CN110259413A - 一种一体式可溶桥塞及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一体式可溶桥塞及其制备方法，包括可溶桥塞，可溶桥塞套装在拉力杆上，可溶桥塞与拉力杆之间设置有球座，拉力杆的一端设置有下接头，下接头与可溶桥塞之间设置有卡瓦，卡瓦套装在拉力杆上，可溶桥塞为复合结构，采用橡胶和椎体硫化制成。本发明体积小，通径大，结构简单，溶解速度快。

Description

一种一体式可溶桥塞及其制备方法

技术领域

本发明属于石油钻探技术领域，具体涉及一种一体式可溶桥塞及其制备方法。

背景技术

随着全球油气田的开发和能源的不断耗竭，非常规油气将成为未来石油天然气能源的重要接替者。但是由于非常规石油储层具有比重大、杂质多、粘度大以及非常规天然气储层具有低孔、特低渗透的特征，导致这些油气的开采成本较高，但随着常规油气资源的减少和生产成本上升，对非常规油气的开发利用越来越受到重视。针对这类非常规油气藏的开采，可以首先进行储层改造，以有效提高单井产量。目前常用的是压裂等技术。

在石油领域，压裂是指采油或采气过程中，利用水力或高能气体的作用而使油气层形成裂缝的一种方法，压裂是人为地使地层产生裂缝，改善油气在地下的流动环境，使油气井产量增加，对改善井底流动条件、改善油层流动状况等可起到非常重要的作用。

在压裂过程中，首先向井下投放压裂工具，如桥塞、滑套、分割器等，然后向井中打压，卡瓦将其固定于油气井的某一段中，在高达70MPa的压力下卡瓦嵌在井筒内壁上，橡胶充分压缩,将井段封堵隔离,以便顺利完成压裂作业。在完成压裂后，为了实现井筒的全通径，保证油气的产量，需要将压裂工具拆除。现有的拆除方法可包括直接钻除。然而，由于压裂工具留在井内长度较长，数量较多，使得钻除耗时较长，耽误油气井的后期生产。

对此，研究人员设计了可溶桥塞，其能够在压裂之后在井下自行完全溶解或降解，形成小的颗粒和碎块，并通过返排工艺将其连同压裂工具返排到地面或者直接推入井底，这样能大大的提高生产效率，降低后期油井的维修的生产成本，提高油气的产量。

现有技术中至少存在如下技术问题：

可溶桥塞虽然解决了油井的堵塞问题，但由于目前技术水平限制，桥塞溶解因受到诸多因素影响(比如温度、矿化度等)，所以效果不太理想；而且在压裂过程中，由于地层压力使井筒受压变形，造成井筒直径变小，造成大型桥塞卡阻，解除桥塞的过程中耗费人力、物力较大，有时候甚至会出现桥塞难以解除的情况,影响生产效率，造成油田的经济浪费。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种一体式可溶桥塞及其制备方法，能够在压裂之后在设定的时间内自行完全溶解或降解，并且制造的桥塞具有体积小，强度高，适应各种温度条件，以及在井下各种温度，矿化度的条件下仍可正常工作。

本发明采用以下技术方案：

一种一体式可溶桥塞，包括可溶桥塞，可溶桥塞套装在拉力杆上，可溶桥塞与拉力杆之间设置有球座，拉力杆的一端设置有下接头，下接头与可溶桥塞之间设置有卡瓦，卡瓦套装在拉力杆上，可溶桥塞为复合结构，采用橡胶和椎体硫化制成。

具体的，椎体设置在橡胶的中心作为中心骨架，生胶包裹在椎体的外部，通过橡胶硫化将橡胶与椎体粘连。

进一步的，椎体的中间加工成沟槽，沟槽上部能够支撑上部的橡胶，下部的橡胶与卡瓦连接，球座设置在椎体的尾部。

具体的，拉力杆与下接头通过剪钉连接。

具体的，可溶桥塞为单向卡瓦。

进一步的，卡瓦内部与椎体外部通过金刚砂胶粘连接。

具体的，可溶桥塞的耐压密封≥70Mpa。

本发明的另一个技术方案是，一种一体式可溶桥塞的制备方法，包括以下步骤：

S1、将椎体作为橡胶模具连接件与橡胶通过模具硫化成一体式可溶桥塞；

S2、用高分子复合材料将C环硫化为一体，并粘合在橡胶上；

S3、在卡瓦的表面采取喷砂、车花纹或增加沟槽，与可溶桥塞连接；

S4、拉力杆与下接头通过剪钉连接，制成一体式可溶桥塞。

具体的，步骤S1中，椎体为可溶金属或可溶非金属，可溶金属为镁合金或镁铝合金；可溶非金属为可溶塑料或可溶橡胶。

具体的，步骤S3中，卡瓦大于等于2瓣。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种一体式可溶桥塞，利用橡胶与椎体支撑的合理结构，最大的降低桥塞的外直径，使其可在套管变形条件下顺利通过，可溶椎体与可溶橡胶硫化成一体化极大的简化了可溶桥塞的结构，同时压裂球座与椎体为一体，最大限度的加大桥塞中心孔道直径，体积小，在井下套筒中一定的矿化度中，有利于在一定条件下扩大溶解面积，易于完全溶解，有利于在未完全溶解的情况下井下过气，过油的通径。

