CN112647890B - 一种改进的全可溶桥塞 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种改进的全可溶桥塞，包括镂空式引鞋、分瓣式卡瓦组合体、开放式卡瓦导向槽、保护碗、胶筒、中心体、拉杆组件，镂空式引鞋、分瓣式卡瓦组合体、开放式卡瓦导向槽、中心管均安装在拉杆组件上，保护碗、胶筒安装在开放式卡瓦导向槽和中心管右端膨大部之间，胶筒安装在两保护碗之间,保护碗、胶筒通过各自中心孔安装在中心管的柱段之上，推筒一端与中心管膨大部相接。本发明旨在减小单卡瓦式可溶桥塞长度和重量，提高井下的溶解速率，保证井筒畅通时间。

Description

一种改进的全可溶桥塞

技术领域

本发明属于石油工程设备技术领域，尤其涉及一种改进的全可溶桥塞。

背景技术

提高泵效全可溶桥塞，能暂时性的封堵油、气、水、漏等层位，可对提高泵效的全可溶桥塞上部产层进行高压压裂施工作业，压裂施工作业后，桥塞在井内液体和温度条件下自动溶解，提供生产套管的全通道。目前，该工具主要应用于页岩气井地层改造。

其中，从桥塞在井筒内的通过性考虑，桥塞的外径越小，越容易通过，越大越不容易通过，但是桥塞在井筒内是通过泵注液体将桥塞推送向前移动的，如果外径越小，那么液体推送桥塞移动的效果越差，因此来说外径越小或者越大都不能满足要求。

另外，锁紧机构作为防止胶筒回缩的功能部件，采用单项螺纹结构设计，螺纹只能前进，不能后退，当推力将胶筒压缩的同时锁紧机构进入锁紧状态，取消推力后，胶筒的回弹力作用在锁紧机构上，由于锁紧机构处于锁紧状态不能后退，因此胶筒一直处于压缩状态。

最后，在桥塞坐封时，引鞋对卡瓦底部起支撑作用，确保卡瓦的有效座卡，为了保证引鞋足够的强度，一般都是实心结构，这样，总体积大，与液体的接触面积少，溶解时间长。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种改进的全可溶桥塞。通过外径相对较小的桥塞本体与尺寸可变的泵送环设计结合，实现井下通过性与泵送效率的统一；通过内嵌式锁紧机构，实现单卡瓦式桥塞更优的锁紧性能，同时缩减了桥塞长度与重量；镂空式引鞋，实现更小的桥塞重量和更大的液体接触面积，同时坐封后的丢脱设计，实现了桥塞分体式更快溶解。

本发明采用如下技术方案：

一种改进的全可溶桥塞，包括镂空式引鞋、分瓣式卡瓦组合体、开放式卡瓦导向槽、保护碗、胶筒、中心体、拉杆组件。镂空式引鞋、分瓣式卡瓦组合体、开放式卡瓦导向槽、中心管均安装在拉杆组件上。保护碗、胶筒安装在开放式卡瓦导向槽和中心管右端膨大部之间，胶筒安装在两保护碗之间,保护碗、胶筒通过各自中心孔安装在中心管的柱段之上，推筒一端与中心管膨大部相接。

镂空式引鞋的外螺纹部分用于和泵送环内螺纹相接。

每一辐射状斜槽内开设有镂空通孔，镂空通孔连通至后端面，在外圆周面上开设有连通至中心孔的销钉孔，销钉孔开设的数目与镂空通孔相同，从端面一侧看，每一销钉孔的中轴线与相邻镂空通孔的法线方向呈30°锐角。销钉孔和镂空通孔的数目均为6个。

