CN204371233U - 一种套管压裂球座 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于油田压裂井下工具技术领域，具体提供了一种套管压裂球座，包括两个上瓣、两个下瓣、底座、压帽、十字架、卡簧；两个上瓣和两个下瓣沿圆周交替分布组成上大下小的一个圆锥筒形状，两个上瓣呈180°对称分布，两个下瓣呈180°对称分布，底座与上瓣和下瓣的下端连接，所述十字架设置于上瓣和下瓣组成的圆锥筒内。该实用新型改变了套管滑套类工具需要在井下预置球座的方式，采用后期下入球座、并利用专用工具形成球座的方式，降低了套管滑套类工具依靠橡胶密封形成球座的不可靠性。

Description

一种套管压裂球座

技术领域

本实用新型属于油田压裂井下工具技术领域，具体涉及一种套管压裂球座，是一种套管井压裂时用于层间封隔的球座，适用于油气井光套管大排量体积压裂。

背景技术

目前常规的多层多段压裂，层间（段间）封隔主要采用封隔器或桥塞，压裂后需要打捞封隔器或钻磨桥塞后才能实现井筒的全通径，保持井筒畅通，以便于后期井下作业。

近几年出现的套管滑套压裂工具，主要是通过将压裂球座预置在井下套管内，具体分为两种：一是有限级压裂球座，从下到上球座内径逐渐变大，投球尺寸也逐级增大，只能实现有限级数的压裂；另一种是无限级压裂球座，压裂时通过某种方式激活后形成球座，每次投入同样尺寸的球，可实现不限级数的压裂，但现场试验表明由于高温高压环境中橡胶长时间密封的不稳定导致无限级压裂球座可靠性较低，球座形成失败的概率较大。

如中国专利公告号CN202338315U，提供了一种可缩径套管滑套，用于套管井不限段数压裂。在上接头的下端内壁有一个压裂滑套，上接头与压裂滑套通过销钉固定；在上接头中部壁上有径向的喷砂孔；上接头上端有一个轴向的出液孔；上接头下端连接下接头；压裂滑套下端连接一个圆筒形的C形环托筒；C形环滑套的下端较大直径段在C形环托筒内；在C形环托筒下端的环形台阶上有一个C形环；在下接头的下端有轴向进液孔；进液孔的上端口在下接头内壁上并且进液孔上端口与C形环托筒一个径向孔相对并连通，C形环托筒径向孔的位置在C形环滑套圆环形台阶上端面的上部。效果是：因采用C形环变成封闭的圆环机构，使得每次可以投入相同直径的钢球打开压裂滑套，不再受钢球逐级增大的限制。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术中高温高压环境中橡胶长时间密封的不稳定导致无限级压裂球座可靠性较低，球座形成失败的概率较大的问题。

为此，本实用新型提供了一种套管压裂球座，包括两个上瓣、两个下瓣、底座、压帽、十字架、卡簧；两个上瓣和两个下瓣沿圆周交替分布组成上大下小的一个圆锥筒形状，两个上瓣呈180°对称分布，两个下瓣呈180°对称分布，底座与上瓣和下瓣的下端连接；

所述上瓣内壁自上而下突出有一个肋条，肋条中间有一个圆形铰钉孔，铰钉孔左右两侧各有一个半圆形凹槽，上瓣下部弧长中部有一个圆弧凸台，圆弧凸台下部是一个上小下大的两级圆柱，圆柱最下端呈圆锥形；

所述下瓣内壁自上而下突出有一个肋条，肋条两侧分别有一个上下贯通的长方形凹槽，下瓣下部弧长中部有一个两级圆弧段凸台；

所述底座为厚壁圆筒体，上端对称分布四条凹槽，其中两条为上大下小的梯形凹槽，两个梯形凹槽呈180°对称分布，另外两条为呈180°对称分布的两级矩形凹槽，所述底座内部下端设一个“十字型”肋条，“十字型”肋条中心设有一个圆孔，所述矩形凹槽与下瓣下部的两级圆弧段凸台卡合固定，所述梯形凹槽底部有一个圆孔，所述卡簧通过压帽固定于圆孔内，所述上瓣下部圆柱通过卡簧与底座固定；