进一步的，利用可溶椎体作为橡胶模具的中心模具将橡胶硫化与可溶椎体外部成为一体，达到椎体为橡胶起到支撑密封作用。

进一步的，椎体设置沟槽使橡胶能够更好的通过锥体的沟槽部位达到密封效果，使其不会在作封过程中出现变形。

进一步的，拉力杆与下接头通过剪钉连接，使普遍的适配器与球座连接的单向压力改为双向压力，使其在作封过程中，橡胶两边同时受力，使其膨胀系数更好，所能达到的密封效果最佳。

进一步的，可溶桥塞为单向卡瓦，简单便捷，极大的提高了椎体与橡胶的各自强势。

进一步的，卡瓦的内部与椎体的外部采用金刚砂胶粘方式，防止卡瓦与椎体在坐封时发生摩擦，晃动或脱离椎体等现象。

本发明还公开了一种一体式可溶桥塞的制备方法，采用本发明方法制造的可溶桥塞，减小了桥塞的体积，加工中节省了大部分的原材料，节省了成本，提高了加工效率，在施工中能够更有效率的完成坐封，承压的工作，在后续的溶解过程中，因其体积小通径大，使其溶解速度更快，减少了后续的等待，提高了工作效率。

进一步的，可溶椎体(可溶金属或可溶非金属)与可溶橡胶硫化成一体的结构，利用特定的可溶材料按照特定的形状结构进行加工椎体，利用橡胶自身的强力弹性，采用与金属的硫化连接，使椎体与橡胶实现一体化，而且可溶椎体结构，即可为橡橡胶固定提供支撑，又可为桥塞密封的主体结构。

进一步的，可溶卡瓦设计成内外有沟槽形状，其作用分别是：①外部沟槽用于填充金刚砂，在作封过程中起到桥塞与套管的固定作用，防止桥塞位移；②内部沟槽用于与锥体外部沟槽相配合，使其咬合在一起，防止发生滑脱，造成桥塞的坐封失效。

综上所述，本发明体积小，通径大，结构简单，溶解速度快。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为可溶椎体与可溶橡胶一体化的新结构可溶桥塞总成示意图；

图2为可溶橡胶与可溶椎体硫化一体截面示意图；

图3为可溶卡瓦整体截面示意图；

图4为拉力杆示意图；

图5为下接头示意图；

图6为C环硫化示意图；

图7为实施例示意图，其中，(a)为坐封前桥塞状态图，(b)为坐封后桥塞状态图。

其中：1.球座；2.可溶桥塞；3.卡瓦；4.下接头；5.拉力杆；6.橡胶；7.椎体；8.金刚砂。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”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，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

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。

请参阅图1，本发明提供了一种一体式可溶桥塞，包括球座1、可溶桥塞2、卡瓦3、下接头4和拉力杆5，下接头4设置在拉力杆5的一端，卡瓦3套装在拉力杆5上，一端与下接头4连接，另一端与套装在拉力杆5上的可溶桥塞2连接，球座1设置在拉力杆5与可溶桥塞2之间。

请参阅图2，可溶桥塞2为椎体7与橡胶6硫化成一体化复合结构，使椎体7为橡胶6的中心骨架，生胶包在椎体7外部，通过橡胶硫化，使橡胶6与椎体7粘连，制作成橡胶密封橡胶，从而硫化成一体的结构；椎体7的中间加工成沟槽，椎体7的沟槽上部是上橡胶的支撑平台，下橡胶用卡瓦3推动，使橡胶6变形起到密封作用，利用可溶金属与可溶橡胶的特性，简化了桥塞结构，减小了桥塞体积。

可溶桥塞2本体为单向卡瓦，可采用粘合金刚砂卡瓦更加简单便捷，极大的提高了椎体7与橡胶6的各自强势，使椎体7和橡胶6合成一体，代替了整个桥塞的功能，耐压密封≥70Mpa。

请参阅图3，卡瓦3的内部与椎体7的外部采用金刚砂8胶粘方式，其作用在于防止卡瓦3与椎体7在坐封时发生摩擦，晃动或脱离椎体等现象，球座1设置在椎体7的尾部。

请参阅图4和图5，下接头4直接与拉力杆5连接，用在坐封力完成的情况下，与拉力杆5推筒脱离，直接脱离可溶桥塞2的本体，减少可溶桥塞2本体的体积。

在坐封过程中，复合结构可溶桥塞2能够更稳定的进行密封与承压，同时也起到了定位固定作用。而且，压裂球座1加工与橡胶6一体化尾部，进一步减小了可溶桥塞的体积。

将桥塞各部件安装在适配器上，将适配器连接在坐封工具串上，一同送入井下，在作封过程中，下接头与推筒的双向施压，卡瓦移动，推动C环使橡胶变形膨胀，当到达坐封压力值，剪钉断裂，下接头与适配器分离，卡瓦与套管内壁紧密贴合，卡瓦内部与锥体沟槽咬合固定，固定住桥塞，橡胶紧贴套管内壁，使桥塞达到密封承压效果。

