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申请/专利权人：中国石油天然气股份有限公司

摘要：本发明公开了一种锚定式全可溶压裂球座及使用方法，该球座包括芯轴、上锥体、卡瓦、下锥体，上锥体通过上销钉连接在芯轴的上端，下锥体通过下销钉连接在芯轴的下端，卡瓦位于芯轴中部，且卡瓦上下两端分别套接在上锥体和下锥体外壁。本发明可以实现全通径、无限级压裂改造需求；可在任意位置坐封球座，封隔下段进行上段压裂，改造位置、改造段数不受限制灵活可调；球座坐封后投可溶解金属球进行压裂施工，全部球座为金属密封，不受井下高温影响，可靠性高；球座结构简单，所有部件均为可溶金属材料，溶解速度快；压裂施工完毕，可溶球与球座全部自行溶解，整个井筒形成统一通径，无缩径、扩径，利于后期作业。

主权项：1.一种锚定式全可溶压裂球座，其特征在于：包括芯轴（1）、上锥体（2）、卡瓦（5）、下锥体（6），所述上锥体（2）通过上销钉（4）连接在芯轴（1）的上端，下锥体（6）通过下销钉（7）连接在芯轴（1）的下端，卡瓦（5）位于芯轴（1）中部，且卡瓦（5）上下两端分别套接在上锥体（2）和下锥体（6）外壁；所述卡瓦（5）为环形圆柱结构，卡瓦（5）外表面镀有硬质合金（53），卡瓦（5）沿其长度方向开设且周向布置有若干个1-2mm深的开槽；所述上锥体（2）的上部是圆柱形结构，上锥体（2）的下部是圆锥形结构，上锥体（2）圆锥形结构的下端外壁设有上锥马牙锁扣（22）；卡瓦（5）中间内环是竖直内环，卡瓦（5）靠近上锥体（2）一侧的内环是和上锥体（2）锥度一致的上倾斜内环，所述上倾斜内环的下部设置有卡瓦上锥马牙锁扣（51）；卡瓦上锥马牙锁扣（51）和上锥马牙锁扣（22）的位置以及锥度匹配；卡瓦（5）的整体材料采用可溶金属材料，卡瓦（5）外表面镀的硬质合金（53）分为上下两部分，分别为两个方向，上部硬质合金（53）承受上压力，下部硬质合金（53）承受下压力；所述下锥体（6）的下部是向下直径逐渐变小的倒角结构，下锥体（6）的上部是锥形结构，下锥体（6）锥形结构的上端外壁设置有下锥马牙锁扣（61）；卡瓦（5）中间内环是竖直内环，卡瓦（5）靠近下锥体（6）一侧的内环是和下锥体（6）锥度一致的下倾斜内环，所述下倾斜内环的上部设置有卡瓦下锥马牙锁扣（52）；卡瓦下锥马牙锁扣（52）和下锥马牙锁扣（61）的位置以及锥度匹配；所述芯轴（1）上部设置有向下直径逐渐变小的锥形球座（21），锥形球座（21）沿芯轴（1）的长度方向位于上锥体（2）的上端面。

全文数据：一种锚定式全可溶压裂球座及使用方法技术领域本发明涉及油气田开发技术领域，尤其是涉及一种锚定式全可溶压裂球座及使用方法,适用于无限级套管分段压裂改造。背景技术提高压裂效率，降低压裂成本的套管压裂工艺，在以全同通径、无限级、大排量为追求目标下，目前主要有依靠投球方式实现无限级压裂的无限级压裂滑套和快钻桥塞或可溶桥塞。无限级压裂滑套依靠依靠液压逐级形成球座，工具结构复杂，可靠性较低；快钻桥塞后期需要钻磨作业，施工周期长、成本高，而可溶桥塞由于可溶橡胶相对不很成熟，成本高，溶解时间长，在油气田压裂作业应用受限。目前现有产品采用不同结构的套管滑套压裂工具，其无需钻磨可以实现大通径、无限级压裂，且工具简单可靠、成本低，部分产品甚至采用可溶金属，压裂结束后球座能快速溶解，形成全通径井筒，但是弊端是都需要预先下入配套的预置工作筒，改造灵活性受限。发明内容本发明的目的在于克服上述不足，克服可溶桥塞技术溶解时间长、成本高的缺点，目的之一是提供一种锚定式全可溶压裂球座，目的之二是提供一种锚定式全可溶压裂球座的使用方法,目的之三是提供的锚定式全可溶压裂球座具有结构简单、工作可靠、成本低、溶解快的优点，目的之四是提供的锚定式全可溶压裂球座无需预置工作筒，极大提高施工灵活性的压裂工具。