CN107013181A - 可溶解桥塞及桥塞压裂系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及桥塞技术领域，尤其是涉及一种可溶解桥塞及桥塞压裂系统。包括：中心管、胶筒组件、椎体组件、卡瓦组件和推环。胶筒组件套装于中心管，椎体组件套装于中心管并且位于胶筒组件两侧，卡瓦组件，套装于中心管并且位于椎体组件的背离胶筒组件的两侧，推环，套装于胶筒并且位于卡瓦组件的靠近桥塞的连接端的外侧，其中，中心管、胶筒组件、椎体组件、卡瓦组件以及推环均由可溶解材料制成。由于本发明提供的桥塞可以溶解，因而桥塞的消解作业省略了现有技术中的钻塞过程，也不存在钻塞过程带来的钻屑问题。
Description
技术领域
本发明涉及桥塞技术领域，尤其是涉及一种可溶解桥塞及桥塞压裂系统。
背景技术
页岩气储层具有渗透率超低、厚度大及天然裂缝发育的特点，气体主要以吸附态吸附在有机质表面，常规改造形成单一裂缝很难获得好的增产效果。因此，必须对天然裂缝发育和岩石硅质含量高和脆性系数高的页岩进行体积压裂，通过水力裂缝沟通天然裂缝，增强渗透能力，从而提高页岩气井的经济效益。
在非常规石油、天然气(包括页岩油、页岩气、致密油气等)资源开发领域中，三种关键技术确保了非常规油气资源完成压裂试气完井作业，包括：
(1)水平井桥塞分段压裂技术：在水平井桥塞分段压裂改造过程中，采用电缆下可钻复合桥塞和射孔枪串、坐封桥塞并脱手，上提射孔枪到射孔位置点火射孔，起出射孔枪串后进行压裂施工作业，然后依次重复上述步骤，直到压裂施工作业结束。
(2)连续油管带压作业技术：压裂施工结束后，在井口带压条件下，需要下入连续油管钻磨工具逐级钻磨桥塞，钻完一个桥塞后检查地面捕屑器，及时清理捕屑器内压裂砂及钻塞残屑，每钻磨完若干个桥塞短起一次，直到完成最后一级钻塞作业并通至人工井底；起出钻塞管柱，拆钻具后下入光连续油管至井底，利用钻塞液充分循环清洗井筒。
(3)带压下油管完井技术：完成钻塞作业后，进行试气返排和带压下油管柱。
由于在压裂施工结束后需要利用钻磨工具逐级钻磨桥塞，在逐级钻磨桥塞的过程存在下列问题：
(1)钻塞作业操作困难：具体为，在压裂施工作业中，因高压环境、地层压裂造成地层蠕动等因素，易造成套管变形，从而导致连续油管钻磨工具串无法正常入井作业。并且，由于非常规油气藏开发中，水平井水平段长在800－2000m之间，井底钻磨工具钻压较低，有可能在水平段末端钻磨工具钻压不够，无法完成剩余桥塞的钻磨作业。
(2)钻磨残屑影响正常作业：具体为：在水平段钻磨过程中，桥塞残屑随着钻塞液从连续油管和套管之间的环空循环出井筒。若残屑没有及时循环出井筒造成堆积，或残屑体积较大而卡在钻磨工具和套管之间的环空无法循环出，导致钻磨工具遇卡，需进行反复钻磨循环，不但增加了钻塞作业风险和工作量，甚至造成钻磨工具串落入井底的风险；同时因施工过程中有时会使用大量的钻塞液，增加了液体施工费用。
因而，现有技术中的桥塞的钻塞作业操作困难以及钻磨残屑影响正常作业的技术问题成为人们亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可溶解桥塞即桥塞压裂系统，以缓解现有技术中存在的钻塞作业操作困难以及钻磨残屑影响正常作业的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案在于：
一种可溶解桥塞，包括：
中心管，具有中心流道，连接端用于连接坐封工具；
胶筒组件，套装于所述中心管，在挤压状态下用于径向定位所述桥塞；
椎体组件，套装于所述中心管并且位于所述胶筒组件两侧，用于沿所述中心管的轴线方向施加相对的挤压力至所述胶筒组件；
