CN109296338B - 一种自解体式可溶桥塞 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油开采技术领域，尤其涉及一种自解体式可溶桥塞，包括中心轴，依次套装在中心轴上的密封件、椎体、卡瓦、下接头，以及用于将下接头以及卡瓦依次由中心轴上脱离的解体装置。本发明的自解体式可溶桥塞，通过解体装置的设置，实现下接头、卡瓦在中心轴上的依次脱离，由于卡瓦的脱离，从而解除了对椎体、密封件的约束，随着溶解的进程，椎体与密封件逐步脱离中心轴，从而实现了整个桥塞的解体，继而桥塞失效，解体零部件落入井下，随时间不短溶解完毕。

Description

一种自解体式可溶桥塞

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，尤其涉及一种自解体式可溶桥塞。

背景技术

桥塞，是指在油气开采、输运过程中所使用的一种隔断气、液输运通道的工具。桥塞在开发以页岩气为代表的低孔、低渗油气田的过程中，被广泛应用在分段、分层压裂工艺，用于隔断有害的气、液输运和压力传递通道，约束压力液进入目的地层。在压裂施工结束后，一般需要对压裂过程中安装的桥塞进行拆除。最早的拆除桥塞的方法是通过连续油管使用钻头在桥塞上打孔，这种方法不仅成本高，施工安全风险大，而且很难将桥塞完全拆除。

基于拆除式桥塞，可溶桥塞应运而生；可溶桥塞技术为油气开发过程中对某管段、某井筒、管道上的某点进行临时封堵提供了一种很好的方案，可溶性桥塞在安装时结构是完整的，能满足一整套桥塞输送、安装、坐封工艺。可溶桥塞入井后就开始与井液发生反应，逐步溶解，随着桥塞的逐步溶解，桥塞的功能也会逐步失效，因此应保证桥塞失效与工程进展相匹配。然而，目前的可溶性桥塞在实验室条件下按标称指标溶解一般没有问题，但是在井下复杂条件下，溶解效果不理想，在井下沉沙较多的情况下作为溶解液的井液流动不充分，影响溶解进度，特别是在产气层，甚至会导致井液缺乏，更是影响溶解效果。因此，为满足工程需要，急需对可溶桥塞进行相应改进或设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自解体式可溶桥塞，桥塞随着压裂球的压入存储能量，并在后期释放解体桥塞，进而实现桥塞在井下的快速溶解。

为了实现上述目的，本发明提供了一种自解体式可溶桥塞，包括中心轴，依次套装在中心轴上的密封件、椎体、卡瓦、下接头，以及用于将下接头以及卡瓦依次由中心轴上脱离的解体装置。

进一步的，解体装置为滑套解体装置，包括内滑套、外滑套、以及弹簧，其中：内滑套、外滑套、中心轴依次由内向外同轴布置，且内滑套与外滑套均可在中心轴内通径中滑动；内滑套的底端连接下接头，内滑套顶端高出外滑套；内滑套随压裂球的压入沿中心轴内通径向下滑动顶出下接头并卡在中心轴上；外滑套的顶端连接中心轴，底端连接卡瓦；弹簧竖直布置在内滑套与外滑套之间，弹簧的顶端固定连接外滑套，弹簧的底端固定连接内滑套，且随内滑套向下滑动被拉伸积聚弹性势能；外滑套的顶端随压裂进程与中心轴脱离连接，且在弹簧弹性势能的作用下沿中心轴内通径向下滑动顶出卡瓦。

进一步的，压裂球压入稳定后，外滑套位于压裂球下方且不与压裂球接触。

进一步的，内滑套的底端沿其径向方向向外延伸均布有若干第一连接杆，下接头内壁对应第一连接杆杆端位置开有若干第一凹槽，内滑套通过第一连接杆杆端插入第一凹槽连接下接头。

进一步的，外滑套的底端沿其径向方向向外延伸均布有若干第二连接杆，卡瓦内壁对应第二连接杆杆端位置开有若干第二凹槽，外滑套通过第二连接杆杆端穿过中心轴轴壁插入第二凹槽连接卡瓦；中心轴对应第二连接杆的位置设置有用于第二连接杆下滑的滑动通槽，滑动通槽一直延伸至中心轴底端。