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种锚定式全可溶压裂球座，其特征在于：包括芯轴、上锥体、卡瓦、下锥体，所述上锥体通过上销钉连接在芯轴的上端，下锥体通过下销钉连接在芯轴的下端，卡瓦位于芯轴中部，且卡瓦上下两端分别套接在上锥体和下锥体外壁。所述的卡瓦上端面与上锥体外壁之间具有用于密封卡瓦与上锥体之间间隙的密封单元，密封单元是圆环形结构。所述卡瓦及密封单元两者或两者之一的材质是可溶解金属。所述卡瓦为环形圆柱结构，卡瓦外表面镀有硬质合金，卡瓦沿其长度方向开设且周向布置有若干个1-2mm深的开槽。所述上锥体的上部是圆柱形结构，上锥体的下部是圆锥形结构，上锥体圆锥形结构的下端外壁设有上锥马牙锁扣；卡瓦中间内环是竖直内环，卡瓦靠近上锥体一侧的内环是和上锥体锥度一致的上倾斜内环，所述上倾斜内环的下部设置有卡瓦上锥马牙锁扣；卡瓦上锥马牙锁扣和上锥马牙锁扣的位置以及锥度匹配。所述上锥体沿其周向均匀开设有若干个上锥螺纹孔，芯轴上开设有若干个上环形槽，每组上锥螺纹孔、上环形槽与上销钉位置匹配且三者位于同一条垂线上，所述上销钉穿过上锥螺纹孔固定在上环形槽中，上锥体通过穿过上锥螺纹孔的上销钉与芯轴固定连接。所述下锥体的下部是向下直径逐渐变小的倒角结构，下锥体的上部是锥形结构，下锥体锥形结构的上端外壁设置有下锥马牙锁扣；卡瓦中间内环是竖直内环，卡瓦靠近下锥体一侧的内环是和下锥体锥度一致的下倾斜内环，所述下倾斜内环的上部设置有卡瓦下锥马牙锁扣；卡瓦下锥马牙锁扣和下锥马牙锁扣的位置以及锥度匹配。所述下锥体沿其周向均匀开设有若干个下锥螺纹孔，芯轴上开设有若干个下环形槽，每组下锥螺纹孔、下环形槽与下销钉位置匹配且三者位于同一条垂线上，所述下销钉穿过下锥螺纹孔固定在下环形槽中，下锥体通过穿过下锥螺纹孔的下销钉与芯轴固定连接。所述芯轴上部设置有向下直径逐渐变小的锥形球座，锥形球座沿芯轴的长度方向位于上锥体的上端面。一种锚定式全可溶压裂球座的使用方法，其特征在于：使用时，坐封工具外筒推动上锥体上端，内轴与芯轴连接上拉芯轴，上锥体受向下的推力，芯轴受向上的拉力，上锥体与芯轴发生相对运动，将两者之间的上销钉剪断；然后，继续推动上锥体，拉动芯轴，芯轴带动下锥体，使上锥体、下锥体挤入卡瓦内部，扩张卡瓦，坐封到位后，继续拉动芯轴，施加更大的拉力，当超过下销钉的剪切力时，下锥体与芯轴发生相对运行，下销钉被剪断。此时，上锥体、下锥体、卡瓦形成一整体，芯轴被拉出，球座完成坐封。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：1、全井段同一球座，可以实现全通径、无限级压裂改造需求；2、可在任意位置坐封球座，封隔下段进行上段压裂，改造位置、改造段数不受限制灵活可调；3、球座坐封后投可溶解金属球进行压裂施工，全部球座为金属密封，不受井下高温影响，可靠性高；4、球座结构简单，所有部件均为可溶金属材料，溶解速度快；5、压裂施工完毕，可溶球与球座全部自行溶解，整个井筒形成统一通径，无缩径、扩径，利于后期作业。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中说需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：图1是本发明的整体结构图；图2是本发明中球座坐封后的结构示意图。图中：1、芯轴；11、连接螺纹；12、上环形槽；13、下环形槽；2、上锥体；21、锥形球座；22、上锥马牙锁扣；3、密封单元；4、上销钉；5、卡瓦；51、卡瓦上锥马牙锁扣；52、卡瓦下锥马牙锁扣；53、硬质合金；6、下锥体；61、下锥马牙锁扣；7、下销钉。