本發(fā)明涉及油氣田開(kāi)發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種井下管柱承壓堵塞器。

背景技術(shù)：

目前很多油田在完井作業(yè)過(guò)程中通常采用投球到堵塞器中，從而通過(guò)液壓坐封封隔器，這樣可以保障封隔器有較高的坐封成功率。但是現(xiàn)有的工藝存在一些不足之處，如向堵塞器中投入的球不能承受地層流體施加的反向壓力，尤其是在高壓油氣井中，這樣會(huì)對(duì)上部作業(yè)(例如打開(kāi)滑套、替換環(huán)空保護(hù)液等)進(jìn)行操作時(shí)存在安全隱患。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中堵塞器中投入的球不能承受地層流體施加的反向壓力，給上部作業(yè)業(yè)帶來(lái)安全隱患的不足。

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種井下管柱承壓堵塞器，包括：本體，具有第一端部、第二端部以及形成在所述第一端部和第二端部之間的流體通道；芯軸，設(shè)置在所述流體通道內(nèi)；密封閥，與所述芯軸串聯(lián)設(shè)置在所述流體通道內(nèi)，能夠封隔所述流體通道。

根據(jù)本發(fā)明的井下管柱承壓堵塞器，其包括與油管相連接的本體、設(shè)置在本體內(nèi)的芯軸以及具有密封功能的密封閥。在將連接有本發(fā)明實(shí)施例的井下管柱承壓堵塞器下放到井內(nèi)并投球后，堵塞器不僅能夠完成封隔器坐封工作而且由于具有能夠封隔流體通道的密封閥，從而也具有反向承壓的作用，避免地層流體進(jìn)入堵塞器，保證施工過(guò)程的安全性，提高施工效率，降低施工成本。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述密封閥包括閥座、設(shè)置在所述流體通道內(nèi)的固定件以及設(shè)置在所述固定件上并能夠沿所述流體通道的軸向移動(dòng)的閥芯。在本體內(nèi)安裝好固定件后，固定件能夠?yàn)殚y芯提供支撐，從而使得閥芯沿流體通道的軸向移動(dòng) 更加自由靈活，運(yùn)動(dòng)可靠穩(wěn)定。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述芯軸包括中心孔，所述中心孔包括朝向所述閥芯的錐形孔段，所述芯軸上設(shè)置有所述錐形孔段的部分形成所述閥座。閥座直接設(shè)置在芯軸上，減少零部件數(shù)量，簡(jiǎn)化安裝步驟，提高安裝精度，降低加工安裝成本。閥芯與閥座的同軸度得到保證，配合可靠。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述閥芯包括與所述閥座相配合的頭部以及穿過(guò)所述固定件的尾部，所述尾部上設(shè)置有可溶解金屬套筒，所述可溶解金屬套筒抵靠在所述固定件上?？扇芙饨饘偬淄材軌蛟诔跏紶顟B(tài)時(shí)鎖止閥芯。在使用狀態(tài)時(shí)，在地層流體的溶解作用下，能夠自動(dòng)溶解以釋放閥芯。設(shè)置有可溶解金屬套筒的堵塞器，自動(dòng)化程度高，操作便捷可靠。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述尾部上設(shè)置有限位套筒，所述可溶解金屬套筒設(shè)置在所述固定件與限位套筒之間。限位套筒能夠?qū)扇芙饨饘偬淄残纬上尬?，防止可溶解金屬套筒從閥芯的尾部端脫出。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述可溶解金屬套筒是鎂鋁合金套筒。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述頭部與固定件之間設(shè)置有彈性件?？扇芙饨饘偬淄踩芙夂?，彈性件能夠驅(qū)動(dòng)閥芯自行移動(dòng)，提升堵塞器工作過(guò)程的自動(dòng)化程度。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述頭部上設(shè)置有凹槽，所述凹槽中設(shè)置有與所述閥座相配合的密封圈。當(dāng)閥芯被釋放后，在彈性件的作用下，閥芯與閥座共同擠壓密封圈以使密封圈變形，從而在該處形成良好的密封區(qū)，提升密封性能。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述芯軸與固定件均通過(guò)剪切銷(xiāo)釘與所述本體相連接。在完成固井工作后，外部打壓可以剪斷該剪切銷(xiāo)釘以釋放固定件，使得固定件脫離本體。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述固定件上設(shè)置有過(guò)流孔。在下放過(guò)程中，地層流體可以穿過(guò)該過(guò)流孔，減小下放阻力。

附圖說(shuō)明

在下文中將基于實(shí)施例并參考附圖來(lái)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的堵塞器的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的堵塞器的閥芯與芯軸的密封狀態(tài)示意圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例的鎂鋁合金在kcl溶液中的溶解情況示意圖。

