CN107178353A - 一种井口捕球器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种井口捕球器，包括外筒和单向阀体，所述外筒的侧壁开设有出水孔，所述单向阀体套接在外筒内，在初始位置关闭所述出水孔；所述单向阀体的球座与返排的金属球适配构成阻止洗井液向上流动的单向阀；所述单向阀在指示位置打开出水孔。金属球在洗井液的作用下推动球座，剪切销钉被剪断，挡板在扭转弹簧的作用下落下，挡住金属球的回路，同时部分洗井液从出水孔喷出。该捕球器可靠地防止了金属球向井内的回落，具有易于识金属球的捕获，占用空间小，便于安装的优点。

Description

一种井口捕球器

技术领域

本发明涉及石油、天然气开采专用设备领域，尤其涉及一种井口捕球器。

背景技术

井口捕球器通常用于石油、天然气开采过程中的分层防砂或分层压裂作业。在分层防砂过程中，投入金属球使封隔器坐封，再进行其他防砂作业；在分层压裂过程中，投入金属球逐层打开压裂滑套，再进行其他压裂作业。为了避免堵塞井下通道，方便进行后续作业，都必须将金属球返排至地面，用井口捕球器将其捕获。

目前使用的井口捕球器普遍存在三个缺陷，首先是无法自动识别金属球是否已经捕获，其次是金属球在进入捕球器后，一旦停泵，会在液柱的回压作用下重新落入井内，第三是现有捕球器通常在圆筒形外壁设有一些短节、阀门等装置，造成径向尺寸过大，给安装造成困难。

授权公开号CN 203685100 U的中国专利，分层充填防砂捕球器，公开了一种捕球器，包括接箍、挡球罩、弹簧、锁爪、锁放筒等，锁放筒的内壁上设置扩张段，锁爪的下部端口直径小于上部直径形成凸台，金属球压在锁爪的凸台上，在液体的推动下上移至扩张段，锁爪释放，金属球通过凸台，锁爪在弹簧的作用下回位，将球捕获。该捕球器将球捕获后没有明显的显示，无法自动识别；金属球与凸台不能完全密封，需要很大的排量才能推动金属球上移。

授权公开号CN 204024558 U的中国专利，压裂井口捕球器，包括上接头、过流筒、接球筒和下接头，接球筒与过流筒连通，接球筒上装有捕球阀和泄压阀或盲堵；过流筒两端分别与上接头和下接头连接，在上接头与过流筒之间装有止退弹簧，在过流筒与下接头之间装有挡球板。该捕球器通过监听金属球进入接球筒的震动和响声来判断是否捕获金属球，可靠性差；接球筒、泄压阀和捕球阀与过流筒垂直且必须竖直放置，占用空间过大，安装困难。

授权公开号CN 204627490 U的中国专利，捕球器，包括上接头、外套管、内套管和多个阻挡装置，包括固定轴、活动指和复位装置（如扭簧），内套管上设有凸台、过液孔和安装孔。当金属球进入内套管时，将活动指顶起，继续上行至顶到凸台上，井液流动路径被迫改变，由于流道减小，泵压明显上升。该装置依靠泵压的变化来判断是否捕获金属球，由于泵压变化不明显，不易掌握；活动指强度较弱，容易损坏。

授权公开号CN 205858235 U的中国专利，一种可视化捕球器，包括储球筒、变扣短节、三通短节、短油管，其中储球筒由外筒与透明的内筒组成，外筒上设有若干观察窗，变扣短节的侧壁设有挡球网筒，可以通过观察窗透过透明的内筒直接观察到是否捕获金属球。该装置没有防止金属球回落到井内的功能，而且金属球容易堵塞挡球网筒，体积庞大，不易安装。

发明内容

本发明的目的是提供一种井口捕球器，该捕球器可以捕获分层防砂或分层压裂作业中返排的金属球，并且可以防止金属球回落井内，具有易于判断是否捕获、体积小，安装方便的优点；具体技术方案为：

