CN109973045A - 全可溶桥塞 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种全可溶桥塞，其由可溶性材料制成，该全可溶桥塞包括中芯轴和坐封机构，中芯轴具有轴向通孔，中芯轴的两端分别设有上限位件和下限位件，中芯轴的侧壁下部设有至少一个过流孔；坐封机构套设于中芯轴外并位于上限位件与下限位件之间，坐封机构包括两能径向扩张锚定于套管的锚定组件以及夹设于两锚定组件之间的胶筒组件，锚定组件能分离的与中芯轴相接，胶筒组件能沿中芯轴的轴向移动，胶筒组件至少包括胶筒；在两锚定组件与中芯轴分离的状态下，两锚定组件能沿中芯轴的轴向移动挤压胶筒，使胶筒径向扩张。本发明的全可溶桥塞，在溶解不充分的情况下也能够允许流体通过，不会产生因桥塞堵塞井筒的情况。
Description
技术领域
本发明涉及页岩气压裂施工井下工具技术领域，特别涉及一种全可溶桥塞。
背景技术
体积压裂技术是近年来国内外为开发非常规油气藏而发展的一项新技术，该技术可以缩短流体的渗流距离，提高储层导流能力，有效地实现了超低渗油气藏的增产改造。但由于其压裂体积大、改造段数多、施工排量大、形成裂缝复杂等特点，致使在体积压裂改造过程中，套管周围剪切、滑移、错断等复杂的力学行为以及地应力场的变化，使套管变形失效的情况频繁出现，导致套变位置以下的常规快钻桥塞无法钻磨，严重影响后期作业，可溶桥塞可以在充分解决因套变导致桥塞不能钻磨的情况。但是目前市场上的可溶桥塞的卡瓦大多采用硬质合金或陶瓷颗粒镶嵌，由于硬质合金及陶瓷不能溶解，在井筒堆积导致后期工具下入困难等复杂情况，并且会导致套管挤伤受损；且目前市场上多采用分瓣式卡瓦，采用箍环将卡瓦固定，该方式箍环很容易在井筒中因可溶材料的溶解而导致卡瓦散架或桥塞提前坐封，该方式卡瓦能够坐封锚定的井径范围有限；据统计目前市场上的电缆可溶桥塞外径都在95mm以上，遇到很多套管变形井，都不能泵送至预定设计位置，严重影响施工效率；目前市场上的可溶桥塞内径较小，在后期返排时经常发生堵塞井筒的情况。
发明内容
本发明的目的是提供一种即使溶解不充分也能够允许流体通过的全可溶桥塞。
为达到上述目的，本发明提供了一种全可溶桥塞，由可溶性材料制成，所述全可溶桥塞包括：
中芯轴，其具有轴向通孔，所述中芯轴的两端分别设有上限位件和下限位件，所述中芯轴的侧壁下部设有至少一个与所述轴向通孔相连通的过流孔；
坐封机构，其套设于所述中芯轴外并位于所述上限位件与所述下限位件之间，所述坐封机构包括两能径向扩张锚定于套管的锚定组件以及夹设于两所述锚定组件之间的胶筒组件，所述锚定组件能分离的与所述中芯轴相接，所述胶筒组件能沿所述中芯轴的轴向移动，所述胶筒组件至少包括胶筒，在两所述锚定组件与所述中芯轴分离的状态下，两所述锚定组件能沿所述中芯轴的轴向移动挤压所述胶筒，使所述胶筒径向扩张。
如上所述的全可溶桥塞，其中，所述锚定组件包括卡瓦以及与所述卡瓦相配合的锥体，所述锥体通过坐封剪钉与所述中芯轴相接，两所述所述锚定组件的两所述锥体分别抵接所述胶筒的两端。
如上所述的全可溶桥塞，其中，所述卡瓦为整体式卡瓦，所述卡瓦的内表面沿周向设有多个间隔设置的应力切割槽。
如上所述的全可溶桥塞，其中，所述卡瓦的外周面设有防滑层。
如上所述的全可溶桥塞，其中，所述中芯轴上套设有顶推底座，所述顶推底座夹设于所述上限位件与所述坐封机构之间。
如上所述的全可溶桥塞，其中，所述胶筒组件还包括两胶筒座和两胶筒保护伞，两所述胶筒座和两所述胶筒保护伞分别设置于所述胶筒的两端，且所述胶筒保护伞夹设于所述胶筒与所述胶筒座之间。
如上所述的全可溶桥塞，其中，所述上限位件为设置于所述中芯轴的上端的沿周向向外凸出的环形凸台。
如上所述的全可溶桥塞，其中，所述下限位件为能拆装地连接于所述中芯轴的下端的导鞋。
