CN211500585U - 一种可溶金属密封卡座 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可溶金属密封卡座，包括锥体、金属密封环、卡瓦和下接头，所述锥体、金属密封环、卡瓦和下接头均为可溶性金属构件；所述锥体外表面为锥面，所述锥体内部具有轴向设置的通道；所述金属密封环套设在所述锥体上；所述卡瓦包括若干个卡瓦齿槽和呈圆筒状的卡瓦座，所述卡瓦座为一体式结构，所述卡瓦座的一端具有若干齿板，相邻两个所述齿板之间具有间隙，所述卡瓦齿槽中设有卡瓦齿，所述卡瓦套设在所述锥体上，所述卡瓦的一端抵接于所述金属密封环靠近所述锥体锥顶的一端；所述下接头靠近所述锥体锥底的一端抵接于所述卡瓦具有所述齿板的一端；所述可溶金属密封卡座，其结构简单，长度缩短，加工方便，且密封性能更好。

Description

一种可溶金属密封卡座

技术领域

本实用新型涉及石油天然气行业的井下工具技术领域，特别是一种可溶金属密封卡座。

背景技术

可溶卡座广泛应用于深层气井的封堵，为上返测试、压裂改造等工艺技术的成功实施提供了保障。如图1-2所示，现有的可溶卡座包括锥体5和下接头1，在锥体5和下接头1之间设有胶筒4和卡瓦2，且为了满足密封要求，在胶筒4和卡瓦2还需要设置挡环3或复合片，但在具体施工中，发现现有的可溶卡座存在以下不足：

(1)现有的可溶卡座大多采用胶筒4作为密封构件，存在体积大、溶解条件高、难以完全溶解以及施工后期经常造成井筒堵塞的不足，进而影响油井出油；且胶筒4具有流动特征，密封效果不甚理想；

(2)现有的可溶性卡座的锥体5大多为可溶性金属构件，因井内套管直径的限制，以及锥体5的承压能力必须得到保障，所以锥体5的厚度都比较厚，进而锥体5内部为孔径较小的圆柱状通道，如通道的直径为30mm-45mm，且通道的直径无法做大，这极大的影响压裂液和井内杂质的返排效率，进而影响油、气的增产效果；

(3)现有的可溶卡座的卡瓦2包括卡瓦座23和卡瓦齿24，所述卡瓦座23的外表面上设有卡瓦齿槽，所述卡瓦齿槽内设有所述卡瓦齿24，其卡瓦座23大多由若干个卡瓦片21箍成，相邻两个卡瓦片21相互连接，且预设有切缝22，不仅结构复杂，加工困难，且在下井过程中，卡瓦片21容易发生损坏，影响锚定性能；除外，卡瓦座23抵接于胶筒4的一端存在切缝22，使卡瓦2传递至所述胶筒4的作用力不均匀，卡座坐封时容易导致胶筒4损坏。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中可溶卡座上的卡瓦结构复杂，加工困难；卡瓦片容易损坏，影响卡瓦锚定性能；且卡座上的卡瓦容易致使胶筒损坏；以及胶筒体积大、难以溶解和密封效果差的不足，致使卡座的结构复杂，加工困难，密封性能不佳的问题，提供一种可溶金属密封卡座。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种可溶金属密封卡座，包括：锥体、金属密封环、卡瓦和下接头，所述锥体、金属密封环、卡瓦和下接头均为可溶性金属构件；

所述锥体外表面为锥面，所述锥体内部具有轴向设置的通道；

所述金属密封环套设在所述锥体上；

所述卡瓦包括若干个卡瓦齿槽和呈圆筒状的卡瓦座，所述卡瓦座为一体式结构，所述卡瓦座的一端具有若干齿板，相邻两个所述齿板之间具有间隙，所述卡瓦齿槽中设有卡瓦齿，所述卡瓦套设在所述锥体上，所述卡瓦的一端抵接于所述金属密封环靠近所述锥体锥顶的一端；