一种井口捕球器，包括外筒和单向阀体，所述外筒的侧壁开设有出水孔，所述单向阀体套接在外筒内，在初始位置关闭所述出水孔；所述单向阀体与返排的金属球适配构成阻止洗井液向上流动的单向阀；所述单向阀在指示位置打开出水孔，所述单向阀体的下方设置有捕球机构。

进一步，所述单向阀体通过剪切销钉与所述捕球机构连接。

进一步，所述单向阀体的外壁上设置有环状密封槽。

进一步，所述捕球机构包括挡板，所述挡板的翻转轴设置在挡板的下端部。

进一步，所述挡板的捕球面上设置有通孔。

进一步，所述挡板翻转角度小于90度。

进一步，所述挡板靠近销轴孔一侧设置有斜面槽。

进一步，所述通孔在捕球面一侧设置有引导面。

本发明井口捕球器通过设置球座固定捕捉机构的初始位置，当金属球进入球座后，在压力的作用下剪断剪切销钉，露出外筒的出水孔，部分液体从出水孔喷出，可自动判断金属球已经捕获；同时挡板在扭转弹簧的作用下落下，防止金属球回落至井内，挡板强度高；整体外形为圆筒状，占用空间小，便于安装。

附图说明

图1为本发明井口捕球器工作原理示意图；

图2为本发明井口捕球器工作原理示意图；

图3为球座结构示意图；

图4为剪切筒结构示意图；

图5为剪切筒结构示意图；

图6为挡板结构示意图。

图中：1、接管；2、外筒；2-1、配合段；2-2、密封段；2-3、出水孔；3、剪切筒；3-1、挡板槽；3-2、剪切销钉孔；3-3、剪切筒销轴孔；4、扭转弹簧；5、销轴；6、挡板；6-1、斜面槽；6-2、挡板销轴孔；6-3、通孔；7、剪切销钉；8、金属球；9、球座；9-1、锥面；9-2、环形槽；10、挡板接管。

具体实施方式

下面利用实施例对本发明进行更全面的说明。本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。

为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位（旋转90度或位于其他方位），这里所用的空间相对说明可相应地解释。

如图1、图2所示，本实施例中的井口捕球器，包括外筒2和球座9，外筒2的侧壁开设有出水孔2-3，球座9套接在外筒2内。球座9在初始位置在外筒2内壁侧堵住出水孔2-3，使出水孔2-3关闭。球座9作为单向阀体与返排的金属球8适配构成阻止洗井液向上流动的单向阀；在洗井液的压力下，单向阀可以向上运动，当单向阀运动到指示位置，球座9不再堵住出水孔2-3，使出水孔2-3打开。球座9与金属球8配合的锥面9-1设置为圆锥面，

如图3所示，外筒2的内壁包括三段，下段为配合段2-1，中段为密封段2-2，上段为容腔段。球座9通过密封段2-2与外筒2套接，密封段2-2、配合段2-1和容腔段均为圆柱面。其中，密封段2-2的直径小于配合段2-1和容腔段的直径。出水孔2-3可以设置在密封段2-2的筒壁上，也可以设置在密封段2-2以上的筒壁上。如果设置在密封段2-2以上的筒壁上，金属球8和球座9配合后，在初始位置才能将出水孔2-3关闭；导致金属球8和球座9配合前，会有水从出水孔2-3喷出，指示效果不如将出水孔2-3设置在密封段2-2的筒壁上的方案。

由于密封段2-2的直径小于配合段2-1和容腔段的直径，球座9进入容腔后，即使下落，也无法实现与密封段2-2的配合，进入密封段2-2；从而避免球座9下落，将出水孔2-3关闭，影响装置对金属球8到位状态的指示。

还可以在球座9的下方设置捕球机构；通过捕球机构防止金属球8脱落。

捕球机构包括挡板6和销轴5，挡板6的翻转轴设置在挡板6的下端部。金属球8向上，带动球座9向上运动；解除锁定后，挡板6向内翻转，外沿支撑在翻转轴对面的筒壁上，阻挡金属球8脱落。

