一种全通径中心管及其构成的井下堵塞装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种全通径中心管及其构成的井下堵塞装置，包括管体，管体的中心孔为贯穿管体两端的整体式流道，还包括与管体前端连接的球笼和设置于球笼内的堵塞球，球笼的内部空间与流道连通，堵塞球的直径大于流道的直径，球笼上开设有多个通孔，通孔的直径小于堵塞球的直径。本实用新型还公开了一种包括中心管的井下堵塞装置。本实用新型在无需钻孔，即可实现打压和油气的自动流出。
【专利说明】
一种全通径中心管及其构成的井下堵塞装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及油气和矿物开采领域，尤其涉及用于井下堵塞的堵塞装置和用于堵塞装置的中心管。【背景技术】
[0002]在油气或矿物开采过程中，需要对井道进行封堵。当前井下封堵通常采用堵塞装置进行。现有的堵塞装置包括中心管和设置于中心管上的锚定结构、密封结构和丢手装置。 将堵塞装置投入井下预定位置后，通过挤压使锚定结构锚入井壁中实现堵塞装置的固定， 同时锚定结构挤压密封结构使密封结构在径向方向上膨胀从而让密封结构紧贴井壁实现密封。例如公开号为“203626713U”的中国专利申请公开了一种井下堵塞装置。该装置在工作时包括座封状态和打压状态。座封时，位于中心管下端的锚定结构是相对于中心管静止不动的，对位于中心管上端的锚定结构施压使其向下运动，或者拉动中心管，中心管带动下端的锚定结构向上运动，从而对密封结构进行挤压，使密封结构在径向方向上膨胀从而让密封结构紧贴井壁实现密封。在实现座封后，向井道中通入高压液体，由于井道上段压力增大，压力推动中心管相对于锚定结构和密封结构向下运动，使堵塞装置处于打压状态。该装置中，中心管的中心孔中设置有分隔体，使中心管两端的不连通，从而使得打压能够实现。 [〇〇〇3]但是现有的堵塞装置的缺点在于，在打压完成后，需要利用钻具将中心管钻通，然后油气才能通过中心管流出。【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的即在于克服现有技术的不足，提供一种在无需钻孔也能够实现油气流出的中心管。
[0005]本实用新型的另一个目的即在于提供一种无需钻孔也能够实现油气流出的井下堵塞装置。
[0006]—种全通径中心管，包括管体，管体的中心孔为贯穿管体两端的整体式流道，还包括与管体前端连接的球笼和设置于球笼内的堵塞球，球笼的内部空间与流道连通，堵塞球的直径大于流道的直径，球笼上开设有多个通孔，通孔的直径小于堵塞球的直径。
[0007]为了保证座封能够顺利进行，同时在不钻孔的情况下使油气能够自动通过中心管流出。本实用新型采用中心孔为贯穿管体两端的整体式流道的管体，油气能够从中心孔自动流出无需对管体进行钻孔。在打压状态时，井道内的高压使得球笼内的堵塞球紧贴于流道端部实现封堵，从而避免高压液体通过管体流入井道后段，保证井道前段高压得以保持。 在油气产出过程中，油气通过管体中的流道对堵塞球施压，堵塞球离开流道端部，油气通过流道从流道端部流出后，再通过球笼上的通孔流出。如此，无需钻孔，即可实现打压和油气的自动流出；现有技术中，国外有将堵塞球设置在中心管内的方式，为了配合堵塞球，需要在中心管内设置塞座，如此，中心管的内径即工作通径实际上是塞座的孔径，目前最大的塞座孔径只有22mm，大大减少了中心管的工作通径，而本实用新型的技术方案中，采用将堵塞球设置在球笼内，将球笼设置在中心管一端的方式，如此，可以使得中心管的内径没有减小，其工作通径大大增加，形成全通径的中心管，在相同的条件下，使得油气的产出率大大提升。
