CN111119788A - 一种复合桥塞 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种复合桥塞，包括：芯轴，由复合材料制成，并在一端具有轴肩结构；胶筒组件，套设于芯轴，在受到压缩力时可沿芯轴的径向向外膨胀变形；保护碗组件，套设于芯轴，并贴设于胶筒组件的两端；锥体，套设于芯轴，且底部抵接于保护碗组件远离轴肩结构的一侧，具有向远离轴肩结构一端减缩的外锥面；卡瓦，套设于芯轴，位于锥体远离轴肩结构的一侧，并具有与锥体的外锥面相配合的内锥面；以及下接头，穿设于芯轴，并位于卡瓦远离轴肩结构的一侧，能够沿芯轴的轴向对胶筒组件、保护碗组件、锥体和卡瓦进行限位。本公开实施例能够在不影响桥塞的坐挂力和承压强度的基础上，降低钻除时长、钻除的施工难度与作业成本。

Description

一种复合桥塞

技术领域

本公开涉及石油、天然气井下压裂作业领域，尤其涉及一种复合桥塞。

背景技术

桥塞主要用于对油、气井的临时性封堵，用于压裂施工。目前，油田上使用的桥塞有大通径桥塞、常规复合桥塞和可溶桥塞。大通径桥塞和常规复合桥塞，在钻除时时间长，且钻除的碎屑有大有小，小碎屑可以随井液循环带出，大碎屑必须单独打捞，增加了作业成本；可溶桥塞，压裂完无需钻磨，可在井内自动溶解，但其溶解性能受井下温度和井液酸碱性的影响较大，溶解时间差异很大，后续作业时间不可控，如果长时间无法溶解，仍需钻磨。

发明内容

有鉴于此，本公开实施例提供一种复合桥塞，能够在不影响桥塞的坐挂力和承压强度的基础上，降低钻除时长、钻除的施工难度与作业成本，使得压裂施工完成后，操作人员可根据后期生产需求对符合桥塞进行快速钻除。

在本公开的一个方面，提供一种复合桥塞，包括：

芯轴，由复合材料制成，并在一端具有轴肩结构；

胶筒组件，套设于所述芯轴，在受到压缩力时可沿所述芯轴的径向向外膨胀变形；

保护碗组件，套设于所述芯轴，并贴设于所述胶筒组件的两端；

锥体，套设于所述芯轴，且底部抵接于所述保护碗组件远离所述轴肩结构的一侧，具有向远离轴肩结构一端减缩的外锥面；

卡瓦，套设于所述芯轴，位于所述锥体远离所述轴肩结构的一侧，并具有与所述锥体的外锥面相配合的内锥面；以及

下接头，穿设于所述芯轴，并位于所述卡瓦远离所述轴肩结构的一侧，能够沿所述芯轴的轴向对所述胶筒组件、所述保护碗组件、所述锥体和所述卡瓦进行限位。

在一些实施例中，所述胶筒组件包括：

中心胶筒，呈筒状结构，且靠近所述轴肩结构一侧的上底和远离所述轴肩结构一侧的下底分别具有朝向于所述筒状结构中部倾斜的外锥面；

上侧胶筒，呈筒状结构，位于所述中心胶筒靠近所述轴肩结构的一侧，且具有与所述上底的外锥面相对应的内锥面；以及

下侧胶筒，呈筒状结构，位于所述中心胶筒远离所述轴肩结构的一侧，且具有与所述下底的外锥面相对应的内锥面。

在一些实施例中，所述上侧胶筒和所述下侧胶筒各自远离自身内锥面的一端具有朝向于所述中心胶筒倾斜的外锥面。

在一些实施例中，所述保护碗组件包括：

上保护碗，具有碗型结构，且碗型结构的底部中心开孔，以使所述上保护碗套设于所述芯轴，碗型结构的底部抵接于所述芯轴的轴肩结构，碗型结构的碗口包覆于所述上侧胶筒的至少部分外锥面的外侧；以及

下保护碗，具有碗型结构，且碗型结构的底部中心开孔，以使所述下保护碗套设于所述芯轴，碗型结构的底部抵接于所述锥体的底部，碗型结构的碗口包覆于所述下侧胶筒的至少部分外锥面的外侧。

