可溶解支撑卡瓦、可溶解金属井筒开关系统及使用方法

技术领域

本发明属于采油工程技术领域，具体涉及可溶解支撑卡瓦、可溶解金属井筒开关系统及使用方法。

背景技术

超低渗致密油是中石油近几年重要的资源接替层，储层渗透率低，体积压裂是提高单井产量的关键技术。绝大部分油井压裂时入井液超过10000方，加砂量也在1000方左右。压后快速返排是降低储层伤害的有效途径。

目前设计的常规金属类井下开关器，实现了快速排液，也实现了排采一体化生产。但从目前应用情况看，在井下服役时间超过半年后，由于井下存在腐蚀结垢、沉砂等多种原因，造成开关器打捞载荷高，易造成井下带事故，影响油气井的生产及更换管柱的问题。

发明内容

本发明提供可溶解金属井筒开关器、系统及其系统的使用方法，目的在于解决常规金属类井下开关器在井下服役时间超过半年后，由于井下存在腐蚀结垢、沉砂等多种原因，造成开关器打捞载荷高，易造成井下带事故，影响油气井的生产及更换管柱的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种可溶解支撑卡瓦，包括：

所述可溶解支撑卡瓦的工作端采用可溶解材料制成，所述可溶解材料能在井下工作一段时间后自行溶解。

所述可溶解支撑卡瓦包括：

上撑接头，上撑接头的一端的外表面为圆台状；

第二下接头；

中心管，中心管外壁上具有换向槽，所述换向槽包括第一导向槽、第二导向槽和斜齿边，第一导向槽通过斜齿边与所述第二导向槽连接，所述上撑接头的圆台状一端通过中心管与所述第二下接头连接；

滑套，滑套套设在所述中心管上；

导向块，导向块固定在滑套上，所述滑套通过导向块和所述换向槽与中心管连接，所述导向块能沿第一导向槽或所述第二导向槽移动，所述导向块能通过所述斜齿边从所述第一导向槽转换至所述第二导向槽，所述斜齿边用于在可溶解支撑卡瓦完成上提和下放操作后将导向块从所述第一导向槽转换至所述第二导向槽；

由可溶解材料制成的卡瓦，卡瓦连接在滑套上；

当导向块从第一导向槽一端滑动至另一端时，卡瓦在滑套的带动下接近上撑接头但不接触；当导向块从所述第二导向槽一端滑动至另一端时，卡瓦在滑套的带动下接触到上撑接头的圆台状一端，卡瓦沿上撑接头的圆台状一端的窄口到宽口运动时，卡瓦被撑开。

一种可溶解金属井筒开关系统，包括：

可溶解金属井筒开关器，所述可溶解金属井筒开关器的工作端采用可溶解材料制成；

上述的可溶解支撑卡瓦，所述可溶解支撑卡瓦的上撑接头与所述可溶解金属井筒开关器连接。

所述可溶解金属井筒开关器包括：依次连接的第一上接头、第一下接头和外套筒，外套筒内包括浮子开关和定位环，定位环的外壁与外套筒内壁固定连接，所述浮子开关位于第一上接头和定位环之间；

所述浮子开关包括：

由可溶解材料制成的可伸缩弹性套筒，所述可伸缩弹性套筒与外套筒内壁滑动连接；和

由可溶解材料制成的浮子，浮子一端具有用于堵塞第一上接头的入口的第一堵塞部，浮子另一端具有堵塞所述可伸缩弹性套筒的入口的第二堵塞部，所述可伸缩弹性套筒套设在浮子上，所述可伸缩弹性套筒位于所述第一堵塞部和第二堵塞部之间；

定位环用于给可伸缩弹性套筒提供支撑，所述定位环中部具有通腔，所述通腔用于流通液体；当浮子开关受从通腔流通的液体压力移动至第一上接头一端时，所述第一堵塞部与第一上接头接触并堵塞第一上接头；当浮子开关受压移动至定位环一端时，定位环限定可伸缩弹性套筒的移动，浮子带动第二堵塞部与可伸缩弹性套筒的入口分开，所述第一上接头和第一下接头连通。

