卡瓦涂层及其制备方法、卡瓦、可溶桥塞

文档序号:481154 发布日期:2022-01-04 浏览:16次 >En<

阅读说明:本技术 卡瓦涂层及其制备方法、卡瓦、可溶桥塞 (Slip coating and preparation method thereof, slip and soluble bridge plug ) 是由 苏东 郭明杨 卿显君 叶德彬 于 2021-10-08 设计创作,主要内容包括:本发明提供一种卡瓦涂层及其制备方法、卡瓦、可溶桥塞,卡瓦涂层的制备方法,包括:对卡瓦本体进行除油处理,将卡瓦本体放入碱性脱脂液中,在60℃~80℃条件下浸泡20min~40min,浸泡中对卡瓦本体进行转动;进行80℃~100℃烘干;对卡瓦本体表面进行喷砂处理;在卡瓦本体表面涂覆环氧树脂粘结剂;在环氧树脂粘结剂层上形成球形氧化硅颗粒和碳素合金钢颗粒混合层;在混合层表面形成氟树脂油漆层。本方案极大简化涂层制备工艺,并通过对卡瓦本体的预处理,提高涂层制备于卡瓦上后的附着力,制备的卡瓦可有效实现对桥塞的固定,并且咬合中对井筒/套筒的损伤小,利于实施推广。(The invention provides a slip coating and a preparation method thereof, slips and a soluble bridge plug, wherein the preparation method of the slip coating comprises the following steps: degreasing the slips body, namely putting the slips body into an alkaline degreasing solution, soaking for 20-40 min at 60-80 ℃, and rotating the slips body during soaking; drying at 80-100 ℃; carrying out sand blasting treatment on the surface of the slip body; coating an epoxy resin adhesive on the surface of the slip body; forming a mixed layer of spherical silicon oxide particles and carbon alloy steel particles on the epoxy resin binder layer; forming a fluororesin paint layer on the surface of the mixed layer. The scheme greatly simplifies the coating preparation process, improves the adhesive force of the coating prepared on the slips through the pretreatment of the slips body, can effectively fix the bridge plug, has small damage to a shaft/sleeve in occlusion, and is favorable for implementation and popularization.)

卡瓦涂层及其制备方法、卡瓦、可溶桥塞

技术领域

本发明涉及石油钻探技术领域,尤其与一种卡瓦涂层及其制备方法、卡瓦、可溶桥塞有关。

背景技术

在油田钻探的压裂作业中,需要桥塞实现层间封隔。桥塞一般包括卡瓦、密封胶筒、本体等,通过卡瓦作用于井筒/套管内壁实现桥塞固定,同时利用密封胶筒实现封隔。一般的,多采用可溶性材质进行卡瓦本体的制备,同时在其表面进行涂层处理。目前,现有的卡瓦存在一些问题:

1、许多卡瓦在其作用面上成型出阵列的凸起,以便于桥塞在用于封隔时,卡瓦能够很好的作用于套筒内壁,以实现对桥塞的定位,然而这种方式将对套管内壁造成较大损伤;

2、随着卡瓦涂层的普及,开始逐步取代设置凸起的方式,并开始研究涂层与凸起等结合的方案,但目前的卡瓦涂层采用多种材料复合进行实现,这就限制了其制备工艺效率以及应用普及程度,部分方案中的涂层材料为混合材料并不易获取,需要通过专门的工艺和配比才能获得,这就增加了制备成本和制备难度,另外,部分涂层甚至不能在与井筒/套管的作用中形成有效的作用力以实现卡瓦对桥塞的固定;

3、目前对于卡瓦涂层制备方面的研究,多在局限于涂层材料配方及工艺,而忽略了卡瓦本身的形态特征和表面物理属性,在许多情况下,将影响涂层与卡瓦的附着效果,进而影响实际卡瓦和桥塞的实际应用价值。

发明内容

针对上述相关现有技术不足,本发明提供一种卡瓦涂层及其制备方法、卡瓦、可溶桥塞,极大简化涂层制备工艺,并通过对卡瓦本体的预处理,提高涂层制备于卡瓦上后的附着力,制备的卡瓦可有效实现对桥塞的固定,并且咬合中对井筒/套筒的损伤小,利于实施推广。

为了实现本发明的目的,拟采用以下方案:

一种卡瓦涂层,包括:

涂覆于卡瓦本体表面的粘结剂层;

铺设于粘结剂层上的球形氧化硅颗粒和碳素合金钢颗粒混合层,混合比例5:5~8:2;

喷涂于球形氧化硅颗粒层表面的氟树脂油漆层;

其中,粘结剂层采用环氧树脂粘结剂,厚度0.1mm~0.3mm,混合层中的球形氧化硅颗粒层中的球形氧化硅颗粒粒径0.43mm~0.85mm,抗压强度大于69MPa;碳素合金钢颗粒粒径0.43mm~0.55mm,硬度HRC 58~62。