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例1一种锚定式全可溶压裂球座，其特征在于：包括芯轴1、上锥体2、卡瓦5、下锥体6，所述上锥体2通过上销钉4连接在芯轴1的上端，下锥体6通过下销钉7连接在芯轴1的下端，卡瓦5位于芯轴1中部，且卡瓦5上下两端分别套接在上锥体2和下锥体6外壁。使用时，坐封工具外筒推动上锥体2上端，内轴与芯轴1连接上拉芯轴1，因此上锥体2受向下的推力，芯轴1受向上的拉力，上锥体2与芯轴1发生相对运动，将两者之间的上销钉4剪断；然后，继续推动上锥体2，拉动芯轴1，芯轴1带动下锥体6，使上锥体2、下锥体6挤入卡瓦5内部，扩张卡瓦5，坐封到位后，继续拉动芯轴1，施加更大的拉力，当超过下销钉7的剪切力时，下锥体6与芯轴1发生相对运行，下销钉7被剪断。此时，上锥体2、下锥体6、卡瓦5形成一整体，芯轴1被拉出，球座完成坐封。实施例2如图1、图2所示，它是在实施例1的基础上改进，所述的卡瓦5上端面与上锥体2外壁之间具有用于密封卡瓦5与上锥体2之间间隙的密封单元3，密封单元3是圆环形结构。所述卡瓦5及密封单元3两者或两者之一的材质是可溶解金属。所述卡瓦5为环形圆柱结构，卡瓦5外表面镀有硬质合金53，卡瓦5沿其长度方向开设且周向布置有若干个1-2mm深的开槽。使用时，圆环形结构的密封单元3，截面宽度为5mm—20mm，截面厚度6mm—8mm，最优的是截面宽度为20mm，厚度8mm，密封单元3的内孔锥度为5度，密封单元3的轴线与芯轴1的轴线重合，密封单元3下端被卡瓦5上端面顶住置于上锥体2上，密封单元3的材料采用具有高延展性的可溶解金属，例如以镁为主要基材，加入合金化元素，进行固溶强化、析出强化和弥散强化，改善镁合金的机械性能，形成镁基的可溶金属，在保证强度性能的基础上，加入Cd、Ti、Li元素，增强可溶金属的韧性。卡瓦5整体为环形圆柱结构，卡瓦5上有7个1-2mm的开槽，卡瓦5的整体材料采用可溶金属材料，例如镁，镁基可溶金属加入Sn、Pb、Bi、Sb元素，提高强度，降低韧性，达到高硬度卡瓦的材料要求，同时表面电镀镍基合金，提高卡瓦表面耐磨性能。卡瓦5外表面镀有硬质合金53，硬质合金53是金刚砂，可以承受70MPa以上的压力。卡瓦5的硬质合金53分为上下两部分，分别为两个方向，上部硬质合金53承受上压力，下部硬质合金53承受下压力。卡瓦5的硬质合金53设计为45度双向牙，使球座可以双向承压70Mpa。实施例3如图1、图2所示，它是在实施例1的基础上改进，所述上锥体2的上部是圆柱形结构，上锥体2的下部是圆锥形结构，上锥体2圆锥形结构的下端外壁设有上锥马牙锁扣22；卡瓦5中间内环是竖直内环，卡瓦5靠近上锥体2一侧的内环是和上锥体2锥度一致的上倾斜内环，所述上倾斜内环的下部设置有卡瓦上锥马牙锁扣51；卡瓦上锥马牙锁扣51和上锥马牙锁扣22的位置以及锥度匹配。所述上锥体2沿其周向均匀开设有若干个上锥螺纹孔，芯轴1上开设有若干个上环形槽12，每组上锥螺纹孔、上环形槽12与上销钉4位置匹配且三者位于同一条垂线上，所述上销钉4穿过上锥螺纹孔固定在上环形槽12中，上锥体2通过穿过上锥螺纹孔的上销钉4与芯轴1固定连接。卡瓦5靠近上锥体2一侧的内环锥度为5度，与上锥体2下端的5度锥形保持一致，卡瓦5上倾斜内环的下部设置有与上锥体2下端的上锥马牙锁扣22锥度一致的卡瓦上锥马牙锁扣51。使用时，上锥体2的上端是圆柱形结构，上锥体2的下端圆锥形的锥度和卡瓦5内孔上部锥度保持一致，上椎体2下端的锥形为两段，上椎体2最下部第一段为10度的锥形，上椎体2第二段为5度的锥形，上锥体2最下端10度锥形段上具有长40mm的上锥马牙锁扣22，卡瓦5内孔上部为与上椎体2下端相配的两段椎形孔，卡瓦5最上部第一段为5度锥形孔，卡瓦5第二段为10度锥形孔，卡瓦5的10度锥形段上设置有与上锥马牙锁扣22相匹配的卡瓦上锥马牙锁扣51。