CN112240176A - 可溶性桥塞 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可溶性桥塞，包括卡筒和受外力能够自卡筒内部对卡筒形成向外挤压的中心体；卡筒包括第一卡瓦体、第二卡瓦体和外箍圈，在中心体自卡筒内部对卡筒进行挤压的过程中，至少所述第一卡瓦体之间会在卡筒径向方向上产生相对运动，使得卡筒在其自身径向方向上向外扩张；至少所述第一卡瓦体和所述第二卡瓦体由可溶性金属材料制成。通过结构位移的形式达到最终的坐封，有效的提高了全金属桥塞的坐封成功率，以及减少生产成本，大大降低了耗材成本。并提升了井下层封的安全可靠性，完美的解决了橡胶筒溶解不彻底带来的安全隐患和金属变形的不确定，缩短的溶解时间，提高了经济效率。

Description

可溶性桥塞

技术领域

本发明涉及油气井封层领域，特别涉及一种可溶性桥塞，其用于与封层套管 紧密贴合的卡筒由可溶性金属材料制成。

背景技术

目前石油等化石燃料已经作为重要的战略资源，而对其采集的研究越来越重 要。电缆泵送桥塞+分簇射孔联作分段压裂工艺是目前国内外页岩气藏储层改造、 提高页岩气水平井单井产量的主流技术，其中桥塞工具是该工艺技术的关键环节 之一其中作为重要的油气井封层工具——桥塞尤其的重要。桥塞的作用是油气井 封层，具有施工工序少、周期短、卡封位置准确的特点。其中主流类型为可溶性 桥塞，集常规快钻式复合桥塞和大通径桥塞优点于一体，压裂施工时提供稳定的 层间封隔，施工结束后可在井内液体环境中、一定温度条件下自行溶解，无需井 筒作业，实现井筒全通径投产。

但是随着可溶性桥塞广泛运用，也出现了很严重的缺陷，当可溶性桥塞的可 溶性金属材料溶解之后，作为密封部件的橡胶筒溶解速度远远小于可溶性金属材 料，使得溶解周期变长，降低工作效率，增加后续工作费用，并且橡胶筒在溶解 的过程中也会出现溶解不彻底，形成块状(如图一)，对后续井下的作业带来施工 风险，以及在回收返排液的过程中堵塞泵体引发安全事故。

现有技术中，虽然有通过对金属变形的形式来代替橡胶筒的密封作用，虽然 一定程度上解决了橡胶筒溶解不彻底带来的安全隐患，但是由于依靠金属形变来 进行密封，其形变具有很大的不确定性以及形变不彻底的情况发生，以及对金属 材料的属性有很高的要求(同时兼顾塑性和可溶性)，因此，大大降低了密封的成 功率和增加了生产成本。所以依靠金属形变的全金属桥塞并不是很好的解决方案。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种可溶性桥塞，能够完美的解决了上述橡胶筒溶解 不彻底带来的安全隐患和金属变形的不确定所产生的问题。

本发明的可溶性桥塞，其包括卡筒和受外力能够自卡筒内部对卡筒形成向外 挤压的中心体；

卡筒包括第一卡瓦体、第二卡瓦体和外箍圈，第一卡瓦体在周向方向上设置 至少两个并共同形成卡筒的圆形主体部，第二卡瓦体在每相邻两个第一卡瓦体的 周向相邻侧之间各设置至少一个，外箍圈自外侧沿周向方向对第一卡瓦体和第二 卡瓦体形成箍紧；

在中心体自卡筒内部对卡筒进行挤压的过程中，至少第一卡瓦体之间会在卡 筒径向方向上产生相对运动，使得卡筒在其自身径向方向上向外扩张；

至少第一卡瓦体和第二卡瓦体由可溶性金属材料制成。

进一步，在中心体自卡筒内部对卡筒挤压的过程中，第二卡瓦体同样会在卡 筒径向方向上产生向外的运动。

进一步，在中心体自卡筒内部对卡筒挤压的过程中，第二卡瓦体在卡筒径向 方向上产生的向外的运动发生在第一卡瓦体在卡筒径向方向上产生的向外的运 动之后。

进一步，每相邻两个第一卡瓦体的周向相邻侧上分别对应设置有插槽，第二 卡瓦体在周向方向上的两端分别位于对应的插槽内，并且第二卡瓦体以不脱离相 应插槽的方式在插槽内进行径向向外的运动。