在一些实施例中，所述中心胶筒的筒状结构中心的内壁面上开设有环形槽体，且所述环形槽体的截面形状为三角形。

在一些实施例中，所述芯轴呈管状结构，所述复合桥塞还包括：

剪切环，设置于所述芯轴远离轴肩结构的一端，并位于所述芯轴的管状结构的内部，用于连接坐封工具。

在一些实施例中，所述芯轴的管状结构在靠近轴肩结构的一端设有内锥面，所述内锥面使所述芯轴的管状结构的截面积向端部渐增。

在一些实施例中，所述卡瓦包括：

卡瓦牙，镶嵌于所述卡瓦，并由高强度陶瓷制成；

其中，所述芯轴、所述胶筒组件、所述锥体、所述卡瓦和所述下接头均由复合材料制成，所述下保护碗由抗冲击尼龙制成。

在一些实施例中，所述下侧胶筒的外锥面覆设有硬质膜。

在一些实施例中，所述锥体和/或所述下接头与所述芯轴相接触的壁面上设有防退螺纹，所述防退螺纹能够阻止所述椎体和/或所述下接头朝向远离所述轴肩结构的方向移动。

因此，根据本公开实施例，能够在不影响桥塞的坐挂力和承压强度的基础上，降低钻除时长、钻除的施工难度与作业成本，使得压裂施工完成后，操作人员可根据后期生产需求对符合桥塞进行快速钻除。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：

图1是根据本公开一些实施例的复合桥塞的半剖视角度的结构示意图；

图中：

1、芯轴，2、上保护碗，3、上侧胶筒，4、中心胶筒，5、下侧胶筒，6、下保护碗，7、锥体，8、卡瓦，9、下接头，10、剪切环。

应当明白，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。此外，相同或类似的参考标号表示相同或类似的构件。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。本公开可以以许多不同的形式实现，不限于这里所述的实施例。提供这些实施例是为了使本公开透彻且完整，并且向本领域技术人员充分表达本公开的范围。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、材料的组分、数字表达式和数值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。

本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

在本公开中，当描述到特定器件位于第一器件和第二器件之间时，在该特定器件与第一器件或第二器件之间可以存在居间器件，也可以不存在居间器件。当描述到特定器件连接其它器件时，该特定器件可以与所述其它器件直接连接而不具有居间器件，也可以不与所述其它器件直接连接而具有居间器件。

本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

如图1所示：

在本公开的一个方面，提供一种复合桥塞，包括：

芯轴1，由复合材料制成，并在一端具有轴肩结构；

胶筒组件，套设于所述芯轴1，在受到压缩力时可沿所述芯轴1的径向向外膨胀变形；

保护碗组件，套设于所述芯轴1，并贴设于所述胶筒组件的两端；

锥体7，套设于所述芯轴1，且底部抵接于所述保护碗组件远离所述轴肩结构的一侧，具有向远离轴肩结构一端减缩的外锥面；

卡瓦8，套设于所述芯轴1，位于所述锥体7远离所述轴肩结构的一侧，并具有与所述锥体7的外锥面相配合的内锥面；以及

下接头9，穿设于所述芯轴1，并位于所述卡瓦8远离所述轴肩结构的一侧，能够沿所述芯轴1的轴向对所述胶筒组件、所述保护碗组件、所述锥体7和所述卡瓦8进行限位。

与油田上现有使用工具相比，本发明由于采用了单卡瓦8常规桥塞均为双卡瓦8结构，缩短了工具的长度，因而缩短了钻磨时间且减少了钻磨碎屑，因此减少了作业成本。

进一步的，为了使得胶筒组件能够在作用力下充分膨胀并对油、气井进行充分的密封，以实现良好的坐封效果，在一些实施例中，所述胶筒组件包括：

中心胶筒4，呈筒状结构，且靠近所述轴肩结构一侧的上底和远离所述轴肩结构一侧的下底分别具有朝向于所述筒状结构中部倾斜的外锥面；

上侧胶筒3，呈筒状结构，位于所述中心胶筒4靠近所述轴肩结构的一侧，且具有与所述上底的外锥面相对应的内锥面；以及

下侧胶筒5，呈筒状结构，位于所述中心胶筒4远离所述轴肩结构的一侧，且具有与所述下底的外锥面相对应的内锥面。

所述中心胶筒4的两端分别具有朝向于自身中部倾斜的外锥面，配合以上侧胶筒3和下侧胶筒5上分别设置的内锥面，使得当胶筒组件受到沿芯轴1轴向的压应力时，上侧胶筒3和下侧胶筒5将同时向中心胶筒4挤压，使得中心胶筒4沿所述芯轴1的径向向外膨胀变形，从而对油、气井进行坐封。

进一步的，为了强化所述上侧胶筒3和所述下侧胶筒5对所述中心胶筒4的挤压效果，在一些实施例中，所述上侧胶筒3和所述下侧胶筒5各自远离自身内锥面的一端具有朝向于所述中心胶筒4倾斜的外锥面。