卡瓦组件，套装于所述中心管并且位于所述椎体组件的背离所述胶筒组件的两侧，用于轴向定位所述桥塞以及用于驱动所述椎体组件向所述胶筒组件运动；
推环，套装于所述胶筒并且位于所述卡瓦组件的靠近桥塞的连接端的外侧，用于在接收坐封力后驱动所述卡瓦组件向所述椎体组件运动；
其中，
所述中心管、所述胶筒组件、所述椎体组件、所述卡瓦组件以及所述推环均由可溶解材料制成。
更进一步地，
所述卡瓦组件包括沿所述中心管的连接端至自由端方向分布的第一卡瓦和第二卡瓦；
所述第一卡瓦和所述第二卡瓦的朝向所述胶筒组件的方向均设置有锥形开口。
更进一步地，
所述第一卡瓦和所述第二卡瓦的周面上设置有多个用于容纳耐磨材料的开孔以增大接触面的摩擦力。
更进一步地，
所述第一卡瓦和所述第二卡瓦的开孔的方向均倾斜。
更进一步地，
所述椎体组件包括沿所述中心管的连接端至自由端方向分布的第一椎体和第二椎体；
所述第一椎体和所述第二椎体均具有锥面，所述第一椎体和所述第二椎体均被配置为沿逐渐靠近所述胶筒组件的方向上直径逐渐增大；
所述第一椎体的小径端伸入所述第一卡瓦的锥形开口并与所述第一卡瓦紧配；
所述第二椎体的小径端伸入所述第二卡瓦的锥形开口并与所述第二卡瓦紧配。
更进一步地，
所述胶筒组件包括相互接触的第一胶筒和第二胶筒，所述第二胶筒与所述第二椎体之间具有锥形的接触面。
更进一步地，
还包括与所述中心管的自由端可拆卸连接的引鞋，所述引鞋中部开设有与所述中心管的中心流道导通的开孔，并且所述引鞋设置有内螺纹，所述中心管设置有与所述引鞋的内螺纹适配的外螺纹。
更进一步地，
所述中心管包括第一段和第二段，所述第一段的直径大于所述第二段的直径，并且，所述第一段和所述第二段之间形成台阶结构。
更进一步地，
所述推环套装于所述第二段上，一侧与所述第一段相抵，另一侧与所述第一卡瓦相抵，并且所述推环与所述第一卡瓦的接触面为斜面。
更进一步地，
所述中心管、所述椎体组件、所述卡瓦组件、所述推环和所述引鞋的材质为：镁60-90wt％，铝0.1-20wt％，锡0.1-25wt％，银0.1-20wt％，钠0.1-10wt％，钕0.1-15wt％，钆0.1-20wt％，铁0.1-30wt％，锂0.1-30wt％；
所述胶筒组件的材质为：聚乙醇酸高分子30-90wt％，柔性环氧树脂5-40wt％，丁腈橡胶5-50wt％，橡胶添加剂1-25wt％。
一种桥塞压裂系统，包括上述的可溶解桥塞。
在具体使用过程中，采用电缆或者管柱等输送装置将桥塞输送至井筒的预定位置，通过火药爆破、液压坐封或者机械坐封工具产生的坐封力作用于推环，推环接收坐封力后驱动卡瓦组件，卡瓦组件接收所述推环的驱动力后驱动所述椎体组件，椎体组件接收所述卡瓦组件的驱动力后向所述胶筒组件方向运动并施加给所述胶筒组件挤压力，胶筒组件接收所述椎体组件的挤压力后收缩，胶筒组件收缩后直径增大以抵紧井筒的内壁从而达到了径向定位的作用。又由于卡瓦组件能够实现轴向定位，因而桥塞的径向和轴向均得到了定位，从而使得本发明提供的桥塞能够保证定位准确从而保证正常工序的有效开展。并且，由于所述中心管、所述胶筒组件、所述椎体组件、所述卡瓦组件以及所述推环均由可溶解材料制成。即桥塞可以溶解，因而桥塞的消解作业省略了现有技术中的钻塞过程，也不存在钻塞过程带来的钻屑问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的可溶解桥塞的整体截面图；
图2为本发明实施例提供的可溶解桥塞中的中心管的整体截面图；
图3为本发明实施例提供的桥塞压裂系统的整体结构示意图。