所述可伸缩弹性套筒包括由可溶解材料制成的第一内滑筒、第二内滑筒和弹性件，第一内滑筒的外壁与外套筒内壁滑动连接，第二内滑筒的外壁与外套筒内壁滑动连接，第一内滑筒通过弹性件与第二内滑筒连接。

所述第二内滑筒中部具有花键槽，第二堵塞部的外部具有花键，第二堵塞部通过所述花键和所述花键槽与所述第二内滑筒密封连接。

所述可溶解金属井筒开关器还包括通杆，所述通杆包括依次连接的第二上接头、上捅杆、下捅杆和捅杆头，所述第二上接头、上捅杆和下捅杆内部均具有中空通腔，所述第二上接头、上捅杆和下捅杆内部的中空通腔相互连通，上捅杆和/或下捅杆的侧壁具有通孔，所述捅杆头与所述第一堵塞部匹配，所述捅杆头用于穿过第一上接头与浮子接触，所述捅杆头用于下压浮子打开油气通道，或取消对浮子的下压，关闭油气通道。

所述浮子的第一堵塞部上设置有凹槽，所述捅杆头与所述凹槽的形状匹配。

所述通杆还包括第一防脱螺钉和第二防脱螺钉，第二上接头通过第一防脱螺钉和上捅杆连接，下捅杆通过第二防脱螺钉和上捅杆连接。

一种可溶解金属井筒开关系统的使用方法，包括：

将丢手封隔器、可溶解金属井筒开关器和支撑卡瓦自上而下连接在下放油管下端；

将下放油管下入井筒，下到预定位置后，上提下放油管，打开支撑卡瓦，打压坐封丢手封隔器，上提加载荷并丢手，起出井内下放油管，以使丢手封隔器封堵油套环空。

所述可溶解金属井筒开关系统的使用方法还包括：

将通杆下接至投产管柱；

下放投产管柱，直至通杆的捅杆头与浮子开关接触，并继续下放至捅杆头打开浮子开关。

本发明的有益效果是，通过可溶解材料制作的可溶解支撑卡瓦，使得可溶解支撑卡瓦的工作部件在井内的工作完成后直接溶解，确保下次作业时可溶解支撑卡瓦以及丢手封隔器顺利起出井筒，减少了井下作业风险。

附图说明

图1为本发明可溶解金属井筒开关器系统中支撑卡瓦的整体结构示意图；

图2为本发明可溶解金属井筒开关器的整体结构示意图；

图3为本发明可溶解金属井筒开关器的通杆的整体结构示意图；

图4为图1中A处的侧视放大图；

图5为图1中A处第一内滑筒和第二堵塞部的啮合示意图；

图6为图1中A处第一内滑筒和第二堵塞部的分开示意图。

图中标记为：1、上撑接头；2、中心管；3、卡瓦；4、摩擦块；5、导向块；6、导向套；7、第一导向槽；8、第二下接头；9、斜齿边；10、滑套；11、第一上接头；12、浮子；13、弹性件；14、第一内滑筒；15、第二堵塞部；16、外套筒；17、定位环；18、第一下接头；19、第二内滑筒；20、上捅杆；21、下捅杆；22、捅杆头；23、第一防脱螺钉；24、第二防脱螺钉；25、第二上接头；26、第二导向槽。

