CN115822466A - 一种复合密封循环短接 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了的一种复合密封循环短接，包括顶部接头、套筒、底部接头、活塞筒、球座活塞以及备用球座，顶部接头具有第一中空通道，套筒设置于顶部接头的一端，且具有第二中空通道，底部接头设置于套筒远离顶部接头的一端，且具有第三中空通道，活塞筒套装于套筒的第二中空通道内，活塞筒的侧面设置有与其内通道连通的第一循环孔和试压孔，球座活塞套装于活塞筒内，备用球座套装于顶部接头的第一中空通道内。本申请通过设置备用球座，在球座活塞密封不良或失效时，备用球座可防范整个循环短接失效而导致后续作业无法正常进行的情况出现，形成双重保障，提高了作业的效率，降低了循环短接失败后的作业成本风险，提高了容错率。

Description

一种复合密封循环短接

技术领域

本发明涉及油气田开采设备技术领域，具体地，主要涉及复合密封循环短接。

背景技术

当前，随着油气田开发不断的深入，开采井深也越来越深，深井开采面临一系列技术、经济、安全难题。深井井温高压力高，对钻、完井作业技术领域的要求正不断地提高。为达到减少成本，提升效率的长久目标，需对关键工具设备的容错率有更高的要求。在完井作业中，循环短接通常作为开启位置最低的阀座短接下入，以便于在下入套管期间使流体分流循环。到达预定深度，进行循环洗井，再投入坐封球到达阀座后，在预定压力下剪断剪切螺钉，对循环通道进行关闭与锁定。

循环短接的主要作用是：一、将井眼中的流体循环到井眼环空，进行正循环和反循环洗井工作；二、投入循环短接坐封球后，关闭循环孔，为后续的压裂和完井作业做好准备。一旦无法完成坐封或坐封不良，就不能使上面的工具正常作业(如：封隔器坐封、压差滑套开启等)，严重时会造成窜压或井喷事故。不仅增加作业成本，还延误完井工期等，对于整个完井作业的影响无疑是巨大的，因此对现有的技术改进是必要的。

在传统的循环短接的活塞中，基本使用O型密封圈进行密封，O型密封圈在复杂的井况和产品结构下有一定的局限性：(1)接触面小，在井下高温高压的复杂环境中，密封效果并不突出；(2)O型密封圈在循环短接坐封时快速移动过台阶，容易翻转损伤而导致失去密封性。(3)密封形式单一，无论对密封圈的材质，还是密封圈的防护都有较高的要求。在生产、装配、运输及井下的复杂环境过程中，密封位置所造成的影响风险因数高，单一的密封形式容错率低。

在传统的循环短接中，基本采用单球座设计，利用单球座投球后关闭循环孔，使用O型密封圈达到密封作用，虽然结构简单但对O型密封圈的密封作用过于依赖，缺乏多重保障手段。传统的循环短接整个工具内外都是使用高强度防磨材料，钻取费时间。当需要恢复全通径通道，或底部需要再次通过其它工具时，就需要磨铣中间的循环关闭装置，操作麻烦。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种复合密封循环短接。

本发明公开的一种复合密封循环短接，包括：

顶部接头，顶部接头具有第一中空通道；

套筒，套筒设置于顶部接头的一端，且具有第二中空通道；

底部接头，底部接头设置于套筒远离顶部接头的一端，且具有第三中空通道，第一中空通道、第二中空通道与第三中空通道相互连通；

活塞筒，活塞筒套装于套筒的第二中空通道内，活塞筒的侧面设置有与其内通道连通的第一循环孔和试压孔，活塞筒的外侧靠近底部接头的一端设置有过流槽；

球座活塞，球座活塞套装于活塞筒内，球座活塞可相对活塞筒滑动，且坐封后，活塞筒与球座活塞接触面形成面密封，球座活塞上设置有贯穿其内壁的、与第一循环孔相对的第二循环孔，球座活塞内设置有循环通道，循环通道与第二循环孔之间形成L形通道，球座活塞的内侧壁设置有使循环通道内径变小的承接球面，球座活塞与活塞筒通过可拆卸连接，球座活塞的外壁与活塞筒的内壁之间、沿球座活塞轴线方向设置有多个矩形密封圈，工作时流体从循环通道流经第二循环孔、第一循环孔并从过流槽流出。