上锥体2内部中空，套于芯轴1上，定位于芯轴1上端锥形球座21的变径台阶处，上椎体2上有4个M10沿周向均布的上锥螺纹孔，通过芯轴1上环形槽12的上销钉4将上锥体2固定于芯轴1上。实施例4如图1、图2所示，它是在实施例1的基础上改进，所述下锥体6的下部是向下直径逐渐变小的倒角结构，下锥体6的上部是锥形结构，下锥体6锥形结构的上端外壁设置有下锥马牙锁扣61；卡瓦5中间内环是竖直内环，卡瓦5靠近下锥体6一侧的内环是和下锥体6锥度一致的下倾斜内环，所述下倾斜内环的上部设置有卡瓦下锥马牙锁扣52；卡瓦下锥马牙锁扣52和下锥马牙锁扣61的位置以及锥度匹配。所述下锥体6沿其周向均匀开设有若干个下锥螺纹孔，芯轴1上开设有若干个下环形槽13，每组下锥螺纹孔、下环形槽13与下销钉7位置匹配且三者位于同一条垂线上，所述下销钉7穿过下锥螺纹孔固定在下环形槽13中，下锥体6通过穿过下锥螺纹孔的下销钉7与芯轴1固定连接。卡瓦5靠近下锥体6一侧的内环锥度为8度，与下锥体6外部上端的8度锥形保持一致，卡瓦5下倾斜内环的上部设置有与下锥体6上端外壁的下锥马牙锁扣61锥度一致的卡瓦下锥马牙锁扣52。使用时，下锥体6上端锥形结构的锥度和卡瓦5内孔下部锥度保持一致，下椎体6外部上端为一8度角度的圆锥形，下椎体6外部最上端有长40mm下锥马牙锁扣61，卡瓦5内孔下部设置有与下锥马牙锁扣61相匹配的卡瓦下锥马牙锁扣52。使用时，下锥体6下部有40mmX45度的倒角结构，内部中空，下锥体6套于芯轴1下端处，下锥体6上有8个M10沿周向均布的下锥螺纹孔，下锥体6通过穿过下锥螺纹孔的下销钉7固定于芯轴1的下环形槽13处。实施例5芯轴1上部设置有向下直径逐渐变小的锥形球座21，锥形球座21沿芯轴1的长度方向位于上锥体2的上端面。所述位于上锥体2上部的芯轴1的外壁上设置有用于与球座坐封工具内筒连接的连接螺纹11。芯轴1上部设置有向下直径逐渐变小的锥形球座21，锥形球座孔21为向下45度设置。坐封球座的位置灵活，封隔下段进行上段压裂，改造位置、改造段数不受限制灵活可调。球座坐封后投可溶解金属球进行压裂施工，全部球座为金属密封，球座结构简单，不受井下高温影响，可靠性高。所述芯轴1外壁上设置有连接螺纹11，连接螺纹11可与球座坐封工具的内筒连接。实施例6如图1、图2所示，它是在实施例1至实施例4的基础上本发明套管压裂球座的工作过程，具体如下：首先，坐封时，球座下入到与设计位置时，坐封工具外筒推动上锥体2上端，内轴与芯轴1的连接螺纹11连接上拉芯轴1，因此上锥体2受向下的推力，芯轴1受向上的拉力，上锥体2与芯轴1发生相对运动，将两者之间的上销钉4剪断；然后，继续推动上锥体2，上锥体2、下锥体6推动卡瓦5外扩，同时挤压密封单元3，密封单元3扩径贴柱套管内壁，形成金属密封，卡瓦5坐封锚定到套管内壁上，上锥体2下端的上锥马牙锁扣22与卡瓦5上端卡瓦上锥马牙锁扣51锁住，同时下锥体6上端的下锥马牙锁扣61与卡瓦5下端卡瓦下锥马牙锁扣52锁住，球座坐封到套管内壁上；最后，继续拉芯轴1，推动上锥体2，下销钉7被剪切断，芯轴1随坐封工具起出井筒，如图2，上锥体2、密封单元3、卡瓦5、下锥体6形成坐封球座，留在井筒内，投可溶球完成段间封隔，实施上段压裂。压裂完成后，可溶球和可溶球座逐步溶解，形成井筒全通径。需要说明，本发明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，在本发明中涉及“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。另外，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。本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