如图4所示，球座9的外壁上设置有环状密封槽；将密封圈安装在环状密封槽内可以提高球座9与外筒2内壁之间的密封性能；降低球座9与外筒2之间因密封而需要的加工精度。

如图6所示，挡板6翻转后，上面为捕球面，捕球面上设置有通孔6-3。通过设置通孔减少了捕球面的平面面积，减少了洗井液对挡板6的压力，使挡板6能尽快张开。

挡板6的长度和宽度配合应保证挡板6的翻转角度小于90度。最好不要大于80度，以提供足够的强度，避免捕球时金属球8脱落。

为了减少捕球后对金属球8的磨损，挡板6上设置的通孔6-3在捕球面一侧设置有引导面。

为了提高挡板6的张开速度，在销轴5上设置有扭转弹簧4。扭转弹簧4一端卡在剪切筒内壁上，一端卡在挡板6上。可以在挡板6靠近挡板销轴孔6-2一侧设置斜面槽6-1；方便扭转弹簧4的安装。

为了提高捕球器的可靠性，本实施例中增设了剪切筒3，剪切筒3套接在配合段2-1，将捕球机构设置在剪切筒3的筒壁上。球座9与剪切筒3通过剪切销钉7连接。如图5所示，剪切筒3的筒壁上开设有挡板槽3-1，挡板6安装在挡板槽3-1内。在初始位置，球座9的下端撑住挡板6，使挡板6不能向内翻转；当洗井液顶起金属球8与球座9配合形成单向阀后，洗井液不能继续向上流动。密封段2-2与配合段2-1之间的台阶阻止剪切筒3向上运动，由于有剪切销钉7连接，单向阀也不能向上运动。当压力继续增大，球座9受力大于剪切销钉7的强度后，剪切销钉7被剪断；在洗井液的推动下单向阀向上运动；挡板6脱离球座9的锁定后翻转。

为了方便加工，便于剪切销钉7定位，球座9的外壁对应剪切销钉7安装位置设置环形槽9-2。

为了方便转接，可以在外筒2的上下两端分别配备挡板接管10和接管1。

安装时，接管1与井口内的钻杆或油管连接，挡板接管10与地面管汇连接。返排作业时，洗井液在泵压的驱动下携带金属球8进入球座9的锥面9-1，如图1所示，在压力的推动下剪切销钉7被剪断，球座9继续向右运动，外筒2的出水孔2-3露出，一部分洗井液会从出水孔2-3喷出，指示金属球8已经被捕获；同时挡板6在扭转弹簧4的作用下落下。只要不停泵，出水孔2-3始终有水喷出，不会产生误判。

停泵后如图2所示，液柱回压带动金属球8向下运动，金属球8被卡在挡板6上，无法回落到井内。最后将井口捕球器从管线中拆下，将挡板接管10从外筒2上拆下，可取出金属球8。

上述示例只是用于说明本发明，除此之外，还有多种不同的实施方式，而这些实施方式都是本领域技术人员在领悟本发明思想后能够想到的，故，在此不再一一列举。

Claims (8)

1.一种井口捕球器，其特征在于，包括外筒和单向阀体，所述外筒的侧壁开设有出水孔，所述单向阀体套接在外筒内，在初始位置关闭所述出水孔；所述单向阀体与返排的金属球适配构成阻止洗井液向上流动的单向阀；所述单向阀在指示位置打开出水孔，所述单向阀体的下方设置有捕球机构。

2.如权利要求1所述的井口捕球器，其特征在于，所述单向阀体通过剪切销钉与所述捕球机构连接。

3.如权利要求1所述的井口捕球器，其特征在于，所述单向阀体的外壁上设置有环状密封槽。

4.如权利要求1所述的井口捕球器，其特征在于，所述捕球机构包括挡板，所述挡板的翻转轴设置在挡板的下端部。

5.如权利要求4所述的井口捕球器，其特征在于，所述挡板的捕球面上设置有通孔。

6.如权利要求4所述的井口捕球器，其特征在于，所述挡板翻转角度小于90度。

7.如权利要求4所述的井口捕球器，其特征在于，所述挡板靠近销轴孔一侧设置有斜面槽。

8.如权利要求5所述的井口捕球器，其特征在于，所述通孔在捕球面一侧设置有引导面。