一种卡瓦涂层的制备方法,包括步骤:

对卡瓦本体进行除油处理,将卡瓦本体放入碱性脱脂液中,在60℃~80℃条件下浸泡20min~40min,浸泡中对卡瓦本体进行转动。浸泡完成后,利用棉布对卡瓦本体进行擦拭,清洁卡瓦本体表面,完成除油;

进行80℃~100℃烘干;

对卡瓦本体表面进行喷砂处理,喷砂粒径为0.4mm~0.6mm;

在卡瓦本体表面涂覆环氧树脂粘结剂,形成厚度0.1mm~0.3mm的粘结剂层,并进行40℃~60℃、20min~45min的烘烤,使粘结剂呈半固态状;

向卡瓦本体表面喷丸,喷丸颗粒为球形氧化硅颗粒和碳素合金钢颗粒的混合颗粒,混合比例5:5~8:2,混合颗粒作用于粘结剂层,并与粘结剂层粘接,形成球形氧化硅颗粒和碳素合金钢颗粒混合层,进行100℃~120℃、90min~120min的烘烤,使球形氧化硅颗粒粘接牢固,然后冷却至常温;

在卡瓦本体表面均匀喷涂氟树脂油漆,在球形氧化硅颗粒和碳素合金钢颗粒混合层表面形成氟树脂油漆层,常温风干或40℃~60℃、20min~45min的烘烤,使氟树脂油漆层固化。

一种卡瓦,包括:卡瓦本体,以及形成于卡瓦本体表面的卡瓦涂层,所述卡瓦涂层通过所述的卡瓦涂层的制备方法制成。

一种可溶桥塞,包括所述的卡瓦。

本发明的有益效果在于:

1、本申请提供的卡瓦涂层,结构简单,仅采用了环氧树脂粘结剂、球形氧化硅颗粒、碳素合金钢颗粒以及氟树脂油漆,均为易于获取的材料,极大降低了卡瓦涂层的实施难度,并且降低了卡瓦涂层的制备成本;碳素合金钢颗粒的高硬度可以嵌入套管内壁,增加摩擦、防止滑动,球形氧化硅颗粒作为填充材料,可分散碳素合金钢颗粒,降低碳素合金钢颗粒用量,节约成本;

2、相比于现有技术,本申请提供的卡瓦涂层制备方法,仅采用粘结剂来附着球形氧化硅颗粒和碳素合金钢颗粒,并喷涂氟树脂油漆,同时在制备涂层前,对卡瓦本体进行了除油处理、喷砂处理,使得卡瓦本体表面洁净,并在表面呈现磨砂状,以提高卡瓦涂层的附着力;

3、本申请的优选实施例通过夹持工装进行除油时候对卡瓦本体的夹持,一方面可以实现批量对卡瓦本体进行除油,同时适用于不同尺寸的卡瓦本体,以及适用于卡瓦本体为片状或为筒状的情况,并且可使相邻两个卡瓦本体错开,避免碰到一起,同时在除油中,可通过转动机构、摆动机构,进行转动和摆动,提高浸泡时候的除油效果,以更好的洁净卡瓦本体表面的油脂,解决了现有技术对卡位本体表面洁净度忽略的缺陷,提高卡瓦涂层的制备效果。

附图说明

图1为本申请实施例的卡瓦本体为表面为弧面时卡瓦涂层实例。

图2为本申请实施例的卡瓦本体为表面为直面时卡瓦涂层实例。

图3为本申请实施例的卡瓦本体为表面为曲面时卡瓦涂层实例。

图4为本申请实施例的卡瓦本体为表面为锯齿形面时卡瓦涂层实例。

图5为本申请实施例的除油时采用的夹持工装结构示意图。

图6为本申请实施例的夹持工装的夹持组件结构示意图。

图7为本申请实施例的夹持工装的夹持条与顶块结构示意图。

图8为图5中的A部放大视图。

图9为本申请实施例的夹持工装的转动机构结构示意图。

图10为本申请实施例的夹持工装的摆动机构仰视结构示意图。

图11为本申请实施例的夹持工装的摆动机构俯视结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明,但本发明所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。

本申请实施例的一个方面提供一种卡瓦涂层及其制备方法,如图1~图4所示,本实例的卡瓦涂层,包括:涂覆于卡瓦本体1表面的粘结剂层2;铺设于粘结剂层2上的球形氧化硅颗粒和碳素合金钢颗粒混合层3;喷涂于混合层3表面的氟树脂油漆层4。