进一步的，外滑套的顶端沿其周向方向通过若干销钉与中心轴固定连接。

进一步的，外滑套的内壁对应若干销钉的位置设置有若干液囊，其中：液囊的出口端贯穿外滑套套壁对准销钉，液囊内容纳有用于快速溶解销钉的溶解液；内滑套的外壁位于若干液囊的上方布置有随内滑套向下移动挤压液囊的挤压板。

进一步的，自解体式可溶桥塞还自带有桥塞溶解液补充装置。

进一步的，中心轴外侧面为锥形面，椎体内表面为与中心轴外侧面向匹配的锥形面。

进一步的，中心轴、密封件、椎体、以及下接头中的一个或多个或全部为分体式结构。

本发明的一种自解体式可溶桥塞，具有以下有益效果：

1、本发明的自解体式可溶桥塞，通过解体装置的设置，实现下接头、卡瓦在中心轴上的依次脱离，由于卡瓦的脱离，从而解除了对椎体、密封件的约束，随着溶解的进程，椎体与密封件逐步脱离中心轴，从而实现了整个桥塞的解体，继而桥塞失效，解体零部件落入井下，随着时间不短溶解完毕。

2、本发明的自解体式可溶桥塞，解体装置为布置在中心轴内通径的滑套解体装置，通过内滑套顶出下接头；并通过内滑套与外滑套之间的弹簧积聚压裂能量，并通过能量的释放，借助外滑套顶出卡瓦，从而实现整个桥塞的解体；本发明的解体装置，结构设计巧妙合理，无需额外能量，便可实现解体装置对桥塞的解体。

3、本发明的外滑套的顶端沿其周向方向通过若干销钉与中心轴固定连接，随着销钉在井下的不断溶解失效，从而触发外滑套动作顶出卡瓦；此外，销钉可根据实际需要的动作时间具体选择材质，继而实现了解体延缓时间的可控性。

4、本发明的外滑套的内壁对应若干销钉的位置设置有若干液囊，可以随着压裂球的压入，向销钉处提供溶解液，更适合井下缺乏溶解液的环境，继而保证了解体装置动作的可靠性。

5、本发明的中心轴外侧面为锥形面，椎体内表面为与中心轴外侧面相匹配的锥形面，可利用解体装置动作时的反向作用力上推中心轴，继而通过中心轴的锥形面设计使得卡瓦、椎体、密封件等松动脱离中心轴。

6、本发明的自解体式可溶桥塞，可根据实际应用情况，采用分体式中心轴、分体式密封件、分体式椎体、以及分体式下接头，从而使得溶解更加快速。

7、本发明的自解体式可溶桥塞的解体装置无需提供额外能量，通过压裂施工在压裂球两侧形成的高压差存储能量至弹簧，再通过弹簧能量的释放实现桥塞的解体，思路巧妙，施工应用前景好。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它附图。

图1为本发明的自解体式可溶桥塞的整体布置结构示意图；

图2为本发明的自解体式可溶桥塞的下接头顶出时结构示意图；

图3为图1中的内滑套轴截面结构示意图；

图4为图1中的内滑套横截面结构示意图；

图5为图1中的外滑套轴截面结构示意图；

图6为图1中的外滑套横截面结构示意图；

图7为图1的自解体式可溶桥塞的上半部放大结构示意图；

图8为图1中液囊、销钉的布置结构示意图；

图中：1-中心轴、11-滑动通槽、12-球座、2-压裂球、3-限位台阶、4-密封件、5-椎体、6-卡瓦、7-下接头、81-内滑套、811-第一连接杆、812-第一凹槽、813-挤压板、82-外滑套、821-第二连接杆、822-第二凹槽、823-销钉、824-液囊、83-弹簧；

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅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，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1至图8所示，本发明实施例的一种自解体式可溶桥塞，包括中心轴1，依次套装在中心轴1上的密封件4、椎体5、卡瓦6、下接头7，以及用于将下接头7以及卡瓦6依次由中心轴1上脱离的解体装置。

