密封座与密封球的制作方法

本发明涉及井下作业领域，特别是涉及一种密封座。本发明还涉及与这种密封座相应的密封球。

背景技术：

一些石油井下工具在使用时需要通过憋压的方式实现工具的相应功能和动作。例如对于液压尾管悬挂器来说，用钻具将悬挂器及套管送至预定的深度后，通常向其中下入密封球，并将密封球泵送至尾管内的密封座处，使此处密封而进行憋压。此时，悬挂器内外压差使其能成功坐挂在井壁上。

然而，在实际的使用过程中，在密封座内容易沉淀杂质，从而在密封球进入到密封座内后，密封球与密封座之间的杂质使密封球与密封座无法直接接触，令此处无法实现有效密封，进而导致憋压失败或憋压效果不明显，极大地影响了井下作业的顺利进行。尤其是对于上述悬挂器而言，这会导致悬挂器无法固定在井壁上，进而妨碍了固井作业的进一步进行，并对井内勘探和开采作业均造成了严重的影响。

因此，需要一种能与密封球有效接触的密封座。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出了一种密封座，使用这种密封座能与密封球有效接触。本发明还提出了一种密封球，这种密封球能与上述密封座相配合。

根据本发明的第一个方面，提出了一种密封座，其包括壳体，和套接于壳体内的承载件，在所述承载件上构造有朝向上游的承载面，所述承载面沿轴向倾斜并具有从上游到下游逐渐减小的直径，其中，所述承载面能与密封球的表面密封式接触。

使用本发明的密封座，其承载件上的密封球为倾斜的，从而杂质在此处能滑离承载面而不会在承载面处沉淀。在密封球下入到密封座内时，密封球的表面能 直接与密封座的承载面有效接触，从而能有效保证密封球与密封座之间密封，进而使得压力能在密封座的上游增大，实现有效憋压。

在一个实施例中，承载面的的直径从上游向下游均匀减小，或承载面的直径从上游向下游的减小率逐渐增大。这样能进一步防止井内杂质在此处沉积，从而进一步保证了密封座的承载面能与密封球有效接触，实现密封。

在一个实施例中，承载件通过剪钉与壳体相连，剪钉剪断后，承载件能脱离壳体向下游移动。这使得设置密封座的位置不会在憋压完成后继续保持流体无法通过的状态。当井内压力达到一定值以后，剪钉剪断，承载件能与密封球一起向下游移动，以保证流体能顺利在此处流通，并且保证了憋压完成后，井内压力能方便地回到正常的范围内。

在一个实施例中，承载件为陶瓷承载件。陶瓷的承载件耐腐蚀和耐冲蚀的能力较好，从而有效保证了承载件的完整性，进而在密封球下入到此处时，密封球能与承载件的承载面有效接触，并进行密封。

在一个实施例中，壳体包括外壳体和套接在所述外壳体内的内壳体，所述承载件容纳于内壳体内并与所述内壳体相连。其中，所述内壳体的上游端面低于所述外壳体的上游端面。这种结构能起到引导密封球的作用，从而使密封球能顺利与承载面相接触。

在一个实施例中，内壳体为陶瓷内壳体。内壳体也为陶瓷的，从而使得内壳体具有耐腐蚀、耐冲蚀的特性，进而保证了内壳体的完整性，使得没课题与承载件能有效连接，保证了在憋压完成之前，内壳体与承载件连接的可靠性。

在一个实施例中，外壳体为金属外壳体。金属外壳体能与套管方便地连接。另外，金属外壳体降低了密封座的成本。

根据本发明的第二个方面，提出了一种密封球，其能进入到上述密封座内，并与承载件在承载面处密封式接触。使用这种密封球能有效与承载面接触，以进行密封，从而保证了憋压顺利而有效地进行。

在一个实施例中，密封球包括硬质内芯和覆盖在所述硬质内芯之外的保护层。硬质的内芯保证了密封球的强度，防止了密封球发生非预期的变形。另外，保护层能防止密封球在受到井壁等结构的磕碰时发生非预期的变形，另外，还防止了密封球被腐蚀、冲蚀，从而进一步保证了密封球的完整性，保证了密封球能如预期的那样与密封座接触。

在一个实施例中，密封球的保护层的厚度为1mm。这种厚度的保护层对密封球的保护效果最好。

与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)杂质在此处能滑离承载面而不会在承载面处沉淀。在密封球下入到密封座内时，密封球的表面能直接与密封座的承载面有效接触。(2)能有效保证密封球与密封座之间密封，进而使得压力能在密封座的上游增大，实现有效憋压。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1显示了本发明的密封座的结构示意图。

图2显示了本发明的密封球的结构示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

这里应注意地是，用语“上游”指的是下放套管的方向，而“下游”与其相对，指的是井下的方向。用语“流体”可以为液体、气体或其混合物，或者是液体或气体与固体的混合物，或者是气体、液体和固体三者的混合物。

图1示意性地显示了本发明的密封座100的大体结构。

如图1所示，本发明的密封座100包括壳体。壳体能与上下游的套管相连，或者套接在套管内并固定。

本发明的密封座100还包括套接在壳体内的承载件13，承载件13从壳体处径向向内延伸以形成承载面131。当密封球200下入到密封座100内后，能与承载面131相接触，并密封式接触，已进行憋压。

