CN108819212A - 一种复合桥塞碳纤维中心管制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种复合桥塞碳纤维中心管制造方法属于石油井下压裂工具技术领域，目的在于解决现有技术存在的传统金属桥塞铣磨后反排困难的问题。本发明包括以下步骤：在外径为48mm的碳纤维复合材料管上中间长1200mm范围内循环进行碳纤维丝束周向缠绕、斜向缠绕和蛇形往复轴向缠绕，直到缠绕直径达到110mm；在基体零件两端分别进行碳纤维丝束蛇形往复轴向缠绕；在基体零件上靠近一端部位置处250mm范围内循环进行碳纤维丝束周向缠绕、斜向缠绕和蛇形往复轴向缠绕，直到直径达到135mm；将缠绕完成的基体零件放入模具中，合模压紧，直到固化成形，形固化体；对固化体进行机械加工，获得碳纤维复合材料中心管。
Description
技术领域
本发明属于石油井下压裂工具技术领域，具体涉及一种复合桥塞碳纤维中心管制造方法。
背景技术
在石油领域，压裂是指采油或采气过程中，利用水力作用，使油气层形成裂缝的一种方法，又称水力压裂。压裂是人为地使地层产生裂缝，改善油在地下的流动环境，使油井产量增加，对改善油井井底流动条件、减缓层间和改善油层动用状况可起到重要的作用。
油井生产到一定阶段后，产能和渗透率降低，为了增强排油能力，提高油井产量，人们发明了压裂工艺技术。压裂施工是靠地面高压泵车车组将流体高速注入井中，借助井底憋起的高压，使油层岩石破裂产生裂缝。
大多数油气田都是多层油气田，通常要进行分层压裂。封隔器分层压裂是目前国内外广泛采用的一种压裂工艺技术。其中新兴的桥塞封隔器分层压裂以其施工工艺简单、施工排量大、压裂体积大、不受层数限制等诸多优点，倍受世界石油领域广泛重视，施工中应用得越来越多。
然而压裂施工后，为了通井需要将坐封的桥塞磨铣破碎并将切屑返排到井上。传统金属桥塞在磨铣工艺过程中刀具磨损严重并且切屑呈现带状块状，返排困难，极大制约压裂作业应用和进度。
发明内容
本发明的目的在于提出一种复合桥塞碳纤维中心管制造方法，解决现有技术存在的传统金属桥塞铣磨后反排困难，制约压裂进度的问题。
为实现上述目的，本发明的一种复合桥塞碳纤维中心管制造方法包括以下步骤：
步骤一：选取外径为48mm的碳纤维复合材料管作为基体零件，管长为1400mm；
步骤二：在所述基体零件上中间长1200mm范围内进行碳纤维丝束周向缠绕，缠绕层数为10层，形成第一周向缠绕层；
步骤三：在步骤二中形成的第一周向缠绕层上进行碳纤维丝束斜向缠绕，缠绕层数为10层，形成第一斜向缠绕层；
步骤四：在步骤三形成的第一斜向缠绕层上进行碳纤维丝束蛇形往复轴向缠绕，缠绕层数为10层，形成第一轴向缠绕层；
步骤五：重复步骤二到步骤四，直到缠绕直径达到110mm，形成中心管零件本体加工部；
步骤六：在所述基体零件两端分别进行碳纤维丝束蛇形往复轴向缠绕，缠绕层数为20层，形成剪断销钉孔加工部和螺纹加工部；
步骤七：在所述基体零件上靠近一端部位置处250mm范围内进行碳纤维丝束周向缠绕，缠绕层数为10层，形成第二周向缠绕层；
步骤八：在步骤七中形成的第二周轴向缠绕层上进行碳纤维丝束斜向缠绕，缠绕层数为10层，形成第二斜向缠绕层；
步骤九：在步骤八中形成的第二斜向缠绕层上进行碳纤维丝束蛇形往复轴向缠绕，缠绕层数为10层，形成第二轴向缠绕层；
步骤十：重复步骤七到步骤九，直到直径达到135mm，形成凸台加工部；
步骤十一：将缠绕完成的基体零件放入模具中，合模压紧，通过热压模具将靠近凸台加工部的剪断销钉孔加工部压制形成圆周均布的六个剪断销钉孔，将螺纹加工部压制形成螺纹；并放入电阻炉中进行加热固化，直到固化成形，形固化体；
步骤十二：对步骤十一形成的固化体进行机械加工，达到设计图纸尺寸及精度要求，获得碳纤维中心管。
所述基体零件的内径为46mm。
步骤二中所述的碳纤维丝束周向缠绕的缠绕间隔为4.8mm，缠绕预紧力为500N。
步骤三中所述的碳纤维丝束斜向缠绕的缠绕斜角为45°，缠绕间隔为4.8mm。
步骤四和步骤六中所述的碳纤维丝束轴向缠绕的缠绕间隔为4.8mm。
步骤七中所述的碳纤维丝束周向缠绕的缠绕间隔为4.8mm，缠绕预紧力为500N。