如上所述的全可溶桥塞，其中，所述轴向通孔的孔径大于48mm。
如上所述的全可溶桥塞，其中，所述胶筒采用聚氨酯材料制成，所述中芯轴和所述锚定组件采用镁铝合金制成。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
本发明的全可溶桥塞，采用可溶性材料制成，当压裂完成后，在井内含有氯离子的返排液及地层温度条件下，一定时间，该全可溶桥塞会完成溶解，使得套管在发生变形缩径时，无需钻磨通井即可实现套管全通径，可很好解决套管变形不能通井的风险，降低作业成本；
本发明的全可溶桥塞，通过在中芯轴上设置过流孔，即不会影响全可溶桥塞的坐封效果，又能够在全可溶桥塞溶解不充分时，使得返排液能够通过过流孔排出，从而不会发生因桥塞堵塞井筒的情况；
本发明的全可溶桥塞具有较大的内通径，可以很好解决页岩气压裂套管严重缩径及返排井筒堵塞的复杂情况，提高压裂施工工效；
本发明的全可溶桥塞，通过将卡瓦设置为整体式卡瓦，使得全可溶桥塞的外径能够达到74mm、83mm或90mm，与常规可溶桥塞相比，具有外径较小，密封范围大，无需连续油管下入的优点，可以解决目前页岩气体积压裂套管严重缩径变形无可用分隔工具的情况；
本发明的全可溶桥塞，通过在卡瓦的外周面设有碳化硅涂层，加强了卡瓦与套管之间的锚定效果。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1是本发明的全可溶桥塞的结构示意图；
图2是图1所示的全可溶桥塞中中芯轴的结构示意图。
附图标号说明：
1、中芯轴；11、轴向通孔；12、过流孔；13、剪钉孔；14、环形凸台；
2、锚定组件；21、卡瓦；211、第一斜面；212、碳化硅涂层；22、锥体；221、第二斜面；23、坐封剪钉；24、顶推底座；
3、胶筒组件；31、胶筒；32、胶筒保护伞；33、胶筒座；
4、导鞋；5、剪切销钉。
具体实施方式
为了对本发明的技术方案、目的和效果有更清楚的理解，现结合附图说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明提供了一种全可溶桥塞，其适用于页岩气水平井压裂套管缩径变形的情况，该全可溶桥塞由可溶性材料制成，该全可溶桥塞包括中芯轴1和坐封机构，其中：
中芯轴1具有轴向通孔11，中芯轴1的两端分别设有上限位件和下限位件，且中芯轴1的上端内表面设有用于投球坐封的环槽，且中芯轴1的上部设有用于连接适配器的剪切销钉5，如图2所示，中芯轴1的侧壁下部设有至少一个与轴向通孔11相连通的过流孔12，过流孔12与轴向通孔11连通形成过流通道，具体的，过流孔12的宽度为0.8mm，长度为25mm，优选的，沿中芯轴1的轴向等间隔设置有四个过流孔12，过流孔12的设置，使得全可溶桥塞在溶解不充分的情况下，返排液也能经由过流孔12进入轴向通孔11并通过轴向通孔11排出；
坐封机构套设于中芯轴1外并位于上限位件与下限位件之间，坐封机构包括两能径向扩张锚定于套管的锚定组件2以及夹设于两锚定组件2之间的胶筒组件3，锚定组件2能分离的与中芯轴1相接，具体的，在下入时，锚定组件2与中芯轴1相接，以避免锚定组件2提前坐封，保证了全可溶桥塞能够顺畅的下入至预设位置，胶筒组件3能沿中芯轴1的轴向移动，胶筒组件3至少包括胶筒31，在两锚定组件2与中芯轴1分离的状态下，两锚定组件2能沿中芯轴1的轴向移动挤压胶筒31，使胶筒31径向扩张，且上限位件和下限位件能对锚定组件2的移动起到限位作用，具体的，在坐封时，向坐封机构施加外力，使锚定组件2在外力的作用下与中芯轴1分离，此时，锚定组件2能径向扩张锚定于套管上，并且锚定组件2会在外力的作用下沿中芯轴1的轴向移动挤压胶筒31，胶筒31被两锚定组件2挤压后径向向外扩张抵接套管的管壁，以密封中芯轴1与套管之间的环空。
