一种适用于非常规油气开采的可溶球座密封装置结构

本技术涉及非常规油气勘探开发，尤其涉及一种适用于非常规油气开采的可溶球座密封装置。

背景技术：

1、随着我国油气资源对外依存度的增加，常规油气资源已无法满足我国生产生活需求，迫切需要加大油气资源勘探开发力度，提高油气产量，以页岩气、致密油气为代表的非常规资源逐渐成为油气生产的主力。

2、水平井体积分段压裂是非常规致密油气开采的关键技术。可溶球座因具有快速可溶、全通径投产和施工工艺简单等特点，迅速在体积分段压裂施工作业中普及，引领了水平井分段多簇压裂技术的革命性进步。现有技术中可溶球座通常采用全金属密封，体积分段压裂井下作业常处于高温、高压、重载荷和强腐蚀等恶劣环境，金属密封环在坐封工况下易出现本体结构断裂，及压裂过程中密封失效等现象。可溶球座坐封失效导致段间密封不严压裂液漏失，簇间压裂液压能损失过大，压裂作业失败，甚至引发井下事故。

3、因此，基于以上情况，我们提供一种适用于非常规油气开采的可溶球座密封装置结构，该可溶球座在全金属可溶球座的基础上进行性能优化，解决上述密封不严等问题。

技术实现思路

1、本实用新型目的是提供一种适用于非常规油气开采的可溶球座密封装置结构，解决因可溶球座金属密封失效导致段间密封不严压裂液漏失，簇间压裂液压能损失过大等问题。

2、为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案：

3、本实用新型提出了一种适用于非常规油气开采的可溶球座密封装置结构，其结构采用单卡瓦结构，并采用嵌入式卡瓦块，利用隔环、金属密封环结合可溶橡胶密封圈和u型金属密封环结合椭圆可溶橡胶圈等三种密封结构，克服现有纯金属可溶球座密封不严不足，实现可溶球座的有效坐封，有效保证油气开采效率的提升。

4、本实用新型采用的技术方案如下：

5、为实现上述目的，本实用新型提出了一种适用于非常规油气开采的可溶球座密封装置结构，包括从上到下依次连接的滑动体、卡瓦基体和防撞环，滑动体上依次套有上u型金属密封环、椭圆可溶橡胶圈、上金属密封环、可溶橡胶密封圈、下金属密封环、隔环和锁紧套，卡瓦基体轴向安装双层嵌入式卡瓦块。

6、进一步，在卡瓦基体与密封环之间增加隔环，使得卡瓦基体扩径产生的作用力均匀作用于上金属密封环与下金属密封环，且递减彼此之间的接触应力，保护金属密封环结构安全。

7、进一步，在卡瓦基体与密封环之间增加隔环，隔环扩径至外表面与套筒内壁接触，隔环起到密封效果，达到可溶球座第一步密封。

8、进一步，密封环采用上金属密封环与下金属密封环分体式密封环，结合数值分析，对比整体式金属密封环，上金属密封环与下金属密封环在坐封过程中更易扩径且不易损坏。

9、进一步，在上金属密封环与下金属密封环中间缺口处放置可溶橡胶密封圈，金属密封环扩径至外表面与套筒内壁接触，金属密封结合橡胶密封达到可溶球座第二步密封。

10、进一步，在滑动体尾部增加u性金属密封环与椭圆可溶橡胶圈，当金属密封环扩径至最大直径时，上金属密封环与下金属密封环挤压u型金属密封环，u型金属密封环与可溶橡胶圈挤压变形至于套筒内壁接触，实现可溶球座第三步密封。

11、进一步，三步密封结构彼此之间相互作用，共同密封，增强可溶球座的密封性能。

12、进一步，u型密封环的左端面滑动体左面凸起相接触，限制了可溶球座的密封结构的轴向位移，实现密封装置结构的有效密封。

13、有益效果：

14、与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

15、1.本实用新型的可溶球座采用隔环、可溶橡胶密封圈与金属密封环和u型金属密封环与椭圆可溶橡胶圈三重密封结构，与目前市场纯金属可溶球座相比，有效地规避了坐封过程锚定架构和密封结构相互干扰而导致密封性能不足的问题，在保证承压等级要求的基础上，极大地增加了可溶球座的密封性能。