所述下接头靠近所述锥体锥底的一端抵接于所述卡瓦具有所述齿板的一端。

本实用新型所述可溶金属密封卡座的锥体、下接头、卡瓦、金属密封环均是可溶性金属制成，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。本实用新型采用金属密封环进行密封，解决了胶筒体积大、溶解条件高的不足，金属密封环具有溶解性能好，不易堵塞井筒的优点，且金属密封环相较于胶筒，密封性能更好，保障了上返测试、压裂改造等工艺技术的成功实施。进一步的，本实用新型的卡瓦采用一体式结构的卡瓦座，无需通过多个卡瓦片组装，也无需设置切缝，大大简化了卡瓦的结构，具有结构简单，便于加工的优点，且在下井过程中，一体式的卡瓦座不容易发生损坏，提高了卡瓦的承压能力和锚定性能。最后，所述卡瓦座只有一端具有齿板，所述齿板间具有间隙，当卡瓦座在锥体的坡面上爬动时，所述卡瓦座具有所述齿板的一端用于抵接下接头，受下接头的抵接力作用，所述卡瓦座上的所述齿板会向四周撑开，但不会断裂，直至所述齿板贴合套管内壁，且卡瓦齿卡入套管内壁中，实现锚定功能；其未设有所述齿板的一端用于抵接金属密封环，其传力的端面没有所述间隙，能够传递均匀的作用力给金属密封环，避免了金属密封环受力不均匀而损坏。所述卡瓦齿的尺寸与对应的所述卡瓦齿槽的尺寸相匹配，所述卡瓦齿的一部分露出在所述卡瓦齿槽外，用于实现卡瓦与套筒的锚定。由于本实用新型采用的卡瓦座能够将力均匀的传递至所述金属密封环，本实用新型无需再在金属密封环和卡瓦之间设置挡环或复合片，在取消挡环或复合片后同样能实现密封，极大的简化了卡座的结构，卡座整体长度缩短，十分便于加工，可大大提高加工效率。本实用新型所述可溶金属密封卡座，其结构简单，长度缩短，加工方便，且密封性能更好。

优选的，所述间隙为U形槽或弧形槽，也能够为半圆形开口等，避免所述卡瓦座受力集中而损坏。

优选的，所述间隙沿所述卡瓦座的轴向设置。

使卡瓦座设有所述间隙的一端沿轴线方向受力，避免所述卡瓦座被破坏。

优选的，所述U形槽的长度与所述卡瓦座的轴向长度的比值大于或等于1/2，且所述U形槽的长度与所述卡瓦座的轴向长度的比值小于或等于2/3。

在满足卡瓦座的正常承压能力的同时，卡瓦和其上的U形槽按照上述设计值，便于所述卡瓦座上的齿板撑开，能够使卡瓦更好地的锚定于井下套筒内壁，同时便于支撑金属密封环，提高金属密封环在密封井下套筒的稳定性。

优选的，所述金属密封环为延伸率16％～35％的金属构件。

所述金属密封环由高延伸率金属制作而成，所述高延伸率金属指延伸率介于16％-35％之间的金属。由于本实用新型采用了高延伸率金属，可保证金属密封环能产生足够的变形量，从而实现卡座的密封。

优选的，所述金属构件为镁合金构件，或其他可达到该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。

优选的，所述卡瓦座和所述金属密封环为一体成型结构。

将卡瓦和密封环设计为一个整体结构，使卡座的结构更加简单，加工更加方便。

优选的，所述卡瓦座内部的通孔为漏斗状结构，所述漏斗状结构的漏斗管部分位于所述齿板的一端。

所述漏斗管结构分为漏斗体部分和漏斗管部分，所述卡瓦座未设有所述齿板的一端为漏斗体部分，其适配于卡座的锥体外表面，增加最大接触支撑表面积。且所述漏斗管部分的尺寸较小，其对应的所述齿板的厚度就大，提高所述卡瓦座设有所述间隙的一端的承压能力。

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6-12个所述齿板，所述齿板上均匀设置2-3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，所述卡瓦座的轴线和其内部通孔的轴线共轴。

当卡瓦安装在锥体的底端时，使卡瓦沿锥体的中心轴线对称，在卡座坐封时，所有卡瓦齿能够同时与套筒接触，同时受力，锚定效果更好。

优选的，所述通道为圆柱状结构，所述通道直径为70-80mm；或所述通道为圆台状结构，所述通道的最小端的直径为70-80mm。

通过将锥体的厚度减小，从而实现锥体的通道尺寸变大，使压裂液和井内杂质的返排效率变高圆台状的通道尺寸大于圆柱状通道尺寸，返排效果更好。

优选的，所述金属密封环上设有至少一圈密封圈，所述密封圈用于辅助密封。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型所述的可溶金属密封卡座采用金属密封环进行密封，解决了胶筒体积大、溶解条件高的不足，金属密封环具有溶解性能好，不易堵塞井筒的优点，且金属密封环相较于胶筒，密封性能更好，保障了上返测试、压裂改造等工艺技术的成功实施。

(2)本实用新型所述的可溶金属密封卡座的卡瓦采用一体式结构的卡瓦座，无需通过多个卡瓦片组装，也无需设置切缝，大大简化了卡瓦的结构，具有结构简单，便于加工的优点，且在下井过程中，一体式的卡瓦座不容易发生损坏，提高了卡瓦的承压能力和锚定性能。