进一步的，为了对所述上侧胶筒3和所述下侧胶筒5远离所述中心胶筒4的一侧进行保护，在一些实施例中，所述保护碗组件包括：

上保护碗2，具有碗型结构，且碗型结构的底部中心开孔，以使所述上保护碗2套设于所述芯轴1，碗型结构的底部抵接于所述芯轴1的轴肩结构，碗型结构的碗口包覆于所述上侧胶筒3的至少部分外锥面的外侧；以及

下保护碗6，具有碗型结构，且碗型结构的底部中心开孔，以使所述下保护碗6套设于所述芯轴1，碗型结构的底部抵接于所述锥体7的底部，碗型结构的碗口包覆于所述下侧胶筒5的至少部分外锥面的外侧。

进一步的，为了强化所述中心胶筒4沿所述芯轴1的径向向外膨胀变形的幅度，在一些实施例中，所述中心胶筒4的筒状结构中心的内壁面上开设有环形槽体，且所述环形槽体的截面形状为三角形。

通过开设所述环形槽体，为所述中心胶筒4沿所述芯轴1的径向向外膨胀变形预留了足够的空间，使得所述中心胶筒4靠近于芯轴1的内壁面可以在受压时向所述环形槽体收缩，从而向外膨胀地更加彻底。

进一步的，为了使坐封工具电缆或油管传输液压与桥塞相互连接，并在下接头9受到较大的拉力后使坐封工具与桥塞相互脱离，在一些实施例中，所述芯轴1呈管状结构，所述复合桥塞还包括：

剪切环10，设置于所述芯轴1远离轴肩结构的一端，并位于所述芯轴1的管状结构的内部，用于连接坐封工具。

进一步的，为了使坐封工具被从油、气井取出后，投入的可溶球或复合压裂秋能够与桥塞相配合，实现通径内密封，在一些实施例中，所述芯轴1的管状结构在靠近轴肩结构的一端设有内锥面，所述内锥面使所述芯轴1的管状结构的截面积向端部渐增。

进一步的，在一些实施例中，所述卡瓦8包括：

卡瓦8牙，镶嵌于所述卡瓦8，并由高强度陶瓷制成；

其中，所述芯轴1、所述胶筒组件、所述锥体7、所述卡瓦8和所述下接头9均由复合材料制成，所述下保护碗6由抗冲击尼龙制成。

在一些实施例中，所述下侧胶筒5的外锥面覆设有硬质膜。

所述卡瓦8上镶嵌高强度陶瓷卡瓦8牙，与双卡瓦8桥塞相比，不会影响桥塞的坐挂力和承压强度，且卡瓦8牙不用钻磨，脱落后与桥塞碎屑相当，会随同井液循环带出；本发明的下侧胶筒5锥面上进行了覆硬质膜处理，增强了胶筒的承压能力；下保护碗6采用高抗冲超韧尼龙，对下侧胶筒的肩部起到了保护作用，规避了下侧胶筒肩部易挤压变形，造成胶筒失封的风险。本发明为复合材料除陶瓷卡瓦8牙，压裂施工完成后，可根据后期生产需求，快速钻除。

进一步的，为了使坐封工具与桥塞脱离后，胶筒能够继续处于压缩密封状态，在一些实施例中，所述锥体7和/或所述下接头9与所述芯轴1相接触的壁面上设有防退螺纹，所述防退螺纹能够阻止所述锥体7和/或所述下接头9朝向远离所述轴肩结构的方向移动。

基于本申请的桥塞结构，在对油、气井进行压裂施工的时候，利用专用坐封工具电缆或油管传输液压产生的相对作用力作用于下接头9上，通过锥体7对胶筒产生压缩力，在一定拉力作用值内，复合卡瓦8破裂并镶嵌在套管内壁上，胶筒膨胀并密封，完成坐封。

当拉力持续上升达到一定值时，剪切环10拉断，坐封工具与桥塞脱离，由于下接头9与心轴间有防退螺纹，因而胶筒一直处于压缩密封状态，此过程完成丢手动作。

取出坐封工具后，油管内投入可溶球或复合压裂球，与桥塞心轴上端内锥面配合，实现通径内密封。压裂作业完成后，可溶球将与压裂液或地层返出水发生电化学反应，逐步溶解。而复合桥塞和复合压裂球，可使用专用磨铣工具，快速钻除。复合卡瓦8上的陶瓷牙和复合桥塞、复合压裂球的钻磨碎屑会随井液排除。

