CN114320227B - 一种可剪切后全通径传压球座 - Google Patents

Abstract

本发明公开了公开了一种可剪切后全通径传压球座，包括包括上接头，球座外套，第一密封圈，分瓣球座，第二密封圈，固定螺钉，弹片，球座外筒，剪切销钉，剪切心轴，第三密封圈，第四密封圈，第五密封圈，下接头。该传压球座连接在防砂服务管柱的坐封、脱手工具总成之上，通过投球加压打开传压孔，球座剪切后管柱内部为全通径，保证后续坐封球的顺利通行；分瓣球座承载部分均为刚性件使球座受力更加合理，分瓣球座和剪切心轴之间无连接，采用弹片回复扩张保证分瓣球座可顺利分开；剪切心轴下部安装有密封圈，防止剪切后剪切心轴外壁被液流冲蚀，增加了可重复使用次数。

Description

一种可剪切后全通径传压球座

技术领域

本发明属于油田开发生产技术领域，具体来说涉及一种可剪切后全通径传压球座。

背景技术

由于液压驱动的井下工具具有井型适应性广、作业可靠、操作方便等优点，广泛应用于油气井完井作业中，尤其在裸眼井砾石充填防砂完井作业中，管柱总体分为内层服务管柱和外层防砂管柱两层结构，二者通过连接于服务管柱的坐封、脱手工具总成在井口连接成为一体后下入，只有管柱下入到位后才进行管柱加高压，通过液压驱动完成封隔器坐封、内层服务管柱和外层防砂管柱脱手分离等作业。

此外，为了顶替出产层钻井泥浆，管柱下入过程中经常会使用泥浆泵内循环，而液体在管柱内的流动容易造成突然高压，此将造成封隔器的提前坐封或者液压脱手工具提前脱开，产生井下复杂情况。因此，在裸眼井砾石充填防砂完井作业中，坐封、脱手工具总成内增设传压球座装置，使坐封、脱手工具总成内部始终处于压力平衡状态，只有投入坐封球打开球座传压孔后，才可进行坐封和脱手作业。

目前的传压球座多采用弹性球座和传压心轴一体的结构，在管柱内高压情况下容易出现球座变形，进而球座剪切后下移不到位，导致传压孔不能正常打开，也将会影响后期大排量循环时液流通道；或者因为结构缺陷，导致球座剪切力不准确，剪切产生的冲击载荷使心轴变形，不满足多次重复使用的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中完井防砂中服务工具的坐封、脱手工具总成传压球座存在的可靠性不足的技术问题，提供了一种可剪切后全通径传压球座，实现球座的准确剪切，满足多次重复使用的要求。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种可剪切后全通径传压球座，包括上接头，球座外套，第一密封圈，分瓣球座，第二密封圈，固定螺钉，弹片，球座外筒，剪切销钉，剪切心轴，第三密封圈，第四密封圈，第五密封圈，下接头；该球座装置连接在完井服务管柱中，传压球座剪切后可实现管柱全通径；

所述上接头上部内表面具有与其他管柱连接的螺纹，下部外表面与球座外套螺纹连接，并通过第一密封圈实现密封；所述球座外套下部外表面与坐封、脱手工具总成连接，下部内表面与下接头螺纹连接，并通过第三密封圈实现密封；

所述球座外套内部安装有球座外筒，所述球座外筒内表面由上至下依次设置第一内径，扩大的第二内径，扩大的第三内径；外表面上部设置密封圈槽，密封圈槽内安装第二密封圈，外表面下部正对扩大的第三内径的中部沿圆周设置多个螺纹通孔；

所述球座外筒的第一内径处安装有4个相同的分瓣球座，所述分瓣球座为圆心角90°的扇形结构，该分瓣球座具有分瓣球座上斜面和分瓣球座下斜面，分瓣球座上斜面靠近外表面处设置辅助安装环槽，分瓣球座下斜面沿轴向设置外窄内宽的分瓣球座T型槽，在槽底面中部位置设置分瓣球座螺纹孔；