[0008]进一步的，所述流道包括相互连通的靠近球笼的大直径段和远离球笼的小直径段，所述堵塞球的直径小于大直径段的直径且大于小直径段的直径。
[0009]在打压状态，堵塞球进入大直径段对小直径段的端部进行封堵，有利于减小球笼的长度，缩小本实用新型的体积。
[0010]进一步的，所述球笼与所述大直径段的内表面螺纹连接。
[0011]球笼与大直径段的内表面螺纹连接，使得本实用新型的装配更加便利。
[0012]进一步的，所述球笼的内表面与所述大直径段的内表面平齐。
[0013]如果球笼凸出于大直径段的内表面，会对堵塞球的运动构成一定的阻碍，球笼的内表面与大直径段的内表面平齐，使得堵塞球的运动更加灵活。
[0014]进一步的，所述大直径段与所述小直径段之间的过渡部分为斜面。
[0015]打压时堵塞球紧贴于斜面，防止堵塞球在径向方向上窜动，使得封堵更加可靠。
[0016]本实用新型的另一个目的通过以下技术方案实现:
[0017]—种全通径中心管构成的井下堵塞装置，包括上述任意一种中心管，设置于中心管上的密封总成，设置于中心管上且分别位于密封总成前端和后端的上锚定总成和下锚定总成，以及与中心管前端螺纹连接的丢手环。
[0018]进一步的，所述上锚定总成包括设置于所述管体上的上锁定装置，与上锁定装置接触的顶环，多个与顶环接触的卡瓦，与卡瓦接触的卡瓦锥托，卡瓦锥托与所述密封总成接触;所述下锚定总成包括设置于所述管体上的下锁定装置，多个与下锁定装置接触的卡瓦， 与卡瓦接触的卡瓦锥托，卡瓦锥托与所述密封总成接触。
[0019]进一步的，所述丢手环包括设置有内螺纹的连接段A、设置有内螺纹的连接段B以及连接连接段A和连接段B的薄弱段，连接段B与所述管体前端螺纹连接。
[0020]进一步的，所述连接段A通过剪力钉与所述管体连接。
[0021]设置剪力钉，能够防止下井过程中丢手环与管体之间的螺纹连接出现松动。
[0022]进一步的，所述薄弱段与所述剪力钉中，其中之一为高硬度材料构成，另一为高塑性材料构成。
[0023]为了保证丢手环在座封过程中与管体可靠连接，避免丢手环在座封完成前被拉断，需要剪力钉或薄弱段具备较高的硬度。但是随着硬度的提高，材料的抗脆断能力在降低，这导致剪力钉或薄弱段断裂时其断裂方式为脆性断裂。为了解决这一矛盾，发明人采用两种不同材料构成剪力钉和薄弱段。例如:剪力钉具有较高的硬度，能够保证丢手环在座封过程中与管体可靠连接，避免剪力钉在座封完成前被剪断；薄弱段具有较低的硬度和较高的塑性，从而具备很好的抗脆性断裂性能。剪力钉和薄弱段相互配合，使本实用新型在受拉时，丢手环断裂将发生在低应力时，从而大大降低了丢手环断裂时的应力，避免了井下堵塞装置受高强度瞬时冲击的情况出现，能够有效解决丢手环断裂时高强度瞬时冲击使井下堵塞装置松动的问题。
[0024]综上所述，本实用新型的优点和有益效果在于:
[0025]1.本实用新型在无需钻孔，即可实现打压和油气的自动流出；
[0026]2.将流道设置成大直径段和小直径段，塞球进入大直径段对小直径段的端部进行封堵，有利于减小球笼的长度，缩小本实用新型的体积；
[0027]3.球笼与大直径段的内表面螺纹连接，使得本实用新型的装配更加便利；
[0028]4.球笼的内表面与大直径段的内表面平齐，使得堵塞球的运动更加灵活；
[0029]5.大直径段与小直径段之间的过渡部分为斜面，打压时堵塞球紧贴于斜面，防止堵塞球在径向方向上窜动，使得封堵更加可靠；