步骤八中所述的碳纤维丝束斜向缠绕的缠绕斜角为45°，缠绕间隔为4.8mm。
步骤九中所述的碳纤维丝束轴向缠绕的缠绕间隔为4.8mm。
所述碳纤维丝束宽为5mm。
本发明的有益效果为：本发明的一种复合桥塞碳纤维中心管制造方法在中心管的加工制造过程中，采用碳纤维复合材料缠绕加工工艺，在碳纤维复合材料缠绕加工工艺过程中，将轴向缠绕、斜向缠绕、周向缠绕三种工艺方式综合应用，得到轴向抗拉抗压强度、径向抗拉抗压强度均较高的复合材料中心管零件，使复合桥塞在压裂施工过程中能够承受丢手、坐封、压裂时所产生的巨大的轴向拉力和压力、径向拉力和压力。具体为：
1)本发明采用轴向缠绕工艺方式，沿中心管轴向往复缠绕碳纤维丝束，从而提高中心管轴向抗拉、抗压强度；
2)本发明采用斜向缠绕工艺方式，沿中心管斜向缠绕碳纤维丝束，从而综合提高中心管径向和轴向抗拉、抗压强度；
3)本发明采用周向缠绕工艺方式，沿中心管径向回转面缠绕碳纤维丝束，从而特别提高中心管径向抗拉、抗压强度；
4)本发明将轴向缠绕、斜向缠绕、周向缠绕三种工艺方式依次轮流综合应用，从而综合提高中心管径向和轴向抗拉、抗压强度；
5)本发明在中心管剪断销钉孔处，采用轴向缠绕工艺方式。为保证轴向碳纤维丝束的连续性，采用模具压制孔工艺方式。
6)发明在中心管螺纹处，采用轴向缠绕工艺方式。为保证轴向碳纤维的连续性，采用模具压制螺纹工艺方式。
采用碳纤维复合材料制造的桥塞以其易于磨铣破碎，反排效果好，加快了压裂作业的进度。
附图说明
图1为本发明的一种复合桥塞碳纤维中心管制造方法流程图；
图2为本发明的一种复合桥塞碳纤维中心管制造方法缠绕工艺示意图；
图3为采用本发明的本发明的一种复合桥塞碳纤维中心管制造方法形成的碳纤维复合材料中心管结构示意图；
图4为采用本发明的本发明的一种复合桥塞碳纤维中心管制造方法形成的碳纤维复合材料中心管中间断销钉孔结构示意图；
其中：1、中心管零件本体，2、中心管通孔，3、螺纹，4、剪断销钉孔，5、凸台，6，第一周向缠绕层，7、第一斜向缠绕层，8、第一轴向缠绕层，9、碳纤维丝束。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
参见附图1-附图4，本发明的一种复合桥塞碳纤维中心管制造方法包括以下步骤：
步骤一：选取外径为48mm的碳纤维复合材料管作为基体零件，管长为1400mm；
步骤二：在所述基体零件上中间长1200mm范围内进行碳纤维丝束9周向缠绕，缠绕层数为10层，形成第一周向缠绕层6；
步骤三：在步骤二中形成的第一周向缠绕层6上进行碳纤维丝束9斜向缠绕，缠绕层数为10层，形成第一斜向缠绕层7；
步骤四：在步骤三形成的第一斜向缠绕层7上进行碳纤维丝束9蛇形往复轴向缠绕，缠绕层数为10层，形成第一轴向缠绕层8；
步骤五：重复步骤二到步骤四，直到缠绕直径达到110mm，形成中心管零件本体加工部；
步骤六：在所述基体零件两端分别进行碳纤维丝束9蛇形往复轴向缠绕，缠绕层数为20层，形成剪断销钉孔加工部和螺纹加工部；
步骤七：在所述基体零件上靠近一端部位置处250mm范围内进行碳纤维丝束9周向缠绕，缠绕层数为10层，形成第二周向缠绕层；
步骤八：在步骤七中形成的第二周轴向缠绕层上进行碳纤维丝束9斜向缠绕，缠绕层数为10层，形成第二斜向缠绕层；
步骤九：在步骤八中形成的第二斜向缠绕层上进行碳纤维丝束9蛇形往复轴向缠绕，缠绕层数为10层，形成第二轴向缠绕层；
步骤十：重复步骤七到步骤九，直到直径达到135mm，形成凸台加工部；
步骤十一：将缠绕完成的基体零件放入模具中，合模压紧，通过热压模具将靠近凸台加工部的剪断销钉孔加工部压制形成圆周均布的六个剪断销钉孔，将螺纹加工部压制形成螺纹；并放入电阻炉中进行加热固化，直到固化成形，形固化体，加热时间45分钟，加热温度240℃；
步骤十二：取出基体零件并对步骤十一形成的固化体进行**加工，最后获得碳纤维复合材料中心管，所述碳纤维复合材料中心管包括一个中心管零件本体1，中间为中心管通孔2，一端为螺纹3，另一端圆周均布六个剪断销钉孔4，靠近剪断销钉孔位置处设置有凸台5，所述碳纤维中心管的总长为1037mm、凸台5直径为127mm、中心管零件本体1直径为93mm。