本发明一种一体式可溶桥塞的制备方法，包括以下步骤：

S1、将椎体7作为橡胶模具连接件与橡胶6通过模具硫化有机的结合成一体；

橡胶6硫化与椎体7外部，在坐封过程中橡胶6随椎体7外径增大而扩张，从而达到密封效果，球座1加工于椎体7尾部。

将锥体放入硫化模具内，橡胶均匀填充在锥体外部，封上模具，通过平板硫化机，加热模具，对模具施加压力使橡胶紧密贴合与锥体外部；

椎体7为可溶金属或可溶非金属，可溶金属可以是镁合金，镁铝合金；可溶非金属为：可溶塑料，可溶橡胶

S2、用高分子复合材料将C环硫化为一体，并粘合在橡胶6上；使其在作封过程中，能够保护橡胶不被卡瓦破坏，导致无法实现密封效果，如图6所示。

高分子复合材料包括可溶橡胶，酚醛树脂，聚酯树脂。

S3、卡瓦3表面采取喷砂、车花纹或增加沟槽，在坐封后起到固定作用；

卡瓦3为2-多瓣或整体使用。

S4、拉力杆5与下接头4通过剪钉连接，坐封后拉力杆5推出，下接头4脱离可溶桥塞2的本体，减小可溶桥塞2的体积。

椎体与橡胶一体化桥塞体积小，结构紧凑，解决石油水利压裂过程中由于地层压力大，产生套筒变形，直径变小，正常桥塞无法到达指定坐封区域，橡胶与金属硫化的新结构可溶桥塞，直径小，体积小，有利于通过井下套筒变形区域。

椎体(可溶金属或非金属)、橡胶结构合理，通过硫化成为一体，作为橡胶的模具的中心骨架，橡胶与可溶椎体可通过硫化连接结合为一体。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

实施例

请参阅图7，将桥塞放入井中其工作方式为，作封推筒推动锥体向前运动，适配器拉动下接头做向后运动，使其卡瓦与锥体橡胶复合体向中间移动，使橡胶能够更好，更安全的与套管内壁达成作封效果。

本发明提供的一种可溶橡胶与可溶椎体硫化一体的新结构可溶桥塞及其制造方法，因其体积小，可以有效的通过井筒受压变形区进行密封作业；同时，减小了桥塞体积，也使之可以快速溶解，除了能够在压裂之后在井下自行完全溶解或降解之外，还可使其在设定的时间内降解，因此制造的桥塞具有体积小，强度高，适应各种温度条件，以及在井下各种温度，矿化度的条件下仍可正常工作。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种一体式可溶桥塞，其特征在于，包括可溶桥塞(2)，可溶桥塞(2)套装在拉力杆(5)上，可溶桥塞(2)与拉力杆(5)之间设置有球座(1)，拉力杆(5)的一端设置有下接头(4)，下接头(4)与可溶桥塞(2)之间设置有卡瓦(3)，卡瓦(3)套装在拉力杆(5)上，可溶桥塞(2)为复合结构，采用橡胶(6)和椎体(7)硫化制成。

2.根据权利要求1所述的一体式可溶桥塞，其特征在于，椎体(7)设置在橡胶(6)的中心作为中心骨架，生胶包裹在椎体(7)的外部，通过橡胶硫化将橡胶(6)与椎体(7)粘连。

3.根据权利要求2所述的一体式可溶桥塞，其特征在于，椎体(7)的中间加工成沟槽，沟槽上部能够支撑上部的橡胶，下部的橡胶与卡瓦(3)连接，球座(1)设置在椎体(7)的尾部。

4.根据权利要求1所述的一体式可溶桥塞，其特征在于，拉力杆(5)与下接头(4)通过剪钉连接。

5.根据权利要求1所述的一体式可溶桥塞，其特征在于，可溶桥塞(2)为单向卡瓦。

6.根据权利要求5所述的一体式可溶桥塞，其特征在于，卡瓦(3)内部与椎体(7)外部通过金刚砂(8)胶粘连接。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的一体式可溶桥塞，其特征在于，可溶桥塞(2)的耐压密封≥70Mpa。

8.一种制备权利要求1所述一体式可溶桥塞的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将椎体作为橡胶模具连接件与橡胶通过模具硫化成一体式可溶桥塞；

S2、用高分子复合材料将C环硫化为一体，并粘合在橡胶上；

S3、在卡瓦的表面采取喷砂、车花纹或增加沟槽，与可溶桥塞连接；

S4、拉力杆与下接头通过剪钉连接，制成一体式可溶桥塞。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤S1中，椎体为可溶金属或可溶非金属，可溶金属为镁合金或镁铝合金；可溶非金属为可溶塑料或可溶橡胶。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤S3中，卡瓦大于等于2瓣。