图标：100－桥塞；110－中心管；120－胶筒组件；130－椎体组件；140－卡瓦组件；150－推环；160－引鞋；111－第一段；112－第二段；121－第一胶筒；122－第二胶筒；131－第一椎体；132－第二椎体；141－第一卡瓦；142－第二卡瓦；200－电缆；300－电缆接头；400－坐封工具。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对实施例1和实施例2进行详细描述：
图1为本发明实施例提供的可溶解桥塞的整体截面图；图2为本发明实施例提供的可溶解桥塞中的中心管的整体截面图；图3为本发明实施例提供的桥塞压裂系统的整体结构示意图。
实施例1
本实施例提供了一种可溶解桥塞100，请一并参照图1至图3，包括：
中心管110，具有中心流道，连接端用于连接坐封工具400；
胶筒组件120，套装于中心管110，在挤压状态下用于径向定位桥塞100；
椎体组件130，套装于中心管110并且位于胶筒组件120两侧，用于沿中心管110的轴线方向施加相对的挤压力至胶筒组件120；
卡瓦组件140，套装于中心管110并且位于椎体组件130的背离胶筒组件120的两侧，用于轴向定位桥塞100以及用于驱动椎体组件130向胶筒组件120运动；
推环150，套装于胶筒并且位于卡瓦组件140的靠近桥塞100的连接端的外侧，用于在接收坐封力后驱动卡瓦组件140向椎体组件130运动；
其中，
中心管110、胶筒组件120、椎体组件130、卡瓦组件140以及推环150均由可溶解材料制成。
在具体使用过程中，采用电缆200或者管柱等输送装置将桥塞100输送至井筒的预定位置，通过火药爆破、液压坐封或者机械坐封工具400产生的坐封力作用于推环150，推环150接收坐封力后驱动卡瓦组件140，卡瓦组件140接收推环150的驱动力后驱动椎体组件130，椎体组件130接收卡瓦组件140的驱动力后向胶筒组件120方向运动并施加给胶筒组件120挤压力，胶筒组件120接收椎体组件130的挤压力后收缩，胶筒组件120收缩后直径增大以抵紧井筒的内壁从而达到了径向定位的作用。又由于卡瓦组件140能够实现轴向定位，因而桥塞100的径向和轴向均得到了定位，从而使得本发明提供的桥塞100能够保证定位准确，从而保证正常工序的有效开展。另外，由于中心管110、胶筒组件120、椎体组件130、卡瓦组件140以及推环150均由可溶解材料制成。即桥塞100可以溶解，因而桥塞100的消解作业省略了现有技术中的钻塞过程，也不存在钻塞过程带来的钻屑问题。
以下对卡瓦组件140的形状和结构详细说明如下：
卡瓦组件140包括沿中心管110的连接端至自由端方向分布的第一卡瓦141和第二卡瓦142；
第一卡瓦141和第二卡瓦142的朝向胶筒组件120的方向均设置有锥形开口。具体地，第一卡瓦141的锥形开口设置于第一卡瓦141的背离推环150的一侧。并且，第一卡瓦141的锥形开口设置于第一卡瓦141与中心管110之间；沿第一卡瓦141至胶筒组件120方向，锥形开口的直径逐渐增大。第二卡瓦142的锥形开口设置于第二卡瓦142的朝向胶筒组件120的一侧，并且，第二卡瓦142的锥形开口设置于中心管110与第二卡瓦142之间，从第二卡瓦142至胶筒组件120方向，锥形开口的直径逐渐增大。
更进一步地，
第一卡瓦141和第二卡瓦142的周面上设置有多个用于容纳耐磨材料的开孔以增大接触面的摩擦力。耐磨材料例如可以是陶瓷材料，陶瓷材料的摩擦系数大，可以有效提高卡瓦的表面摩擦力，从而使得桥塞100得到良好的轴向定位。
更进一步地，设置于卡瓦的周面的开孔为长条形开孔，当然，所属领域技术人员应当理解，在不偏离本发明宗旨前提下的其他结构形式的开孔也应当在本发明要求保护的范围之内。
更进一步地，第一卡瓦141和第二卡瓦142的开孔的方向均倾斜。倾斜设置的方案可以增加开孔内填充的耐磨材料与外管道接触的面积，从而增加摩擦力。