所述基体零件的内径为46mm。管状的基体零件的管壁厚1-2mm。
步骤二中所述的碳纤维丝束9周向缠绕的缠绕间隔为4.8mm，缠绕预紧力为500N。
步骤三中所述的碳纤维丝束9斜向缠绕的缠绕斜角为45°，缠绕间隔为4.8mm。
步骤四和步骤六中所述的碳纤维丝束9轴向缠绕的缠绕间隔为4.8mm。
步骤七中所述的碳纤维丝束9周向缠绕的缠绕间隔为4.8mm，缠绕预紧力为500N。
步骤八中所述的碳纤维丝束9斜向缠绕的缠绕斜角为45°，缠绕间隔为4.8mm。
步骤九中所述的碳纤维丝束9轴向缠绕的缠绕间隔为4.8mm。
所述碳纤维丝束9宽为5mm。
本实施例中提到的碳纤维复合材料及碳纤维丝束9具体指日本东丽T700SC-12K碳纤维丝。
Claims (9)
1.一种复合桥塞中心管碳纤维缠绕方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：选取外径为48mm的碳纤维复合材料管作为基体零件，管长为1400mm；
步骤二：在所述基体零件上中间长1200mm范围内进行碳纤维丝束(9)周向缠绕，缠绕层数为10层，形成第一周向缠绕层(6)；
步骤三：在步骤二中形成的第一周向缠绕层(6)上进行碳纤维丝束(9)斜向缠绕，缠绕层数为10层，形成第一斜向缠绕层(7)；
步骤四：在步骤三形成的第一斜向缠绕层(7)上进行碳纤维丝束(9)蛇形往复轴向缠绕，缠绕层数为10层，形成第一轴向缠绕层(8)；
步骤五：重复步骤二到步骤四，直到缠绕直径达到110mm，形成中心管零件本体加工部；
步骤六：在所述基体零件两端分别进行碳纤维丝束(9)蛇形往复轴向缠绕，缠绕层数为20层，形成剪断销钉孔加工部和螺纹加工部；
步骤七：在所述基体零件上靠近一端部位置处250mm范围内进行碳纤维丝束(9)周向缠绕，缠绕层数为10层，形成第二周向缠绕层；
步骤八：在步骤七中形成的第二周轴向缠绕层上进行碳纤维丝束(9)斜向缠绕，缠绕层数为10层，形成第二斜向缠绕层；
步骤九：在步骤八中形成的第二斜向缠绕层上进行碳纤维丝束(9)蛇形往复轴向缠绕，缠绕层数为10层，形成第二轴向缠绕层；
步骤十：重复步骤七到步骤九，直到直径达到135mm，形成凸台加工部；
步骤十一：将缠绕完成的基体零件放入模具中，合模压紧，通过热压模具将靠近凸台加工部的剪断销钉孔加工部压制形成圆周均布的六个剪断销钉孔(4)，将螺纹加工部压制形成螺纹(3)；并放入电阻炉中进行加热固化，直到固化成形，形固化体；
步骤十二：对步骤十一形成的固化体进行机械加工，达到设计图纸尺寸及精度要求，获得碳纤维中心管。
2.根据权利要求1所述的一种复合桥塞中心管碳纤维缠绕方法，其特征在于，所述基体零件的内径为46mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种复合桥塞中心管碳纤维缠绕方法，其特征在于，步骤二中所述的碳纤维丝束(9)周向缠绕的缠绕间隔为4.8mm，缠绕预紧力为500N。
4.根据权利要求1或2所述的一种复合桥塞中心管碳纤维缠绕方法，其特征在于，步骤三中所述的碳纤维丝束(9)斜向缠绕的缠绕斜角为45°，缠绕间隔为4.8mm。
5.根据权利要求1或2所述的一种复合桥塞中心管碳纤维缠绕方法，其特征在于，步骤四和步骤六中所述的碳纤维丝束(9)轴向缠绕的缠绕间隔为4.8mm。
6.根据权利要求1或2所述的一种复合桥塞中心管碳纤维缠绕方法，其特征在于，步骤七中所述的碳纤维丝束(9)周向缠绕的缠绕间隔为4.8mm，缠绕预紧力为500N。
7.根据权利要求1或2所述的一种复合桥塞中心管碳纤维缠绕方法，其特征在于，步骤八中所述的碳纤维丝束(9)斜向缠绕的缠绕斜角为45°，缠绕间隔为4.8mm。
8.根据权利要求1或2所述的一种复合桥塞中心管碳纤维缠绕方法，其特征在于，步骤九中所述的碳纤维丝束(9)轴向缠绕的缠绕间隔为4.8mm。
9.根据权利要求1或2所述的一种复合桥塞中心管碳纤维缠绕方法，其特征在于，所述碳纤维丝束(9)宽为5mm。
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