(3)本实用新型所述的可溶金属密封卡座采用的卡瓦座的抵接于下接头的一端具有齿板，便于受下接头作用而打开，便于其上的卡瓦齿锚定于套管内壁，同时其未设有所述齿板的一端用于抵接金属密封环，其传力的端面没有所述间隙，能够传递均匀的作用力给金属密封环，避免了金属密封环受力不均匀而损坏。

(4)由于本实用新型所述的可溶金属密封卡座采用的卡瓦座抵接于金属密封环的一端能够均匀的传递作用力至金属密封环，故本实用新型无需再在金属密封环和卡瓦之间设置挡环或复合片，在取消挡环或复合片后同样能实现密封，极大的简化了卡座的结构，卡座整体缩短，十分便于加工，可大大提高加工效率。

(5)本实用新型所述的可溶金属密封卡座采用的锥体的内部通道的尺寸远远大于原先的锥体的通孔的孔径，提升了压裂液和井内杂质的返排效率。

附图说明

图1是现有卡座的结构示意图；

图2是现有卡瓦的结构示意图；

图1-2中标记：1-下接头；2-卡瓦；21-卡瓦片；22-切缝；23-卡瓦座；24-卡瓦齿；3-挡环；4-胶筒；5-锥体。

图3是本实用新型实施例1中的可溶金属密封卡座的结构示意图；

图4是图3中A-A处剖视图；

图5是本实用新型实施例1中卡瓦的立体结构图；

图6是本实用新型实施例1中卡瓦的另一视角的结构示意图；

图7是本实用新型实施例1中卡瓦座的结构示意图；

图8是图7中B-B处的剖视图；

图3-8中标记：1-下接头；11-定位螺钉；2-卡瓦；23-卡瓦座；24-卡瓦齿；231-齿板；232-间隙；233-卡瓦齿槽；238-间隙底部；239-间隙颈部；5-锥体；6-金属密封环；61-密封圈。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

如图3、图4所示，一种可溶金属密封卡座，包括：锥体5、金属密封环6、卡瓦2和下接头1，所述锥体5、金属密封环6、卡瓦2和下接头1均为可溶性金属构件；所述锥体5为铝合金构件，其外表面为锥面，所述锥体5直径较大的一端为锥底，所述锥体5直径较小的一端为锥顶。所述锥体5内部沿轴向设有直柱状通道，所述通道用于和座封工具相适配，所述通道的直径为70-80mm；或所述锥体5的内部为圆台状所述通道，所述通道的最小端的直径为70-80mm，上述通道都远远大于原先的锥体5的通孔的孔径，提升了压裂液和井内杂质的返排效率。作为本实施例中的优选方案，采用圆台状所述通道，所述圆台状通道对比于直柱状通道，通道为变径，且最小的直径为70-80mm，保证锥体5的基本承压能力的前提下，提高了锥体5内部通道的尺寸大小，便于压裂液和井内杂质的返排。

所述金属密封环6套设在所述锥体5上，且安装在靠近所述锥体5锥底的一端，所述金属密封环6的内表面为与所述锥体5的外锥面相适配的内锥面，所述金属密封环6的外表面的径向截面为平面。所述金属密封环6由高延伸率金属制作而成，所述高延伸率金属指延伸率介于16％-35％之间的金属，作为一个较优的实施方式，所述高延伸率金属为镁合金，或其他可达到该延伸率范围内的可溶性金属，所述可溶性金属是指其在相应矿化度的液体中能够溶解。本实用新型采用金属密封环6进行密封，解决了胶筒体积大、溶解条件高的不足，金属密封环6具有溶解性能好，不易堵塞井筒的优点，且金属密封环6相较于胶筒，密封性能更好，保障了上返测试、压裂改造等工艺技术的成功实施。作为一个较优的实施方式，所述金属密封环6上设有至少一圈密封圈61，所述密封圈61用于辅助密封，所述密封圈61能够采用金属密封圈61或橡胶密封圈61。