具体实施方式

下面，将通过几个具体的实施例对本发明实施例提供的可溶解支撑卡瓦、可溶解金属井筒开关系统及使用方法方案进行详细介绍说明。

实施例1

请参考图1，本发明公开了一种可溶解支撑卡瓦，包括：

所述可溶解支撑卡瓦的工作端采用可溶解材料制成，所述可溶解材料能在井下工作一段时间后自行溶解。普通支撑卡瓦，在使用完毕后，再次施工时，需要将普通支撑卡瓦捞出，再进行施工，而普通支撑卡瓦经常出现难以打捞的情况，影响正常施工。该示例中，通过可溶解材料制作的可溶解支撑卡瓦，使得可溶解支撑卡瓦的工作部件在井内的工作完成后直接溶解，确保下次作业时可溶解支撑卡瓦以及丢手封隔器顺利起出井筒，减少了井下作业风险。其可溶解材料可以采用铝镁合金；包含铝、硅、铜 、锡、锌和/或镁的可溶解材料；或现有技术中的其他在井筒内可以溶解并具有一定刚性的现有公知材料。

实施例2

进一步的，请参考图1本发明一种可溶解支撑卡瓦的另一实施例，所述可溶解支撑卡瓦包括：

上撑接头1，上撑接头1的一端的外表面为圆台状；

第二下接头8；

中心管2，中心管2外壁上具有换向槽，所述换向槽包括第一导向槽7、第二导向槽26和斜齿边9，第一导向槽7通过斜齿边9与所述第二导向槽26连接，所述上撑接头1的圆台状一端通过中心管2与所述第二下接头8连接；

滑套10，滑套10套设在所述中心管2上；

导向块5，导向块5固定在滑套10上，所述滑套10通过导向块5和所述换向槽与中心管2连接，所述导向块5能沿第一导向槽7或所述第二导向槽26移动，所述导向块5能通过所述斜齿边从所述第一导向槽转换至所述第二导向槽26，所述斜齿边9用于在可溶解支撑卡瓦完成上提和下放操作后将导向块5从所述第一导向槽转换至所述第二导向槽26；

由可溶解材料制成的卡瓦3，卡瓦3连接在滑套10上；

当导向块5从第一导向槽7一端滑动至另一端时，卡瓦3在滑套10的带动下接近上撑接头1但不接触；当导向块5从所述第二导向槽26一端滑动至另一端时，卡瓦3在滑套10的带动下接触到上撑接头1的圆台状一端，卡瓦3沿上撑接头1的圆台状一端的窄口到宽口运动时，卡瓦3被撑开。

上述实施例中，支撑卡瓦采用常规启动结构，并通过上撑接头1、第二下接头8、滑套10、导向块5以及卡瓦3抓牢油管内壁，给丢手封隔器提供支撑力。

其中，卡瓦3由可溶解材料制成，例如，采用铝镁合金制成，铝镁合金在井下经过一段时间后，会全部溶解在井下液体内。卡瓦3采用可溶解材料制成，实现了在施工初期，支撑卡瓦给需要座封的封隔器提供支撑力。并且在油井开始生产后，在井筒内基本溶解。支撑卡瓦外径减少，不再产生锚定力；卡瓦3全部溶解，确保下次作业时丢手封隔器顺利起出井筒，减少了井下作业风险。

支撑卡瓦还包括摩擦块4和导向套6，摩擦块4固定在滑套10外表面，其用于和管壁产生一定摩擦力，使卡瓦3在下入井筒内的过程中能够从第一导向槽7一端滑动至另一端并接近上撑接头1。两个导向套6设在导向块5两端，每个导向套6上均设有一个导向块5，使滑套10能够在滑动的过程中，保持与中心管2同轴。本实施例中的可溶解支撑卡瓦的工作结构与现有技术中的普通支撑卡瓦的结构相同。如，下井时，上撑接头1的非圆台状一端连接在油管上，坐卡时，上体油管到一定高度，导向块5进入中心管2上的长道第二导向槽26，在管柱重力的作用下卡瓦3在上撑接头1的圆台状面上运动，撑开实现坐卡。解卡时，由于卡瓦3已经溶解，可直接上提油管，将整个可溶解支撑卡瓦提出。现有技术可以参考CN201820202182.4 油田螺杆泵采油井支撑卡瓦。