所述分瓣球座的下部安装有剪切心轴，所述剪切心轴上部沿周向设置4个相同的条形爪，条形爪上端具有条形爪上斜面，且斜面角度与分瓣球座的分瓣球座下斜面角度相同。外表面由上至下依次设置过渡斜面、扩大的第一外径、扩大的第二外径、下部外密封面。在扩大的第一外径处沿轴向设置4个外窄内宽的剪切心轴T型槽，在槽底面中部位置设置剪切心轴螺纹孔，剪切心轴T型槽的周向位置正对剪切心轴的两个条形爪之间的间隙。在扩大的第二外径处设置剪切销钉槽，在下部外密封面中部位置设置剪切心轴传压通孔，在下部外密封面靠近下端处设置具有一定间隔的上密封圈槽和下密封圈槽，上密封圈槽内安装第四密封圈，下密封圈槽内安装第五密封圈；

所述分瓣球座和所述剪切心轴通过弹片连接，所述弹片两端为圆形过渡的薄壁结构，其宽度略小于剪切心轴的两个条形爪之间的间隙，在靠近两端处分别设置上腰型孔和下腰型孔，上腰型孔插入分瓣球座T型槽的宽槽内，下腰型孔插入剪切心轴T型槽的宽槽内。当剪切心轴的条形爪上斜面与分瓣球座下斜面贴合后，穿过所述弹片的上腰型孔在分瓣球座T型槽槽底面的分瓣球座螺纹孔内安装固定螺钉，穿过所述弹片的下腰型孔在剪切心轴的剪切心轴螺纹孔内安装固定螺钉。

所述分瓣球座由一个整体球座切割而成，且所述分瓣球座外径略小于所述球座外筒的第一内径；

所述剪切心轴的剪切销钉槽与所述球座外筒的螺纹通孔对正后，在螺纹通孔内安装剪切销钉。

所述下接头内部设置内密封面和限位台肩，在内密封面中部沿周向设置下接头传压通孔，当所述下接头与所述球座外套连接到位后，下接头传压通孔的轴向位置处于所述剪切心轴的第四密封圈和第五密封圈之间，所述下接头的下部外表面具有与坐封、脱手工具总成连接的螺纹；

所述分瓣球座在高压下推动所述剪切心轴下移至所述球座外筒的扩大的第二内径处时，在所述弹片的回复力作用下，所述分瓣球座沿径向向外移动与所述球座外筒的扩大的第二内径贴合；

所述剪切心轴在剪断所述剪切销钉后，其下端面下移至所述下接头内的限位台肩，其下部外密封面上安装的所述第四密封圈下移通过所述下接头的下接头传压通孔，所述剪切心轴的剪切心轴传压通孔和所述下接头的下接头传压通孔将会连通。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的可剪切后全通径传压球座，现场操作方便，球座剪切后管柱内部为全通径，保证后续坐封球的顺利通行；分瓣球座承载部分均为刚性件使球座受力更加合理，分瓣球座和剪切心轴之间无连接，采用弹片恢复扩张保证分瓣球座可顺利分开；剪切心轴下部安装有密封圈，防止剪切后剪切心轴外壁被液流冲蚀，增加了可重复使用次数。