所述卡瓦2包括卡瓦座23，所述卡瓦座23为一体成型的变内径的圆筒结构。所述卡瓦座23套设在所述锥体5上，所述卡瓦座23的一端与所述金属密封环6抵接，所述卡瓦座23的另一端与所述下接头1相连接，所述卡瓦座23的内表面为与所述锥体5的外锥面相适配的内锥面。本实用新型采用的卡瓦2的卡瓦座23为一体式结构，无需再设置多个卡瓦片和切缝，大大简化了卡瓦2的结构，具有结构简单，便于加工的优点，且在下井过程中，一体式的卡瓦座23不容易发生损坏，提高了锚定性能。进一步的，由于本实用新型采用的卡瓦座23能够将力均匀的传递至所述金属密封环6，本实用新型无需再在金属密封环6和卡瓦2之间设置挡环或复合片，在取消挡环或复合片后同样能实现密封，极大的简化了卡座的结构，卡座整体长度缩短，十分便于加工，可大大提高加工效率。

如图5-8所示，所述卡瓦2包括呈圆筒状的卡瓦座23，所述卡瓦座23采用可溶性材料制成，如镁合金或铝合金，其能够在井下相应矿化度的液体中溶解，且其能够满足卡瓦2的整体承压能力，所述卡瓦座23的内部沿其轴线设有通孔，所述通孔用于适配卡座的锥体5的底部，即外径较小的一端。且所述通孔的轴线和所述卡瓦座23内部的轴线共轴，所述卡瓦座23内部的通孔为漏斗状结构，参见图8，所述漏斗管结构分为漏斗体部分和漏斗管部分，所述漏斗状结构的漏斗管部分设在所述卡瓦座23设有所述齿板231的一端，所述卡瓦座23未设有所述齿板231的一端为漏斗体部分，其适配于卡座的锥体5外表面，增加最大接触支撑表面积。且所述漏斗管部分的尺寸较小，其对应的所述齿板231的厚度就大，提高所述卡瓦座23设有所述间隙232的一端的承压能力。

所述卡瓦座23的一端具有若干齿板231，具体的，所述卡瓦座23上一共设有6-12个所述齿板231，本实施中，一共有8个所述齿板231，8个所述齿板231沿所述卡瓦座23周向均匀分布，且相邻两个所述齿板231之间具有间隙232，所述间隙232的开口设在所述卡瓦座23的端面上，且所述间隙232沿所述卡瓦座23的轴线设置，具体的，参见图5-8，所述间隙232为U形槽或弧形槽，也能够为半圆形开口等，避免所述卡瓦座23受力集中而损坏，且所述U形槽的长度与所述卡瓦座23的轴向长度的比值大于或等于1/2，且所述U形槽的长度与所述卡瓦座23的轴向长度的比值小于或等于2/3。

所述卡瓦座23外壁上设有若干个卡瓦齿槽233，具体的，所述齿板231上均匀设置2-3个所述卡瓦齿槽233，每个所述卡瓦齿槽233上设有一个卡瓦齿24，本实施例中，如图5-8所示，每个所述齿板231上沿所述卡瓦座23轴向设置有两个所述卡瓦齿槽233，且所述卡瓦齿槽233中设有一个卡瓦齿24，所述卡瓦齿24的尺寸与对应的所述卡瓦齿槽233的尺寸相匹配，所述卡瓦齿24的一部分露出在所述卡瓦齿槽233外，用于实现卡瓦2与套筒的锚定。具体的，所述卡瓦齿24为柱状的陶瓷构件或陶瓷金属构件，本实施例中，所述卡瓦齿24为圆柱状陶瓷金属构件，所述卡瓦齿24的外端面与所述卡瓦座23的轴线的夹角小于或等于60°，且所述卡瓦齿24的外端面背向所述卡瓦座23设有所述齿板231的一端，所述外端面是指所述卡瓦齿24上与所述卡瓦齿槽233的槽底面相对的底面，该面与所述卡瓦座23的轴线有倾斜角，形成一个斜面，减小了卡瓦齿24与套筒之间的接触面积，加强了卡瓦齿24挤压进套筒的能力，使所述可溶的整体式卡瓦2的锚定能力更好。所述卡瓦座23只有一端具有齿板231，所述齿板231间具有间隙232，当卡瓦座23在锥体5的坡面上爬动时，所述卡瓦座23具有所述齿板231的一端用于抵接下接头1，受下接头1的抵接力作用，所述卡瓦座23上的所述齿板231会向四周撑开，但不会断裂，直至所述齿板231贴合套管内壁，且卡瓦齿24卡入套管内壁中，实现锚定功能；其未设有所述齿板231的一端用于抵接金属密封环6，其传力的端面没有所述间隙232，能够传递均匀的作用力给金属密封环6，避免了金属密封环6受力不均匀而损坏。所述卡瓦齿24的尺寸与对应的所述卡瓦齿槽233的尺寸相匹配，所述卡瓦齿24的一部分露出在所述卡瓦齿槽233外，用于实现卡瓦2与套筒的锚定。

