CN114809981A - 一种新型适用于非常规油气开采的可溶球座结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型适用于非常规油气开采的可溶球座结构，涉及可溶桥塞技术领域，用于对原有可溶桥塞进行结构优化，以解决其锚定不实、密封不严的问题；该可溶球座包括从上到下依次连接的锥体、卡瓦本体和防撞环，锥体上依次套设有金属密封环和橡胶密封胶皮，卡瓦本体周向安装有嵌入式卡瓦块；本发明的可溶球座结构采用单卡瓦结构，并采用嵌入式卡瓦块取代嵌入式卡瓦钉，极大地提高了可溶球座整体的锚定承压性能；并采用金属密封环结合橡胶密封胶皮扩张密封方式，在保证目前承压等级要求的基础上，极大地增加了可溶球座的密封性能。
Description
技术领域
本发明涉及可溶桥塞技术领域，更具体的是涉及一种可以增加锚定、密封性能的新型可溶球座结构。
背景技术
随着我国油气资源对外依存度的增加，迫切需要加大油气资源勘探开发力度，提高油气产量，然而常规油气资源已无法满足需求，以页岩气、致密油气为代表的非常规资源逐渐成为油气生产的主力。非常规储层物性条件较差，且天然裂缝发育造成非均质性较强，常规水力压裂方式难以实现经济有效开发。人们常常使用桥塞或者封隔器进行封隔压裂地层，实现了油气产量大幅提升。可溶球座与封隔器用作分段工具功能一致，但其可溶球座因具有快速可溶、全通径投产和施工工艺简单等特点，迅速在体积压裂施工作业中普及，引领了水平井分段多簇压裂技术的革命性进步。
现有技术中可溶桥塞，通常采用嵌入卡瓦钉进行锚定，这就使得嵌入卡瓦钉卡瓦块应力和应变集中在与套管壁接触处附近，卡瓦钉上最大应力已经远超过材料屈服强度，卡瓦钉可能发生较大的塑性变形，致使卡瓦锚定失败；此外，体积压裂井下作业常处于高温、高压、重载荷和强腐蚀等恶劣环境和工况条件，金属密封环在坐封工况下本体结构撕开断裂，及压裂过程中密封失效等现象时有发生，导致球座坐封失效，段间密封不严压裂液漏失，簇间压裂液压能损失过大，压裂作业失败，甚至引发井下事故纯金属密封。
因此，基于此类情况，我们提供一种可以增加锚定、密封性能的新型可溶球座结构，该可溶球座在原有桥塞的基础上进行结构优化升级，以解决上述锚定不实、密封不严等问题。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种能提高锚定、密封性能的可溶球座，其结构采用单卡瓦结构，并采用嵌入式卡瓦块代替卡瓦钉、金属密封环结合密封胶皮的方式，进一步保证球座的锚定与密封能力，不仅大大减少了原有桥塞长度，还克服现有球座锚定和密封性能技术的不足，可有效保证地层压裂技术的实施。
本发明采用的技术方案如下：
为实现上述目的，本发明提供了一种增加锚定、密封能力的新型可溶球座结构，包括从上到下依次连接的锥体、卡瓦本体和防撞环，锥体上依次套有金属密封环和橡胶密封，所述卡瓦本体轴向安装卡瓦块。
作为优化，卡瓦块结构为斜齿，且卡瓦齿尖点朝向球座下方，使得斜齿的接触应力分布较为均匀。
作为优化，卡瓦块的斜齿，且斜齿的卡瓦牙顶角α为85°，卡瓦牙倾角β为70°，能保证卡瓦与套管接触应力较大，卡瓦锚定效果好，能保证卡瓦在工作过程中的安全性。
作为优化，卡瓦本体与金属密封环通过面接触，在坐封过程中，金属密封环与卡瓦同步展开，实现锚定与密封的同步。
作为优化，所述橡胶胶垫的内环面与锥体的外环面配合，锥体左面有凸起限制胶垫的轴向位移。
作为优化，当金属密封环扩展最大直径时，挤压橡胶胶垫，橡胶胶垫受压膨胀，达到金属与橡胶胶垫的双重密封。
作为优化，所述防撞环的周向均匀安装有防磨齿。