具体的，解体装置布置在中心轴1内通径中，解体装置可以为实现自解体式可溶桥塞解体的任何机械结构，可实现下接头7、卡瓦6在中心轴1上的依次脱离即可，本领域技术人员可根据实际情况具体构思，均属于本发明保护范围。本发明的中心轴1的上端部可以设置用于密封件4上端定位的限位台阶3，当然也可以根据需要设置定位环等，本发明不作具体限定；中心轴1的顶端为球座12，为了加速卡瓦6、椎体5的溶解，中心轴1的位于密封件4下方无需实现密封的轴段可以做成镂空的，或者轴壁开孔。

本发明的自解体式可溶桥塞，通过解体装置的设置，实现下接头7、卡瓦6在中心轴1上的依次脱离，由于卡瓦6的脱离，从而解除了对椎体5、密封件4的约束，随着溶解的进程，椎体5与密封件4逐步脱离中心轴1，从而实现了整个桥塞的解体，继而桥塞失效，解体零部件落入井下，随着时间不短溶解完毕。

作为一种优选的实施方式，本发明的解体装置为滑套解体装置，包括内滑套81、外滑套82、以及弹簧83，其中：内滑套81、外滑套82、中心轴1依次由内向外同轴布置，且内滑套81与外滑套82均可在中心轴1内通径中滑动；内滑套81的底端连接下接头7，内滑套81顶端高出外滑套82，且随压裂球2的压入沿中心轴1内通径向下滑动顶出下接头7；内滑套81的底端连接下接头7，内滑套81顶端高出外滑套82；内滑套81随压裂球的压入沿中心轴1内通径向下滑动顶出下接头7并卡在中心轴1上；外滑套82的顶端连接中心轴1，底端连接卡瓦6；弹簧83竖直布置在内滑套81与外滑套82之间，弹簧83的顶端固定连接外滑套82，弹簧83的底端固定连接内滑套81，且随内滑套81向下滑动被拉伸积聚弹性势能；外滑套82的顶端随压裂进程与中心轴1脱离连接，且在弹簧83弹性势能的作用下沿中心轴1内通径向下滑动顶出卡瓦6。

具体的，内滑套81、外滑套82均为中空套筒式结构，内滑套81高出外滑套82，随着压裂球2的压入内套筒沿中心轴1内通径向下滑动顶出下接头7；外滑套82由于与中心轴1连接，随着内滑套81的向下滑动，二者发生沿中心轴1方向的相对运动，继而压裂能量存储在内滑套81与外滑套82之间布置的弹簧83内；外滑套82与中心轴1之间连接的失效作为解体动作的触发信号，当连接失效时，在弹簧83积聚的弹性势能的作用下，外滑套82相对中心轴1向下运动顶出卡瓦6；中心轴1由于失去卡瓦6的卡护，其上的椎体5、密封件4随着溶解不断脱离中心轴，继而最终实现了桥塞的解体。此外，内滑套81、外滑套82的具体结构尺寸，内滑套81与下接头7连接的实现方式以及外滑套82与卡瓦6的连接方式，本发明不做具体限定，但应保证外滑套82与内滑套81的动作长度可实现卡瓦6与下接头7脱离中心轴1。此外，为了保证外滑套82动作的平稳，弹簧83可以围绕内滑套81均匀布置多组。内滑套81下滑后卡设在中心轴1上的实现方式本领域技术人员可根据实际情况设计，可选的，内滑套81设置勾面向上的第一挂钩，中心轴1对应内滑套81滑出位置设置勾面向下的第二挂钩或设置挂环，第一挂钩位于第二挂钩或挂环的上方，内滑套81向下移动时第一挂钩由于勾面向上不会钩挂第二挂钩或挂环，内滑套81向上移动时，第一挂钩钩挂第二挂钩或挂环，从而实现内滑套81滑出后卡设在中心轴1上，压裂压力消失后，内滑套81也不会回弹；当然，也可以通过各种卡扣方式实现，本发明不做具体限定；另外，为了避免内滑套81滑出后的反弹，设置挂钩结构或卡扣结构时，可以对应外滑套82上设置用于挂钩结构或卡扣结构移动的通槽，避免干涉。