在使用时，全可溶桥塞通过中芯轴1上部的剪切销钉5与适配器相接，通过适配器将全可溶桥塞泵送到设计层位，通过电缆点火，坐封推筒在坐封工具的推送下推动锚定组件2朝向下限位件移动，两锚定组件2会在外力的作用下径向扩张锚接于套管上，同时，两锚定组件2会在外力的作用下沿中芯轴1移动挤压胶筒31，使胶筒31径向向外扩张抵接套管的管壁，以密封中芯轴1与套管之间的环空，完成坐封丢手，此时，坐封机构的下端抵接下限位件，过流孔12被坐封机构封堵无法与套管的内部连通，不会影响全可溶桥塞的坐封效果；
当压裂施工时，从井口投球，投球会坐封于中芯轴1上端的环槽内，以密封轴向通孔11，从而使得全可溶桥塞将套管的内部空间分隔成上下两部分；当压裂完成后，在井内含有氯离子的返排液及地层温度条件下，一定时间，该全可溶桥塞会完成溶解，无需钻磨通井即可实现套管全通径，即使该全可溶桥塞溶解不充分，在返排液的推动下，坐封机构会朝上限位件移动，从而使得过流孔12外露而与套管的内部连通，返排液也能通过过流孔12排出。
本发明的全可溶桥塞，采用可溶性材料制成，当压裂完成后，在井内含有氯离子的返排液及地层温度条件下，一定时间，该全可溶桥塞会完成溶解，使得套管在发生变形缩径时，无需钻磨通井即可实现套管全通径，可很好解决套管变形不能通井的风险，降低作业成本；通过在中芯轴1上设置过流孔12，即不会影响全可溶桥塞的坐封效果，又能够在全可溶桥塞溶解不充分时，使得返排液能够通过过流孔12排出，从而不会发生因桥塞堵塞井筒的情况。
进一步，胶筒31采用聚氨酯材料制成，该胶筒31具承压10000PSI在24小时以上性能，且溶解后为0.3mm以下粉末颗粒，没有任何粘度和弹性，可随返排液返出井口，使井筒实现全通径，中芯轴1和锚定组件2采用镁铝合金制成，镁铝合金溶解后成细小颗粒，能够轻松随返排液排出。
进一步，上限位件为设置于所述中芯轴1的上端的沿周向向外凸出的环形凸台14，下限位件为能拆装地连接于中芯轴1的下端的导鞋4，具体的，导鞋4旋接于中芯轴1的下端，导鞋4的具体结构为现有技术，在此不再赘述。
或者，上限位件为旋接于所述中芯轴1的上端的挡环，下限位件为设置于所述中芯轴1的下端的沿周向向外凸出的环形凸台14。
进一步，轴向通孔11的孔径大于48mm，即该全可溶桥塞具有较大的内通径，可以很好解决页岩气压裂套管严重缩径及返排井筒堵塞的复杂情况，提高压裂施工工效。
本发明的一种实施方式中，如图1所示，锚定组件2包括卡瓦21以及与卡瓦21相配合的锥体22，锥体22通过坐封剪钉23与中芯轴1相接，坐封剪钉23也采用高强度可溶性镁铝合金材质，以确保全可溶桥塞整体可溶解，坐封剪钉23能插入设置于中芯轴1的侧壁上的剪钉孔13内，当坐封剪钉23受到的外界施加的剪切力到达预定值后被剪断时，锚定组件2与中芯轴1分离，锚定组件2受外力移动，锥体22能够顶撑卡瓦21，使卡瓦21径向向外扩张而锚定于套管上，即摩擦锚定，以实现有效的锚定套管且不划伤套管，两锚定组件2的两锥体22分别抵接胶筒31的两端，即两锚定组件2对称设置于胶筒31的两端，而胶筒31的两端分别与不能径向扩张的锥体22相接，使得锚定组件2在移动的过程中能够始终抵接胶筒31以顺畅的挤压胶筒31，使胶筒31径向向外扩张。
具体的，如图1所示，锥体22的外周面形成有第一斜面211，卡瓦21的朝向胶筒31的一侧的内表面形成有第二斜面221，第一斜面211与第二斜面221相配合，卡瓦21能沿第一斜面211移动并套设于锥体22的外部，卡瓦21通过锥体22径向扩张。
或者，在锥体22的外周面设置环凸，使卡瓦21的内表面沿朝向胶筒31的方向呈扩径状，通过卡瓦21相对锥体22移动，环凸沿卡瓦21内壁移动而顶撑卡瓦21，使卡瓦21径向扩张。
