CN103046896B - 一种压裂桥塞 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及非常规气藏多段压裂技术领域,特别涉及一种用于套管水平井的分段压裂改造,具有快速钻除性能的压裂桥塞,他包括压裂球、中心管、剪切销钉、卡瓦、卡瓦环、锥体、端胶筒、中间胶筒和引鞋等。本发明结构简单,大大节省水平井分段压裂中每个桥塞的磨铣时间,满足我国低渗透非常规油气的勘探开发的低成本要求和环境友好的要求。

Description

一种压裂桥塞
技术领域
[0001] 本发明涉及非常规气藏多段压裂技术领域,特别涉及一种用于套管水平井的分段压裂改造,具有快速钻除性能的压裂桥塞。
背景技术
[0002] 桥塞已经被使用了很多年,传统的桥塞采用金属材质,通过电缆或油管下入井内。在水平井中,普通桥塞无法通过电缆下入到预定位置,因此需要设计一个耐高温高压、磨铣性能优异,能通过地面泵送桥塞到预定位置的复合材料的压裂桥塞。
[0003] 虽然常规的压裂桥塞密封性好,耐压差高,密封时间长,也可以磨铣,但是在磨铣时容易发生中途座封,磨铣时间花费较长,磨铣后的金属碎肩比重大,返排困难,因此不能应用于水平井分段压裂改造。
[0004] 普通的非金属可钻桥塞虽然可以解决以上问题,但是在水平井多段压裂的多个桥塞的磨除时,当磨完前一级桥塞的密封胶筒后,后一级和前一级桥塞之间的压力将直接冲击钻头,对钻头造成损坏,因此发明一种用于套管水平井的分段压裂改造,具有快速钻除性能的压裂桥塞显得特别突出。
[0005] 2011年12月30日,国务院批准页岩气为新的独立矿种。2012年3月16日国家发改委专门发布了页岩气的“十二五”规划。页岩气的独立矿种属性和专门的“十二五”规划将对促进中国整个页岩气产业的发展具有重大意义。推进页岩气勘查开采进程,尽快实现中国页岩气规模开发,有利于缓解中国油气资源短缺,提高天然气供应能力,有利于改变中国能源结构,增加清洁能源供应,形成油气勘探开发新格局。根据页岩气等非常规能源的特点和美国页岩气勘探开发经验,非常规能源开采必须满足:一是必须应用水平井,二是必须进行压裂。当前,北美85%的页岩气开发井均采用了水平井泵送桥塞进行分段压裂完井,因此复合材料压裂桥塞将是我国低渗储层改造的关键工具。
发明内容
[0006] 本发明的目的在于克服上述不足,提供一种压裂桥塞,其结构简单,大大节省水平井分段压裂中每个桥塞的时间,满足我国低渗透非常规油气的勘探开发的低成本要求和环境友好的要求。
[0007] 为实现上述技术目的,本发明提供的方案是:一种压裂塞,包括压裂球、中心管、剪切销钉、上卡瓦、下卡瓦、卡瓦环、锥体、端胶筒、中间胶筒和引鞋,其中,所述中心管外径具有变径台阶,最大外径处设置与剪切销钉相适应的均布孔,中心管为内径轴向中空结构;中心管的上端内径处为压裂球腔,所述压裂球置于压裂球腔内;压裂球腔下方的内径处具有内螺纹,中心管的下端外圆具有用于与引鞋连接的外螺纹;所述端胶筒的上下两端分别具有一组背圈;所述引鞋与中心管螺纹连接,引鞋的底部具有用于下一级压裂塞中心管内孔的外凸耳卡入的凹槽。
[0008] 而且,所述压裂球腔内具有用于稳定压裂球的第一倒角和第二倒角,两者距离大于或等于一个压裂球的直径,所述第一倒角和/或第二倒角为30~45°。
[0009] 而且,所述第一倒角和第二倒角之间设有横穿中心管的球笼插杆;所述引鞋上具有引鞋插杆。
[0010] 而且,所述中心管、压裂球、引鞋、引鞋插杆和球笼插杆是玻璃纤维增强环氧树脂材料。
[0011] 而且,所述引鞋的外圆具有环形铣槽,该环形铣槽上设置橡胶圈。
[0012] 而且,所述上卡瓦和下卡瓦旁分别设置用于限位的上止环和下止环,上止环和下止环分别通过止环销钉固定于中心管上。