附图说明

图1是本发明一种可剪切后全通径传压球座的结构示意图。

图2是本发明一种可剪切后全通径传压球座的分瓣球座结构示意图(一)。

图3是本发明一种可剪切后全通径传压球座的分瓣球座结构示意图(二)。

图4是本发明一种可剪切后全通径传压球座的弹片结构示意图。

图5是本发明一种可剪切后全通径传压球座的剪切心轴结构示意图(一)。

图6是本发明一种可剪切后全通径传压球座的剪切心轴结构示意图(二)。

图7是本发明一种可剪切后全通径传压球座的下接头结构示意图。

图8是本发明一种可剪切后全通径传压球座的球座外筒结构示意图。

附图标记：1、上接头，2、球座外套，3、第一密封圈，4、分瓣球座，41、分瓣球座上斜面，411、辅助安装环槽，42、分瓣球座下斜面，421、分瓣球座T型槽，422、分瓣球座螺纹孔，5、第二密封圈，6、固定螺钉，7、弹片，71、上腰型孔，72、下腰型孔，8、球座外筒，81、第一内径，82、扩大的第二内径，83、扩大的第三内径，84、密封圈槽，85、螺纹通孔，9、剪切销钉，10、剪切心轴，101、条形爪，1011、条形爪上斜面，102、过渡斜面，103、扩大的第一外径，1031、剪切心轴T型槽，1032、剪切心轴螺纹孔，104、扩大的第二外径，1041、剪切销钉槽，105、下部外密封面，1051、剪切心轴传压通孔，1052、上密封圈槽，1053、下密封圈槽，11、第三密封圈，12、第四密封圈，13、第五密封圈，14、下接头，141、内密封面，142、限位台肩，143、下接头传压通孔。

对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例

如图1所示，本实施例提供了一种可剪切后全通径传压球座，包括上接头1，球座外套2，第一密封圈3，分瓣球座4，第二密封圈5，固定螺钉6，弹片7，球座外筒8，剪切销钉9，剪切心轴10，第三密封圈11，第四密封圈12，第五密封圈13，下接头14；该球座装置连接在完井服务管柱中，传压球座剪切后可实现管柱全通径。

上接头1上部内表面具有与其他管柱连接的螺纹，下部外表面与球座外套2螺纹连接，并通过第一密封圈3实现密封；球座外套2下部外表面与坐封、脱手工具总成连接，下部内表面与下接头14螺纹连接，并通过第三密封圈11实现密封。

球座外套2内部安装有球座外筒8，球座外筒8内表面由上至下依次设置第一内径81，扩大的第二内径82，扩大的第三内径83；外表面上部设置密封圈槽84，密封圈槽84内安装第二密封圈5，外表面下部正对扩大的第三内径83的中部沿圆周设置多个螺纹通孔85。

球座外筒8的第一内径81处安装有由一个整体球座切割而成的4个相同的分瓣球座4，该分瓣球座4为圆心角90°的扇形结构，其外径略小于所述球座外筒的第一内径81；该分瓣球座4具有分瓣球座上斜面41和分瓣球座下斜面42，分瓣球座上斜面41靠近外表面处设置辅助安装环槽411，分瓣球座下斜面42沿轴向设置外窄内宽的分瓣球座T型槽421，在槽底面中部位置设置分瓣球座螺纹孔422；4个分瓣球座4在周向拼成一个整体后，通过圆筒工装插入分瓣球座4的辅助安装环槽411，同时送入球座外筒8的第一内径81。

分瓣球座4的下部安装有剪切心轴10，该剪切心轴10上部沿周向设置4个相同的条形爪101，条形爪101上端具有条形爪上斜面1011，且斜面角度与分瓣球座4的分瓣球座下斜面42角度相同。外表面由上至下依次设置过渡斜面102、扩大的第一外径103、扩大的第二外径104、下部外密封面105。在扩大的第一外径103处沿轴向设置4个外窄内宽的剪切心轴T型槽1031，在槽底面中部位置设置剪切心轴螺纹孔1032，剪切心轴T型槽1031的周向位置正对剪切心轴10的两个条形爪101之间的间隙。在扩大的第二外径104处设置剪切销钉槽1041，在下部外密封面105中部位置设置剪切心轴传压通孔1051，在下部外密封面105靠近下端处设置具有一定间隔的上密封圈槽1052和下密封圈槽1053，上密封圈槽1052内安装第四密封圈12，下密封圈槽1053内安装第五密封圈13。

