CN108331551A - 一种选择性封堵工具及其封堵管柱的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种选择性封堵工具及其封堵管柱的方法，选择性封堵工具由堵塞体和接收体组成，堵塞体被投入管柱后，其下端的凹槽与接收体内壁的球面凸起配合，当接收体制动堵塞体后，与堵塞体配合成为一体，隔离此组件上下管件腔体，由于上部流体产生的压力使得堵塞体的密封件受压，上部端口扩张，外径增大进一步密封环空，阻止流体通过并在堵塞体上下形成压差，完成接收体所在改造段的封隔。本发明采用液体泵送，下入简单，自坐封，不需要电缆携带其它工具辅助下入、坐封，施工效率高，方便油气井实现光套管快速多段压裂。且堵塞体钢体外径始终小于套管内径，后期井筒扫塞处理简单。
Description
技术领域
本发明属于油、气田压裂改造技术领域，具体涉及一种选择性封堵工具及其封堵方法。
背景技术
目前，油气井光套管多层多段压裂层间（段间）封隔主要采用桥塞，桥塞需携带射孔枪串、坐封工具由电缆下入，直井段（井斜≤30°）依靠工具自身重力下放，大斜度段（井斜大于30°）采用水力泵送方式将其推送至设计位置，启动火药座封桥塞。坐封后的桥塞外径大于套管内径。现场试验表明，工艺管柱复杂，涉及电缆缆下入、火药坐封等高风险环节，桥塞坐封失败的概率较大。且坐封后，桥塞靠卡瓦锚定在管柱壁上，后期需采用钻、磨或其它方式，处理井筒难度大。
发明内容
本发明的目的是克服现有油气井封隔采用的桥塞封堵工艺复杂、失败概率大的问题。
为此，本发明提供了一种选择性封堵工具，包括堵塞体和接收体，所述堵塞体的下端沿周向均匀间隔开设多个条形凹槽，条形凹槽的长度方向沿堵塞体轴向布置，接收体呈两端开口的筒状体，其内壁沿周向均匀间隔设有多个球面凸起，相邻两个球面凸起的间距与相邻两条形凹槽的间距相等，堵塞体被投入油气井管柱后，其卡入接收体内，条形凹槽沿球面凸起下降直至堵塞体和接收体卡接为一体隔离所在管柱上下腔体。
所述条形凹槽自上至下由竖直通道段、过度卡槽段、扶正槽段和入座导轨段组成，过度卡槽段呈八字形连接于竖直通道段下端，扶正槽段呈‖连接于过度卡槽段下端，入座导轨段呈∕∣字形连接于扶正槽段下端。
所述堵塞体自上至下由压盖、密封件和限制座组成，压盖压紧套在限制座顶端，密封件穿套在限制座上，限制座与接收体卡合密封。
所述限制座呈自上至下逐渐阶梯缩径的柱状结构，其缩径处有上部和中部两处，压盖压套在上部缩径处，密封件穿套在中部缩径处，密封件的顶部与压盖底端接触，密封件的底端坐在中部缩径处的台阶上，条形凹槽设在限制座上。
所述压盖、密封件与限制座之间分别设有密封圈。
所述密封件采用碗状橡胶类材质，其碗底坐在限制座中部缩径处的台阶上，碗口向上且碗口内壁与限制座外壁留有间隙，间隙大小以当堵塞体向下运动时，密封件能收缩至外径小于接收体通径为宜。
所述条形凹槽的槽深大于接收体的球面凸起的半径，入座导轨段的底部倒有圆角。
一种选择性封堵工具封堵管柱的方法，包括以下步骤：
步骤一，组装压裂改造管柱，在管柱间自上至下均匀间隔串接若干个接收体，每一个接收体对应一个压裂改造段，接收体内球面凸起直径自上至下依次增大；
步骤二，向待压裂的油气井井筒内下放压裂改造管柱；
步骤三，采用水力泵送向压裂改造管柱内依次投入堵塞体，依次投入的堵塞体的竖直通道段直径对应球面凸起直径依次增大，与接收体对应级的堵塞体的过度卡槽段的最小宽度小于与同级接收体内部球面凸起的直径；
步骤四，投入的堵塞体向下运动，抵达对应级接收体，通过入座导轨段导入，堵塞体继续下移，接收体内部球面凸起移至过度卡槽段处，堵塞体上部流体产生的压力使得密封件受压，密封件碗口端扩张，外径增大从而密封油套环空，阻止流体通过并在堵塞体上下形成压差，隔离压裂改造管柱上下腔体，完成接收体对应处的压裂改造段的封隔；
步骤五，重复步骤四，自下至上完成多段封隔。