[0013] 而且,所述上卡瓦和下卡瓦在卡瓦环的作用下与锥体的锥面接触,且卡瓦和锥体配合角度为12~20°。
[0014] 而且,所述上止环、卡瓦环、锥体、下止环是玻璃纤维增强环氧树脂材料,所述卡瓦是铸铁或玻璃纤维增强环氧树脂材料。
[0015] 而且,所述背圈由内背圈和外背圈焊接或粘接成型。
[0016] 而且,所述背圈是铝合金或聚四氟乙烯材料。
[0017] 本发明是一种压裂桥塞,在非常规油气勘探开发中,使用多个压裂桥塞后可以一次返排;分片卡瓦和卡瓦环形式确保卡瓦能可靠地锚定在各种不同级别的套管;内外背圈形式能有效的保护胶筒承受高温高压;啮合的中心管和引鞋结构保证在水平井段多个压裂桥塞的有效磨铣;独特的中心管上端内螺纹形式可以方便的将压裂桥塞快速转为复合材料桥塞;独特的引鞋外圆具有水力推送装置,可以确保压裂桥塞有效的在水平段的输送;除了卡瓦外其他均采用复合材料制造,极大的节省了磨铣时间,提高了磨铣效率。
附图说明
[0018] 图1是本发明实施例一的结构示意图。
[0019] 图2是引鞋结构示意图。
[0020] 图3是引鞋上环形铣槽与橡胶圈的配合示意图。
[0021] 图4是本发明实施例二的结构示意图。
[0022] 其中,1、压裂球,2、中心管,3、剪切销钉,4、上止环,5、上止环销钉,6、卡瓦环,7、卡瓦,8、锥体,9、背圈,10、端胶筒,11、中间胶筒,12、下止环,13、下止环销钉,14、引鞋,15、弓丨鞋插杆,16、球笼插杆,17、第一倒角,18、第二倒角,19、最大外径,20、内螺纹,21、锥面,22、凹槽,23、外凸耳,24、环形铣槽,25、橡胶圈。
具体实施方式
[0023] 下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
[0024] 本实施例提供一种压裂塞,如图1所示,包括压裂球1、中心管2、剪切销钉3、上卡瓦7、下卡瓦7、卡瓦环6、锥体8、端胶筒10、中间胶筒11和引鞋14,其中,所述中心管2外径具有变径台阶,最大外径19处设置与剪切销钉3相适应的均布孔,中心管2为内径轴向中空结构;中心管2的上端内径处为压裂球腔,所述压裂球I置于压裂球腔内;压裂球腔下方的内径处具有内螺纹20,方便快速的将压裂桥塞转化为复合材料桥塞,中心管2的下端外圆具有用于与引鞋14连接的外螺纹;所述端胶筒10的上下两端分别具有一组背圈9 ;所述引鞋14与中心管2螺纹连接,如图2所示,引鞋14的底部具有用于下一级压裂塞中心管2内孔的外凸耳23卡入的凹槽22,目的在于非常规油气分段压裂后磨铣时,当前一个压裂桥塞磨铣到下部卡瓦7后,磨铣剩下的中心管2和引鞋14等部件将被不能有效磨除完,它们会被磨铣头推送到下一级压裂桥塞的上部,在磨铣旋转的作用下,引鞋14底部的凹槽22可使下一级压裂桥塞的上部的中心管2内孔的外凸耳23卡入,然后被有效磨除。
[0025] 进一步的,前述压裂球腔内具有用于稳定压裂球I的第一倒角17和第二倒角18,两者距离大于或等于一个压裂球I的直径,第一倒角17位于压裂球腔的入口处,作用在于便于压裂球I在水平井内滚入或泵入压裂球腔,第二倒角18位于中心管2内径的内螺纹20处,即为压裂球I的球座。所述第一倒角17和/或第二倒角18为30~45°。
[0026] 进一步的,如图4所示,前述中心管最大外径19均布孔的上部长度可以做的稍大,便于第一倒角17和第二倒角18之间设置横穿中心管2的球笼插杆16 ;所述引鞋14上具有引鞋插杆15,目的在于防止下一级复合压裂桥塞的树脂球向上返堵住上一级压裂桥塞中心管2下端的内孔。
[0027] 进一步的,前述中心管2、压裂球1、引鞋14、引鞋插杆15和球笼插杆16是玻璃纤维增强环氧树脂材料。
