CN110617028A - 一种免投球压裂用桥塞 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种免投球压裂用桥塞，包括中心管及依次嵌套在中心管上的上底座、密封胶筒、坐封筒、卡瓦和下底座；中心管顶端连接有线缆，上底座底面与密封胶筒顶面连接，密封胶筒嵌套在坐封筒顶部，卡瓦嵌套在坐封筒底部，卡瓦底部与下底座接触，下底座和中心管通过连接销钉连接；下底座和坐封筒通过连接件柔性连接；坐封筒的通孔内壁上设置有环形槽，环形槽上设置有凹槽，环形槽截面为梯形，环形槽靠近卡瓦的一侧作为下球座，凹槽靠近卡瓦的一侧与环形槽靠近卡瓦的一侧重合；环形槽靠近密封胶筒的一侧作为上球座，凹槽靠近密封胶筒的一侧，该侧面靠近凹槽开口的部位与环形槽靠近密封胶筒的一侧重合。
Description
技术领域
本发明涉及油气田压裂井下分压工具技术领域，特别涉及一种免投球压裂用桥塞。
背景技术
致密油气、页岩油气水平井单井产量的高低取决于储层改造体积的大小，为了增大致密油气、页岩油气等非常规资源的改造体积，提高开发效果，水平井桥塞分段压裂工艺的应用比例逐渐提高，该项工艺是北美非常规油气藏水平井开发的主体技术，应用比例高达80％以上，也是我国油田致密油、四川页岩气等水平井体积压裂的一项关键技术。
目前，桥塞多级压裂工艺的应用比例高达80％以上，其主要工作方式为桥塞通过电缆下到预定位置后由坐封工具进行坐封，坐封完成后对目的层段进行压裂施工，该目的层段施工结束后下入另一级桥塞，对上一目的层段进行封堵，完成下一目的层段的压裂施工。
然而，在实际施工的过程中，至少存在以下问题：桥塞坐封完成后需要从地面投一个压裂封堵球，将桥塞中心通道封堵后才能开始压裂施工，增加了作业工序和作业时间，同时为了将压裂封堵球送到球座上，需要增加额外的泵送液，造成浪费，同时这部分泵送液将进入上一级压裂层段，导致额外进液和液体浪费。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种免投球压裂用桥塞，能够节省压裂准备时间，无需额外泵送液且减少泵送液对上一级压裂层段的影响。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种免投球压裂用桥塞，包括中心管及依次嵌套在中心管上的上底座、密封胶筒、坐封筒、卡瓦和下底座；
中心管顶端连接有线缆，上底座底面与密封胶筒顶面连接，密封胶筒嵌套在坐封筒顶部，卡瓦嵌套在坐封筒底部，卡瓦底部与下底座接触，下底座和中心管通过连接销钉连接；下底座和坐封筒通过连接件柔性连接；
坐封筒轴线方向的中间部分为圆柱段，从圆柱段向两端直径逐渐减小，坐封筒靠近密封胶筒的小口端轴向延伸，密封胶筒嵌套在坐封筒小口端延伸部位；卡瓦的通孔为锥形孔，大口端朝向坐封筒，卡瓦的大口端大于坐封筒小口端直径相同，卡瓦的小口端小于坐封筒小口端直径相同；
坐封筒的通孔内壁上设置有环形槽，环形槽上设置有凹槽，压裂封堵球设置在凹槽中，压裂封堵球直径不大于凹槽和环形槽深度之和，压裂封堵球不超出环形槽开口部位，环形槽截面为梯形，环形槽的开口部位宽度大于底部宽度，环形槽靠近卡瓦的一侧作为下球座，凹槽靠近卡瓦的一侧与环形槽靠近卡瓦的一侧重合；
环形槽靠近密封胶筒的一侧作为上球座，凹槽靠近密封胶筒的一侧，该侧面靠近凹槽开口的部位与环形槽靠近密封胶筒的一侧重合，该侧面未重合部分的深度小于压裂封堵球半径。