在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標(biāo)記。附圖并未按照實(shí)際的比例繪制。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1、圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例的井下管柱承壓堵塞器10，包括與油管相連接的本體11、設(shè)置在本體11內(nèi)并與本體11內(nèi)壁密封配合的芯軸12以及與芯軸12串聯(lián)設(shè)置的密封閥。

本體11包括與油管相連接的第一端部111、與第一端部111相對(duì)設(shè)置的第二端部112以及設(shè)置在第一端部111與第二端部112之間的流體通道113。芯軸12設(shè)置在流體通道113內(nèi)并通過(guò)剪切銷(xiāo)釘99與本體11固定連接。芯軸12包括中心孔。該中心孔包括朝向本體11的第一端部111的錐形的承接孔段以及朝向本體11的第二端部112的錐形孔段。芯軸12設(shè)置承接孔段的那部分用于承接后續(xù)投入到油管內(nèi)的球98(如圖2所示)。

密封閥包括閥座、閥芯13、固定件14、可溶解金屬套筒15以及彈性件16。在一個(gè)實(shí)施例中，閥座可以為單獨(dú)構(gòu)件，與本體11相固定連接。本實(shí)施例中，芯軸12設(shè)置錐形孔段的那部分形成閥座。固定件14通過(guò)剪切銷(xiāo)釘99與本體11相固定連接。本實(shí)施例中的固定件14可以是圓柱板，也可以是圓柱軸。固定件14上設(shè)置有軸孔以及圍繞軸孔周向分布的過(guò)流孔141。閥芯13包括能夠座接到閥座上的頭部131以及延伸并穿出軸孔的尾部132。閥芯13為階梯狀，其中頭部131的最小徑向尺寸大于尾部132的最大徑向尺寸。當(dāng)閥芯13的頭部131抵壓在錐形孔段的孔壁上時(shí)，頭部131與錐形孔段的孔壁之間形成密封以阻隔本體11的流體通道113。閥芯13與固定件14的軸孔之間為間隙配合，以使得閥芯13能夠在軸孔中沿流體通道113的軸向移動(dòng)。彈性件16設(shè)置在閥芯13的頭部131朝向固定件14的端面與固定件14之間?？蛇x地，彈性件16包括螺旋彈簧。在閥芯13穿出固定件14的軸孔的尾部132上設(shè)置有抵靠在固定件14上的可溶解金屬套筒15?？扇芙饨饘偬淄?5能夠鎖止閥芯13，使得閥芯13頭部131與固定件14之間的彈性件16處于壓縮狀態(tài)。

在一個(gè)實(shí)施例中，可溶解金屬套筒15與閥芯13的尾部132可以為過(guò)盈配合，或者在閥芯13的尾部132設(shè)置阻擋件，使得可溶解金屬套筒15與尾部132連接牢固穩(wěn)定，不易從尾部132脫出。另一個(gè)實(shí)施例中，在閥芯13的尾部132上設(shè)置有用于對(duì)可溶解金屬套筒15進(jìn)行限位的限位套筒17，可溶解金屬套筒15設(shè)置在限位套筒17與固定件14之間，從而避免可溶解金屬套筒15從閥芯13的尾部132上脫落，保證了可溶解金屬套筒15的位置穩(wěn)定性和可靠性。

在一個(gè)實(shí)施例中，閥芯13的頭部131上設(shè)置有用于安裝密封圈18的凹槽。在凹槽中安裝固定好密封圈18，當(dāng)閥芯13被釋放后，在彈性件16的彈性回復(fù)力的作用下，閥芯13的頭部131與芯軸12的錐形孔段的孔壁能夠共同擠壓密封圈18以使該處形成密封。加裝的密封圈18提升了閥芯13與閥座之間的密封性能?？蛇x地，加工制造密封圈18的材料包括橡膠。

如圖1所示，初始狀態(tài)，由于可溶解金屬套筒15的鎖止作用，閥芯13與固定件14共同擠壓彈性件16以使其處于壓縮狀態(tài)，此時(shí)，閥芯13的頭部131與芯軸12的錐形孔段的孔壁之間形成有間隙97。

在將本發(fā)明實(shí)施例的堵塞器10與油管完成連接后組成管串。堵塞器10位于油管的端部。向井眼中下放該管串的過(guò)程中，堵塞器10接觸到井內(nèi)流體后，井內(nèi)的流體能夠從本體11第二端部112的流體通道113進(jìn)入并依次通過(guò)固定件14上設(shè)置的過(guò)流孔141、閥芯13的頭部131與芯軸12之間的間隙97以及芯軸12的中心孔而從本體11第一端部111的流體通道113流出，從而保證管串順利地完成下放工作。堵塞器10接觸到井內(nèi)流體后，可溶解金屬套筒15開(kāi)始與井內(nèi)流體發(fā)生反應(yīng)而發(fā)生溶解。可溶解金屬套筒15的溶解過(guò)程具有延時(shí)性，因此不會(huì)影響管串的下放過(guò)程。