权利要求：1.一种锚定式全可溶压裂球座，其特征在于：包括芯轴（1）、上锥体（2）、卡瓦（5）、下锥体（6），所述上锥体（2）通过上销钉（4）连接在芯轴（1）的上端，下锥体（6）通过下销钉（7）连接在芯轴（1）的下端，卡瓦（5）位于芯轴（1）中部，且卡瓦（5）上下两端分别套接在上锥体（2）和下锥体（6）外壁。2.根据权利要求1所述的一种锚定式全可溶压裂球座，其特征在于：所述的卡瓦（5）上端面与上锥体（2）外壁之间具有用于密封卡瓦（5）与上锥体（2）之间间隙的密封单元（3），密封单元（3）是圆环形结构。3.根据权利要求2所述的一种锚定式全可溶压裂球座，其特征在于：所述卡瓦（5）及密封单元（3）两者或两者之一的材质是可溶解金属。4.根据权利要求1所述的一种锚定式全可溶压裂球座，其特征在于：所述卡瓦（5）为环形圆柱结构，卡瓦（5）外表面镀有硬质合金（53），卡瓦（5）沿其长度方向开设且周向布置有若干个1-2mm深的开槽。5.根据权利要求1或4所述的一种锚定式全可溶压裂球座，其特征在于：所述上锥体（2）的上部是圆柱形结构，上锥体（2）的下部是圆锥形结构，上锥体（2）圆锥形结构的下端外壁设有上锥马牙锁扣（22）；卡瓦（5）中间内环是竖直内环，卡瓦（5）靠近上锥体（2）一侧的内环是和上锥体（2）锥度一致的上倾斜内环，所述上倾斜内环的下部设置有卡瓦上锥马牙锁扣（51）；卡瓦上锥马牙锁扣（51）和上锥马牙锁扣（22）的位置以及锥度匹配。6.根据权利要求5所述的一种锚定式全可溶压裂球座，其特征在于：所述上锥体（2）沿其周向均匀开设有若干个上锥螺纹孔，芯轴（1）上开设有若干个上环形槽（12），每组上锥螺纹孔、上环形槽（12）与上销钉（4）位置匹配且三者位于同一条垂线上，所述上销钉（4）穿过上锥螺纹孔固定在上环形槽（12）中，上锥体（2）通过穿过上锥螺纹孔的上销钉（4）与芯轴（1）固定连接。7.根据权利要求1或4所述的一种锚定式全可溶压裂球座，其特征在于：所述下锥体（6）的下部是向下直径逐渐变小的倒角结构，下锥体（6）的上部是锥形结构，下锥体（6）锥形结构的上端外壁设置有下锥马牙锁扣（61）；卡瓦（5）中间内环是竖直内环，卡瓦（5）靠近下锥体（6）一侧的内环是和下锥体（6）锥度一致的下倾斜内环，所述下倾斜内环的上部设置有卡瓦下锥马牙锁扣（52）；卡瓦下锥马牙锁扣（52）和下锥马牙锁扣（61）的位置以及锥度匹配。8.根据权利要求7所述的一种锚定式全可溶压裂球座，其特征在于：所述下锥体（6）沿其周向均匀开设有若干个下锥螺纹孔，芯轴（1）上开设有若干个下环形槽（13），每组下锥螺纹孔、下环形槽（13）与下销钉（7）位置匹配且三者位于同一条垂线上，所述下销钉（7）穿过下锥螺纹孔固定在下环形槽（13）中，下锥体（6）通过穿过下锥螺纹孔的下销钉（7）与芯轴（1）固定连接。9.根据权利要求1所述的一种锚定式全可溶压裂球座，其特征在于：所述芯轴（1）上部设置有向下直径逐渐变小的锥形球座（21），锥形球座（21）沿芯轴（1）的长度方向位于上锥体（2）的上端面。10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种锚定式全可溶压裂球座的使用方法，其特征在于：使用时，坐封工具外筒推动上锥体上端，内轴与芯轴连接上拉芯轴，上锥体受向下的推力，芯轴受向上的拉力，上锥体与芯轴发生相对运动，将两者之间的上销钉剪断；然后，继续推动上锥体，拉动芯轴，芯轴带动下锥体，使上锥体、下锥体挤入卡瓦内部，扩张卡瓦，坐封到位后，继续拉动芯轴，施加更大的拉力，当超过下销钉的剪切力时，下锥体与芯轴发生相对运行，下销钉被剪断；此时，上锥体、下锥体、卡瓦形成一整体，芯轴被拉出，球座完成坐封。

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