿32与套筒之间的接触面积，加强了卡瓦齿32挤压进套筒的能力，使可溶的整体式卡瓦3的锚定能力更好。当然，卡瓦齿32的数量可根据受力和设计要求进行变动。将卡瓦齿槽均匀设置在齿板311上，即卡瓦齿32均匀设置在齿板311上，当齿板311受力张开时，卡瓦齿32更好的锚定入套管中，卡瓦3的锚定效果更好。

且相邻两个齿板311之间具有间隙33，间隙33沿卡瓦座31的轴向设置。具体的，间隙33包含间隙底部331和间隙颈部332，间隙底部331为应力孔，应力孔为腰形孔、正多边形孔、椭圆形或圆形孔。本实施例中，应力孔以圆形孔作为示例，间隙颈部332为条形槽，圆形的应力孔和条形槽的左端开口连通，条形槽的右端开口设置在靠近下接头4的一端，间隙颈部332的宽度小于间隙底部331的宽度。具体的，间隙颈部332的宽度为3-5mm，间隙底部331的宽度为间隙颈部332的宽度的3-5倍。

本实施例一体式节箍可采用卡瓦3和密封环2的整体结构，密封环2和卡瓦3的卡瓦座31均为塑性变形的构件。密封环2和卡瓦座31为一体式构件，能够同步膨胀变形并不会回弹，进而能够实现现有球座的密封功能和锚定功能，便于坐封球座。相比于现有球座的密封和锚定分别依靠密封环2和卡瓦3两个单独的部件来实现，一体式节箍结构更加简单，便于球座的坐封操作。同时，本发明的产品中不需要芯轴等锥体，结构部件变少，可以直接实现坐封功能，还提高了可靠性，具有极高的实用价值，且加工更加方便，性价比更高。

在现有常用的井下封堵工具中，比如桥塞和球座。这些井下工具要实现对井下套管的封堵，由于包括了椎体，部件较多，在井下坐封后，留在套管内整体长度大约为200毫米至500毫米，整体长度比较长。采用本发明的节箍对井下套管的封堵，在井下坐封后，留在套管内整体长度大约25毫米至70毫米。整体残留长度与现有的井下工具相比减少了80％以上。

实施例2

本实施例提供一种卡座，卡座的功能与现有技术球座的功能一样，且卡座的结构与现有技术球座的结构类似，如图7-9所示。包括下接头4和如实施例1的一体式节箍，一体式节箍包括节箍本体23，节箍本体23能够使其与井下套筒内壁形成密封且使其锚定于井下套筒内壁。节箍本体23内部沿轴向设有通道，下接头4的内部沿轴向设有通道，节箍本体23设于下接头4的一端，下接头4内部通道和节箍本体23的内部通道连通。

本实施例中，如图8所示，节箍本体23包括密封环2和卡瓦3，卡瓦3包括卡瓦座31和若干卡瓦齿32，卡瓦座31和密封环2均为塑性变形构件。卡瓦座31和密封环2为一体式构件，卡瓦座31的左端设有密封环2、右端具有若干齿板311。相邻两个齿板311之间具有间隙33，间隙33沿卡瓦座31的轴向设置,节箍本体23具有齿板311的右端接触下接头4的左端。具体的，下接头4的左端设有凸起，凸起能够卡入节箍本体23的内部通道。

本实施例中，下接头4、密封环2、卡瓦座31和压裂球均可以采用可溶性材料，或下接头4、密封环2、卡瓦座31和压裂球均采用不可溶材料或不可溶复合材料制成。在卡座坐封、再由压裂球封堵之后的形成全通径套筒过程中：当卡座和压裂球均采用可溶材料制成时，因卡座的结构件相比于现有技术球座的结构件更少，卡座溶解时间更短，且残留物更少。当卡座采用不可溶材料或不可溶复合材料制成时，卡座需要被钻磨掉，因卡座的结构件相比于现有技术球座的结构件更少，卡座钻磨时间更快，且从井内打捞或反排时间更短，便于从井内清除。

