CN105672942A - 一种可降解免钻桥塞 - Google Patents
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Abstract
本发明属于油气田设备领域，具体是一种可降解免钻桥塞，采用特殊的可降解材料制作，使桥塞可溶于特定的电解质溶液，在解封桥塞时，免除了再下趟管串钻除，而是通过直接向井内注入一定量的电解质溶液，所有的桥塞组件都会逐步降解，再通过放喷将桥塞残余排到地面，保证套管的大通径。
Description
技术领域
本发明属于油气田设备领域，具体是一种可降解免钻桥塞。
背景技术
伴随着发展的需要，油气资源逐渐替代煤炭资源，现在汽车，工业，国防，家庭等对油气资源需求量巨大，从而导致常规油气资源的过渡开采，常规油气资源消耗殆尽。而非常规油气资源在美国页岩气革命的带领下逐渐走进人们的视野。据探明，非常规油气资源存储量巨大，主要是一些致密的页岩气，煤层气等，都具有开发的可行性。但非常规油气储层都是具有低渗透的特征，根据现有的技术，现在大多是通过单井多层多级分段压裂技术对油气储层改造来提高单井的产量，最常用的是快钻式复合桥塞分段压裂技术。该技术在对油气储层改造的时候，不受分段压裂层数的限制，管柱串结构简单，不易挂卡，此技术在对储层改造的后，取得了显著地增产效果，因此，此技术在非常规油气资源开采过程中广泛使用。
但现在的技术在压裂施工后钻铣桥塞还需要再下一趟管柱，随着井深的增加，所需的成本和难度都在加大，而且需要消耗大量的时间。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种可降解免钻桥塞，由特殊材料制成，溶于特定的电解质溶液（例如KCl或NaCl），解封时免钻，简化了钻铣工艺，减少了完井的时间和成本。
为实现上述技术目的，本发明提供的方案是：一种可降解免钻桥塞，包括中心管、引鞋、卡瓦总成、下锥体、内外背圈总成、端胶筒、中间胶筒、上锥体、卡瓦止环和压裂球，所述中心管的下端设有梯形螺纹，其与引鞋通过梯形螺纹连接并用螺纹胶粘接，中间胶筒上下有对称的两个端胶筒和内外背圈总成保护，内外背圈总成与上锥体和下锥体接触，且上锥体和下锥体有锥度的一侧置于卡瓦总成形成的锥面中间；所述卡瓦总成包括上卡瓦和下卡瓦，上卡瓦和下卡瓦均是由6～10片卡瓦片通过用碳纤维丝制成的卡瓦环连接构成；所述卡瓦止环置于上卡瓦的上部，且与中心管上部台阶接触并限位，通过剪切销钉固定在中心管上；所述中心管、卡瓦止环、上锥体、下锥体、压裂球、卡瓦片均是由包括镁、铜、锌、铝、硅材料合成的特质AZ31B镁合金材料制成，其组成成分包括，铝2.5%～3%、硅0.1%、锌0.6%～1.4%、铁0.005%、锰0.2%～1%、铜0.05%、锌-镍0.005%，这种材料的特点是溶于特定的电解质溶液中，不溶于油类物质。
而且，所述内外背圈总成包括两对相互配合的内背圈和外背圈，内背圈和外背圈都是由掺入生物降解原料的铝青铜制成，其组成成分包括，铝8.5%～9.5%、铜87%～88%、生物降解基（例如PGA或PLA）3.5%～4.5%。PGA，即polyglycolicacid，光合作用暗反应中三碳化合物磷酸甘油酸的简称；PLA，即polylacticacid，聚乳酸。
而且，所述内背圈和外背圈均是采用高温粘接定位，且内背圈和外背圈的切口错开22.5度。
而且，所述两个端胶筒的胶筒硬度是90度，中间胶筒的胶筒硬度是70度，它们构成90-70-90度的胶筒组合，且端胶筒和中间胶筒是掺入降解基的丙三醇和癸二酸熔融共缩聚反应合成，此橡胶筒可长期在200℃以内，压差在70MPa保持良好的密封性能。
而且，所述中间胶筒处设有承留环，承留环上有“O”型圈。
而且，所述中心管上端内壁有一处30°～60°的锥面，压裂球置于此锥面上，起到密闭作用；且上端外圆处有一台阶面，且下端设有梯形螺纹。
而且，所述卡瓦总成的每个卡瓦片上焊接了4～6块陶瓷齿。
而且，所述陶瓷齿与卡瓦片之间是过盈装配，在冷箱中压入在卡瓦片上预留的孔中。