如圖2所示，當(dāng)管串下放到預(yù)定深度后，從位于井口的油管開(kāi)口向油管中投球98，投入的球98最終座接到堵塞器10的芯軸12上的承接孔中以形成密封。然后，向油管中打壓以坐封油管上的封隔器。與此同時(shí)，在經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，可溶解金屬套筒15被井內(nèi)流體完全溶解，從而失去對(duì)閥芯13的鎖止作用，釋放閥芯13。閥芯13在彈性件16的彈性回復(fù)力的作用下，沿流體通道113的軸向并相對(duì)固定件14發(fā)生位置移動(dòng)。閥芯13的頭部131最終會(huì)抵壓到芯軸12的錐形孔段的孔壁上以形成密封，封隔本體11的流體通道113，從而使得本發(fā)明實(shí)施例的堵塞器10能夠承受地層流體的反向壓力，有利于順利實(shí)施上部作業(yè)(例如打開(kāi) 滑套、替換環(huán)空保護(hù)液等)，保證了上部作業(yè)的安全性。

完成上部作業(yè)后，從井口打壓，芯軸12與本體11之間以及固定件14與本體11之間的剪切銷(xiāo)釘99在壓力作用下被剪斷，進(jìn)而投入的球98、芯軸12、閥芯13以及固定件14全部落入井底，使得本體11的流體通道113完全暢通，以便于油氣等進(jìn)入油管。

本發(fā)明實(shí)施例的井下管柱承壓堵塞器10，包括與油管相連接的本體11、設(shè)置在本體11內(nèi)的芯軸12以及具有密封功能的密封閥。在將連接有本發(fā)明實(shí)施例的井下管柱承壓堵塞器10下放到井內(nèi)并投球98后，堵塞器10不僅能夠完成封隔器坐封工作而且也具有反向承壓的作用，保證施工過(guò)程的安全性，提高施工效率，降低施工成本。

本發(fā)明實(shí)施例的可溶解金屬套筒15包括鎂鋁合金套筒。該鎂鋁合金套筒的加工制造過(guò)程是：首先將鎂鋁粉末經(jīng)過(guò)混合，然后將混合好的復(fù)合金屬粉末放入模具中，再將模具放到壓制設(shè)備上壓制成型。將成型的鎂鋁合金套筒放入燒結(jié)爐，在特定的溫度和氣氛(或真空)中進(jìn)行燒結(jié)。最后將燒結(jié)好的鎂鋁合金套筒放入石蠟油中進(jìn)行熱處理。

另外，為了進(jìn)一步地保證鎂鋁合金套筒的工作承壓能力和工作溶解速率，采用氫還原技術(shù)在鎂鋁合金套筒的表面上包覆金屬ni(鎳)、cu(銅)、zn(鋅)等以形成包覆層，從而達(dá)到有效控制鎂鋁合金套筒的溶解速率，同時(shí)也提高鎂鋁合金套筒的剛度，提升承壓能力。

井筒或者地層中的液體中含有cl-(氯離子)，而金屬mg(鎂)與al(鋁)可在含氯離子的溶液中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。以kcl水溶液為例，鎂鋁合金套筒中的金屬成分與kcl水溶液中的氯離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后逐漸溶解。鎂鋁合金套筒在不同溫度、不同kcl溶液中隨時(shí)間的重量變化也不同。溫度越高、kcl水溶液中的氯離子含量越高，溶解速度越快。

圖3示意性地顯示了鎂鋁合金套筒在不同溫度、不同濃度kcl溶液中的溶解速率。前6h或8h(大于設(shè)計(jì)的鎂鋁合金套筒承壓時(shí)間2h)的降解速度均較慢，鎂鋁合金套筒的重量變化小，外徑幾乎無(wú)變化，承壓能力不受影響，當(dāng)溶解時(shí)間超過(guò)6h或8h后，鎂鋁合金套筒以一定速度勻速溶解，外徑明顯減小，承壓能力變?nèi)酢?/p>

容易理解地，本發(fā)明實(shí)施例的可溶解金屬套筒15的材料并不局限于本實(shí)施例的鎂鋁合金。

雖然已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對(duì)其進(jìn)行各種改進(jìn)并且可以用等效物替換其中的部件。尤其是，只要不存在結(jié)構(gòu)沖突，各個(gè)實(shí)施例中所提到的各項(xiàng)技術(shù)特征均可以任意方式組合起來(lái)。本發(fā)明并不局限于文中公開(kāi)的特定實(shí)施例，而是包括落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有技術(shù)方案。