具体的，本实施例以可溶卡座作为示例。本实施例，卡座的下接头4是可溶性金属制成，如：采用铝合金或镁合金，能够在相应矿化度的液体中能够溶解的金属，也能够为其它可溶的非金属材料或可溶的复合材料。

采用本实施例卡座进行坐封时，可采用如图10-11可回收式膨胀锥，通过可回收式膨胀锥的坐封筒8来对节箍本体23的内壁形成支撑，替代现有球座的锥体结构，实现对节箍本体23的膨胀变形方向进行限制。保证节箍本体23能够沿径向向外膨胀变形，使节箍本体23的外壁能够贴合套筒内壁。同时使卡瓦齿32锚定在套筒内壁内，进而使节箍本体23能够坐封在指定位置。本实施例卡座通过去掉现有技术中球座的锥体结构，保留下接头4并采用具有锚定功能和密封功能的节箍本体23，依然能够将卡座坐封在套筒内壁，且卡座结构更少，便于加工。因为卡座结构较少，将卡座坐封在井下套筒内，操作更加方便，且安全性、可靠性更高。且留在井下套筒内的结构更少，便于后期形成全通径套筒，为油气井更早提供满足生产的通道。因为卡座的材质并不限制，如采用可溶卡座时，卡座在形成全通径套筒过程中溶解时间更短，节约形成全通径套筒时间。采用不可溶卡座时，便于将卡座钻磨后从井内清除，节约形成全通径套筒时间。进而避免耽误油井投产时间，节约施工成本。且能够减少井下的残留物，避免套筒堵塞。在井下套筒内径一定的情况下，因去掉锥体结构，卡座的壁厚更薄，卡座的内部通道的尺寸更大，便于井液流动且利于井液返排，使压裂液或井内杂质返排效率高。

实施例3

本实施例提供一种可回收式膨胀锥，如图10-11所示，用于坐封如实施例2的卡座，包括推筒5，推筒5的一端连接有坐封筒8，坐封筒8远离推筒5的一端的外壁用于适配抵接节箍本体23的内壁。

本实施例中，坐封筒8用于抵接于节箍本体23的一端的外壁为锥面。锥面是指坐封筒8用于抵接于节箍本体23的一端的外径从靠近推筒5的一端向另一端逐渐变小。其适配于节箍本体23的内壁，便于坐封筒8从节箍本体23的内部支撑节箍的内壁。进而限制节箍本体23的膨胀变形方向，同时能够提供节箍本体23的膨胀变形的轴向力。

其中，可回收式膨胀锥还包括现有膨胀丢手装置的适配接头6、丢手杆7，适配接头6设于推筒5内部，丢手杆7一端连接适配接头6的一端、另一端用于穿过卡座的节箍本体23并连接下接头4。

本实施例可回收式膨胀锥通过在推筒5与卡座配合的一端设置一个坐封筒8，坐封筒8远离推筒5的一端的外壁与节箍本体23的内壁适配。当使用可回收式膨胀锥时，将可回收式膨胀锥的坐封筒8适配抵接于节箍本体23的内部。同时将丢手杆7穿过节箍本体23内部与下接头4连接。当对下接头4产生向井外的拉力的同时，通过推筒5推动坐封筒8抵接节箍本体23的内部，对节箍本体23施加向井内的推力。此时在下接头4和坐封筒8对节箍本体23的相对作用力下，坐封筒8远离推筒5的一端还能够对节箍本体23的内壁形成支撑力。限制节箍本体23的膨胀方向，能够避免节箍本体23被破坏，即是避免密封环2和卡瓦3被破坏，能够保证卡座的坐封安全性。卡座坐封完成后，坐封筒8能够跟随推筒5一同退出井外，可进行回收利用。