分瓣球座4和剪切心轴10通过弹片7连接，该弹片7两端为圆形过渡的薄壁结构，其宽度略小于剪切心轴10的两个条形爪101之间的间隙，在靠近两端处分别设置上腰型孔71和下腰型孔72，上腰型孔71插入分瓣球座T型槽421的宽槽内，下腰型孔72插入剪切心轴T型槽1031的宽槽内。当剪切心轴10的条形爪上斜面1011与分瓣球座下斜面42贴合后，穿过弹片7的上腰型孔71在分瓣球座T型槽421槽底面的分瓣球座螺纹孔422内安装固定螺钉6，穿过弹片7的下腰型孔72在剪切心轴10的剪切心轴螺纹孔1032内安装固定螺钉6。

剪切心轴10的剪切销钉槽1041与球座外筒8的螺纹通孔85对正后，在螺纹通孔85内安装剪切销钉9。

下接头14内部设置内密封面141和限位台肩142，在内密封面141中部沿周向设置下接头传压通孔143，当下接头14与球座外套2连接到位后，下接头传压通孔143的轴向位置处于剪切心轴10的第四密封圈12和第五密封圈13之间。下接头14的下部外表面具有与坐封、脱手工具总成连接的螺纹。

本发明的可剪切后全通径传压球座，其工作原理如下：

该球座连接在防砂服务管柱的坐封、脱手工具总成之上，在管柱下入过程中，球座内部由第一密封圈3，第三密封圈11，第四密封圈12，第五密封圈13形成一个密封腔，保证了整个管柱在循环时不会泄露；同时剪切心轴10处于压力平衡状态，不会因为压力波动而剪切，防止剪切心轴传压通孔1051和下接头传压通孔143连通，进而阻挡压力传导至坐封、脱手工具总成。

下入到位后，井口投入坐封球并通过泵送至分瓣球座4，通过坐封球与分瓣球座上斜面41压紧密封，由于现场施工均为大排量泵送，因此4个分瓣球座4之间的微小缝隙、分瓣球座4的圆周外表面与球座外筒8的第一内径81之间的微小缝隙产生的泄露不会对整个密封产生实质影响，增加泵口压力即可实现该球座装置以上管柱内压力的增加。

继续增加管柱内压力，作用于分瓣球座4的压载荷通过剪切心轴10传递至剪切销钉9，当压载荷大于剪切销钉9的剪断载荷时，剪切销钉9被剪断，剪切心轴10将在剪切销钉9剪断瞬间的惯性力和液流的冲刷力作用下，剪切心轴10的最下端将下移至下接头14的限位台肩142处。在剪切心轴10下移过程中，当分瓣球座4下移至球座外筒8的扩大的第二内径82时，分瓣球座4外表面失去约束，在弹片7的回复力作用下，沿径向向外移动与球座外筒8的扩大的第二内径82贴合，此时分瓣球座4内径大于坐封球外径，坐封球即可通过该球座装置到达下一级球座。

同时，安装于剪切心轴10的第四密封圈12下移通过下接头14的下接头传压通孔143，剪切心轴10的剪切心轴传压通孔1051和下接头14的下接头传压通孔143将会连通，管柱内的液流压力可以传导至坐封、脱手工具总成，实现封隔器坐封、内外层管柱液压脱手功能。

由于可剪切后全通径传压球座剪切心轴10下移采用最下端限位，分瓣球座4可及时的向外扩张并与剪切心轴10分离，防止了冲击力对球座的损坏；另外，剪切心轴10安装的的第四密封圈12和第五密封圈13，始终与下接头14的内密封面141保持密封状态，防止管柱循环时液流通过剪切心轴10外表面产生冲蚀，满足重复使用要求。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种可剪切后全通径传压球座，其特征在于：包括上接头，球座外套，第一密封圈，分瓣球座，第二密封圈，固定螺钉，弹片，球座外筒，剪切销钉，剪切心轴，第三密封圈，第四密封圈，第五密封圈，下接头；该球座装置连接在完井服务管柱中，传压球座剪切后可实现管柱全通径；