优选的，上球座斜边向中心管轴线方向延伸出多个挡板，挡板延伸至中心管外壁，相邻挡板侧面之间存在间隙，形成泄流通道，挡板侧面与中心管轴线平行。
优选的，连接销钉径向贯穿下底座和中心管。
优选的，采用多个连接销钉通过下底座伸入中心管内部。
进一步，连接销钉的径向极限承受力大于130kN。
优选的，所述卡瓦外壁设有锯齿。
优选的，上底座顶部固定有坐封推筒。
优选的，连接件采用套管，套管设置在下底座上，套管嵌套在中心管外部，套管自由端伸入至坐封筒内部，套管长度小于下球座至坐封筒底部的距离，套管与坐封筒的摩擦力为500-1000N。
优选的，连接件采用牵引绳。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明坐封筒一端套接于密封胶筒中，另一端套接于卡瓦中，当桥塞下入到封堵位置时上底座上端的爆炸装置爆炸时产生推力，密封胶筒下推时由于坐封筒锥形部分使密封胶筒向外挤压膨胀，密封胶筒膨胀后会坐封并紧固于当前井段的套管壁上，同时卡瓦受到坐封筒向外的力的作用被撑开，卡在当前井段的套管壁上，使整个桥塞被锚定在套管壁上，当下底座和中心管分离，中心管通过电缆抽出桥塞时，坐封筒内的压裂封堵球解除固定，直井通过压裂封堵球自身重力，水平井通过井口打压，使得压裂封堵球落入到下球座内，完成对已压裂层段的封堵，这样桥塞固定稳定，封堵彻底；节省了桥塞送球时间，节约了泵送封堵球的工作液，减少了泵送液对上一级压裂层段的影响。
进一步，本发明桥塞具有单相封堵能力，当排液或生产时，反向液体或气流推动封堵球落入上球座，由于上球座内有泄流通道，从而实现桥塞的单向封堵。
进一步，卡瓦外壁设有锯齿，能够更牢固的将桥塞锚定在套管壁上。
进一步，上底座顶部固定有坐封推筒，坐封推筒能够在爆炸时保护桥塞不被损伤。
附图说明
图1是本发明的桥塞半剖结构示意图。
图2是本发明的桥塞上球座横切面结构示意图。
图3是本发明的桥塞坐封筒横切面结构示意图。
其中：1-坐封推筒，2-上底座，3-密封胶筒，4-坐封筒，5-上球座，6-压裂封堵球，7-下球座，8-卡瓦，9-下底座连接销钉，10-下底座，11-泄流通道，12-中心管。
具体实施方式
下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式：
需要说明的是，本说明书所附图中示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1所示，一种免投球压裂用桥塞，包括上底座2、密封胶筒3、坐封筒4、内置压裂封堵球6、卡瓦8和下底座10，其中坐封筒4内设置有上球座5和下球座7这两个内置球座，以及一个压裂封堵球6，所述上底座2下端面连接密封胶筒3，所述坐封筒4上端面套接于密封胶筒3中，所述坐封筒4下端面套接于卡瓦8中；为保护上底座2不会被炸药损伤，上底座2上端面连接坐封推筒1，其中坐封推筒1、上底座2、密封胶筒3、坐封筒4、卡瓦8和下底座10中心贯通有通孔，通孔内安装有中心管12，中心管12将坐封推筒1、上底座2、密封胶筒3、坐封筒4、卡瓦8和下底座10依次贯穿。坐封推筒1的顶面上方设有爆炸装置。
电缆和中心管12顶部连接，坐封推筒1底面与上底座2连接，上底座2底面与密封胶筒3顶面连接，密封胶筒3嵌套在坐封筒4一端，卡瓦8嵌套在坐封筒4另一端，卡瓦8底部与下底座10接触。
坐封筒4从中间向两端直径逐渐减小，坐封筒4靠近密封胶筒3的小口端轴向延伸，密封胶筒3通孔直径与坐封筒4小口端直径相同，密封胶筒3嵌套在坐封筒4小口端延伸部位，保证平常状态下两者的连接稳固。