所述十字架设置于上瓣和下瓣组成的圆锥筒内，所述十字架的中间为圆孔，圆孔四周伸出四个臂，所述两个上瓣的肋条一和两个下瓣的肋条二分别与十字架的四个臂连接，所述十字架中间的圆孔与底座内部“十字型”肋条中心的圆孔同轴。

上述上瓣上部弧长为圆锥筒上部总周长的3/10，上瓣下部弧长为圆锥筒下部总周长的1/5。

上述上瓣上部内侧是一个圆锥形斜面，上瓣下部的圆弧凸台弧长占上瓣下端弧长的1/3。

上述上瓣内壁设有两个螺纹销钉通孔，分布在上瓣的肋条一左右两侧。

上述下瓣上部弧长为圆锥筒上部总周长的1/5，下瓣下部弧长为圆锥筒下部总周长的3/10。

上述下瓣上部内侧是一个圆锥形斜面，下瓣下部的两级圆弧段凸台为上小下大，上凸台弧长占下瓣下端弧长的1/6，下凸台弧长占下瓣下端弧长的1/3。

上述上瓣与十字架7通过铰钉连接，下瓣与十字架通过键槽方式连接。

上述底座外侧面对称分布两个圆形通孔，该圆形通孔轴线与梯形凹槽轴线逆时针呈45°。

上述底座内部“十字型”肋条中心的圆孔外壁面有两个螺纹通孔，该螺纹通孔与底座上的圆形通孔同轴。

上述上瓣、下瓣、底座、压帽、十字架和卡簧均采用可溶解金属材料加工而成。

本实用新型的有益效果：

(1)本实用新型可实现套管泵注、不限级数的大排量体积压裂。

(2)本实用新型采用可溶解金属材料加工本实用新型套管压裂球座，配合可溶球，压裂后完全溶解，保持了井筒的大通径，有利于后期修井作业。

(3)本实用新型与封隔器或桥塞相比，本实用新型套管压裂球座机械结构简单，不需要打捞封隔器或钻磨桥塞作业即可实现井筒全通径。

(4)本实用新型没有橡胶密封圈等，全部采用金属密封，在井下高温高压环境中可靠性高。

(5)本实用新型改变了套管滑套类工具需要在井下预置球座的方式，采用后期下入球座、并利用专用工具形成球座的方式，降低了套管滑套类工具依靠橡胶密封形成球座的不可靠性。

以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

附图说明

图1为本实用新型套管压裂球座正向示意图。

图2为本实用新型套管压裂球座左视示意图。

图3为本实用新型套管压裂球座右视示意图。

图4为本实用新型套管压裂球座俯视示意图。

图5为本实用新型套管压裂球座正向半剖示意图。

图6为本实用新型套管压裂球座俯视半剖示意图。

图7为本实用新型套管压裂球座上瓣示意图。

图8为本实用新型套管压裂球座下瓣示意图。

图9为本实用新型套管压裂球座十字架示意图。

图10为本实用新型套管压裂球座底座示意图。

图11为本实用新型套管压裂球座中心杆示意图。

图12为本实用新型套管压裂球座支撑架示意图。

图13为本实用新型套管压裂球座组装结构示意图。

图14为图13的沿A-A方向剖面示意图。

图15为本实用新型套管压裂球座下井时的正视半剖示意图。

图16为本实用新型套管压裂球座下井时的俯视半剖示意图。

附图标记说明：1、上瓣；2、下瓣；3、底座；4、上瓣销钉；5、压帽；6、下瓣销钉；7、十字架；8、铰钉；9、卡簧；10、中心杆；11、支撑架；12、底座销钉；13、中间销钉；14、肋条一；15、铰钉孔；16、半圆形凹槽；17、圆弧凸台；18、圆柱；21、肋条二；22、长方形凹槽；23、两级圆弧段凸台；31、梯形凹槽；32、圆形通孔；33、矩形凹槽；34、螺纹通孔；35、圆孔。