进一步，第一卡瓦体和/或第二卡瓦体上设置有用于咬入外部的固紧块。

进一步，固紧块和/或外箍圈由可溶性金属材料制成。

进一步，中心体包括前锥头部和后圆柱部，第一卡瓦体和/或第二卡瓦体与 中心体的前锥头部先接触的一端端部内侧均设置弧形切面。

进一步，后圆柱部的后端内侧表面设置为斜面。

进一步，中心体由可容性金属材料制成。

进一步，第一卡瓦体内侧设置有用于对中心体轴向定位的径向凸台。

本发明的有益效果：本发明的可溶性桥塞，通过结构位移的形式达到最 终的坐封，有效的提高了全金属桥塞的坐封成功率，以及减少生产成本，大大 降低了耗材成本。并提升了井下层封的安全可靠性，完美的解决了橡胶筒溶解 不彻底带来的安全隐患和金属变形的不确定，缩短的溶解时间，提高了经济效 率。与常规可溶性桥塞相比，其结构简单，可以让施工人员在较短的时间内完 成安装，并且其体积更小，且便于运输。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明的可溶性桥塞的整体结构示意图；

图2为本发明的可溶性桥塞的整体结构分解示意图；

图3为本发明的可溶性桥塞中的卡筒的结构示意图，其中，卡筒处于未受 到中心体挤压的状态；

图4为本发明的可溶性桥塞中的整体结构示意图，其中，卡筒处于受到中 心体挤压的状态；

图5为本发明的可溶性桥塞中第一卡瓦体的结构示意图；

图6为本发明的可溶性桥塞中第二卡瓦体的结构示意图；

图7为本发明的可溶性桥塞的轴向剖视图。

具体实施方式

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、 完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部 的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前 提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……) 仅用于解释某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情 况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能 理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此， 限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外， 各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能 够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术 方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围内。

本发明提出一种可溶性桥塞。

参照图1-图7，图1为本发明的可溶性桥塞的整体结构示意图，图2为本 发明的可溶性桥塞的整体结构分解示意图，图3为本发明的可溶性桥塞中的卡筒 的结构示意图，其中，卡筒处于未受到中心体挤压的状态，图4为本发明的可溶 性桥塞中的整体结构示意图，其中，卡筒处于受到中心体挤压的状态，图5为本 发明的可溶性桥塞中第一卡瓦体的结构示意图，图6为本发明的可溶性桥塞中第 二卡瓦体的结构示意图，图7为本发明的可溶性桥塞的轴向剖视图，如图1-图7 所示：本实施例的可溶性桥塞包括中心体1、卡筒和端盖6。

其中，中心体1包括前锥头部1-1和后圆柱部1-2，前锥头部1-1和后圆 柱部1-2均为空心体结构，前锥头部1-1的外表面为锥面，前锥头部1-1通过过 盈配合插接在卡筒的后端进行固定，在受到坐封外力时，中心体1会沿卡筒轴向 进行移动，从而自卡筒内部对卡筒形成向外的挤压，在挤压过程中会拉断箍圈， 并迫使卡筒的第一卡瓦体和第二卡瓦体产生径向向外的运动，从而使得卡筒整体 形成径向向外的扩张，直至第一卡瓦体和第二卡瓦体均与油气封层内的套管内壁 紧密贴合，并使得固紧块咬入油气封层内的套管中，从而建立与套管内壁之间的 密封。