优选地，活塞球座的外侧设置有第一密封楔形面，活塞筒的内侧设置有与第一密封楔形面相配合的第二密封楔形面，复合密封循环短接坐封后，第一密封楔形面与第二密封楔形面相互贴合，形成面密封。

优选地，复合密封循环短接还包括备用球座，备用球座套装于顶部接头的第一中空通道内，备用球座内设置有与循环通道连通的流动通道，流动通道的直径大于循环通道的直径。

优选地，密封圈由AFLAS制成。

优选地，套筒的材料强度大于活塞筒、球座活塞和备用球座的材料强度。

优选地，套筒由高强度钢材料制成，活塞筒、球座活塞和备用球座均由低碳钢材料制成。

优选地，套筒的一端与顶部接头螺纹连接，并通过紧定螺钉固定。

优选地，底部接头与套筒的连接处设置有凸卡块，凸卡块沿套筒插入过流槽内，并通过紧定螺钉将套筒与底部接头固定。

优选地，顶部接头与备用球座之间、套筒与顶部接头之间、套筒与底部接头之间、活塞筒与顶部接头之间均设置有外密封组件，外密封组件包括设置于对应的密封槽内的密封挡圈和O形密封圈。

优选地，活塞筒内侧靠近底部接头的一端设置有限位槽，活塞球座的外侧设置有弹性止退部，弹性止退部在复合密封循环短接坐封后卡入限位槽内。

本申请的有益效果在于：

(1)通过设置备用球座，在球座活塞密封不良或失效时，备用球座可防范整个循环短接失效而导致后续作业无法正常进行的情况出现，形成双重保障，提高了作业的效率，降低了循环短接失败后的作业成本风险，提高了容错率。

(2)第一密封楔形面和第二密封楔形面相互贴合后，形成金属面与金属面的密封，增加了金属硬密封，在高温高压情况下，性能稳定，不易受温度与压力的影响，提高了产品稳定性，起到双重防护复合密封的作用。

(3)矩形密封圈密封面积相对O形较大，由于其棱角的存在，在坐封时，不容易翻转，降低了损伤几率以及风险，提高了密封效果，进而提高密封的可靠性，增加了密封的多样性。

(4)密封圈由AFLAS制成，AFLAS又称四丙氟橡胶，其具有耐高温老化、耐酸耐减、耐磨、耐压缩等优异性能，可在200℃下连续使用，最高使用温度可达230℃，耐压方面可达103Mpa，在高温高压的井下环境中，其封隔效果更好，降低了循环短接的泄漏率，降低坐封失效的风险，提高作业的效益。

(5)套筒由高强度钢材料制成，更耐磨且不易变形，活塞筒、球座活塞和备用球座均由低碳钢材料制成，当需要钻取恢复全通径通道时，更容易钻取，节省了钻取时间。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本实施例复合密封循环短接的结构示意图；

图2为本实施例复合密封循环短接的活塞筒立体图；

图3为本实施例复合密封循环短接的活塞筒剖视图；

图4为本实施例复合密封循环短接的球座活塞立体图；

图5为本实施例复合密封循环短接的球座活塞剖视图；

图6为本实施例复合密封循环短接的密封圈结构示意图；

图7为本实施例复合密封循环短接的底部接头结构示意图；

图8为本实施例复合密封循环短接坐封后结构示意图；

图9为密封圈及弹性止退部的结构示意图。

附图中，1顶部接头、2套筒、3底部接头、4活塞筒、41第一循环孔、42试压孔、43过流槽、44第二密封楔形面、45限位槽、5球座活塞、51第二循环孔、52承接球面、53剪切螺钉、54密封圈、55第一密封楔形面、56弹性止退部、6备用球座、7外密封组件、71密封挡圈、72O形密封圈。

具体实施方式

以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示诸如上、下、左、右、前、后……仅用于解释在某一特定姿态如附图所示下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的件或操作而已，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