[0030]6.设置剪力钉，能够防止下井过程中丢手环与管体之间的螺纹连接出现松动；[〇〇31]7.薄弱段与剪力钉中，其中之一为高硬度材料构成，另一为高塑性材料构成，使本实用新型在受拉时，丢手环断裂将发生在低应力时，从而大大降低了丢手环断裂时的应力， 避免了井下堵塞装置受高强度瞬时冲击的情况出现，能够有效解决丢手环断裂时高强度瞬时冲击使井下堵塞装置松动的问题。【附图说明】
[0032]为了更清楚地说明本实用新型的实施例，下面将对描述本实用新型实施例中所需要用到的附图作简单的说明。显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据下面的附图，得到其它附图。[0〇33]图1为中心管的一种结构不意图；[0〇34]图2为中心管的一种结构不意图；[0〇35]图3为中心管的一种结构不意图；[0〇36]图4为中心管的一种结构不意图；
[0037]图5为井下堵塞装置的结构示意图；[〇〇38]图6为井下堵塞装置的座封状图A;[〇〇39]图7为井下堵塞装置的座封状图B
[0040]图8为井下堵塞装置的打压状态图；[0041 ]图9为井下堵塞装置在油气流出时的状态图；[〇〇42]图10为上锚定总成的结构示意图；[〇〇43]图11为下锚定总成的结构示意图；[〇〇44]图12为锁定螺母的结构示意图；
[0045]图13为顶环的结构示意图；
[0046]图14为卡瓦的结构示意图；[〇〇47]图15为卡瓦锥托的结构示意图；
[0048]图16为丢手环的结构不意图；
[0049]其中，附图标记对应的零部件名称如下:
[0050]1-管体，2-球笼，3-堵塞球，4-通孔，5-丢手环，6-上锁定装置，7-顶环，8-卡瓦，9-卡瓦锥托，10-下锁定装置，11-剪力钉，12-中胶筒，13-端胶筒，14-井道，15-液压缸，16-顶筒，101-大直径段，102-小直径段，103-斜面，501-连接段A，502-连接段B，503-薄弱段，71-锥形面，72-分隔凸起，91-锥形面，92-分隔凸起，101-锥形面，102-分隔凸起。【具体实施方式】
[0051]为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型，下面将结合本实用新型实施例中的附图对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显而易见的，下面所述的实施例仅仅是本实用新型实施例中的一部分，而不是全部。基于本实用新型记载的实施例，本领域技术人员在不付出创造性劳动的情况下得到的其它所有实施例，均在本实用新型保护的范围内。
[0052]实施例1:[〇〇53]如图1所示，一种全通径中心管及其构成的井下堵塞装置，包括管体1，管体1的中心孔为贯穿管体1两端的整体式流道，还包括与管体1前端连接的球笼2和设置于球笼2内的堵塞球3，球笼2的内部空间与流道连通，堵塞球3的直径大于流道的直径，球笼2上开设有多个通孔4，通孔4的直径小于堵塞球3的直径。[〇〇54]采用中心孔为贯穿管体1两端的整体式流道的管体1，油气能够从中心孔自动流出无需对管体1进行钻孔。井道中的中心管将井道分为前段和后段。在打压状态时，井道内的高压使得球笼2内的堵塞球3紧贴于流道端部实现封堵，从而避免高压液体通过管体1流入井道后段，保证井道前段高压得以保持。在油气产出过程中，井道后段的油气通过管体1中的流道对堵塞球3施压，堵塞球3离开流道端部，油气通过流道1从流道端部流出后，再通过球笼2上的通孔4流出。如此，无需钻孔，即可实现打压和油气的自动流出。
[0055]球笼2的安装方式有多种，包括但不限于以下几种，以下几种安装方式仅作为便于本领域技术人员理解的示例:
[0056]—.如图2所示，球笼2的后端面与管体1的前端面连接，球笼2与管体1同心。在打压状态时，堵塞球3对流道的前端部进行堵塞。采用这种方式，在打压时为了保证堵塞球3能够紧贴于流道的端部，在轴线方向上通孔4与管体1端部的最小距离应该大于堵塞球3在封堵时其外表面与管体1端部的最大距离。因此，这种方式会增加球笼2的长度，从而增大中心管的整体体积。[〇〇57]二.如图3所示，所述流道包括相互连通的靠近球笼2的大直径段101和远离球笼2 的小直径段102,所述堵塞球3的直径小于大直径段101的直径且大于小直径段102的直径。 在打压时，堵塞球3进入大直径段101中并紧贴于小直径段102的端部从而实现封堵。相对于第一种方式，由于堵塞球3在流道内部进行封堵，因此球笼2的长度可以设置得更小，从而减小的中心管的整体体积。[〇〇58]三.如图4所示，在第二种方式的基础上，所述球笼2与所述大直径段101的内表面螺纹连接，如此可以使中心管的装配更加便利。但是，如图4中的情况，球笼2凸出于大直径段101的内表面，这使得堵塞球3在返回球笼2时，球笼2的端部会对堵塞球3的运动构成阻碍，有可能使得堵塞球3卡在球笼2的端部位置，造成堵塞球3运动不畅无法进入球笼2,从而导致油气流出量减小。
[0059]四.如图1所示，在第三种方式的基础上，将球笼2的内表面设置成与大直径段101 的内表面平齐。如此即可消除对堵塞球3运动的阻碍，使堵塞球3的运动更加灵活，保证油气流出量稳定。
[0060]为了使打压时堵塞球3的封堵更加可靠，还可以在上述第二、第三、第四中情况的基础上，将大直径段101与小直径段102之间的过渡部分设置为斜面103。打压时堵塞球3紧贴于斜面103,防止堵塞球3在径向方向上窜动。[0061 ] 实施例2:
[0062]如图5所示，井下堵塞装置，包括实施例1中所述的任意一种中心管，设置于中心管上的密封总成，设置于中心管上且分别位于密封总成前端和后端的上锚定总成和下锚定总成，以及与中心管前端螺纹连接的丢手环5。[〇〇63] 本实施例的工作原理如下:
[0064]如图6所示，液压缸15的伸缩端与丢手杆5连接，顶筒16顶住上锚定总成。液压缸15 的伸缩端缩回，中心管带动下锚定总成靠近上锚定总成并对密封总成进行挤压，密封总成轴向长度缩小，发生径向膨胀并紧贴井道14的内表面，实现密封。同时在挤压的作用下上锚定总成和下锚定总成锚入井道14的内表面，实现堵塞装置在井道14中的固定。
[0065]如图7所示，最终丢手环5被拉断，堵塞装置被留在井道14中，完成座封。
[0066]如图8所示，在完成座封后即开始打压。向井道14中通入高压液体，高压液体通过球笼2上的通孔4进入球笼2并推动堵塞球3向管体1的中心孔运动，堵塞球3紧贴中心孔的端部完成封堵，防止高压液体通过管体1的中心孔流入井道14的后段，从而实现打压。
[0067]如图9所示，在油气产出阶段，油气通过井道14的后段进入管体1的中心孔并推动堵塞球3脱离中心孔进入球笼2，油气通过球笼2上的通孔4流出。[〇〇68] 实施例3:
[0069]本实施例在实施例2的基础上，对井下堵塞装置进行进一步的描述。本实施例仅在于提供具体示例使本领域技术人员能够更加清楚的理解井下堵塞装置，并不表示井下堵塞装置只能由本实施例所描述的结构构成。
[0070]如图10所示，所述上锚定总成包括设置于所述管体1上的上锁定装置6,与上锁定装置6接触的顶环7，多个与顶环7接触的卡瓦8，与卡瓦8接触的卡瓦锥托9，卡瓦锥托9与所述密封总成接触；