以下对椎体组件130的形状和结构详细说明如下：
椎体组件130包括沿中心管110的连接端至自由端方向分布的第一椎体131和第二椎体132；
第一椎体131和第二椎体132均具有锥面，第一椎体131和第二椎体132均被配置为沿逐渐靠近胶筒组件120的方向上直径逐渐增大；
第一椎体131的小径端伸入第一卡瓦141的锥形开口并与第一卡瓦141紧配，从而实现了第一卡瓦141与第一椎体131的紧固，并且上述的连接方式可以有效增加第一卡瓦141与第一椎体131的接触面积，以利于第一卡瓦141的作用力传递至第一椎体131。
第二椎体132的小径端伸入第二卡瓦142的锥形开口并与第二卡瓦142紧配。从而实现了第二卡瓦142与第二椎体132的紧固，并且上述的连接方式可以有效增加第二卡瓦142与第二椎体132的接触面积，以利于第二卡瓦142施加反作用力于第二椎体132。
上述的第一卡瓦141与第一椎体131的配合，以及第二卡瓦142与第二椎体132的配合，产生相对的作用力作用于胶筒组件120，以使胶筒受挤压而发生形变。
以下对胶筒组件120的形状和结构详细说明如下：
胶筒组件120包括相互接触的第一胶筒121和第二胶筒122，第二胶筒122与第二椎体132之间具有锥形的接触面。
上述的第二胶筒122与第二椎体132之间的锥形接触面有助于增大第二胶筒122的受力面积，以使第二椎体132能够有效阻挡胶筒组件120向第二椎体132方向运动。
上述的第一胶筒121和第二胶筒122的的材质例如可以可降解的生物材料。
还需要补充说明的是：
本实施例提供的桥塞100还包括与中心管110的自由端可拆卸连接的引鞋160，引鞋160中部开设有与中心管110的中心流道导通的开孔，并且引鞋160设置有内螺纹，中心管110设置有与引鞋160的内螺纹适配的外螺纹。更为具体地，引鞋160的端面为锥面，能够有效引导桥塞100行进。
以下对中心管110的形状和结构详细说明如下：
中心管110包括第一段111和第二段112，第一段111的直径大于第二段112的直径，并且，第一段111和第二段112之间形成台阶结构。中心管110一方面起到支撑作用，另外一方面，高压水体通过中心管110内的中心管110的中心流道以实现高压泵裂。
以下对推环150的形状和结构详细说明如下：
推环150套装于第二段112上，一侧与第一段111相抵，另一侧与第一卡瓦141相抵，并且推环150与第一卡瓦141的接触面为斜面。
需要说明的是，中心管、胶筒组件、椎体组件、卡瓦组件以及推环均由可溶解材料制成。
其中：
中心管、椎体组件、卡瓦组件、推环和引鞋的材质为：镁60-90wt％，铝0.1-20wt％，锡0.1-25wt％，银0.1-20wt％，钠0.1-10wt％，钕0.1-15wt％，钆0.1-20wt％，铁0.1-30wt％，锂0.1-30wt％；
胶筒组件的材质为：聚乙醇酸高分子30-90wt％，柔性环氧树脂5-40wt％，丁腈橡胶5-50wt％，橡胶添加剂1-25wt％。
以下对本实施例述及的桥塞的金属部分(包括中心管、椎体组件、卡瓦组件、推环和引鞋)和胶筒部分(胶筒组件)的溶解性能试验与现有的桥塞进行对比：
备注：上述溶解试验是将胶筒部分以及金属部分放置入水体中进行。
根据以上对比试验可知：
本实施例中提供的桥塞的胶筒部分在9-10天时即已基本溶解完全，而对比例中在10-15天时还仅仅处于糊状，因而本实施例中提供的桥塞的胶筒部分能够快速溶解，并且溶解效果较好。
另外，本实施例中的金属部分也能够快速溶解。
实施例2
本实施例提供了一种泵送桥塞100压裂系统，请参照图3，包括实施例1中的可溶解桥塞100。还包括：射孔枪、坐封工具400以及电缆接头300、电缆200等。