具体实施方式

实施例1：

为了克服现有技术中高温高压环境中橡胶长时间密封的不稳定导致无限级压裂球座可靠性较低，球座形成失败的概率较大的问题，本实施例提供了一种如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10所示的套管压裂球座，包括两个上瓣1、两个下瓣2、底座3、压帽5、十字架7、卡簧9；两个上瓣1和两个下瓣2沿圆周交替分布组成上大下小的一个圆锥筒形状，两个上瓣1呈180°对称分布，两个下瓣2呈180°对称分布，底座3与上瓣1和下瓣2的下端连接；

所述上瓣1内壁自上而下突出有一个肋条一14，肋条一14中间有一个圆形铰钉孔15，铰钉孔15左右两侧各有一个半圆形凹槽16，上瓣1下部弧长中部有一个圆弧凸台17，圆弧凸台17下部是一个上小下大的两级圆柱18，圆柱18最下端呈圆锥形；

所述下瓣2内壁自上而下突出有一个肋条二21，肋条二21两侧分别有一个上下贯通的长方形凹槽22，下瓣2下部弧长中部有一个两级圆弧段凸台23；

所述底座3为厚壁圆筒体，上端对称分布四条凹槽，其中两条为上大下小的梯形凹槽31，两个梯形凹槽31呈180°对称分布，另外两条为呈180°对称分布的两级矩形凹槽33，所述底座3内部下端设一个“十字型”肋条，“十字型”肋条中心设有一个圆孔，所述矩形凹槽33与下瓣2下部的两级圆弧段凸台卡合固定，所述梯形凹槽31底部有一个圆孔35，所述卡簧9通过压帽5固定于圆孔35内，所述上瓣1下部圆柱通过卡簧9与底座3固定；

所述十字架7设置于上瓣1和下瓣2组成的圆锥筒内，所述十字架7的中间为圆孔，圆孔四周伸出四个臂，所述两个上瓣1的肋条一14和两个下瓣2的肋条二21分别与十字架7的四个臂连接，所述十字架7中间的圆孔与底座3内部“十字型”肋条中心的圆孔同轴。

如图2和图7所示，所述上瓣1上部弧长为圆锥筒上部总周长的3/10，上瓣1下部弧长为圆锥筒下部总周长的1/5；所述上瓣1上部内侧是一个圆锥形斜面，上瓣1下部的圆弧凸台17弧长占上瓣1下端弧长的1/3；所述上瓣1内壁设有两个螺纹销钉通孔，分布在上瓣1的肋条一14左右两侧。

如图2和图8所示，所述下瓣2上部弧长为圆锥筒上部总周长的1/5，下瓣2下部弧长为圆锥筒下部总周长的3/10；所述下瓣2上部内侧是一个圆锥形斜面，下瓣2下部的两级圆弧段凸台23为上小下大，上凸台弧长占下瓣2下端弧长的1/6，下凸台弧长占下瓣2下端弧长的1/3，下瓣2内壁上有两个螺纹销钉通孔，分布在下瓣2的肋条二21两侧。

如图2和图9所示，所述上瓣1与十字架7通过铰钉8连接，下瓣2与十字架7通过键槽方式连接。

如图10所示，所述底座3外侧面对称分布两个圆形通孔32，该圆形通孔32轴线与梯形凹槽31轴线逆时针呈45°；所述底座3内部“十字型”肋条中心的圆孔外壁面有两个螺纹通孔34，该螺纹通孔34与底座3上的圆形通孔32同轴，螺纹通孔34内径小于圆形通孔32内径。

如图3和图5所示，压帽5是一个外壁有螺纹的圆柱体，压帽5下端加工有一个“一字型”螺丝刀凹槽，压帽5上段圆柱体内部是一个光孔，其内径大于上瓣1下端圆柱18，压帽5通过螺纹与底座3的梯形凹槽31底部螺纹孔连接，用于固定卡簧9，所述卡簧9为“C形”。