实施例3

请参考图1及图2，本发明还公开了一种可溶解金属井筒开关系统，该可溶解金属井筒开关系统，包括：

可溶解金属井筒开关器，所述可溶解金属井筒开关器的工作端采用可溶解材料制成；

上述实施例所述的可溶解支撑卡瓦，所述可溶解支撑卡瓦的上撑接头1与所述可溶解金属井筒开关器连接。

其中，在一示例中，请参考图2，其示意出了本发明可溶解金属井筒开关器的整体结构示意图，该可溶解金属井筒开关器，包括：依次连接的第一上接头11、第一下接头18和外套筒16，外套筒16内包括浮子开关和定位环17，定位环17的外壁与外套筒16内壁固定连接，所述浮子开关位于第一上接头11和定位环17之间；

所述浮子开关包括：

由可溶解材料制成的可伸缩弹性套筒，所述可伸缩弹性套筒与外套筒16内壁滑动连接；和

由可溶解材料制成的浮子12，浮子12一端具有用于堵塞第一上接头11的入口的第一堵塞部，浮子12另一端具有堵塞所述可伸缩弹性套筒的入口的第二堵塞部15，所述可伸缩弹性套筒套设在浮子12上，所述可伸缩弹性套筒位于所述第一堵塞部和第二堵塞部15之间；

定位环17用于给可伸缩弹性套筒提供支撑，所述定位环17中部具有通腔，所述通腔用于流通液体；当浮子开关受从通腔流通的液体压力移动至第一上接头11一端时，所述第一堵塞部与第一上接头11接触并堵塞第一上接头11；当浮子开关受压移动至定位环17一端时，定位环17限定可伸缩弹性套筒的移动，浮子12带动第二堵塞部15与可伸缩弹性套筒的入口分开，所述第一上接头11和第一下接头18连通。

上述实施例中，可溶解金属井筒开关器的外壳由第一上接头11、第一下接头18和外套筒16组成，第一上接头11和第一下接头18用于和其他管柱或者工作设备连接。

外套筒16内的工作部件为浮子开关，浮子开关的作用是将井内的生产液与生产管柱隔离或接通。浮子开关的原理是：可伸缩弹性套筒和浮子12组成一个开关系统，当浮子开关下井后，井内高压液体会从图2中的第一下接头18进入外套筒16内，高压液体会给浮子开关一个图2中向左的力，浮子开关被高压液体推到第一上接头11一侧，浮子开关内的第一堵塞部会将第一上接头11堵塞。浮子开关实现密封油井内部和连接在可溶解金属井筒开关器上端的管柱。在具体实施中，可以将丢手封隔器、可溶解金属井筒开关器和支撑卡瓦自上而下连接在下放油管下端；将下放油管下入井筒，下到预定位置后，上提下放油管，打开支撑卡瓦，打压坐封丢手封隔器，上提加载荷并丢手，起出井内下放油管，以使丢手封隔器封堵油套环空。

在需要恢复生产时，只要将浮子开关推到外套筒16内的定位环17一端，并继续施加力量，使得可伸缩弹性套筒收缩，第二堵塞部15与可伸缩弹性套筒的筒口之间的密封解除。油井内的液体就会顺着浮子12与可伸缩弹性套筒之间的间隙流出，并最终流出第一上接头11，实现恢复生产的目的。该处中可以采用通杆作用在第一堵塞部上，所述通杆包括依次连接的第二上接头25、上捅杆20、下捅杆21和捅杆头22，所述第二上接头25、上捅杆20和下捅杆21内部均具有中空通腔，所述第二上接头25、上捅杆20和下捅杆21内部的中空通腔相互连通，上捅杆20和/或下捅杆21的侧壁具有通孔，所述捅杆头22与所述第一堵塞部匹配，所述捅杆头22用于穿过第一上接头11与浮子12接触，所述捅杆头22用于下压浮子12打开油气通道，或取消对浮子12的下压，关闭油气通道。在具体实施时，将通杆下接至投产管柱；下放投产管柱，直至通杆的捅杆头与浮子开关接触，并继续下放至捅杆头打开浮子开关，所述浮子12的第一堵塞部上设置有凹槽，所述捅杆头22与所述凹槽的形状匹配。其中，所述第二内滑筒19中部具有花键槽，第二堵塞部15的外部具有花键，第二堵塞部15通过所述花键和所述花键槽与所述第二内滑筒19密封连接，如图4、图5和图6所示。当通杆给浮子开关施加一个力时，浮子开关向图2中的右侧移动，浮子开关内的可伸缩弹性套筒首先与定位环17接触，可伸缩弹性套筒被定位环17限位。之后通杆继续给浮子开关施加压力，第二堵塞部15外部的花键与第二内滑筒19中部的花键槽分开，第一上接头11和第一下接头18连通。