其中,粘结剂层2采用环氧树脂粘结剂,厚度0.1mm~0.3mm,混合层3中的球形氧化硅颗粒粒径0.43mm~0.85mm,抗压强度大于69MPa,碳素合金钢颗粒粒径0.43mm~0.55mm,硬度HRC 58~62。球形氧化硅颗粒和碳素合金钢颗粒混合比例5:5~8:2。

本实例的卡瓦涂层的制备方法,包括步骤:

S100、对卡瓦本体1进行除油处理,将卡瓦本体1放入碱性脱脂液中,在60℃~80℃条件下浸泡20min~40min,浸泡中对卡瓦本体1进行转动;浸泡完成后,利用棉布对卡瓦本体1进行擦拭,清洁卡瓦本体1表面,完成除油。

S200、进行80℃~100℃烘干。

S300、对卡瓦本体1表面进行喷砂处理,喷砂粒径为0.4mm~0.6mm。

S400、在卡瓦本体1表面涂覆环氧树脂粘结剂,形成厚度0.1mm~0.3mm的粘结剂层2,并进行40℃~60℃、20min~45min的烘烤,使粘结剂呈半固态状。

S500、向卡瓦本体1表面喷丸,喷丸颗粒为球形氧化硅颗粒和碳素合金钢颗粒的混合颗粒,混合比例5:5~8:2,混合颗粒作用于粘结剂层2,并与粘结剂层2粘接,形成球形氧化硅颗粒和碳素合金钢颗粒混合层3,进行100℃~120℃、90min~120min的烘烤,使球形氧化硅颗粒粘接牢固,然后冷却至常温。

S600、在卡瓦本体1表面均匀喷涂氟树脂油漆,在球形氧化硅颗粒和碳素合金钢颗粒混合层3表面形成氟树脂油漆层4,常温风干或40℃~60℃、20min~45min的烘烤,使氟树脂油漆层4固化。

由于卡瓦本体多采用可溶性材质制备,并且在制备完成后,一般其表面均附着有油脂等,这些油脂将对卡瓦涂层的附着造成影响,而现有技术均忽略了这一方面,把重心均焦距到了卡瓦涂层的材料研制方面,不仅造成了卡瓦涂层的不易制备,且实际作用效果不理想,而本实施例的制备方法中,首先引入除油工序,使得对油脂进行去除,然后引入喷砂工艺对卡瓦本体表面进行喷砂,使表面粗化形成磨砂状,通过该两种工序的引入,使得环氧树脂粘结剂的附着能力极大提高。

作为本实例的优选实施方式,为了方便进行除油,以及批量进行除油,同时能够适应不同尺寸的片状卡瓦本体,或筒状卡瓦本体,采用如图5~图11所示的夹持工装对卡瓦本体进行夹持。

具体的,夹持工装包括:圆盘6、沿圆周阵列于圆盘6的多个夹持组件5、与圆盘6连接的转动机构7、与转动机构7连接的升降该机构8、与升降机构8连接的摆动机构9。

具体的,如图6~图7所示,夹持组件5包括一对间隔设置的支撑块52以及分别设于夹持条51,一对夹持条51间隔设置,支撑块52的里侧面凹陷形成有水平设置的滑动槽521,滑动槽521不贯通支撑块52外侧面,支撑块52中部具有滑板513,滑板513滑动配合于滑动槽521。夹持条51之间连接有多个弹簧512。夹持条51上部具有第二斜面511,第二斜面511从夹持条51顶部向外侧向下倾斜。支撑块52连接在通道53底端,通道53顶端连接有夹持顶板56,夹持条51上部位于通道53内,通道内53设有竖向气缸57,竖向气缸57固定于夹持顶板56底部,竖向气缸57活动端连接有顶块54,顶块54底端凹陷形成有作用槽,作用槽两侧壁为第一斜面541,分别用于作用于一对夹持条51的第二斜面511。

具体的,如图8所示,圆盘6上沿圆周阵列设有多段径向布置的调节滑槽61,数量与夹持组件5数量匹配,夹持顶板56连接滑动块62,滑动块62滑动配合于调节滑槽61,且滑动块62位于调节滑槽61两侧部分受到圆盘6顶面的支撑,圆盘6上设有转动座63和调节电机65,分别位于调节滑槽61两端,调节电机65的输出轴连接螺杆64一端,螺杆64另一端转动配合于转动座63,滑动块62穿于螺杆64上。每一套调节电机65、转动座63、螺杆64、调节滑槽61、滑动块62对应一个夹持组件5。

具体的,如图5、图9所示,转动机构7包括与圆盘6同心且固定于圆盘6顶面的外花键71,外花键71内配合有内花键75,内花键75连接于一竖向设置的转动电机76输出轴,转动电机76固定于一上盘73底面,上盘73连接于升降机构8的活动端,上盘73上设有两段弧形槽731,外花键71上设置的一对弧形限位板72,弧形限位板72分别配合于一段弧形槽731,弧形限位板72顶部连接有限位环74,限位环74设于上盘73顶面,与上盘73接触配合。升降机构8包括升降油缸81,升降油缸81有3个,同步运作,顶部连接于油缸固定板82,活动端连接上盘73。

