[发明专利]捕获式球阀机构

说明书

流控制机构包括壳体和阻挡物，壳体限定贯通孔道和与贯通孔道毗连的腔，阻挡物被接收在壳体的腔内。阻挡物可在密封位置与非密封位置之间移动，在密封位置，通过壳体的流体流被允许在一个方向上通过壳体且在相反方向上被阻塞，在非密封位置，流控制机构配置成接收附接构件。致动机构使阻挡物在所述附接构件分离时返回到密封位置。致动机构可以是弹性条带，当阻挡物处于密封位置时，弹性条带处于未拉伸状态，并且当阻挡物处于非密封位置时，弹性条带处于拉伸状态。阻挡物通过拉伸的柔性构件的扭矩作用随着所述柔性构件返回到未拉伸状态而从非密封位置返回到密封位置。

相关申请

本申请要求于2017年7月12日提交的美国临时申请号62/531,464的权益，所述美国临时申请通过引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及用于在钻探操作及其它井坑作业期间隔离区域的井下柱塞密封，且更具体地，涉及带有捕获式球或笼围式球的柱塞密封或带有包含允许单向流的阀的柱塞密封。

背景技术

在油气钻探操作中，为了制造、操作及维护这样的钻探系统，使用到了各种各样的井下工具。井下工具的一个示例是柱塞密封，柱塞密封可用于密封钻井的某些部分并使所述部分与井坑的其它部分隔离。使一井坑部分(比如，井下部分)与另一井坑部分(比如，井上部分)完全隔离、整个阻塞所述两个部分之间的流的密封塞常称为“桥塞”。其它类型的柱塞密封可允许沿特定方向(比如，上游)的流但阻塞沿其它方向(比如，下游)的流。柱塞密封可以是永久性的，或者也可以是非永久性的、消溶性的或以其它方式可移除的柱塞密封。

水力压裂(常称为“压裂”或“致裂”)正成为油气井增产的常用方法，该方法可采用桥塞，以操作井坑的不同部分。比如，桥塞可位于外井套管内，以使井坑的井下部分与井坑的井上部分隔离。在井上部分中，井套管可包括通入周围岩层中的多个横向孔。在水力压裂过程中，加压流体被向下泵送到井坑中。在桥塞处，流被阻塞而无法从井上部分前进到井下部分中，对井坑加压。在这样的压力下，流体被迫通过井上的井套管中的孔进入邻近的岩层中。进入岩层中的加压流进而造成裂隙，油气可通过所述裂隙被提取。

常规带笼围式球的定向流阀受限于传统的、具有延伸柱塞整个长度的心轴和小的贯通孔道的柱塞设计。球通常具有小的直径，以便球可装配在心轴的中心部分内并允许设定工具附接至心轴的外表面。设定工具在设定过程期间生成的力使心轴加载处于张紧。常常还存在使球保持制约于在心轴内的小量移动的笼围物或一些其它保持器具。球被允许移动远离承座一小的量，以允许沿特定方向的流而在相反的方向上座置并密封。

许多较新的柱塞设计比如大孔径压裂用柱塞允许设定工具穿过内直径以附接至柱塞的远端。这类工具附接防止柱塞加载处于张紧并允许柱塞设计有较薄的部件。然而，这些设计自身并不适于笼围式球的利用，这是因为设定工具通过柱塞的中心，而球正常情况下将置于所述中心之处。

发明内容

本发明提供一种改进的捕获式球的定向流阀机构，所述机构克服了常规笼围式球机构的缺点。捕获式球可被取向成提供一路径以便设定工具穿过柱塞中心用于设定，且然后在与设定工具分离后重新被取向成对流体流密封。一旦处于密封取向，球可在一方向上密封而通过移离承座而允许另一方向上的流。