本发明的有益效果：本发明提供的这种选择性封堵工具及其封堵管柱的方法，采用液体泵送，下入简单，自坐封，不需要电缆携带其它工具辅助下入、坐封，施工效率高，方便油气井实现光套管快速多段压裂。且堵塞体钢体外径始终小于套管内径，后期井筒扫塞处理简单。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是堵塞体结构示意图。
图2是堵塞体剖面图。
图3是接收体剖面示意图。
图4是接收体俯视图。
图5是接收体球面凸起进入堵塞体且阻止堵塞体通过的轨迹示意图。
图6是接收体球面凸起进入堵塞体且通过堵塞体的轨迹示意图。
附图标记说明：1、压盖；2、密封件；3、限制座；4、接收体；5、堵塞体；
301竖直通道段；302、过度卡槽段；303、扶正槽段；304、入座导轨段；
401、球面凸起。
具体实施方式
实施例1：
如图1和图3所示，本实施例提供了一种选择性封堵工具，包括堵塞体5和接收体4，所述堵塞体5的下端沿周向均匀间隔开设多个条形凹槽，条形凹槽的长度方向沿堵塞体5轴向布置，如图3和图4所示，接收体4呈两端开口的筒状体，其内壁沿周向均匀间隔设有多个球面凸起401，相邻两个球面凸起401的间距与相邻两条形凹槽的间距相等，堵塞体5被投入油气井管柱后，其卡入接收体4内，条形凹槽沿球面凸起401下降直至堵塞体5和接收体4卡接为一体隔离所在管柱上下腔体。
需要说明的是，球面凸起401用于决定流经的堵塞体5是继续通过还是在此接收体4处停止。球面凸起401的凸起呈球面，数量可变，具体依据凸起球面的直径及所需承受的封堵位置上下腔最大压差确定。堵塞体的条形凹槽和接收体的球面凸起的数量和大小均可根据连接管件的大小、应用时堵塞体上下腔压差大小变化而变化。
本实施例提供的选择性封堵工具的使用方法如下：
组装压裂改造管柱，在管柱间自上至下均匀间隔串接若干个接收体4，每一个接收体4对应一个压裂改造段，接收体4内球面凸起401直径自上至下依次增大；向待压裂的油气井井筒内下放压裂改造管柱；采用水力泵送向压裂改造管柱内依次投入堵塞体5，投入的堵塞体5向下运动，抵达对应级接收体4，接收体4制动堵塞体5，堵塞体5停止后与接收体4配合，隔离压裂改造管柱上下腔体，阻止流体通过并在堵塞体5上下形成压差。如此同样动作投下一系列的堵塞体5，就可以自下至上完成多段封隔。
实施例2：
在实施例1的基础上，如图1和图2所示，所述条形凹槽自上至下由竖直通道段301、过度卡槽段302、扶正槽段303和入座导轨段304组成，过度卡槽段302呈八字形连接于竖直通道段301下端，扶正槽段303呈‖连接于过度卡槽段302下端，入座导轨段304呈∕∣字形连接于扶正槽段303下端。
条形凹槽同接收体4内壁规律均布的球面凸起401数量相同，条形凹槽包括竖直通道段301、过度卡槽段302、扶正槽段303和入座导轨段304，用于决定堵塞体能否通。条形凹槽槽深大于接收组件球面凸起半径。过度卡槽段302直径大于竖直通道段301通径。扶正槽段303通径大于过度卡槽段302直径，便于接收体4的球面凸起401快速进入堵塞体凹槽。下部入座导轨段304的弧状槽位于凹槽同一侧方向，绕堵塞体5周向展开，弧状槽底与同侧扶正槽边连接，底部倒圆，用于接收组件球面凸起快速进入堵塞体凹槽。如图5所示，当过度卡槽段302处直径小于或等于接收组件内壁球面凸起401的直径时，堵塞体5不能通过；如图6所示，当过度卡槽段302处直径大于接收组件内壁球面凸起401的直径时，堵塞体5通过此接收组件。
实施例3：
在实施例1或2的基础上，如图1或图2所示，所述堵塞体5自上至下由压盖1、密封件2和限制座3组成，压盖1压紧套在限制座3顶端，密封件2穿套在限制座3上，限制座3与接收体4卡合密封。密封件2用于堵塞体5停止于接收件4时封堵堵塞体5与接收件4之间的间隙，阻碍管件腔体上下液体流动，其壁厚依据材料性质设计为易于在密封件2上部受压力时外径可进一步扩大的数值范围内选取。
实施例4：