进一步的，压裂球2压入稳定后，外滑套82位于压裂球2下方且不与压裂球2接触，避免压裂球2下压外滑套82，从而使得外环套与中心轴1之间的连接失效，造成外滑套82过早动作解体桥塞。

进一步的，内滑套81的底端沿其径向方向向外延伸均布有若干第一连接杆811，下接头7内壁对应第一连接杆811杆端位置开有若干第一凹槽812，内滑套81通过第一连接杆811杆端插入第一凹槽812连接下接头7。具体的，当内滑套81沿中心轴1内通径向下滑动时，通过第一连杆带动下接头7沿中心轴1向下滑动直至脱离中心轴1；当然，内滑套81也可以通过第一连接杆811直接与下接头7固定连接，此时不需要设置第一凹槽812，本领域技术人员可根据实际情况具体选择。

进一步的，外滑套82的底端沿其径向方向向外延伸均布有若干第二连接杆821，卡瓦6内壁对应第二连接杆821杆端位置开有若干第二凹槽822，外滑套82通过第二连接杆821杆端穿过中心轴1轴壁插入第二凹槽822连接卡瓦6；中心轴1对应第二连接杆821的位置设置有用于第二连接杆821下滑的滑动通槽11，滑动通槽11一直延伸至中心轴1的底端。外滑套82顶出卡瓦6的原理与内滑套81顶出下接头7原理类似，在此不再赘述；此外，滑动通槽11的设置只是为了避免外滑套82下滑与中心轴1发生干涉；另外，外滑套82同样可以通过第二连接杆821直接与卡瓦6固定连接，此时不需要设置第二凹槽822，本领域技术人员可根据实际情况具体选择。

第一连接杆811、第二连接杆821、第一凹槽812、第二凹槽822的结构尺寸，本领域技术人员可根据实际情况具体设计。

本发明的自解体式可溶桥塞的上述一些实施例中，中心轴1外侧面为锥形面，椎体5内表面为与中心轴1外侧面向匹配的锥形面。解体装置动作时，可利用解体装置中弹簧83弹性势能释放的反向作用力上推中心轴1(主要由于内滑套81与中心轴1卡设，弹簧83弹性势能释放时，借助内滑套81反弹上推中心轴1)，继而通过中心轴1的锥形面设计使得椎体5、卡瓦6松动更容易脱离中心轴1，从而实现桥塞解体的更迅速；当然本实施例的密封件4内侧面同样可以做成与中心轴1外侧面匹配的斜面。中心轴1外侧锥形面应为上端为大端，下端为小端，椎体5内通径上端为大端、下端为小端，从而可以实现椎体5匹配套装在中心轴1上。

本发明的自解体式可溶桥塞的上述一些实施例中，外滑套82的顶端沿其周向方向通过若干销钉823与中心轴1固定连接。随着销钉823在井下的不断溶解失效，从而触发内滑套81动作顶出卡瓦6；此外，销钉823可根据实际需要的动作时间具体选择材质，例如铝镁合金，继而实现了桥塞解体的时间可控性。

进一步的，外滑套82的内壁对应若干销钉823的位置设置有若干液囊824，其中：液囊824的出口端贯穿外滑套82套壁对准销钉823，液囊824内容纳有用于快速溶解销钉823的溶解液；内滑套81的外壁位于若干液囊824的上方布置有随内滑套81向下移动挤压液囊824的挤压板813。液囊824可以随着压裂球2的压入，通过内滑套81向下移动，压板挤压液囊824向销钉823处提供溶解液，从而实现销钉823的快速溶解失效，更适合井下缺乏溶解液的环境，继而保证了解体装置动作的可靠性。优选的，液囊824是与销钉823成套匹配的。溶解液的选用本领域技术人员可根据解体延缓时间具体选择，本发明不做具体限定。

进一步的，销钉823内部开有溶解液流道，溶解液流道一端连通至中心轴1内通径，一端连通至液囊824出口端。溶解液可以通过溶解液流道流入销钉823内部，从而可加速销钉823的溶解。此外，本发明的自解体式可溶桥塞解体的动作信号是销钉823的失效，压裂未进行时(压裂球2未压入时)，液囊824不受挤压，从而避免了桥塞植入井下初期便开始逐步溶解失效，不能与压裂进程保持一致，从而造成压裂未结束，桥塞便失效，增加了植入新桥塞成本。