具体的,如图10~图11所示,摆动机构9包括底座91、固定于底座上的转动套92,底座91与油缸固定板82固定连接。转动套92穿于转动轴93上,转动轴93两端设有连接板94,连接板94连接上架95,上架95中部有移动间隙950,上架95两端具有配合槽951,移动间隙950处设有驱动板96,驱动板96中部底面设有齿条961,驱动板9两端配合于配合槽951,转动套92具有圆弧顶面,弧形顶面设有齿部921。齿条961与齿部921啮合。上架95上设有一对间隔相对设置的水平油缸98,水平油缸98活动端均连接于同一受力块97,受力块97固定在驱动板96上。

对卡瓦本体1进行除油处理时采用除油夹持工装进行,包括步骤:

S110、将各卡瓦本体1分别夹装于一个夹持组件5上,具体先将卡瓦本体1上部置于一对间隔设置的夹持条51之间,此时夹持条51通过中部设置的滑板513滑动配合于支撑块52的滑动槽521上,且夹持条51上部之间有多个处于压缩状态的弹簧512,通过设置于夹持顶板56的竖向气缸57向下推送顶块54,使顶块54下端的第一斜面541作用于夹持条51上端的第二斜面511,使夹持条51相向运动,直到夹持条51将卡瓦本体1上部夹持。由于各夹持组件5的夹持顶板56分别连接有滑动块62,滑动块62配合于圆盘6的调节滑槽61内;在对各卡瓦本体1进行夹装前,根据卡瓦本体1的尺寸先进行夹持组件5的位置调节,使相邻两个夹持组件5的位置错开,以使得夹装后的卡瓦本体1之间不会碰到一起,具体通过固定于圆盘6的调节电机65转动其输出轴连接的螺杆64转动,以使穿于螺杆64的滑动块62沿调节滑槽61长度方向移动。对于片状卡瓦本体1可以按照上述方式进行夹装,对于筒状卡瓦本体1,可以根据其筒状的直径,调节夹持组件5沿调节滑槽61的位置,以适配筒状卡瓦本体1,选择其中部分或全部夹持组件5对筒状卡瓦本体1进行夹持,这种情况,筒状卡瓦本体1每次夹装1个。

S120、通过升降机构8下降转动机构7以及与转动机构7连接的圆盘6,使沿圆周阵列设于圆盘6的夹持组件5下降,从而将夹持组件5夹持的卡瓦本体1下降并淹没于盛装有碱性脱脂液的浸泡池中,浸泡池的液体温度为60℃~80℃;

S130、每浸泡5min后,通过转动机构7转动圆盘6一次,每次转动方向相反,每次转动角度小于80°。具体的,通过转动机构7转动圆盘6,是通过转动机构7的转动电机76驱动其输出轴连接的内花键75转动,内花键75带动与其配合的外花键71转动,从而带动与外花键71连接的圆盘6转动,外花键71转动时,外花键71上设置的一对弧形限位板72在上盘73的弧形槽731内移动,每次转动角度以弧形限位板72从弧形槽731一端移动到另一端为限。

在浸泡中,每隔5min,通过摆动机构9作用于升降机构8,使升降机构8、转动机构7、圆盘6摆动,从而使夹持组件5夹持的卡瓦本体1摆动,具体是通过设于上架95的一对水平油缸98作用于受力块97,使受力块97带动与其连接的驱动板96沿上架95中部的移动间隙950以及上架95两端的配合槽951移动,从而额通过驱动板96底面的齿条961作用于转动套92圆弧顶面的齿部921,带动转动套92以及支撑转动套92的底座91沿穿于转动套92的转动轴93转动,从而使与底座91连接的转动机构7摆动。

S140、转动4~9次后,完成浸泡,通过升降机构8升起转动机构7、圆盘6、夹持组件5,以使卡瓦本体1上升到液面以上,静置滴沥预定时长;

S150、取下各卡瓦本体1,利用棉布对卡瓦本体1进行擦拭,清洁卡瓦本体1表面,完成除油。

本申请实施例的另一方面,提供一种卡瓦,包括:卡瓦本体1,以及形成于卡瓦本体1表面的卡瓦涂层,所述卡瓦涂层通过前文实施例的卡瓦涂层的制备方法制成。

本申请实施例的又一方面,提供一种可溶桥塞,包括前文实施例的卡瓦。

以上仅为本发明的优选实施例,并不表示是唯一的或是限制本发明。本领域技术人员应理解,在不脱离本发明的范围情况下,对本发明进行的各种改变或同等替换,均属于本发明保护的范围。

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