本实施例的可溶性桥塞的卡筒包括两个第一卡瓦体2和两个第二卡瓦体3， 其中，两个第一卡瓦体2共同围绕形成卡筒的圆形(即圆柱形)主体部，在该两个 第一卡瓦体2的周向相邻侧之间各设置一个第二卡瓦体3，外箍圈4自外侧沿圆 周方向将第一卡瓦体2和第二卡瓦体3箍紧从而形成固定状态下的卡筒，第一卡 瓦体2和第二卡瓦体3上设置用于外箍圈4嵌入的箍圈槽，外箍圈4的数量视具 体需要进行选择，本实施例中外箍圈4设置为两个。

具体地，在本实施例的每个第一卡瓦体2的周向侧上分别设置一个插槽9 (也可称为开口槽)，即，相邻两个第一卡瓦体2的周向相邻侧上分别对应设置 有插槽9，对应的第二卡瓦体3在周向方向上的端部分别布置在对应的插槽9内。 当第二卡瓦体3在受到中心体1的挤压产生径向向外的运动时，第二卡瓦体3始 终保持在插槽9内运动(即不脱离第一卡瓦体2和插槽9进行运动)，从而对第 二卡瓦体3的径向向外运动产生导向和稳定的作用，也就是说，第二卡瓦体3的 运动过程中，第二卡瓦体3不会产生晃动或倾斜，从而对第二卡瓦体3进行一个 轴向和径向的定位，防止第二卡瓦体3在沿径向运动时，由于外箍圈4的断裂造成错误位移引起的密封不完全的情况

本实施例中，插槽9为在径向穿透第一卡瓦体2的侧壁的C形槽结构；当 然插槽9也能够为在第一卡瓦体2的侧壁上凹陷形成的槽(即不穿透第一卡瓦体 2的侧壁)，此种情况下，第二卡瓦体3的周向端部能够搭接在插槽9沿卡筒径 向方向的槽底壁上进行运动，以更好的达到导向、以及不脱离第一卡瓦体2进行 运动的目的。

在其他的实施例中，第一卡瓦体2也可设置三个、四个或多于四个，只要 能够实现能够共同围绕形成卡筒的圆形主体部即可。

在本实施例中，第一卡瓦体2和第二卡瓦体3上均设置有用于咬入外部的固 紧块5，固紧块5通过在第一卡瓦体2和第二卡瓦体3表面的开孔8套装在对应 的卡瓦体上，用于在接受坐封力后沿径向咬入套管内壁并与套管建立轴向定位桥 塞。

本实施例中，桥塞还包括端盖6，端盖6通过分别在第一卡瓦体2前端位置 开卡槽的形式卡入第一卡瓦体2中进行固定连接。端盖6的前端内径孔内设置螺 纹，用于与坐封工具相连，提供坐封力。

在本实施例中，桥塞整体的所有部件均是由可溶性金属材料镁铝合金制造。 以便以后续坐封结束，返排液进行溶解。为防止桥塞在下井作业的过程中由于返 排液的提前腐蚀造成尺寸的偏差，引起密封不完全，导致坐封失败，我们通过在 桥塞的部件表面(尤其是中心体1和卡筒表面)添加防腐蚀涂层的方法进行优化， 而涂层厚度是通过对返排液流速和井下压强等因素精确计算得到，完全不影响后 期返排液对桥塞的溶解回收。

桥塞坐封时，端盖6通过螺纹配合和坐封工具的拉杆连接提供坐封力，中心 体1沿轴向移动挤压卡筒，此时，金属卡筒的第一卡瓦体2率先受到沿径向的力， 挤压嵌入金属卡筒表面的外箍圈4进行拉伸，当中心体1的斜面锥体完全进入卡 筒中时，外箍圈4完全被拉断，金属卡筒的第一卡瓦体2移动到最大位置，并且 外表面与套管的内壁接触，第一卡瓦体2上的固紧块5咬入油气封层内的套管内 壁，进行一次固定，中心体1继续沿轴向移动，其圆柱体部分进入金属卡筒中， 同时沿径向推动金属卡筒的第二卡瓦体3直至与油气封层内的套管内壁紧紧贴 在一起，第二卡瓦体3上的固紧块5咬入套管内壁，进行二次固定，中心体1最 终运动到金属卡筒的第一卡瓦体2的凸台7位置停止运动，金属卡筒的外表面嵌 入的固紧块5完全咬入油气封层内的套管内壁，使得桥塞完全固定在油气封层内 的套管内壁上，拉杆由于坐封力拉伤螺纹与端盖6脱离，坐封工具脱手退出，此 时桥塞通过结构的位移形成一个与油气封层内的套管内壁紧贴的圆柱体，并且圆 柱体直径达到坐封直径，坐封球落下形成密闭环境，完成坐封。