使用本实施例提供的泵送桥塞100压裂系统，由于桥塞100能够实现轴向和径向的精确定位，并且桥塞100的各个部件均能够有效溶解，因而可以有效避免现有技术中存在的桥塞100的钻塞作业操作困难以及钻磨残屑问题。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种可溶解桥塞，其特征在于，包括：
中心管，具有中心流道，连接端用于连接坐封工具；
胶筒组件，套装于所述中心管，在挤压状态下用于径向定位所述桥塞；
椎体组件，套装于所述中心管并且位于所述胶筒组件两侧，用于沿所述中心管的轴线方向施加相对的挤压力至所述胶筒组件；
卡瓦组件，套装于所述中心管并且位于所述椎体组件的背离所述胶筒组件的两侧，用于轴向定位所述桥塞以及用于驱动所述椎体组件向所述胶筒组件运动；
推环，套装于所述胶筒组件并且位于所述卡瓦组件的靠近桥塞的连接端的外侧，用于在接收坐封力后驱动所述卡瓦组件向所述椎体组件运动；
其中，
所述中心管、所述胶筒组件、所述椎体组件、所述卡瓦组件以及所述推环均由可溶解材料制成。
2.根据权利要求1所述的可溶解桥塞，其特征在于，
所述卡瓦组件包括沿所述中心管的连接端至自由端方向分布的第一卡瓦和第二卡瓦；
所述第一卡瓦和所述第二卡瓦的朝向所述胶筒组件的方向均设置有锥形开口。
3.根据权利要求2所述的可溶解桥塞，其特征在于，
所述第一卡瓦和所述第二卡瓦的周面上设置有多个用于容纳耐磨材料的开孔以增大接触面的摩擦力。
4.根据权利要求3所述的可溶解桥塞，其特征在于，
所述第一卡瓦和所述第二卡瓦的开孔的方向均倾斜。
5.根据权利要求2所述的可溶解桥塞，其特征在于，
所述椎体组件包括沿所述中心管的连接端至自由端方向分布的第一椎体和第二椎体；
所述第一椎体和所述第二椎体均具有锥面，所述第一椎体和所述第二椎体均被配置为沿逐渐靠近所述胶筒组件的方向上直径逐渐增大；
所述第一椎体的小径端伸入所述第一卡瓦的锥形开口并与所述第一卡瓦紧配；
所述第二椎体的小径端伸入所述第二卡瓦的锥形开口并与所述第二卡瓦紧配。
6.根据权利要求5所述的可溶解桥塞，其特征在于，
所述胶筒组件包括相互接触的第一胶筒和第二胶筒，所述第二胶筒与所述第二椎体之间具有锥形的接触面。
7.根据权利要求6所述的可溶解桥塞，其特征在于，
还包括与所述中心管的自由端可拆卸连接的引鞋，所述引鞋中部开设有与所述中心管的中心流道导通的开孔，并且所述引鞋设置有内螺纹，所述中心管设置有与所述引鞋的内螺纹适配的外螺纹。
8.根据权利要求7所述的可溶解桥塞，其特征在于，
所述中心管包括第一段和第二段，所述第一段的直径大于所述第二段的直径，并且，所述第一段和所述第二段之间形成台阶结构；
所述推环套装于所述第二段上，一侧与所述第一段相抵，另一侧与所述第一卡瓦相抵，并且所述推环与所述第一卡瓦的接触面为斜面。
9.根据权利要求8所述的可溶解桥塞，其特征在于，
所述中心管、所述椎体组件、所述卡瓦组件、所述推环和所述引鞋的材质为：镁60-90wt％，铝0.1-20wt％，锡0.1-25wt％，银0.1-20wt％，钠0.1-10wt％，钕0.1-15wt％，钆0.1-20wt％，铁0.1-30wt％，锂0.1-30wt％；
所述胶筒组件的材质为：聚乙醇酸高分子30-90wt％，柔性环氧树脂5-40wt％，丁腈橡胶5-50wt％，橡胶添加剂1-25wt％。
10.一种桥塞压裂系统，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的可溶解桥塞。
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