卡瓦8的通孔为锥形孔，大口端朝向坐封筒4，卡瓦8的大口端大于坐封筒4小口端直径相同，卡瓦8的小口端小于坐封筒4小口端直径相同，卡瓦8的锥形孔的斜率与坐封筒4斜率相同，使坐封筒4底部能够伸入至卡瓦8的锥形孔中，并且随着坐封筒4向下移动，能够将卡瓦8撑开，卡瓦8外壁设有锯齿。
坐封筒4的通孔内壁上设置有环形槽，环形槽上设置有凹槽，压裂封堵球6设置在凹槽中，压裂封堵球6直径不大于凹槽和环形槽深度之和，压裂封堵球6不超出环形槽开口部位，环形槽截面为梯形，环形槽的开口部位宽度大于底部宽度，环形槽靠近卡瓦8的一侧作为下球座7，凹槽靠近卡瓦8的一侧与环形槽靠近卡瓦8的一侧重合。
环形槽靠近密封胶筒3的一侧作为上球座5，凹槽靠近密封胶筒3的一侧，该侧面靠近凹槽开口的部位与环形槽靠近密封胶筒3的一侧重合，该侧面未重合部分的深度小于压裂封堵球6半径。上球座5斜边向中心管12轴线方向延伸出多个挡板，挡板延伸至中心管12外壁，相邻挡板侧面之间存在间隙，形成泄流通道11，挡板侧面与中心管12轴线平行。
下底座10和中心管12通过连接销钉9连接，连接方式为两种，一种为使用连接销钉9径向贯穿下底座10和中心管12；另一种为采用多个连接销钉9通过下底座10伸入中心管12内部。连接销钉9的径向极限承受力大于130kN，在爆炸后下底座10受向下的推力，使连接销钉9能够顺利断裂。
下底座10和坐封筒4通过连接件柔性连接，具体为连接件可以为牵引绳，也可以采用套管，套管设置在下底座10上，套管嵌套在中心管12外部，套管自由端伸入至坐封筒4内部，套管长度小于下球座7至坐封筒4底部的距离，套管与坐封筒4的摩擦力为500-1000N。保证点燃爆炸装置的情况下，下底座10不会掉落，在爆炸时，产生的推力能够使坐封筒4与套管滑动连接。
桥塞及附件由电缆下到预定位置后，在地面通过电缆传输电信号，密封胶筒3在上，卡瓦8在下，点燃坐封推筒1上方爆炸装置内的炸药，炸药在图1未标示，使其爆炸后产生向下的推力，推动坐封推筒1向下移动。坐封推筒1向下移动过程中，推动上底座2向下移动，上底座2推动密封胶筒3在坐封筒4上滑动向下移动，受到坐封筒4呈锥形的上端的挤压膨胀，密封胶筒3膨胀后会坐封并紧固于当前井段的套管壁上。随后上底座2推动坐封筒4向下移动，由于卡瓦8在坐封筒4呈锥形的下端外部，卡瓦8受到坐封筒4向外的力的作用被撑开，卡在当前井段的套管壁上，使整个桥塞被锚定在套管壁上。桥塞被锚定后，密封胶筒3受到向下的推力继续向下移动，同时，由于整个桥塞被锚定在套管壁上，桥塞下底座10不能向下移动，下底座10在坐封筒4的作用下，受到向下的推力，使得连接下底座10和中心管12的连接销钉9被剪断，实现桥塞和中心管12的分离。利用电缆将中心管12取出地面，同时释放坐封筒4内置压裂封堵球6。
压裂前根据不同井型采用不同的封堵中心通道方式。
当桥塞放入直井作业时，压裂封堵球6依靠自身重力落入到下球座7内，从而完成对已压裂井段的封堵。
当桥塞放入水平井作业时，从井口注入工作液，液体通过上球座泄流通道11，将压裂封堵球6推送到下球座7内，从而完成对已压裂井段的封堵。
当压裂作业完成后，进入排液、生产阶段时，压裂液或地层内的油气等物质反向流动，推动压裂封堵球6脱离下球座7，形成流动通道，同时由于上球座5含有多个凹型槽结构，使得压裂封堵球6不会完全堵死上球座5，从而实现单向封堵。