在中心体1对卡筒的挤压过程中，金属卡筒的第一卡瓦体2率先与油气封 层内的套管内壁接触之后，两个第一卡瓦体2之间形成一个大的开槽，从而对 第二卡瓦体3进行一个轴向和径向的定位，防止第二卡瓦体3在沿径向扩张时， 由于箍圈的断裂造成错误位移引起的密封不完全的情况。

为方便中心体1进入金属卡筒内并顶起第二卡瓦体3，我们在率先和中心体 1接触的地方进行弧形切面使其更容易进入。

在坐封完成之后桥塞位移结束之后，中心体1进入到金属卡筒之后，中心体 1的后圆柱部1-2的外径和金属卡筒扩张之后内径形成的类圆柱体直径相同，完 美贴合在一起，而由于位移之后金属卡筒的第一卡瓦体2和第二卡瓦体3产生了 间隙，但是其扩张之后金属卡筒外径紧贴在油气封层内的套管内壁之上，并不会 产生密闭不严的情况。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管 参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解， 可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的 宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种可溶性桥塞，其特征在于：包括卡筒和受外力能够自卡筒内部对卡筒形成向外挤压的中心体；

所述卡筒包括第一卡瓦体、第二卡瓦体和外箍圈，所述第一卡瓦体在周向方向上设置至少两个并共同形成卡筒的圆形主体部，所述第二卡瓦体在每相邻两个第一卡瓦体的周向相邻侧之间各设置至少一个，所述外箍圈自外侧沿周向方向对第一卡瓦体和第二卡瓦体形成箍紧；

在中心体自卡筒内部对卡筒进行挤压的过程中，至少所述第一卡瓦体之间会在卡筒径向方向上产生相对运动，使得卡筒在其自身径向方向上向外扩张；

至少所述第一卡瓦体和所述第二卡瓦体由可溶性金属材料制成。

2.根据权利要求1所述的可溶性桥塞，其特征在于：在中心体自卡筒内部对卡筒挤压的过程中，所述第二卡瓦体同样会在卡筒径向方向上产生向外的运动。

3.根据权利要求2所述的可溶性桥塞，其特征在于：在中心体自卡筒内部对卡筒挤压的过程中，第二卡瓦体在卡筒径向方向上产生的向外的运动发生在第一卡瓦体在卡筒径向方向上产生的向外的运动之后。

4.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的可溶性桥塞，其特征在于：每相邻两个第一卡瓦体的周向相邻侧上分别对应设置有插槽，所述第二卡瓦体在周向方向上的两端分别位于对应的插槽内。

5.根据权利要求4所述的可溶性桥塞，其特征在于：所述第一卡瓦体和/或所述第二卡瓦体上设置有用于咬入外部的固紧块。

6.根据权利要求5所述的可溶性桥塞，其特征在于：所述固紧块和/或所述外箍圈由可溶性金属材料制成。

7.根据权利要求4所述的可溶性桥塞，其特征在于：所述中心体包括前锥头部和后圆柱部，所述第一卡瓦体和/或所述第二卡瓦体与所述中心体的前锥头部先接触的一端端部内侧均设置弧形切面。

8.根据权利要求7所述的可溶性桥塞，其特征在于：所述后圆柱部的后端内侧表面设置为斜面。

9.根据权利要求7所述的可溶性桥塞，其特征在于：所述中心体由可容性金属材料制成。

10.根据权利要求1所述的可溶性桥塞，其特征在于：所述第一卡瓦体内侧设置有用于对中心体轴向定位的径向凸台。

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