在实施例3的基础上，如图2所示，作为优选，所述限制座3呈自上至下逐渐阶梯缩径的柱状结构，其缩径处有上部和中部两处，压盖1压套在上部缩径处，密封件2穿套在中部缩径处，密封件2的顶部与压盖1底端接触，密封件2的底端坐在中部缩径处的台阶上，条形凹槽设在限制座3上。
实施例5：
在实施例3的基础上，为了封隔效果达到最佳状态，所述压盖1、密封件2与限制座3之间分别设有密封圈。
实施例6：
在实施例4的基础上，所述密封件2采用碗状橡胶类材质，其碗底坐在限制座3中部缩径处的台阶上，碗口向上且碗口内壁与限制座3外壁留有间隙，间隙大小以当堵塞体5向下运动时，密封件2能收缩至外径小于接收体4通径为宜。例如，密封件2采用氢化丁晴，上部外径128mm，壁厚8mm，密封件2与内部限制座3杆间间隙3.4mm，下部外径115mm。
实施例7：
在实施例2的基础上，为了便于接收体4的球面凸起401快速进入堵塞体5的条形凹槽，所述条形凹槽的槽深大于接收体4的球面凸起401的半径，入座导轨段304的底部倒有圆角。
实施例8：
一种选择性封堵工具封堵管柱的方法，包括以下步骤：
步骤一，组装压裂改造管柱，在管柱间自上至下均匀间隔串接若干个接收体4，每一个接收体4对应一个压裂改造段，接收体4内球面凸起401直径自上至下依次增大；
步骤二，向待压裂的油气井井筒内下放压裂改造管柱；
步骤三，采用水力泵送向压裂改造管柱内依次投入堵塞体5，依次投入的堵塞体5的竖直通道段301直径对应球面凸起401直径依次增大，与接收体4对应级的堵塞体5的过度卡槽段302的最小宽度小于同级接收体4内部球面凸起401的直径；
步骤四，投入的堵塞体5向下运动，抵达对应级接收体4，通过入座导轨段304导入，堵塞体5继续下移，接收体4内部球面凸起401移至过度卡槽段302处，堵塞体5上部流体产生的压力使得密封件2受压，密封件2碗口端扩张，外径增大从而密封油套环空，阻止流体通过并在堵塞体5上下形成压差，隔离压裂改造管柱上下腔体，完成接收体4对应处的压裂改造段的封隔；
步骤五，重复步骤四，自下至上完成多段封隔。
本实施例在通径为121.36mm的压裂改造管柱内依照上述步骤方法作了多段封隔，具体的参数如下：
接收体4连接于管件间，包括内壁4个均布的球面凸起401，直径φ6mm，通径116mm。
堵塞体5包括上部压盖1、中部密封件2及下部限制座3。其中上部压盖1、中部密封件2及下部限制座3之间分别设置两道密封圈来密封堵塞体内部。限制座3外径120mm，4个条形凹槽周向均布，槽深6mm， 竖直通道段301通径4mm，过度卡槽段302φ6mm，扶正槽段303通径8mm，入座导轨段304圆弧直径20mm。当堵塞体5流经接收体4，经入座导轨段304引导转向，致使四个球面凸起401均通过扶正槽段303，到达过度卡槽段302处卡住，堵塞体5停止下移。密封件2采用氢化丁晴，上部外径 128mm，壁厚8mm，密封件与内部限制座杆间间隙3.4mm，下部外径115mm。
在上述步骤中，具体的参见图5，使用时，将多个接收体4间布于管件间，组成一个***，由管件上端向下的接收体4的内部球面凸起401处的直径依次增大，对应从管件上端依次投放的堵塞体5限制座3的竖直通道段301处直径依次对应增大，与接收体4对应级的过度卡槽段302处直径与同级接收体4内部球面凸起401处直径相同。从管件上端投堵塞体5入井，堵塞体5向下运动，通过比竖直通道段301处直径小的一系列接收体4如图6所示，抵达对应级接收体4，通过入座导轨段304处导入，堵塞体5继续下移，接收体4特征结构（球面凸起401）移至过度卡槽段302处，由于大于上部竖直通道段301处通径，堵塞体5停止继续下移如图5所示，由于上部流体产生的压力使得密封件受压，上端扩张，外径增大从而密封环空，阻止流体通过并在堵塞体上下形成压差。如此同样动作投下一系列的堵塞体，就可以自下至上完成多段封隔。