16、2.本实用新型的可溶球座在金属密封环右端增加隔环结构，隔环结构使得卡瓦基体扩径产生的作用力均匀作用于金属密封环，且递减彼此之间的接触应力，保护金属密封环结构安全，隔环在扩径后与套筒内壁接触起到第一步密封。

17、3.本实用新型的分离式金属密封环替代整体式金属密封环，经过数值计算与试验测试，分离式金属密封环相比整体式金属密封环承受应力更大，扩径过程结构不易损坏，因此选择分离式金属密封环作为球座密封的结构，提高了可溶球座整体的密封承压性能。

18、4.本实用新型的可溶球座采用金属密封环与可溶橡胶密封圈组合密封，可溶球座在坐封过程中，金属密封环受卡瓦基体作用力进行扩径，当金属密封环外表面与套筒内部接触时，金属密封环与可溶橡胶密封圈共同组合可溶球座的第二步密封。

19、5.本实用新型的可溶球座采用u型金属密封环与椭圆可溶橡胶圈组成可溶球座的第三道密封方式，可溶球座在坐封过程中，金属密封环受卡瓦基体作用力进行扩径，当扩径至最大直径时，金属密封环挤压u型金属密封环与椭圆可溶橡胶圈，u型金属密封环与可溶橡胶圈受压变形，达到u型金属密封环与可溶橡胶圈的第三步密封，三步密封方式组合，极大提高了可溶球座整体的密封承压性能。

技术特征：

1.一种适用于非常规油气开采的可溶球座密封装置结构，包括从左到右依次连接的可溶球(1)、滑动体(2)、u型金属密封环(3)、椭圆可溶橡胶圈(4)、上金属密封环(5)、可溶橡胶密封圈(6)、下金属密封环(7)、隔环(8)、卡瓦基体(9)、嵌入式卡瓦块(10)、锁紧套(11)、防撞环(12)、丢手拉杆(14)和剪切销钉(13)，其特征在于：在可溶球座坐封过程中，卡瓦基体(9)作用于隔环(8)，隔环(8)受力扩径，扩径至隔环(8)外表面与套筒内壁接触，形成球座第一步密封；卡瓦作用力通过隔环(8)左端面传递给金属密封环，下金属密封环(7)与上金属密封环(5)受力扩径，扩径至金属密封环外表面与套筒内壁接触，金属密封环结合可溶橡胶密封圈(6)组成球座的第二步密封；金属密封环扩径至滑动体(2)最大径处，金属密封环左端面挤压u型金属密封环(3)右端面，u型金属密封环(3)与椭圆可溶橡胶圈(4)受挤压变形，u型金属密封环(3)与椭圆可溶橡胶圈(4)组成球座的第三步密封，三步密封组合极大增强了可溶球座的密封性能。

2.根据权利要求1所述的一种适用于非常规油气开采的可溶球座密封装置结构，其特征在于在金属密封环与卡瓦基体(9)之间增加隔环(8)，隔环(8)使得卡瓦基体(9)扩径所产生的作用力均匀作用于上金属密封环(5)与下金属密封环(7)，且递减彼此之间的接触应力，保护金属密封环结构安全。

3.根据权利要求1所述的一种适用于非常规油气开采的可溶球座密封装置结构，其特征在于u型金属密封环(3)的左端面与滑动体(2)外径凸起右端面接触，凸起限制了u型金属密封环的轴向位移。

技术总结
本技术公开了一种适用于非常规油气开采的可溶球座密封装置结构，涉及非常规油气勘探开发技术领域，用于解决现有可溶桥座密封不严的问题；该可溶球座采用整体式卡瓦基体与三重密封结构组成，其滑动体上依次套设有隔环、下金属密封环、可溶橡胶密封圈、上金属密封环、U型金属密封环和椭圆可溶橡胶圈；该球座采用一重隔环密封、二重金属密封环结合可溶橡胶密封圈密封、三重U型金属密封环结合椭圆可溶橡胶圈密封，三重密封结构保证可溶球座在承压等级要求的基础上，极大地增加了球座的密封性能。

技术研发人员：陈振,英晓洋,敬爽,聂书龙,张森吉,鞠浩文,李涛,李琴,黄志强,李刚,马亚超,魏超成,王乔木
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：20230601
技术公布日：2024/1/15