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.本发明的可溶球座结构，在原有可溶桥塞的基础上进行了结构优化，其整体结构采用单卡瓦结构，大大缩短了原有的桥塞长度，从而实现金属体积量的缩小，降低生产成本提高经济效益。同时可溶球座采用橡胶胶垫受压扩张与金属密封环同步密封方式，在保证目前承压等级要求的基础上，极大地增加了可溶球座的密封性能。
2.本发明的嵌入式卡瓦在卡瓦块齿顶处与套管壁接触，经过软件仿真，卡瓦块的接触应力相比卡瓦钉接触应力分布较为均匀，在高温高压条件下，嵌入式卡瓦钉因应力集中可能发生较大的塑性变形，致使卡瓦锚定失败，因此选择嵌入式卡瓦块作为球座锚定的结构，提高了可溶球座整体的锚定承压性能。
3.本发明可溶球座结构上设置橡胶密封胶垫，与目前市场现有的单卡瓦球座相比，有效的规避了坐封过程锚定和密封相互干扰而导致密封性能不足的问题，橡胶胶垫受压膨胀，可以补偿金属密封不严部分。
4.本发明通过卡瓦本体的上锥面与防撞环下锥面的配合连接，使得球座坐封过程中，能够保证卡瓦的有效分瓣，可保证卡瓦本体沿着开缝处均匀的张开，卡瓦本体“C型”张开，可大大提高卡瓦的锚定能力。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中卡瓦本体的上端面与防撞环的下端面配合示意图
图3是本发明中卡瓦本体和金属密封环配合示意图；
图4是本发明中卡瓦本体嵌入式卡瓦结构示意图；
图5为本发明专利的密封胶皮的结构示意图；
图6为本发明专利的可溶球座与丢手部件的部分连接结构示意图。
图中标记为：1-锥体，2-橡胶密封胶皮，3-金属密封环，4-锁紧环，5-卡瓦本体，6-防磨齿，7-固定销钉孔，8-防撞环，9-卡瓦块，10-丢手拉杆，11-丢手剪钉，12-可溶球，13-防撞环下端面，14-卡瓦上端面，15-卡瓦下端面，16-金属密封环上端面。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行完整阐述。
实施例1
参阅图1、5和6所示，一种新型适用于非常规油气开采的可溶球座结构，包括从上到下的锥体1、金属密封环3、锁紧环4、卡瓦本体5和防撞环9，锁紧环4外环面与锥体1内环面配合；锥体1外依次套有橡胶密封胶皮2和金属密封环3，卡瓦本体5轴向安装有卡瓦块9，卡瓦块9为斜齿，装配时卡瓦块9尖点朝向球座下方。
橡胶密封胶皮2的长度较短，可溶球座在装配完成后，长度小于300mm，外径为98mm，内通径为35mm，球座整体长度短，橡胶使用量少。
橡胶密封胶皮2与金属密封环3在锚定过程中相互作用，金属密封环3达到最大直径时挤压橡胶密封胶皮2，橡胶密封胶皮2受力挤压膨胀与金属密封环3一块进行球座密封，进一步提高了球座的密封性能。
金属密封环上端面16与卡瓦本体下端面15为平面配合，可溶球座坐封完成后，金属密封环3扩大直径，卡瓦本体5呈“C型”张开，金属密封环3对卡瓦本体5提供了轴向方向的限制，嵌入式卡瓦块9嵌入套筒，达到锚定作用。
锁紧环4外为三角螺纹与防撞环8的内梯形螺纹，在锚定密封过程中，防撞环8的内梯形螺纹与锁紧环4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。
锁紧环4与防撞环8通过螺纹连接，防撞环8通过丢手拉杆作用受力向后挤压卡瓦5与金属密封环3，带动锁紧环4向后运动，当运动至锥体1中心内径变径处，防撞环8运动被限制，从而实现坐封与锚定功能。