进一步的，为了避免压裂施工结束后销钉823还未溶解失效，可以设置销钉破坏结构，具体的可以通过连杆弹簧实现，压裂球压入时压缩弹簧积聚弹性势能，压裂施工结束后，弹簧回弹，连杆顶断销钉；或者连杆设置钩挂装置，连杆回弹时钩断销钉，本领域技术人员可根据实际情况具体设计。

本发明的自解体式可溶桥塞的上述一些实施例中，中心轴1、密封件4、椎体5、以及下接头7中的一个或多个或全部为分体式结构，从而使得桥塞溶解更加快速。分体式中心轴、分体式密封件、分体式椎体、以及分体式下接头，可以分别通过形状与尺寸相同的分体部组合而成，连接方式可以通过金属连接件，当然也可以在分体部的连接侧面设置匹配凹槽，实现分体之间的镶嵌扣合连接，具体结构本发明不做具体限定，均属于本发明保护范围。

本发明的自解体式可溶桥塞的上述一些实施例中，自解体式可溶桥塞还自带有桥塞溶解液补充装置，用于当压裂施工结束后释放溶解液。桥塞溶解液补充装置可以布置在中心轴内壁中或者根据实际情况布置在中心轴内通径中，根据外滑套的动作而触发释放，当然可以是挤压释放，也可以通过电路控制阀门启动释放，当然也可以通过外滑套动作打开出液口释放，具体的本发明不做限定，均属于本发明保护范围。

本发明的自解体式可溶桥塞，解体装置为布置在中心轴1内通径的滑套解体装置，通过内滑套81顶出下接头7；并通过内滑套81与外滑套82之间的弹簧83积聚压裂能量，继而通过能量的释放，借助外滑套82顶出卡瓦6，从而实现整个桥塞的解体；本发明的自解体式可溶桥塞，结构设计巧妙合理，无需额外能量，便可通过解体装置对桥塞进行解体；另外，通过液囊824溶解液选择以及销钉823材质选择，使得解体延缓时间可控；此外本发明尤其适用于井下井液匮乏情况。

本发明中的“上”、“下”、“第一”、“第二”等，只是为了描述的方便，而不应理解为对本发明实质内容的限制。

以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (3)

1.一种自解体式可溶桥塞，其特征在于，包括中心轴，依次套装在所述中心轴上的密封件、椎体、卡瓦、下接头，以及用于将所述下接头以及所述卡瓦依次由所述中心轴上脱离的解体装置；

所述解体装置为滑套解体装置，包括内滑套、外滑套、以及弹簧，其中：

所述内滑套、外滑套、中心轴依次由内向外同轴布置，且所述内滑套与所述外滑套均可在所述中心轴内通径中滑动；

所述内滑套的底端连接所述下接头，所述内滑套顶端高出所述外滑套；所述内滑套随压裂球的压入沿所述中心轴内通径向下滑动顶出所述下接头并卡在所述中心轴上；

所述外滑套的顶端连接所述中心轴，底端连接所述卡瓦；

所述弹簧竖直布置在所述内滑套与所述外滑套之间，所述弹簧的顶端固定连接所述外滑套，所述弹簧的底端固定连接所述内滑套，且随所述内滑套向下滑动被拉伸积聚弹性势能；

所述外滑套的顶端随压裂进程与所述中心轴脱离连接，且在所述弹簧弹性势能的作用下沿所述中心轴内通径向下滑动顶出所述卡瓦。

2.根据权利要求1所述的自解体式可溶桥塞，其特征在于，所述压裂球压入稳定后，所述外滑套位于所述压裂球下方且不与所述压裂球接触。

3.根据权利要求1所述的自解体式可溶桥塞，其特征在于，所述内滑套的底端沿其径向方向向外延伸均布有若干第一连接杆，所述下接头内壁对应所述第一连接杆杆端位置开有若干第一凹槽，所述内滑套通过所述第一连接杆杆端插入所述第一凹槽连接所述下接头。

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