如图1所示，承载面131为倾斜的环形面，并且承载面的直径沿从上游到下游的方向逐渐减小。这样，井内的杂质在此处会沿着承载面131滑落而不易在承载面131上沉积，从而这种设置能保证承载面131表面的清洁。当密封球200进入到密封座100内时，密封球200的外表面能有效与承载面131直接接触，而不会在其中夹杂杂质，从而使得密封球200与密封座100能按预期的那样密封式接触。这会令套筒内在此处封隔，而使得上游的压力会随着进一步泵入流体(例如 泥浆)而增大，进行憋压。例如在将本发明的密封座100设置在尾管内时，憋压会导致尾管内及其上的悬挂器内的压力大于环空内的压力，从而使悬挂器在压差作用下顺利挂坐在井壁上。

优选地，可如图1所示的那样，令承载面131的斜率恒定不变，即是说，承载面的直径均匀减小。这样进一步防止了杂质在承载面131处沉积。

还可优选地令承载面131的从上游到下游的倾斜的斜率逐渐增大，即是说，从上游到下游的承载面的直径的缩小率逐渐增大，以使得此处承载面形成凸出的弧面形状。这样也能进一步防止杂质在承载面131处沉积。

这里应理解地是，承载件13应如图1所示的那样为中空的，以降低密封球200下入时的阻力，保证密封球200能顺利下入。另外，还应保证密封球200的外径大于承载件13的最小内径，以保证密封球200能被密封座100承接住，而不会直接漏到下游的套管内。

优选地，承载件13通过剪钉14与外壳相连。当憋压到达一定程度时，可令剪钉14剪断，承载件13与密封球200一起向下游移动并脱出密封座100。这样能防止井内在此处堵死，保证了此处的流体循环顺畅。这里应理解地是，这里的憋压到达一定程度应保证憋压预期要达到的效果已经完成，例如已经令悬挂器挂坐在井壁上之后，再加压到剪钉14剪断的程度。即是说，这里的剪钉14的强度，应保证其剪断所需的压力要大于悬挂器挂坐所需的压力。

优选地，壳体包括相互套接的外壳体11与内壳体12。外壳体11与其他套管相连，而内壳体12通过剪钉14与承载件13相连，以方便加工和装配。剪钉沿从内壳体到承载件的方向插入，方便装配，并且如图1所示，此时剪钉能受到保护。

承载件13优选为陶瓷承载件13，和/或内壳体12优选为陶瓷内壳体12。这样在井下的内壳体12和承载件13不易受到泥浆的腐蚀或冲蚀，有效保证了内壳体12和承载件13的完整性，从而有效保证了内壳体12与承载件13之间的稳定连接。另外，内壳体12与承载件13之间为密封式连接，并在两者之间设置o形密封圈，以保证憋压的顺利进行。陶瓷的内壳体12与承载件13由于不易受到腐蚀和冲蚀，因此密封效果更好，进而进一步提高了憋压作业的有效性。此外，陶瓷的承载件13能在与密封球200接触前保持其完整性，由此也保证了密封球200与承载面131之间能如预期的那样密封接触，进而进一步保证了憋压的顺利进行。

外壳体由钢材制成，能保证其在井内的稳定性。内壳体由陶瓷材料制成还保证了其能有效被钻头钻穿，从而保证了井内作业能顺利进行。

这里的内壳体为胶塞碰压座，胶塞碰压座的作用为在固井施工过程中，(固井施工就是将水泥通过套管注入到井眼中，起到封固地层的作用)定量注入水泥浆，投入胶塞，再注入泥浆，胶塞的作用就是隔离水泥浆和泥浆的，当胶塞到达胶塞碰压座的位置时，套管内将憋起高压，使得胶塞将无法继续下移，确保泥浆不能混入到井眼内，影响井眼的封固质量。

除此之外，外壳体11也可为陶瓷的，以防腐蚀或冲蚀。此时，外壳体11与内壳体12可为一体的，也可分别制造再通过卡簧15连接，以保证有效定位。优选地，外壳体11为金属外壳体11，以方便与其他套管相连。另外，这种外壳体11成本较低，从而降低了密封座100整体的制造成本。此时，也可通过卡簧15连接外壳体11与内壳体12，以保证内壳体12的有效定位。如图1所示，在外壳体的内表面与内壳体的外表面上分别设置有相应的卡槽。在其中设置卡簧可使外壳体与内壳体连接的稳定性。

如图1所示，在内壳体12与外壳体11之间也设置有o形密封圈，以使得内壳体12与外壳体11密封连接。这样能进一步防止压力泄漏，保证憋压作业的顺利进行。

图2示意性地显示了本发明的密封球200的大体结构。密封球200与密封座100相应，密封球200可以顺利进入到壳体内并与承载件13的承载面131密封式相接触。此时在密封座100和密封球200的上游可进行憋压作业。

密封球200包括硬质内芯21，硬质内芯21优选为铜球。这种硬质内芯21强度高，不易变形。另外，这种硬质内芯21密度大，能方便地沉入到井下，并进入到密封座100内。

密封球200还包括包裹在硬质内芯21之外的保护层22。保护层22应具有一定的强度，以防止密封球200变形或磨损，以保证密封球200能与密封座100密封式接触。保护层22还应具有耐腐蚀、耐冲蚀的特性，以保证密封球200的完整性，进一步保证了密封球200与密封座100的密封式接触。由此，密封球200的保护层22优选为硫化在铜质内芯21上的橡胶。硫化橡胶的保护层22能有效实现上述优点。

在一个优选的实施例中，保护层22的厚度为1mm，优选地不受硬质内芯直径变化而变化。保护层22与密封球200的这一比例能有效保证密封球200的完整性，并能保证密封球200顺利下入到密封座100内，进行憋压。

上述密封球200和密封座100可有效接触以密封，从而能使得井下的憋压作业有效进行，为井下工具(例如尾管悬挂器)的使用提供了基础和保障。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。