而且，所述上锥体和下锥体上分别有3～4个螺纹孔，通过剪切销钉固定在中心管上，锥体锥面上设有燕尾槽，且每片卡瓦片都可以在锥体上燕尾槽内滑动。
本发明的有益效果在于：采用特殊的可降解材料制作，使桥塞可溶于特定的电解质溶液，在解封桥塞时，免除了再下趟管串钻除，而是通过直接向井内注入一定量的电解质溶液，所有的桥塞组件都会逐步降解，再通过放喷将桥塞残余排到地面，保证套管的大通径。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明坐封时的示意图。
图3是单片卡瓦的结构示意图。
其中，1、压裂球，2、中心管，3、卡瓦止环，4、上卡瓦总成，5、上锥体，6、背圈总成，7、端胶筒，8、承留环，9、中间胶筒，10、下锥体，11、下卡瓦，12、引鞋，13、引鞋插杆，14、套管壁。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
本实施例提供一种可降解免钻桥塞，如图1和图2所示，包括中心管2、引鞋12、卡瓦总成、下锥体10、内外背圈总成6、端胶筒7、中间胶筒9、上锥体5、卡瓦止环3和压裂球1，所述中心管2的下端设有梯形螺纹，其与引鞋12通过梯形螺纹连接并用螺纹胶粘接，中间胶筒9上下有对称的两个端胶筒7和内外背圈总成6保护，内外背圈总成6与上锥体5和下锥体10接触，且上锥体5和下锥体10有锥度的一侧置于卡瓦总成形成的锥面中间；所述卡瓦总成包括上卡瓦和下卡瓦11，上卡瓦和下卡瓦11均是由6～10片卡瓦片通过用碳纤维丝制成的卡瓦环连接构成；所述卡瓦止环3置于上卡瓦的上部，且与中心管2上部台阶接触并限位，通过剪切销钉固定在中心管2上；所述中心管2、卡瓦止环3、上锥体5、下锥体10、压裂球1、卡瓦片均是由包括镁、铜、锌、铝、硅材料合成的特质AZ31B镁合金材料制成，其组成成分包括，铝2.5%～3%、硅0.1%、锌0.6%～1.4%、铁0.005%、锰0.2%～1%、铜0.05%、锌-镍0.005%，这种材料的特点是溶于特定的电解质溶液中，不溶于油类物质。
进一步的，上述内外背圈总成6包括两对相互配合的内背圈和外背圈，内背圈和外背圈都是由掺入生物降解原料的铝青铜制成，其组成成分包括，铝8.5%～9.5%、铜87%～88%、生物降解基（例如PGA或PLA）3.5%～4.5%。PGA，即polyglycolicacid，光合作用暗反应中三碳化合物磷酸甘油酸的简称；PLA，即polylacticacid，聚乳酸。
进一步的，上述内背圈和外背圈均是采用高温粘接定位，且内背圈和外背圈的切口错开22.5度。
进一步的，上述两个端胶筒7的胶筒硬度是90度，中间胶筒9的胶筒硬度是70度，它们构成90-70-90度的胶筒组合，且端胶筒7和中间胶筒9是掺入降解基的丙三醇和癸二酸熔融共缩聚反应合成，此橡胶筒可长期在200℃以内，压差在70MPa保持良好的密封性能。
进一步的，上述中间胶筒9处设有承留环8，承留环8上有“O”型圈。
进一步的，上述中心管2上端内壁有一处30°～60°的锥面，压裂球1置于此锥面上，起到密闭作用；且上端外圆处有一台阶面，且下端设有梯形螺纹。
进一步的，上述卡瓦总成的每个卡瓦片上焊接了4～6块陶瓷齿，如图3所示。
进一步的，上述陶瓷齿与卡瓦片之间是过盈装配，在冷箱中压入在卡瓦片上预留的孔中。
进一步的，上述上锥体5和下锥体10上分别有3～4个螺纹孔，通过剪切销钉固定在中心管2上，锥体锥面上设有燕尾槽，且每片卡瓦片都可以在锥体上燕尾槽内滑动。
使用时，可根据如下步骤进行。
（1）必要的检验，下井前检查几个重要的部位，如橡胶套的外径要小于两锥体的最大外径。引鞋12和中心管2是否有松脱。剪切销钉和紧定螺钉是否装全。卡瓦和橡胶套是否有破损等。确认无误后将桥塞通过拉杆和坐封套等连到液压坐封工具上，然后开始下井。
（2）下井，将桥塞通过油管或者电缆下放到预定位置后，如图1，除了桥塞外其他工具未画出。此时可看到整个桥塞和套管壁14之间都有缝隙，橡胶套上下是连通的，注意要控制工具下放要匀速。