进一步，卡瓦21为整体式卡瓦21，这样的结构使得全可溶桥塞的外径能够达到74mm，即与常规可溶桥塞相比，本发明的全可溶桥塞具有外径较小，密封范围大，无需连续油管下入，可与贝克10号火药坐封工具相匹配，可以解决目前页岩气体积压裂套管严重缩径变形无可用分隔工具的情况，优选的，本发明的全可溶桥塞的外径尺寸还可以为83mm或90mm；为了使卡瓦21能够均匀的锚定套管，在卡瓦21的内表面沿周向设有多个间隔设置的应力切割槽(图中未示出)，具体的，应力切割槽的槽宽为5mm，在卡瓦21的内表面沿周向设有12条等间隔设置的应力切割槽。
进一步，为了提升卡瓦21与套管之间的锚定效果，如图1所示，在卡瓦21的外周面设有防滑层，具体的，防滑层为涂覆在卡瓦21外周面的碳化硅涂层212，该碳化硅涂层212的厚度为0.8mm～2mm，碳化硅涂层212具有较粗糙的表面，能够增加卡瓦21与套管之间的摩擦力，从而加强了卡瓦21与套管之间的锚定效果。
进一步，为了避免坐封推筒直接作用于卡瓦21上，导致卡瓦21损坏而无法与套褂锚定的情况发生，如图1所示，在中芯轴1上套设有顶推底座24，顶推底座24夹设于上限位件与坐封机构之间，即顶推底座24夹设于上部的锚定组件2的卡瓦21与上限位件之间，坐封推筒通过顶推底座24顶推卡瓦21，使得顶推底座24能够对卡瓦21起到保护作用。
进一步，胶筒组件3还包括两胶筒座33和两胶筒保护伞32，两胶筒座33和两胶筒保护伞32分别设置于胶筒31的两端，且胶筒保护伞32夹设于胶筒31与胶筒座33之间，胶筒座33和胶筒保护伞32上分别设有能够使其受力均匀的应力切槽，且胶筒座33的应力切槽和胶筒保护伞32的应力切槽成180°，胶筒座33和胶筒保护伞32能对胶筒31起到保护和导向作用，使胶筒31在被两锚定组件2挤压后能够顺畅的径向扩张。
下面结合附图具体说明本发明的全可溶桥塞的装配以及使用过程：
将顶推底座24由中芯轴1的下端套设于中芯轴1上，并使顶推底座24抵接环形凸台14的下端面，顶推底座24的外径大于环形凸台14的外径，以使得坐封推筒能顺利的推动顶推底座24，再将其中一锚定组件2的卡瓦21由中芯轴1的下端套设于中芯轴1上，将该锚定组件2的锥体22由中芯轴1的下端套设于中芯轴1上，并使该锥体22的大径端的端面朝下设置，使用坐封剪钉23穿过该锥体22与中芯轴1的剪钉孔13相接，之后将两端分别设有胶筒座33和胶筒保护伞32的胶筒31由中芯轴1的下端套设于中芯轴1上，随后在按照上述安装其中一锚定组件2的方式，将另一锚定组件2安装于中芯轴1上，另一锚定组件2的锥体22的大径端的端面朝上设置，即两锥体22的大径端的端面均朝向胶筒31设置，最后将导鞋4旋接于中芯轴1的下端即可完成安装，安装完成后的全可溶桥塞如图1所示。
如图1所示，在使用时，全可溶桥塞通过中芯轴1上部的剪切销钉5与适配器相接，通过适配器将全可溶桥塞泵送到设计层位，通过电缆点火，坐封推筒在坐封工具的推送下推动顶推底座24向下移动，顶推底座24推动坐封机构朝向下限位件移动，使两锚定组件2的卡瓦21分别在与其配合锥体22的作用下径向扩张锚接于套管上，当两个椎体将两卡瓦21顶撑至最大张开度时，两锥体22的坐封剪钉23会被剪断，使两锥体22与中芯轴1分离，此时，两锥体22会在坐封推筒的推力作用下沿中芯轴1移动挤压胶筒31，使胶筒31径向向外扩张抵接套管的管壁，以密封中芯轴1与套管之间的环空，完成坐封丢手，此时，坐封机构的下端抵接下限位件，过流孔12被坐封机构封堵无法与套管的内部连通，不会影响全可溶桥塞的坐封效果；