因此，根据本公开实施例，能够在不影响桥塞的坐挂力和承压强度的基础上，降低钻除时长、钻除的施工难度与作业成本，使得压裂施工完成后，操作人员可根据后期生产需求对复合桥塞进行快速钻除。

至此，已经详细描述了本公开的各实施例。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改或者对部分技术特征进行等同替换。本公开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种复合桥塞，其特征在于，包括：

芯轴(1)，由复合材料制成，并在一端具有轴肩结构；

胶筒组件，套设于所述芯轴(1)，在受到压缩力时可沿所述芯轴(1)的径向向外膨胀变形；

保护碗组件，套设于所述芯轴(1)，并贴设于所述胶筒组件的两端；

锥体(7)，套设于所述芯轴(1)，且底部抵接于所述保护碗组件远离所述轴肩结构的一侧，具有向远离轴肩结构一端减缩的外锥面；

卡瓦(8)，套设于所述芯轴(1)，位于所述锥体(7)远离所述轴肩结构的一侧，并具有与所述锥体(7)的外锥面相配合的内锥面；以及

下接头(9)，穿设于所述芯轴(1)，并位于所述卡瓦(8)远离所述轴肩结构的一侧，能够沿所述芯轴(1)的轴向对所述胶筒组件、所述保护碗组件、所述锥体(7)和所述卡瓦(8)进行限位。

2.根据权利要求1所述的复合桥塞，其特征在于，所述胶筒组件包括：

中心胶筒(4)，呈筒状结构，且靠近所述轴肩结构一侧的上底和远离所述轴肩结构一侧的下底分别具有朝向于所述筒状结构中部倾斜的外锥面；

上侧胶筒(3)，呈筒状结构，位于所述中心胶筒(4)靠近所述轴肩结构的一侧，且具有与所述上底的外锥面相对应的内锥面；以及

下侧胶筒(5)，呈筒状结构，位于所述中心胶筒(4)远离所述轴肩结构的一侧，且具有与所述下底的外锥面相对应的内锥面。

3.根据权利要求2所述的复合桥塞，其特征在于，所述上侧胶筒(3)和所述下侧胶筒(5)各自远离自身内锥面的一端具有朝向于所述中心胶筒(4)倾斜的外锥面。

4.根据权利要求3所述的复合桥塞，其特征在于，所述保护碗组件包括：

上保护碗(2)，具有碗型结构，且碗型结构的底部中心开孔，以使所述上保护碗(2)套设于所述芯轴(1)，碗型结构的底部抵接于所述芯轴(1)的轴肩结构，碗型结构的碗口包覆于所述上侧胶筒(3)的至少部分外锥面的外侧；以及

下保护碗(6)，具有碗型结构，且碗型结构的底部中心开孔，以使所述下保护碗(6)套设于所述芯轴(1)，碗型结构的底部抵接于所述锥体(7)的底部，碗型结构的碗口包覆于所述下侧胶筒(5)的至少部分外锥面的外侧。

5.根据权利要求2所述的复合桥塞，其特征在于，所述中心胶筒(4)的筒状结构中心的内壁面上开设有环形槽体，且所述环形槽体的截面形状为三角形。

6.根据权利要求1所述的复合桥塞，其特征在于，所述芯轴(1)呈管状结构，所述复合桥塞还包括：

剪切环(10)，设置于所述芯轴(1)远离轴肩结构的一端，并位于所述芯轴(1)的管状结构的内部，用于连接坐封工具。

7.根据权利要求6所述的复合桥塞，其特征在于，所述芯轴(1)的管状结构在靠近轴肩结构的一端设有内锥面，所述内锥面使所述芯轴(1)的管状结构的截面积向端部渐增。

8.根据权利要求2所述的复合桥塞，其特征在于，所述卡瓦(8)包括：

卡瓦(8)牙，镶嵌于所述卡瓦(8)，并由高强度陶瓷制成；

其中，所述芯轴(1)、所述胶筒组件、所述锥体(7)、所述卡瓦(8)和所述下接头(9)均由复合材料制成，所述下保护碗(6)由抗冲击尼龙制成。

9.根据权利要求3所述的复合桥塞，其特征在于，所述下侧胶筒(5)的外锥面覆设有硬质膜。

10.根据权利要求1所述的复合桥塞，其特征在于，所述锥体(7)和/或所述下接头(9)与所述芯轴(1)相接触的壁面上设有防退螺纹，所述防退螺纹能够阻止所述锥体(7)和/或所述下接头(9)朝向远离所述轴肩结构的方向移动。

Images