参照图1-图5。本实施例中的复合密封循环短接，包括顶部接头1、套筒2、底部接头3、活塞筒4、球座活塞5以及备用球座6。其中，顶部接头1具有第一中空通道，套筒2设置于顶部接头1的一端，且具有第二中空通道，底部接头3设置于套筒2远离顶部接头1的一端，且具有第三中空通道，第一中空通道、第二中空通道与第三中空通道相互连通，活塞筒4套装于套筒2的第二中空通道内，活塞筒4的侧面设置有与其内通道连通的第一循环孔41和试压孔42，活塞筒4的外侧靠近底部接头3的一端设置有过流槽43，球座活塞5套装于活塞筒4内，球座活塞5可相对活塞筒4滑动，球座活塞5上设置有贯穿其内壁的、与第一循环孔41相对的第二循环孔51，球座活塞5内设置有循环通道，循环通道与第二循环孔51之间形成L形通道，球座活塞5的内侧壁设置有使循环通道内径变小的承接球面52，球座活塞5与活塞筒4可拆卸连接，具体通过剪切螺钉53固定，球座活塞5的外壁与活塞筒4的内壁之间、沿球座活塞5轴线方向设置有多个密封圈54，工作时流体从循环通道流经第二循环孔51、第一循环孔41并从过流槽43流出，备用球座6套装于顶部接头1的第一中空通道内，备用球座6内设置有与循环通道连通的流动通道，且该流动通道的直径大于循环通道的直径。

采用双球座设计，以球座活塞5密封为主，备用球座6为后备保障手段，在主球座密封不良或失效时，备用球座6可防范整个循环短接失效而导致后续作业无法正常进行的情况出现，形成双重保障，提高了作业的效率，降低了循环短接失败后的作业成本风险，提高了容错率。

优选地，活塞球座5的外侧设置有第一密封楔形面55，活塞筒4的内侧设置有与第一密封楔形面55相配合的第二密封楔形面44，复合密封循环短接坐封后，第一密封楔形面55与第二密封楔形面44相互贴合，形成面密封。两个楔形面相互贴合后，增加了金属硬密封，即金属面与金属面的密封，在高温高压情况下，性能稳定，不易受温度与压力的影响，提高了产品稳定性，起到双重防护复合密封的作用。

请参照图6，密封圈54为矩形密封圈，矩形密封圈密封面积相对O形较大，由于其棱角的存在，在坐封时，不容易翻转，降低了损伤几率以及风险，提高了密封效果，进而提高密封的可靠性，增加了密封的多样性。

优选地，密封圈54由AFLAS制成，AFLAS又称四丙氟橡胶，其具有耐高温老化、耐酸耐减、耐磨、耐压缩等优异性能，可在200℃下连续使用，最高使用温度可达230℃，耐压方面可达103Mpa，在高温高压的井下环境中，其封隔效果更好，降低了循环短接的泄漏率，降低坐封失效的风险，提高作业的效益。

优选地，套筒2的材料强度大于活塞筒4、球座活塞5和备用球座6的材料强度。具体地，套筒2由高强度钢材料制成，更耐磨且不易变形，活塞筒4、球座活塞5和备用球座6均由低碳钢材料制成，当需要钻取恢复全通径通道时，更容易钻取，节省了钻取时间。

请参照图7，套筒2的一端与顶部接头1螺纹连接，并通过紧定螺钉固定，底部接头3与套筒2的连接处设置有凸卡块31，凸卡块31沿套筒2插入过流槽43内，并通过紧定螺钉将套筒2与底部接头3固定。通过螺纹连接、卡接以及紧定螺钉相互配合的固定方式进行连接，拆装方式简单，稳定性高，防止在磨铣时发生旋转。

优选地，顶部接头1与备用球座6之间、套筒2与顶部接头1之间、套筒2与底部接头3之间、活塞筒4与顶部接头1之间均设置有外密封组件7，外密封组件7包括设置于对应的密封槽内的密封挡圈71和O形密封圈72，提高整个循环短接的密封性，降低作业风险。

请参照图9，活塞筒4内侧靠近底部接头3的一端设置有限位槽45，活塞球座5的外侧设置有弹性止退部56，弹性止退部56在复合密封循环短接坐封后卡入限位槽45内，弹性止退部56可以将球座活塞5进行定位，防止球座活塞5回退，提高密封效率。在本实施例中，弹性止退部56为弹簧卡环。

请参照图1和图8，正常情况下，循环短接按预设好的剪切压力值装好剪切螺钉的数量下入井中预定位置，通过循环孔在下入套管期间与井眼环空建立起流体循环，当需要后续压裂和完井作业时，投入球座活塞5对应的坐封球501。坐封球501从备用球座6的流动通道进入，当坐封球501到达球座活塞5上的承接球面52时，球座活塞5上的剪切螺钉53就会被来自地面的预先确定的压力所剪切，球座活塞5在活塞筒4内向下相对移动，直到球座活塞5上的第一密封楔形面55与第二密封楔形面44相互贴合，弹簧卡环在自身弹性下撑开，卡住限位槽45，防止球座活塞5回退。同时球座活塞5和活塞筒4上的第一密封楔形面55与第二密封楔形面44形成金属硬密封，球座活塞5上的矩型密封圈完成循环孔的上下端复合密封，至此完成循环短接常规情况下的循环孔关闭。