另外，所述上瓣1、下瓣2、底座3、压帽5、十字架7和卡簧9均采用可溶解金属材料加工而成，配合可溶球，压裂后完全溶解，保持了井筒的大通径，有利于后期修井作业。

本实用新型套管压裂球座机械结构简单，不需要打捞封隔器或钻磨桥塞作业即可实现井筒全通径，可实现套管泵注、不限级数的大排量体积压裂，同时，没有橡胶密封圈等，全部采用金属密封，在井下高温高压环境中可靠性高。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实用新型套管压裂球座下井时由专用工具下入，专用工具由支撑架11、中心杆10、中间销钉13组成，如图11、图12和图13所示，支撑架11为一个外壁有一个台阶的厚圆筒体，支撑架11上段外径大，下段外径小，上段和下段之间由圆锥面过渡，锥角与球座上瓣1的圆锥形斜面锥角相同，支撑架11最下端是一个圆锥面；支撑架11上段内中心孔小，下端内中心孔大；支撑架11下段圆筒壁上分布四个翼槽，周向呈90度相位分布，翼槽宽与十字架7臂宽匹配。中心杆10是一个实心圆柱体，中心杆10最上端是外螺纹，中心杆10中间是一个圆柱形台阶，圆柱形台阶的下面180度对称分布有两个内螺纹销钉孔，用于固定中间销钉13，中心杆10最下端180度对称分布有两个内螺纹销钉孔。

如图13、图14所示，本实用新型的组装过程如下：下井时，套管压裂球座的两个上瓣1对称与十字架7的两个臂用铰钉8连接好，套在支撑架11下段圆筒壁上的翼槽之间，用上瓣销钉4和上瓣1内壁上的螺纹销钉通孔将两个上瓣1固定在支撑架11的两翼上；套管压裂球座的两个下瓣2对称安装在底座3的矩形孔内，然后将底座3套在支撑架11下端，将两个下瓣2用下瓣销钉6和下瓣2内壁上的螺纹销钉通孔固定在支撑架11的另外两翼上，上瓣1在上，下瓣2在下；将中心杆10穿过支撑架11、十字架7的圆孔和底座3内部“十字型”肋条中心的圆孔，与底座3之间用底座销钉12固定，组装好后的最大外径是110mm，分别是支撑架11上端和底座3。

如图13、图15和图16所示，本实用新型的工作过程如下：

首先，到达球座预定形成位置时，坐封工具推动支撑架11上端面下行，使得下瓣2与支撑架11的固定销钉6剪断后，支撑架11下端的圆锥面推动两个下瓣2向外扩张，使其沿径向膨胀到最终外径。

然后，继续推动支撑架11下行，随着支撑架11与上瓣1的持续下行，当到达中心杆10中间销钉13时，十字架7及上瓣1遇阻，暂停下移，支撑架11上端面继续施加下推力，支撑架11的上锥面迫使上瓣1与支撑架11之间的上瓣销钉4剪断，然后上瓣1以十字架7的铰钉8为轴旋转，直至上瓣1内部锥面与支撑架11上锥面贴合为止，继续施加下推力，十字架7剪断中心杆10上的中间销钉13，支撑架11、十字架7及上瓣1同步下行，上瓣1最下端圆柱体进入底座3上的圆孔35内、锁定，球座形成，最大外径为120mm。

最后，支撑架11继续下行，迫使中心杆10与底座3连接的底座销钉12剪断，上提中心杆10，中心杆10圆柱台阶带着支撑架11上行，与球座分离，最后将中心杆10与支撑架11提出井筒，球座留在井内，配合投球完成层间封隔，实施压裂。

本实用新型改变了套管滑套类工具需要在井下预置球座的方式，采用后期下入球座、并利用专用工具形成球座的方式，降低了套管滑套类工具依靠橡胶密封形成球座的不可靠性。

以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本实用新型的保护范围之内。

本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (10)

1.一种套管压裂球座，其特征在于：包括两个上瓣(1)、两个下瓣(2)、底座(3)、压帽(5)、十字架(7)、卡簧(9)；两个上瓣(1)和两个下瓣(2)沿圆周交替分布组成上大下小的一个圆锥筒形状，两个上瓣(1)呈180°对称分布，两个下瓣(2)呈180°对称分布，底座(3)与上瓣(1)和下瓣(2)的下端连接；