作为一个较优的实施方式，所述卡瓦座23和所述金属密封环6为一体成型结构，此时，所述卡瓦2采用与所述金属密封环6相同的材料，将卡瓦2和密封环设计为一个整体结构，使卡座的结构更加简单，加工更加方便。

所述下接头1安装在靠近所述锥体5锥顶的一端，所述下接头1为铝合金构件，所述下接头1靠近所述锥体5锥底的一端抵接于所述卡瓦2具有所述齿板231的一端，所述下接头1用于和座封工具相适配。本实施例中，所述下接头1抵接于所述卡瓦2一端的端部上均匀设有若干定位螺钉11，所述定位螺钉11方便均匀定位所述卡瓦2的间隙232的位置。

在使用时，本实用新型所述可溶金属密封卡座需要和座封工具配合使用，座封工具与下接头1相连接，利用座封工具将卡座放置在待堵塞井筒的相应位置，座封工具拉动下接头1，使得下接头1和锥体5之间产生相对位移，从而使得金属密封环6和卡瓦2由于挤压而产生变形，金属密封环6的外壁与井筒的内部接触并实现密封，卡瓦2发生变形或破裂而锚定在井筒内部上。当座封工具的推力达到一定值后，座封工具与下接头1脱落，座封工具取出，投入类似于可溶金属封堵球的可溶的封堵装置，所述封堵装置包括段一，所述段一为可溶性金属构件，所述段一外表面的形状和尺寸分别适配于所述锥体5内表面的形状和尺寸，例如：圆柱状所述通道采用圆柱状的所述段一，圆台状所述通道对应采用圆锥状或者圆台状所述段一进行匹配，圆台状的通道尺寸大于圆柱状通道尺寸，返排效果更好。所述封堵装置的段一能够进入所述通道的内部进行封堵，实现了面封堵，封堵效果更好，且能够对所述锥体5进行支撑，分担所述锥体5的承压，避免锥体5受力而损坏，至此完成整个座封过程。

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

Claims (10)

1.一种可溶金属密封卡座，其特征在于，包括：锥体(5)、金属密封环(6)、卡瓦(2)和下接头(1)，所述锥体(5)、金属密封环(6)、卡瓦(2)和下接头(1)均为可溶性金属构件；

所述锥体(5)外表面为锥面，所述锥体(5)内部具有轴向设置的通道；

所述金属密封环(6)套设在所述锥体(5)上；

所述卡瓦(2)包括若干个卡瓦齿槽(233)和呈圆筒状的卡瓦座(23)，所述卡瓦座(23)为一体式结构，所述卡瓦座(23)的一端具有若干齿板(231)，相邻两个所述齿板(231)之间具有间隙(232)，所述卡瓦齿槽(233)中设有卡瓦齿(24)，所述卡瓦(2)套设在所述锥体(5)上，所述卡瓦(2)的一端抵接于所述金属密封环(6)靠近所述锥体(5)锥顶的一端；

所述下接头(1)靠近所述锥体(5)锥底的一端抵接于所述卡瓦(2)具有所述齿板(231)的一端。

2.根据权利要求1所述的可溶金属密封卡座，其特征在于，所述间隙(232)为U形槽。

3.根据权利要求2所述的可溶金属密封卡座，其特征在于，所述间隙(232)沿所述卡瓦座(23)的轴向设置。

4.根据权利要求3所述的可溶金属密封卡座，其特征在于，所述U形槽的长度与所述卡瓦座(23)的轴向长度的比值大于或等于1/2，且所述U形槽的长度与所述卡瓦座(23)的轴向长度的比值小于或等于2/3。

5.根据权利要求1-4任一所述的可溶金属密封卡座，其特征在于，所述金属密封环(6)为延伸率16％～35％的金属构件。

6.根据权利要求5所述的可溶金属密封卡座，其特征在于，所述金属构件为镁合金构件。

7.根据权利要求1-4任一所述的可溶金属密封卡座，其特征在于，所述卡瓦座(23)和所述金属密封环(6)为一体成型结构。

8.根据权利要求1-4任一所述的可溶金属密封卡座，其特征在于，所述卡瓦座(23)上包含6-12个所述齿板(231)，所述齿板(231)上均匀设置2-3个所述卡瓦齿槽(233)。

9.根据权利要求1-4任一所述的可溶金属密封卡座，其特征在于，所述通道为圆柱状结构，所述通道直径为70-80mm；或所述通道为圆台状结构，所述通道的最小端的直径为70-80mm。

10.根据权利要求1-4任一所述的可溶金属密封卡座，其特征在于，所述金属密封环(6)上设有至少一圈密封圈(61)。

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