本发明结构简单，操作方法简便，桥塞坐封、中心管12抽离后，通过重力或水流推力，使得压裂封堵球6到达坐封筒4的内置下球座7，从而实现分级压裂，减少了地面投球工序，提高了作业效率，并节约了泵注压裂封堵球6所需的工作液，同时减少了泵送液对上一级压裂层段的影响。
上面结合附图对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。
Claims (9)
1.一种免投球压裂用桥塞，其特征在于，包括中心管(12)及依次嵌套在中心管(12)上的上底座(2)、密封胶筒(3)、坐封筒(4)、卡瓦(8)和下底座(10)；
中心管(12)顶端连接有线缆，上底座(2)底面与密封胶筒(3)顶面连接，密封胶筒(3)嵌套在坐封筒(4)顶部，卡瓦(8)嵌套在坐封筒(4)底部，卡瓦(8)底部与下底座(10)接触，下底座(10)和中心管(12)通过连接销钉(9)连接；下底座(10)和坐封筒(4)通过连接件柔性连接；
坐封筒(4)轴线方向的中间部分为圆柱段，从圆柱段向两端直径逐渐减小，坐封筒(4)靠近密封胶筒(3)的小口端轴向延伸，密封胶筒(3)嵌套在坐封筒(4)小口端延伸部位；卡瓦(8)的通孔为锥形孔，大口端朝向坐封筒(4)，卡瓦(8)的大口端大于坐封筒(4)小口端直径相同，卡瓦(8)的小口端小于坐封筒(4)小口端直径相同；
坐封筒(4)的通孔内壁上设置有环形槽，环形槽上设置有凹槽，压裂封堵球(6)设置在凹槽中，压裂封堵球(6)直径不大于凹槽和环形槽深度之和，压裂封堵球(6)不超出环形槽开口部位，环形槽截面为梯形，环形槽的开口部位宽度大于底部宽度，环形槽靠近卡瓦(8)的一侧作为下球座(7)，凹槽靠近卡瓦(8)的一侧与环形槽靠近卡瓦(8)的一侧重合；
环形槽靠近密封胶筒(3)的一侧作为上球座(5)，凹槽靠近密封胶筒(3)的一侧，该侧面靠近凹槽开口的部位与环形槽靠近密封胶筒(3)的一侧重合，该侧面未重合部分的深度小于压裂封堵球(6)半径。
2.根据权利要求1所述的一种免投球压裂用桥塞，其特征在于，上球座(5)斜边向中心管(12)轴线方向延伸出多个挡板，挡板延伸至中心管(12)外壁，相邻挡板侧面之间存在间隙，形成泄流通道(11)，挡板侧面与中心管(12)轴线平行。
3.根据权利要求1所述的一种免投球压裂用桥塞，其特征在于，连接销钉(9)径向贯穿下底座(10)和中心管(12)。
4.根据权利要求1所述的一种免投球压裂用桥塞，其特征在于，采用多个连接销钉(9)通过下底座(10)伸入中心管(12)内部。
5.根据权利要求1、3或5所述的一种免投球压裂用桥塞，其特征在于，连接销钉(9)的径向极限承受力大于130kN。
6.根据权利要求1所述的一种免投球压裂用桥塞，其特征在于，所述卡瓦(8)外壁设有锯齿。
7.据权利要求1所述的一种免投球压裂用桥塞，其特征在于，上底座(2)顶部固定有坐封推筒(1)。
8.据权利要求1所述的一种免投球压裂用桥塞，其特征在于，连接件采用套管，套管设置在下底座(10)上，套管嵌套在中心管(12)外部，套管自由端伸入至坐封筒(4)内部，套管长度小于下球座(7)至坐封筒(4)底部的距离，套管与坐封筒(4)的摩擦力为500-1000N。
9.据权利要求1所述的一种免投球压裂用桥塞，其特征在于，连接件采用牵引绳。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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