当压裂施工时，从井口投球，投球会坐封于中芯轴1上端的环槽内，以密封轴向通孔11，从而使得全可溶桥塞的将套管的内部空间分隔成上下两部分；当压裂完成后，在井内含有氯离子的返排液及地层温度条件下，一定时间，该全可溶桥塞会完成溶解，无需钻磨通井即可实现套管全通径，即使该全可溶桥塞溶解不充分，在返排液的推动下，坐封机构会朝上限位件移动，从而使得过流孔12外露而与套管的内部连通，返排液也能通过过流孔12排出。
综上所述，本发明的全可溶桥塞，采用可溶性材料制成，当压裂完成后，在井内含有氯离子的返排液及地层温度条件下，一定时间，该全可溶桥塞会完成溶解，使得套管在发生变形缩径时，无需钻磨通井即可实现套管全通径，可很好解决套管变形不能通井的风险，降低作业成本；
本发明的全可溶桥塞，通过在中芯轴上设置过流孔，即不会影响全可溶桥塞的坐封效果，又能够在全可溶桥塞溶解不充分时，使得返排液能够通过过流孔排出，从而不会发生因桥塞堵塞井筒的情况；
本发明的全可溶桥塞具有较大的内通径，可以很好解决页岩气压裂套管严重缩径及返排井筒堵塞的复杂情况，提高压裂施工工效；
本发明的全可溶桥塞，通过将卡瓦设置为整体式卡瓦，使得全可溶桥塞的外径能够达到74mm、83mm或90mm，与常规可溶桥塞相比，具有外径较小，密封范围大，无需连续油管下入的优点，可以解决目前页岩气体积压裂套管严重缩径变形无可用分隔工具的情况；
本发明的全可溶桥塞，通过在卡瓦的外周面设有碳化硅涂层，加强了卡瓦与套管之间的锚定效果。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。
Claims (10)
1.一种全可溶桥塞，其特征在于，所述全可溶桥塞由可溶性材料制成，所述全可溶桥塞包括：
中芯轴，其具有轴向通孔，所述中芯轴的两端分别设有上限位件和下限位件，所述中芯轴的侧壁下部设有至少一个与所述轴向通孔相连通的过流孔；
坐封机构，其套设于所述中芯轴外并位于所述上限位件与所述下限位件之间，所述坐封机构包括两能径向扩张锚定于套管的锚定组件以及夹设于两所述锚定组件之间的胶筒组件，所述锚定组件能分离的与所述中芯轴相接，所述胶筒组件能沿所述中芯轴的轴向移动，所述胶筒组件至少包括胶筒，在两所述锚定组件与所述中芯轴分离的状态下，两所述锚定组件能沿所述中芯轴的轴向移动挤压所述胶筒，使所述胶筒径向扩张。
2.根据权利要求1所述的全可溶桥塞，其特征在于，
所述锚定组件包括卡瓦以及与所述卡瓦相配合的锥体，所述锥体通过坐封剪钉与所述中芯轴相接，两所述所述锚定组件的两所述锥体分别抵接所述胶筒的两端。
3.根据权利要求2所述的全可溶桥塞，其特征在于，
所述卡瓦为整体式卡瓦，所述卡瓦的内表面沿周向设有多个间隔设置的应力切割槽。
4.根据权利要求2所述的全可溶桥塞，其特征在于，
所述卡瓦的外周面设有防滑层。
5.根据权利要求1所述的全可溶桥塞，其特征在于，
所述中芯轴上套设有顶推底座，所述顶推底座夹设于所述上限位件与所述坐封机构之间。
6.根据权利要求1所述的全可溶桥塞，其特征在于，
所述胶筒组件还包括两胶筒座和两胶筒保护伞，两所述胶筒座和两所述胶筒保护伞分别设置于所述胶筒的两端，且所述胶筒保护伞夹设于所述胶筒与所述胶筒座之间。
7.根据权利要求1所述的全可溶桥塞，其特征在于，
所述上限位件为设置于所述中芯轴的上端的沿周向向外凸出的环形凸台。
8.根据权利要求1所述的全可溶桥塞，其特征在于，
所述下限位件为能拆装地连接于所述中芯轴的下端的导鞋。
9.根据权利要求1所述的全可溶桥塞，其特征在于，
所述轴向通孔的孔径大于48mm。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的全可溶桥塞，其特征在于，
所述胶筒采用聚氨酯材料制成，所述中芯轴和所述锚定组件采用镁铝合金制成。
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