在上述示例中，由于整个浮子开关采用可溶解材料制成，因此可溶解金属井筒开关器的工作部件在井内的工作完成后直接溶解，确保下次作业时开关器以及丢手封隔器顺利起出井筒，减少了井下作业风险。

进一步的，本发明可溶解金属井筒开关器的另一实施例，所述可伸缩弹性套筒可以采用橡胶制成，并在橡胶的外表面粘附一层可溶金属壳，该可溶金属壳用于实现与外套筒16的内筒表面滑动的目的。

在另一实施例中，所述可伸缩弹性套筒包括由可溶解材料制成的第一内滑筒14、第二内滑筒19和弹性件13，第一内滑筒14的外壁与外套筒16内壁滑动连接，第二内滑筒19的外壁与外套筒16内壁滑动连接，第一内滑筒14通过弹性件13与第二内滑筒19连接。可伸缩弹性套筒通过第一内滑筒14、第二内滑筒19和弹性件13制成，其可以保证整个可伸缩弹性套筒的强度，使整个浮子开关能承受较大的液体压力。

在一示例中，可溶解材料制成的可伸缩弹性套筒的可溶材料为铝镁合金。在另一示例中，在需要长时间关井时，为了延长铝镁合金的溶解时间，可以在铝镁合金上涂上一层树脂。

进一步的，请参考图3，本发明可溶解金属井筒开关器的另一实施例，为了保证通杆的强度，可以在通杆上设置第一防脱螺钉23和第二防脱螺钉24，第二上接头25通过第一防脱螺钉23和上捅杆20连接，下捅杆21通过第二防脱螺钉24和上捅杆20连接。

实施例4

本发明还公开了一种可溶解金属井筒开关系统的使用方法，其包括：

施工初期，需要关井时：

步骤1，将丢手封隔器、可溶解金属井筒开关器和支撑卡瓦自上而下连接在下放油管下端；

步骤2，将下放油管下入井筒，下到预定位置后，上提下放油管，打开支撑卡瓦，打压坐封丢手封隔器，上提加载荷并丢手，起出井内下放油管，以使丢手封隔器封堵油套环空。

其中，井筒高压液体进入可溶解金属井筒开关器，从第一下接头18进入，并经过定位环17后，液体推动浮子开关行至第一上接头11处，将第一上接头11密封。第一下接头18以下属于高压部分，第一下接头18以上变成低压或常压。实现了井下关井。

进一步的，油井生产时，将通杆下接至投产管柱；

下放投产管柱，直至通杆的捅杆头与浮子开关接触，并继续下放至捅杆头打开浮子开关。

其中，根据井筒投产需求，用投产管柱下接通杆，下放通杆，当捅杆头22超过丢手封隔器约0.5m左右，通杆头与浮子开关接触，在管柱重量的作用下，打开井下高压空间，完成油井生产。

当油井开始正常生产后，按设计时间由可溶解材料制成的卡瓦3在井筒内基本溶解。支撑卡瓦不再产生锚定力；确保下次作业时丢手封隔器顺利起出井筒，减少了井下作业风险。

需要说明，本实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后…… )仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，涉及“ 第一”、“ 第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“ 第一”、“ 第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。