所述上接头上部内表面具有与其他管柱连接的螺纹，下部外表面与球座外套螺纹连接，并通过第一密封圈实现密封；所述球座外套下部外表面与坐封、脱手工具总成连接，下部内表面与下接头螺纹连接，并通过第三密封圈实现密封；

所述球座外套内部安装有球座外筒，所述球座外筒内表面由上至下依次设置第一内径，扩大的第二内径，扩大的第三内径；外表面上部设置密封圈槽，密封圈槽内安装第二密封圈，外表面下部正对扩大的第三内径的中部沿圆周设置多个螺纹通孔；

所述球座外筒的第一内径处安装有4个相同的分瓣球座，所述分瓣球座为圆心角90°的扇形结构，该分瓣球座具有分瓣球座上斜面和分瓣球座下斜面，分瓣球座上斜面靠近外表面处设置辅助安装环槽，分瓣球座下斜面沿轴向设置外窄内宽的分瓣球座T型槽，在槽底面中部位置设置分瓣球座螺纹孔；

所述分瓣球座的下部安装有剪切心轴，所述剪切心轴上部沿周向设置4个相同的条形爪，条形爪上端具有条形爪上斜面，且斜面角度与分瓣球座的分瓣球座下斜面角度相同，外表面由上至下依次设置过渡斜面、扩大的第一外径、扩大的第二外径、下部外密封面，在扩大的第一外径处沿轴向设置4个外窄内宽的剪切心轴T型槽，在槽底面中部位置设置剪切心轴螺纹孔，剪切心轴T型槽的周向位置正对剪切心轴的两个条形爪之间的间隙，在扩大的第二外径处设置剪切销钉槽，在下部外密封面中部位置设置剪切心轴传压通孔，在下部外密封面靠近下端处设置具有一定间隔的上密封圈槽和下密封圈槽，上密封圈槽内安装第四密封圈，下密封圈槽内安装第五密封圈；

所述分瓣球座和所述剪切心轴通过弹片连接，所述弹片两端为圆形过渡的薄壁结构，其宽度略小于剪切心轴的两个条形爪之间的间隙，在靠近两端处分别设置上腰型孔和下腰型孔，上腰型孔插入分瓣球座T型槽的宽槽内，下腰型孔插入剪切心轴T型槽的宽槽内，当剪切心轴的条形爪上斜面与分瓣球座下斜面贴合后，穿过所述弹片的上腰型孔在分瓣球座T型槽槽底面的分瓣球座螺纹孔内安装固定螺钉，穿过所述弹片的下腰型孔在剪切心轴的剪切心轴螺纹孔内安装固定螺钉；

所述下接头内部设置内密封面和限位台肩，在内密封面中部沿周向设置下接头传压通孔，当所述下接头与所述球座外套连接到位后，下接头传压通孔的轴向位置处于所述剪切心轴的第四密封圈和第五密封圈之间，所述下接头的下部外表面具有与坐封、脱手工具总成连接的螺纹。

2.根据权利要求1所述的一种可剪切后全通径传压球座，其特征在于：所述分瓣球座由一个整体球座切割而成，且分瓣球座外径略小于所述球座外筒的第一内径。

3.根据权利要求1所述的一种可剪切后全通径传压球座，其特征在于：所述剪切心轴的剪切销钉槽与所述球座外筒的螺纹通孔对正后，在螺纹通孔内安装剪切销钉。

4.根据权利要求1所述的一种可剪切后全通径传压球座，其特征在于：所述分瓣球座在高压下推动所述剪切心轴下移至所述球座外筒的扩大的第二内径处时，在所述弹片的回复力作用下，所述分瓣球座沿径向向外移动与所述球座外筒的扩大的第二内径贴合。

5.根据权利要求1所述的一种可剪切后全通径传压球座，其特征在于：所述剪切心轴在剪断所述剪切销钉后，其下端面下移至所述下接头内的限位台肩，其下部外密封面上安装的所述第四密封圈下移通过所述下接头的下接头传压通孔，所述剪切心轴的剪切心轴传压通孔和所述下接头的下接头传压通孔将会连通。