[0071]其中，上锁定装置6可以是设置于管体1前端的环形凸起，如图5所示，丢手环5与环形凸起连接。上锁定装置6也可以是连接在管体1上的锁定螺母。
[0072]如图13所示，顶环7套于管体1上，顶环7在受力的情况下能够沿管体1的轴线运动。 顶环7与上锁定装置6接触的端面为平直面，顶环7的另一个端面为锥形面71，在锥形面71上均匀设置有多个分隔凸起72,如图14所示的卡瓦8的一端与锥形面71接触，卡瓦8位于相邻的两个分隔凸起72之间。
[0073]如图15所示，卡瓦锥托9套于管体1上，卡瓦锥脱9在受力的情况下能够沿管体1的轴线运动，卡瓦锥托9与顶环7相对的端面为锥形面91，锥形面91上设置有多个分隔凸起92， 卡瓦8的另一端与锥形面91接触并位于相邻的分隔凸起92之间。卡瓦锥托5的另一端面为平直面并与密封总成接触。
[0074]如图11所示，所述下锚定总成包括设置于所述管体1上的下锁定装置10,多个与下锁定装置10接触的卡瓦8,与卡瓦8接触的卡瓦锥托9,卡瓦锥托9与所述密封总成接触。
[0075]其中，下锁定装置10可以是设置于管体1后端的环形凸起，也可以是如图12所示的锁定螺母。锁定螺母10上设置有螺纹孔，锁定螺帽10与管体1后端螺纹配合。锁定螺母10靠近密封总成的一端为锥形面101，锥形面101上设置有多个分隔凸起102。如图14所示的卡瓦8的一端与锥形面101接触，卡瓦8位于相邻的两个分隔凸起102之间。
[0076]如图15所示，卡瓦锥托9套于管体1上，卡瓦锥脱9在受力的情况下能够沿管体1的轴线运动，卡瓦锥托9与下锁定装置10相对的端面为锥形面91，锥形面91上设置有多个分隔凸起92,卡瓦8的另一端与锥形面91接触并位于相邻的分隔凸起92之间。卡瓦锥托9的另一端面为平直面并与密封总成接触。
[0077] 工作时，顶环7受压，此时顶环7和下锁定装置10使卡瓦8在卡瓦锥托9上的锥形面 91上移动，同时压力通过卡瓦锥托9传导至密封总成，使密封总成的轴向被压缩，径向扩张。 最终卡瓦8上的齿卡入井道14中，使密封总成保持被压缩状态，实现井道的密封。[〇〇78]上锁定装置6防止打压时中心管脱离井下堵塞装置造成井下堵塞装置解体。
[0079]其中，密封总成包括套与管体1上的中胶筒12以及设置于中胶筒12的端胶筒13。
[0080]实施例4:[0081 ]本实施例在实施例2或3的基础上，对丢手环5进彳丁进一步说明。[〇〇82]如图16所示，所述丢手环5包括设置有内螺纹的连接段A501、设置有内螺纹的连接段B502以及连接连接段A501和连接段B502的薄弱段503,连接段B502与所述管体1前端螺纹连接。连接段A501用于与座封时的液压缸15连接。[〇〇83] 在座封时，丢手环5将在薄弱段503处断裂，从而实现丢手环5断裂位置的有效控制。[〇〇84]在下井过程中，由于井道的摩擦和碰撞，连接段B502与管体1前端的螺纹连接可能松动。因此，可以设置剪力钉11，连接段A501通过剪力钉11与管体1连接，从而将丢手环5可靠的固定在管体1上。[〇〇85]为了保证丢手环5在座封过程中与管体1可靠连接，避免丢手环5在座封完成前被拉断，需要剪力钉11或薄弱段503具备较高的硬度。但是随着硬度的提高，材料的抗脆断能力在降低，这导致剪力钉11或薄弱段503断裂时其断裂方式为脆性断裂。为了解决这一矛盾，发明人采用两种不同材料构成剪力钉11和薄弱段503。例如:剪力钉11具有较高的硬度， 能够保证丢手环5在座封过程中与管体1可靠连接，避免剪力钉11在座封完成前被剪断;薄弱段503具有较低的硬度和较高的塑性，从而具备很好的抗脆性断裂性能。