所述上瓣(1)内壁自上而下突出有一个肋条一(14)，肋条一(14)中间有一个圆形铰钉孔(15)，铰钉孔(15)左右两侧各有一个半圆形凹槽(16)，上瓣(1)下部弧长中部有一个圆弧凸台(17)，圆弧凸台(17)下部是一个上小下大的两级圆柱(18)，圆柱(18)最下端呈圆锥形；

所述下瓣(2)内壁自上而下突出有一个肋条二(21)，肋条二(21)两侧分别有一个上下贯通的长方形凹槽(22)，下瓣(2)下部弧长中部有一个两级圆弧段凸台(23)；

所述底座(3)为厚壁圆筒体，上端对称分布四条凹槽，其中两条为上大下小的梯形凹槽(31)，两个梯形凹槽(31)呈180°对称分布，另外两条为呈180°对称分布的两级矩形凹槽(33)，所述底座(3)内部下端设一个“十字型”肋条，“十字型”肋条中心设有一个圆孔，所述矩形凹槽(33)与下瓣(2)下部的两级圆弧段凸台卡合固定，所述梯形凹槽(31)底部有一个圆孔(35)，所述卡簧(9)通过压帽(5)固定于圆孔(35)内，所述上瓣(1)下部圆柱通过卡簧(9)与底座(3)固定； 

所述十字架(7)设置于上瓣(1)和下瓣(2)组成的圆锥筒内，所述十字架(7)的中间为圆孔，圆孔四周伸出四个臂，所述两个上瓣(1)的肋条一(14)和两个下瓣(2)的肋条二(21)分别与十字架(7)的四个臂连接，所述十字架(7)中间的圆孔与底座(3)内部“十字型”肋条中心的圆孔同轴。

2.如权利要求1所述的套管压裂球座，其特征在于：所述上瓣(1)上部弧长为圆锥筒上部总周长的3/10，上瓣(1)下部弧长为圆锥筒下部总周长的1/5。

3.如权利要求1所述的套管压裂球座，其特征在于：所述上瓣(1)上部内侧是一个圆锥形斜面，上瓣(1)下部的圆弧凸台(17)弧长占上瓣(1)下端弧长的1/3。

4.如权利要求1所述的套管压裂球座，其特征在于：所述上瓣(1)内壁设有两个螺纹销钉通孔，分布在上瓣(1)的肋条一(14)左右两侧。

5.如权利要求1所述的套管压裂球座，其特征在于：所述下瓣(2)上部弧长为圆锥筒上部总周长的1/5，下瓣(2)下部弧长为圆锥筒下部总周长的3/10。

6.如权利要求1所述的套管压裂球座，其特征在于：所述下瓣(2)上部内侧是一个圆锥形斜面，下瓣(2)下部的两级圆弧段凸台(23)为上小下大，上凸台弧长占下瓣(2)下端弧长的1/6，下凸台弧长占下瓣(2)下端弧长的1/3。

7.如权利要求1所述的套管压裂球座，其特征在于：所述上瓣(1)与十字架(7)通过铰钉(8)连接，下瓣(2)与十字架(7)通过键槽方式连接。

8.如权利要求1所述的套管压裂球座，其特征在于：所述底座(3)外侧面对称分布两个圆形通孔(32)，该圆形通孔(32)轴线与梯形凹槽(31)轴线逆时针呈45°。

9.如权利要求1或8所述的套管压裂球座，其特征在于：所述底座(3)内部“十字型”肋条中心的圆孔外壁面有两个螺纹通孔(34)，该螺纹通孔(34)与底座(3)上的圆形通孔(32)同轴。

10.如权利要求1所述的套管压裂球座，其特征在于：所述上瓣(1)、下瓣(2)、底座(3)、压帽(5)、十字架(7)和卡簧(9)均采用可溶解金属材料加工而成。