（3）坐封步骤，向连好的管柱加压，或用电缆下入则点火，当达到预定的坐封力，坐封套就会向下推卡瓦止环3，剪切销剪断，卡瓦止环3会下行，则推动上卡瓦总成4下行，上卡瓦总成4推上锥体5下行，上锥体5会向下推背圈总成6和端胶筒7，继而中间胶筒9会压端胶筒7和背圈总成6和下锥体10等，当卡瓦受到一定的力则会被压开卡在套管壁14上，橡胶套压缩会沿直径方向膨胀，从而会紧紧贴在内套管壁和中心管2外壁之间，继续加压达到桥塞丢手的力后坐封工具和桥塞就会分离，桥塞的胶套也会充分的压缩。此时会达到图2的状态。
（4）压裂施工，在这只讲此桥塞的状态，桥塞上部的管柱不予考虑，待可以进行压裂后，向管柱加压，此时受到液力作用，压裂球1就会和中心管2上部的30°～60°变径球座紧紧贴死，因此此时压裂球1和中心管2以及中间胶筒9组成了一个密封系统，桥塞上部的压力会被限制在胶套和压裂球1之上。橡胶桶和球及中心管2都可以承压70MPa，整个桥塞在150℃以内其物理性能不会变化，因此可以满足压裂作业的要求。
（5）可降解免钻解封，压裂施工完成后，待需要桥塞解封时，不需要用常规的钻铣工具再下趟管柱钻除桥塞，只需要向井内注入特定的电解质溶液，等待一段时间，桥塞所有的部件都会逐步降解，待其完全降解后就可以放喷将残余物排出井，其降解速度与温度和桥塞的应用环境有关。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进或变形，这些改进或变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种可降解免钻桥塞，包括中心管、引鞋、卡瓦总成、下锥体、内外背圈总成、端胶筒、中间胶筒、上锥体、卡瓦止环和压裂球，其特征在于：所述中心管的下端设有梯形螺纹，其与引鞋通过梯形螺纹连接并用螺纹胶粘接，中间胶筒上下有对称的两个端胶筒和内外背圈总成保护，内外背圈总成与上锥体和下锥体接触，且上锥体和下锥体有锥度的一侧置于卡瓦总成形成的锥面中间；所述卡瓦总成包括上卡瓦和下卡瓦，上卡瓦和下卡瓦均是由6～10片卡瓦片通过用碳纤维丝制成的卡瓦环连接构成；所述卡瓦止环置于上卡瓦的上部，且与中心管上部台阶接触并限位，通过剪切销钉固定在中心管上；所述中心管、卡瓦止环、上锥体、下锥体、压裂球、卡瓦片均是由包括镁、铜、锌、铝、硅材料合成的特质AZ31B镁合金材料制成，其组成成分包括，铝2.5%～3%、硅0.1%、锌0.6%～1.4%、铁0.005%、锰0.2%～1%、铜0.05%、锌-镍0.005%。
2.根据权利要求1所述的一种可降解免钻桥塞，其特征在于：所述内外背圈总成包括两对相互配合的内背圈和外背圈，内背圈和外背圈都是由掺入生物降解原料的铝青铜制成，其组成成分包括，铝8.5%～9.5%、铜87%～88%、生物降解基3.5%～4.5%。
3.根据权利要求2所述的一种可降解免钻桥塞，其特征在于：所述内背圈和外背圈均是采用高温粘接定位，且内背圈和外背圈的切口错开22.5度。
4.根据权利要求1所述的一种可降解免钻桥塞，其特征在于：所述两个端胶筒的胶筒硬度是90度，中间胶筒的胶筒硬度是70度，它们构成90-70-90度的胶筒组合，且端胶筒和中间胶筒是掺入降解基的丙三醇和癸二酸熔融共缩聚反应合成。
5.根据权利要求4所述的一种可降解免钻桥塞，其特征在于：所述中间胶筒处设有承留环，承留环上有“O”型圈。
6.根据权利要求1所述的一种可降解免钻桥塞，其特征在于：所述中心管上端内壁有一处30°～60°的锥面，压裂球置于此锥面上，起到密闭作用；且上端外圆处有一台阶面，且下端设有梯形螺纹。
7.根据权利要求1所述的一种可降解免钻桥塞，其特征在于：所述卡瓦总成的每个卡瓦片上焊接了4～6块陶瓷齿。
8.根据权利要求7所述的一种可降解免钻桥塞，其特征在于：所述陶瓷齿与卡瓦片之间是过盈装配，在冷箱中压入在卡瓦片上预留的孔中。
9.根据权利要求1所述的一种可降解免钻桥塞，其特征在于：所述上锥体和下锥体上分别有3～4个螺纹孔，通过剪切销钉固定在中心管上，锥体锥面上设有燕尾槽，且每片卡瓦片都可以在锥体上燕尾槽内滑动。
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