作为较优的实施方式，推筒5和坐封筒8为一体式构件，本实施例中，推筒5和坐封筒8为一体成型方式作出的一体式构件，保证对节箍本体23产生推力的构件的整体性，提高可回收式膨胀锥的质量。使用可回收式膨胀锥，无需对推筒5和坐封筒8进行连接，使可回收式膨胀锥的安装更简便，提高可回收式膨胀锥的使用便捷性。

当然，当坐封筒8的外壁能够适配现有技术球座的锥体的内壁时，通过可回收式膨胀锥能够增加对锥体内部的支撑能力，增加现有技术中的球座坐封时的安全性。

实施例4

本实施例提供一种井下坐封系统，如图12-14所示，包括如实施例2中的卡座以及如实施例3中的可回收式膨胀锥；

可回收式膨胀锥的丢手杆7一端连接可回收式膨胀锥的适配接头6的一端、另一端可拆卸连接下接头4。具体的，丢手杆7的端部通过销钉连接在卡座的下接头4上。当丢手杆7和下接头4之间的作用力过大时，销钉会被剪切断，使可回收式膨胀锥和卡座分开。且可回收式膨胀锥的坐封筒8靠近卡座的一端的外壁适配抵接于节箍本体23的内壁。具体的，坐封筒8锥形右端的外壁适配抵接于节箍本体23的内壁，使坐封筒8能够对节箍本体23的内部进行支撑和限位。

本实施例坐封系统，连接杆连接下接头4为节箍本体23提供向井外的轴向力。同时通过可回收式膨胀锥的坐封筒8的外壁来适配抵接卡座的节箍本体23的内壁，坐封筒8为节箍本体23提供向井内的轴向力，使节箍本体23受轴向挤压而膨胀。坐封筒8的外壁为节箍本体23的内壁提供支撑，限制节箍本体23的膨胀方向，保证了节箍本体23的密封功能和锚定功能，使卡座能够完成坐封作业。在坐封完成后，整个可回收式膨胀锥能够被回收至井外，井内的卡座结构件相比现有技术少了球座的锥体结构，整体结构更短，便于后期形成全通径套筒时卡座在井下溶解或从井内钻磨并清除。能够节约施工工期，避免因耽误油井投产时间而增加成本；且形成全通径套筒后井内的残留物更少，能够避免堵塞井下套筒；且在井下套筒内径一定的情况下，因去掉锥体结构，卡座的壁厚更薄，卡座的内部通道的尺寸更大，便于井液流动且利于井液返排，使压裂液或井内杂质返排效率高。

实施例5

本实施例提供一种坐封方法，如图12-14所示，采用如实施例4中的井下坐封系统，包括以下步骤：步骤一：将井下封堵系统送至套管内指定的坐封位置；

步骤二：对适配接头6施加向井外的作用力，同时使用推筒5对坐封筒8施加向井内的作用力；即是对下接头4产生向井外的拉力的同时，通过推筒5推动坐封筒8抵接节箍本体23的内部，对节箍本体23施加向井内的推力，此时在下接头4和坐封筒8对节箍本体23的相对作用力下，坐封筒8远离推筒5的一端还能够对节箍本体23的内壁形成支撑力，限制节箍本体23的膨胀方向，能够避免节箍本体23被破坏，即是避免密封环2和卡瓦3被破坏，能够保证卡座的坐封安全性。此时节箍本体23沿坐封筒8的外壁移动，使节箍本体23变形至其密封环2外壁接触套筒内壁，且使节箍本体23的卡瓦3的卡瓦齿32锚定于套筒内壁，直至下接头4与丢手杆7分离且下接头4脱离节箍本体23；