[0028] 进一步的,如图2和图3所示,前述引鞋14的外圆具有环形铣槽24,该环形铣槽24上设置橡胶圈25,用于水平井水力推送。该环形铣槽24的尾端可以为45°倒角。
[0029] 进一步的,前述上卡瓦7和下卡瓦7旁分别设置用于限位的上止环4和下止环12,上止环4和下止环12分别通过上止环销钉5和下止环销钉13固定于中心管2上。
[0030] 进一步的,前述上卡瓦7和下卡瓦7在卡瓦环6的作用下与锥体8的锥面21接触,且卡瓦7和锥体8配合角度为12~20°。
[0031] 进一步的,前述上止环4、卡瓦环6、锥体8、下止环12是玻璃纤维增强环氧树脂材料,所述卡瓦7是铸铁或玻璃纤维增强环氧树脂材料。
[0032] 进一步的,前述背圈9由内背圈和外背圈焊接或粘接成型。
[0033] 进一步的,前述背圈9是铝合金或聚四氟乙烯材料。
[0034] 本发明工作时,利用电缆输送压裂桥塞和相应坐封工具,到达水平段后,地面泵压产生的推力作用于压裂桥塞上,推动压裂桥塞到达设计水平层段。通过地面给定信号,激活电缆坐封工具,电缆坐封工具外套推动上卡瓦7下行,达到一定力值,上卡瓦7卡瓦环6破裂,卡瓦7推动锥体8下行,锥体8挤压上背圈9端胶筒10中间胶筒11端胶筒10和下背圈9,上述胶筒组件受力后下行推动下锥体8下卡瓦7,达到一定力值后下卡瓦环6破裂,下卡瓦7沿着下锥体8滑动直到咬住套管,同时端胶筒10和中间胶筒11鼓胀,9背圈张开,直到密封住套管,上卡瓦7沿上锥体8滑动,直到咬合住套管,电缆坐封工具继续产生推力,坐封工具将与压裂桥塞从剪切销钉3处丢手,上提电缆到设计层段进行相应的电缆射孔作业,取出电缆和坐封工具,井口投压裂球1,待球进入水平段时,进行小排量泵送球入座,待起压后,进行相关压裂作业。

Claims (10)

1.一种压裂塞,包括压裂球、中心管、剪切销钉、上卡瓦、下卡瓦、卡瓦环、锥体、端胶筒、中间胶筒和引鞋,其特征在于:所述中心管外径具有变径台阶,最大外径处设置与剪切销钉相适应的均布孔,中心管为内径轴向中空结构;中心管的上端内径处为压裂球腔,所述压裂球置于压裂球腔内;压裂球腔下方的内径处具有内螺纹,中心管的下端外圆具有用于与引鞋连接的外螺纹;所述端胶筒的上下两端分别具有一组背圈;所述引鞋与中心管螺纹连接,引鞋的底部具有用于下一级压裂塞中心管内孔的外凸耳卡入的凹槽。
2.根据权利要求1所述的一种压裂塞,其特征在于:所述压裂球腔内具有用于稳定压裂球的第一倒角和第二倒角,所述第一倒角和/或第二倒角为30~45°。
3.根据权利要求2所述的一种压裂塞,其特征在于:所述第一倒角和第二倒角之间设有横穿中心管的球笼插杆;所述引鞋上具有引鞋插杆。
4.根据权利要求3所述的一种压裂塞,其特征在于:所述中心管、压裂球、引鞋、引鞋插杆和球笼插杆是玻璃纤维增强环氧树脂材料。
5.根据权利要求1所述的一种压裂塞,其特征在于:所述引鞋的外圆具有环形铣槽,该环形铣槽上设置橡胶圈。
6.根据权利要求1所述的一种压裂塞,其特征在于:所述上卡瓦和下卡瓦旁分别设置用于限位的上止环和下止环,上止环和下止环分别通过止环销钉固定于中心管上。
7.根据权利要求6所述的一种压裂塞,其特征在于:所述上卡瓦和下卡瓦在卡瓦环的作用下与锥体的锥面接触,且卡瓦和锥体配合角度为12~20°。
8.根据权利要求7所述的一种压裂塞,其特征在于:所述上止环、卡瓦环、锥体、下止环是玻璃纤维增强环氧树脂材料,所述卡瓦是铸铁或玻璃纤维增强环氧树脂材料。
9.根据权利要求1所述的一种压裂塞,其特征在于:所述背圈由内背圈和外背圈焊接或粘接成型。
10.根据权利要求9所述的一种压裂塞,其特征在于:所述背圈是铝合金或聚四氟乙烯材料。
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