需要说明的是，附图5和图6中条形凹槽内的圈内标记有1、2、3、4、5、6、7、8、9的均是接收体4的球面凸起401，1～9是球面凸起401经过条形凹槽的轨迹。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。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 (8)
1.一种选择性封堵工具，其特征在于：包括堵塞体（5）和接收体（4），所述堵塞体（5）的下端沿周向均匀间隔开设多个条形凹槽，条形凹槽的长度方向沿堵塞体（5）轴向布置，接收体（4）呈两端开口的筒状体，其内壁沿周向均匀间隔设有多个球面凸起（401），相邻两个球面凸起（401）的间距与相邻两条形凹槽的间距相等，堵塞体（5）被投入油气井管柱后，其卡入接收体（4）内，条形凹槽沿球面凸起（401）下降直至堵塞体（5）和接收体（4）卡接为一体隔离所在管柱上下腔体。
2.如权利要求1所述的选择性封堵工具，其特征在于：所述条形凹槽自上至下由竖直通道段（301）、过度卡槽段（302）、扶正槽段（303）和入座导轨段（304）组成，过度卡槽段（302）呈八字形连接于竖直通道段（301）下端，扶正槽段（303）呈‖连接于过度卡槽段（302）下端，入座导轨段（304）呈∕∣字形连接于扶正槽段（303）下端。
3.如权利要求1或2所述的选择性封堵工具，其特征在于：所述堵塞体（5）自上至下由压盖（1）、密封件（2）和限制座（3）组成，压盖（1）压紧套在限制座（3）顶端，密封件（2）穿套在限制座（3）上，限制座（3）与接收体（4）卡合密封。
4.如权利要求3所述的选择性封堵工具，其特征在于：所述限制座（3）呈自上至下逐渐阶梯缩径的柱状结构，其缩径处有上部和中部两处，压盖（1）压套在上部缩径处，密封件（2）穿套在中部缩径处，密封件（2）的顶部与压盖（1）底端接触，密封件（2）的底端坐在中部缩径处的台阶上，条形凹槽设在限制座（3）上。
5.如权利要求3所述的选择性封堵工具，其特征在于：所述压盖（1）、密封件（2）与限制座（3）之间分别设有密封圈。
6.如权利要求4所述的选择性封堵工具，其特征在于：所述密封件（2）采用碗状橡胶类材质，其碗底坐在限制座（3）中部缩径处的台阶上，碗口向上且碗口内壁与限制座（3）外壁留有间隙，间隙大小以当堵塞体（5）向下运动时，密封件（2）能收缩至外径小于接收体（4）通径为宜。
7.如权利要求2所述的选择性封堵工具，其特征在于：所述条形凹槽的槽深大于接收体（4）的球面凸起（401）的半径，入座导轨段（304）的底部倒有圆角。
8.一种选择性封堵工具封堵管柱的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，组装压裂改造管柱，在管柱间自上至下均匀间隔串接若干个接收体（4），每一个接收体（4）对应一个压裂改造段，接收体（4）内球面凸起（401）直径自上至下依次增大；
步骤二，向待压裂的油气井井筒内下放压裂改造管柱；
步骤三，采用水力泵送向压裂改造管柱内依次投入堵塞体（5），依次投入的堵塞体（5）的竖直通道段（301）直径对应球面凸起（401）直径依次增大，与接收体（4）对应级的堵塞体（5）的过度卡槽段（302）的最小宽度小于同级接收体（4）内部球面凸起（401）的直径；
步骤四，投入的堵塞体（5）向下运动，抵达对应级接收体（4），通过入座导轨段（304）导入，堵塞体（5）继续下移，接收体（4）内部球面凸起（401）移至过度卡槽段（302）处，堵塞体（5）上部流体产生的压力使得密封件（2）受压，密封件（2）碗口端扩张，外径增大从而密封油套环空，阻止流体通过并在堵塞体（5）上下形成压差，隔离压裂改造管柱上下腔体，完成接收体（4）对应处的压裂改造段的封隔；
步骤五，重复步骤四，自下至上完成多段封隔。
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