步骤三：回收可回收式膨胀锥，坐封施工完成。

本实施例坐封方法，通过操作可回收式膨胀锥坐封卡座，可回收式膨胀锥的坐封筒8抵接于节箍本体23的内壁。坐封筒8能够为节箍本体23同时提供轴向作用力以及径向支撑力，对节箍本体23的膨胀变形进行限位，使节箍本体23沿径向朝外膨胀变形。能够稳定的将节箍本体23坐封在井下套筒的指定位置处，保证后期压裂球能够安全的对节箍本体23进行封堵。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种一体式节箍，其特征在于，包括节箍本体(23)，所述节箍本体(23)能够与井下套筒内壁形成密封且锚定于井下套筒内壁，所述节箍本体(23)的内部沿轴向设有内部通道，所述节箍本体(23)的内部通道的内壁为锥面。

2.根据权利要求1所述的一体式节箍，其特征在于，所述节箍本体(23)包括密封环(2)和卡瓦(3)，所述卡瓦(3)包括卡瓦座(31)和若干卡瓦齿(32)，所述卡瓦座(31)和所述密封环(2)均为塑性变形构件，所述卡瓦座(31)和所述密封环(2)为一体式构件，所述卡瓦座(31)的一端设有所述密封环(2)、另一端具有若干齿板(311)，相邻两个所述齿板(311)之间具有间隙(33)，所述间隙(33)沿所述卡瓦座(31)的轴向设置。

3.根据权利要求2所述的一体式节箍，其特征在于，所述间隙(33)包含间隙底部(331)和间隙颈部(332)，所述间隙底部(331)为应力孔，所述间隙颈部(332)为条形槽，所述应力孔和所述条形槽连通，所述条形槽的开口设置在远离所述密封环(2)的一端，所述间隙颈部(332)的宽度小于所述间隙底部(331)的宽度。

4.根据权利要求3所述的一体式节箍，其特征在于，所述应力孔为腰形孔、正多边形孔、椭圆形孔或圆形孔。

5.根据权利要求2-4任一所述的一体式节箍，其特征在于，所述卡瓦座(31)和所述密封环(2)均为延伸率介于14％～40％的构件。

6.一种卡座，其特征在于，包括下接头(4)和如权利要求1-5任一所述的一体式节箍,所述下接头(4)的内部沿轴向设有通道，所述节箍本体(23)设于所述下接头(4)的一端，所述下接头(4)的内部通道和所述节箍本体(23)的内部通道连通。

7.一种可回收式膨胀锥，其特征在于，用于坐封如权利要求6所述的卡座，包括推筒(5)，所述推筒(5)的一端连接有坐封筒(8)，所述坐封筒(8)远离所述推筒(5)的一端的外壁用于适配抵接所述节箍本体(23)的内壁。

8.根据权利要求7所述的可回收式膨胀锥，其特征在于，所述坐封筒(8)用于抵接于所述节箍本体(23)的一端的外壁为锥面。

9.一种井下坐封系统，其特征在于，包括如权利要求6所述的卡座以及如权利要求7-8任一所述的可回收式膨胀锥；

所述可回收式膨胀锥还包括适配接头(6)和丢手杆(7)，所述适配接头(6)设于所述推筒(5)的内部，所述丢手杆(7)一端连接所述适配接头(6)的一端、另一端可拆卸连接所述下接头(4)；

所述坐封筒(8)靠近所述节箍本体(23)的一端的外壁适配抵接于所述节箍本体(23)的内壁。

10.一种坐封方法，其特征在于，采用如权利要求9所述的井下坐封系统，包括以下步骤：

步骤一：将所述井下坐封系统送至套管内指定的坐封位置；

步骤二：对所述适配接头(6)施加向井外的作用力，同时使用所述推筒(5)对所述坐封筒(8)施加向井内的作用力，使所述节箍本体(23)沿所述坐封筒(8)外壁移动，使所述节箍本体(23)变形至其外壁接触套筒内壁，且使所述节箍本体(23)锚定于所述套筒内壁，直至所述下接头(4)与所述丢手杆(7)分离且所述下接头(4)脱离所述节箍本体(23)；

步骤三：回收所述可回收式膨胀锥，坐封施工完成。

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