卡瓦上端面14与防撞环下端面13为平面配合，防撞环8受到丢手拉杆10作用，通过防撞环下端面13向卡瓦本体5施加力，平面接触保证施力的均匀性，有助于卡瓦的锚定性能。
丢手剪钉11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7发生变形，导致工具遇卡事故的发生。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上进一步优选，参阅图1和图3，所述的卡瓦本体5与金属密封环6接触配合，在球座密封过程中能保证卡瓦的有效分掰，可保证卡瓦本体5沿着开缝处均匀的张开，卡瓦本体5“C”型张开，可有效提高卡瓦的锚定能力。
实施例3
本实施例在实施例1的基础上进一步优选，参阅图1，所述防撞环8的周向均匀安装有防磨齿6；防磨齿6安装在防撞环8的周向防磨齿孔内，起到球座入井过程防止球座磨损，保证球座外径尺寸的作用。
球座坐封后，卡瓦分瓣沿锥体1斜面爬行至锚定套管内壁，金属密封环3本身的回弹性给卡瓦提供一个回拉力，与锥体1斜面配合形成平衡，促使卡瓦本体5贴合套管内壁，可解决单卡瓦结构的卡瓦回落问题。
球座坐封后，卡瓦本体5与金属密封环3沿锥体1斜面爬行至锥体1最大直径处，金属密封环3扩径进行球座密封环，因其本身的扩径不均匀性导致金属密封存在不严，但其在锥体1最大直径处挤压橡胶密封胶皮2，橡胶密封胶皮2受力膨胀，与金属密封环3相互配合，可有效提高球座的密封能力。
需要注意的是，本发明是在现有桥塞的基础上进行结构优化，通过缩短桥塞，减少金属的量等方面的结构优化，来提高其溶解速度，增加经济效益。
本发明一种新型结构的可溶球座解决了卡瓦钉型球座锚定能力不足、金属密封不严的问题，解决了压裂后井筒堵塞的问题，提高了可溶球座的经济应用性，在一定程度上改善了可溶球座的性能。
Claims (8)
1.一种新型适用于非常规油气开采的可溶球座结构，包括从上到下依次连接的锥体(1)、金属密封环(3)、卡瓦本体(5)、和防撞环(8)，其特征在于：锥体(1)依次套设有橡胶密封胶皮(2)、锁紧环(4)和金属密封环(3)，所述卡瓦本体(5)轴向安装有卡瓦块(9)。
2.根据权利要求1所述的一种新型适用于非常规油气开采的可溶球座结构，其特征在于，锥体(1)内表面与锁紧环(7)外表面连接，具体为：锥体(1)内部与锁紧环(7)外部通过接触面过盈配合连接。
3.根据权利要求1所述的一种新型适用于非常规油气开采的可溶球座结构，其特征在于，锥体(1)上安装有金属密封环(3)，金属密封环上端面(16)与卡瓦下端面(15)配合，面接触使得金属密封环受力均匀扩张。
4.根据权利要求1所述的一种新型适用于非常规油气开采的可溶球座结构，其特征在于，卡瓦本体上端面(14)与防撞环下端面(8)进行配合，保证坐封过程中，防撞环(8)对卡瓦本体(5)施力的均匀性。
5.根据权利要求1所述的一种新型适用于非常规油气开采的可溶球座结构，其特征在于，卡瓦本体(5)的上部周向设有嵌入式卡瓦块(9)，使得与套管接触应力更为均匀。
6.根据权利要求1所述的一种新型适用于非常规油气开采的可溶球座结构，其特征在于，卡瓦块(9)为斜齿，且卡瓦块(9)尖点朝向球座下方，有利于卡瓦锚定。
7.根据权利要求1所述的一种新型适用于非常规油气开采的可溶球座结构，其特征在于，防撞环(8)的周向均匀安装有防磨齿(6)。
8.根据权利要求1所述的一种新型适用于非常规油气开采的可溶球座结构，其特征在于，金属密封环(4)与橡胶密封胶皮(5)互配合，提高密封性能。
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