剪力钉11和薄弱段503相互配合，使本实施例在受拉时，丢手环5的断裂将发生在低应力时，从而大大降低了丢手环5断裂时的应力，避免了井下堵塞装置受高强度瞬时冲击的情况出现，能够有效解决丢手环断裂时高强度瞬时冲击使井下堵塞装置松动的问题。[〇〇86]剪力钉11或薄弱段503之一的构成材料需要具备足够的硬度，例如高强度AL7075、 45钢或硬质合金(如YG6或YG8N)等。而理论上讲另一种剪力钉的构成材料只要其硬度小于前述的材料，即可降低断裂时的应力，但在实际应用中，采用塑性较好，抗脆断性能较高的材料能够起到更好的效果，例如纯铜、纯铝、纯铁或低碳钢等。
[0087]如上所述，便可较好的实现本实用新型。
【主权项】
1.一种全通径中心管，包括管体(I)，其特征在于: 管体(I)的中心孔为贯穿管体(I)两端的整体式流道，还包括与管体(I)前端连接的球笼(2)和设置于球笼(2)内的堵塞球(3)，球笼(2)的内部空间与流道连通，堵塞球(3)的直径大于流道的直径，球笼(2)上开设有多个通孔(4)，通孔(4)的直径小于堵塞球(3)的直径。2.根据权利要求1所述的一种全通径中心管，其特征在于: 所述流道包括相互连通的靠近球笼(2)的大直径段(101)和远离球笼(2)的小直径段(102)，所述堵塞球(3)的直径小于大直径段(101)的直径且大于小直径段(102)的直径。3.根据权利要求2所述的一种全通径中心管，其特征在于: 所述球笼(2 )与所述大直径段(1I)的内表面螺纹连接。4.根据权利要求3所述的一种全通径中心管，其特征在于: 所述球笼(2 )的内表面与所述大直径段(1I)的内表面平齐。5.根据权利要求2?4中任意一项所述的一种全通径中心管，其特征在于: 所述大直径段(101)与所述小直径段(102)之间的过渡部分为斜面(103)。6.—种全通径中心管构成的井下堵塞装置，其特征在于: 包括权利要求1?5中任意一项所述的中心管，设置于中心管上的密封总成，设置于中心管上且分别位于密封总成前端和后端的上锚定总成和下锚定总成，以及与中心管前端螺纹连接的丢手环(5)。7.根据权利要求6所述一种全通径中心管构成的井下堵塞装置，其特征在于: 所述上锚定总成包括设置于所述管体(I)上的上锁定装置(6)，与上锁定装置(6)接触的顶环(7)，多个与顶环(7)接触的卡瓦(8)，与卡瓦(8)接触的卡瓦锥托(9)，卡瓦锥托(9)与所述密封总成接触； 所述下锚定总成包括设置于所述管体(I)上的下锁定装置(10)，多个与下锁定装置(10)接触的卡瓦(8)，与卡瓦(8)接触的卡瓦锥托(9)，卡瓦锥托(9)与所述密封总成接触。8.根据权利要求6所述的一种全通径中心管构成的井下堵塞装置，其特征在于: 所述丢手环(5)包括设置有内螺纹的连接段A(501)、设置有内螺纹的连接段B(502)以及连接连接段A(501)和连接段B(502)的薄弱段(503)，连接段B(502)与所述管体(I)前端螺纹连接。9.根据权利要求8所述的一种全通径中心管构成的井下堵塞装置，其特征在于: 所述连接段A(501)通过剪力钉(11)与所述管体(I)连接。10.根据权利要求9所述的一种全通径中心管构成的井下堵塞装置，其特征在于: 所述薄弱段(503)与所述剪力钉(11)中，其中之一为高硬度材料构成，另一为高塑性材料构成。
【文档编号】E21B33/12GK205618124SQ201620478674
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】张瀚澜, 刘书豪, 唐勇, 李军民
【申请人】苏州思科高普管道信息工程技术有限公司