当常规密封失效，即球座活塞5上的金属密封和密封圈密封不良或失效时，此时可投入备用球座6对应的备用球601密封循环短接，以此形成后备密封保障。备用球601的直径大于坐封球501的直径，以密封备用球座6的流动通道，从而形成双重密封。

综上：通过设置备用球座6，在球座活塞5密封不良或失效时，备用球座6可防范整个循环短接失效而导致后续作业无法正常进行的情况出现，形成双重保障，提高了作业的效率，降低了循环短接失败后的作业成本风险，提高了容错率。

以上所述仅为本发明的实施方式而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理的内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种复合密封循环短接，其特征在于，包括：

顶部接头，所述顶部接头具有第一中空通道；

套筒，所述套筒设置于所述顶部接头的一端，且具有第二中空通道；

底部接头，所述底部接头设置于所述套筒远离所述顶部接头的一端，且具有第三中空通道，所述第一中空通道、所述第二中空通道与所述第三中空通道相互连通；

活塞筒，所述活塞筒套装于所述套筒的第二中空通道内，所述活塞筒的侧面设置有与其内通道连通的第一循环孔和试压孔，所述活塞筒的外侧靠近所述底部接头的一端设置有过流槽；

球座活塞，所述球座活塞套装于所述活塞筒内，所述球座活塞可相对所述活塞筒滑动，且坐封后，所述活塞筒与所述球座活塞接触面形成面密封，所述球座活塞上设置有贯穿其内壁的、与所述第一循环孔相对的第二循环孔，所述球座活塞内设置有循环通道，所述循环通道与所述第二循环孔之间形成L形通道，所述球座活塞的内侧壁设置有使所述循环通道内径变小的承接球面，所述球座活塞与所述活塞筒可拆卸连接，所述球座活塞的外壁与所述活塞筒的内壁之间、沿所述球座活塞轴线方向设置有多个矩形密封圈，工作时流体从所述循环通道流经第二循环孔、所述第一循环孔并从过流槽流出。

2.根据权利要求1所述的复合密封循环短接，其特征在于，所述活塞球座的外侧设置有第一密封楔形面，所述活塞筒的内侧设置有与所述第一密封楔形面相配合的第二密封楔形面，所述复合密封循环短接坐封后，所述第一密封楔形面与所述第二密封楔形面相互贴合，形成面密封。

3.根据权利要求1所述的复合密封循环短接，其特征在于，所述复合密封循环短接还包括备用球座，所述备用球座套装于所述顶部接头的第一中空通道内，所述备用球座内设置有与所述循环通道连通的流动通道，所述流动通道的直径大于所述循环通道的直径。

4.根据权利要求1所述的复合密封循环短接，其特征在于，所述密封圈由AFLAS制成。

5.根据权利要求1所述的复合密封循环短接，其特征在于，所述套筒的材料强度大于所述活塞筒、所述球座活塞和备用球座的材料强度。

6.根据权利要求5所述的复合密封循环短接，其特征在于，所述套筒由高强度钢材料制成，所述活塞筒、所述球座活塞和备用球座均由低碳钢材料制成。

7.根据权利要求1所述的复合密封循环短接，其特征在于，所述活塞筒内侧靠近所述底部接头的一端设置有限位槽，所述活塞球座的外侧设置有弹性止退部，所述弹性止退部在所述复合密封循环短接坐封后卡入所述限位槽内。

8.根据权利要求1-7任一项所述的复合密封循环短接，其特征在于，所述顶部接头与所述备用球座之间、所述套筒与所述顶部接头之间、所述套筒与所述底部接头之间、所述活塞筒与所述顶部接头之间均设置有外密封组件，所述外密封组件包括设置于对应的密封槽内的密封挡圈和O形密封圈。

9.根据权利要求1-7任一项所述的复合密封循环短接，其特征在于，所述套筒的一端与所述顶部接头螺纹连接，并通过紧定螺钉固定。

10.根据权利要求9所述的复合密封循环短接，其特征在于，所述底部接头与所述套筒的连接处设置有凸卡块，所述凸卡块沿所述套筒插入所述过流槽内，并通过紧定螺钉将所述套筒与所述底部接头固定。

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