在销钉孔后侧的外圆周面上还加工有外螺纹，并且在外螺纹与销钉孔连接处还加工有退刀槽，外圆周面与后端面相接位置经过倒角处理，倒角的角度为45°。

在后端面上还铣削有4条辐射状平槽，辐射状平槽从中心孔至外螺纹面开设。

镂空式引鞋通过中心孔与拉杆组件的端部配合连接，坐封销钉通过镂空式引鞋的销钉孔与拉杆组件的第一步部分相接，从而实现将镂空式引鞋安装固定在拉杆组件的端部。

开放式卡瓦导向槽以中心孔为圆在外锥面上加工出了与分瓣式卡瓦组合体数量相同、并与分瓣式卡瓦组合体的内锥面相配合的斜锥面，外锥面与右端面相接处经过倒圆角处理，在右端面的中部有铣削而成的空心六棱台，开放式卡瓦导向槽的内圆周面上加工有内螺纹，并且外锥面上开设有连通至内螺纹的螺钉孔。

开放式卡瓦导向槽通过锁环、中心管安装在拉杆组件的第二部分。锁环通过外螺纹连接在开放式卡瓦导向槽内部，锁环的内部具有内螺纹，其通过内螺纹与中心管实现连接。防转螺钉穿过开放式卡瓦导向槽上的螺钉孔进入锁环的“C”型卡口，实现锁环在中心管内止转。

分瓣式卡瓦组合体配合于卡瓦导向槽和镂空式引鞋之间，并且在开放式卡瓦导向槽受力朝镂空式引鞋方向轴向挤压时，通过开放式卡瓦导向槽和分瓣式卡瓦组合体的斜楔配合以及镂空式引鞋和分瓣式卡瓦组合体的斜楔配合，开放式卡瓦导向槽和镂空式引鞋对分瓣式卡瓦组合体的合力能够驱使分瓣式卡瓦组合体沿径向向外移动实现坐卡。

分瓣式卡瓦组合体的左端面与镂空式引鞋的辐射状斜槽斜楔配合相接，另一端的内锥面、右端面与开放式卡瓦导向槽的斜锥面斜楔配合。分瓣式卡瓦组合体外端面上从左至右还开设有等间距的槽，各个槽内分别安装卡瓦箍环Ⅰ、卡瓦齿、卡瓦箍环Ⅱ。

拉杆组件为阶梯轴式结构，分为5部分，第一部分的轴向长度＞第二部分的轴向长度，第二部分的轴向长度＞第五部分的轴向长度，第五部分的轴向长度＞第三部分的轴向长度，第三部分的轴向长度＞第四部分的轴向长度，其中第四部分为锥状，第五部分为空心的，第五部分的空心部分为螺纹孔，并且第五部分与第一部分的外圆周面上还开设有螺钉孔。

镂空式引鞋、坐封销钉、卡瓦箍环Ⅰ、分瓣式卡瓦组合体、卡瓦齿、卡瓦箍环Ⅱ、开放式卡瓦导向槽、锁环、防转螺钉、中心管、保护碗、胶筒、φ65可溶球、泵送环均为可溶解金属，而拉杆组件和推筒为合金钢材料。

本发明的一种改进的全可溶桥塞的使用方法，步骤流程如下：

步骤1.选择合适大小规格的泵送环，将其安装在镂空引鞋的外螺纹上，并将本发明的改进的全可溶桥塞安装在套管内，放入井下。

步骤2.向套管内泵注液体，将桥塞送至预定位置，再通过推筒向中心管施加作用力，挤压作用下，分瓣式卡瓦组合体沿斜面张开，分瓣式卡瓦组合体的外圆周面与套管内壁咬合，中心管外螺纹进入锁环内螺纹(中心管上，外螺纹方向向右，锁环上，内螺纹方向向左，当中心管被挤压进入锁环后，由于螺纹相互咬合，中心管不能退出锁环)，形成自锁，胶筒被压缩膨胀，与套管内壁贴合。

步骤3.坐封后，坐封销钉被剪断，拉杆组件从桥塞内部抽出。

步骤4.投入φ65可溶球，泵注液体，将φ65可溶球送至桥塞中心管上端面的球座位置，实现密封，封隔上下段井筒。

本发明有益效果：

1.本发明在保留锁紧功能的前提下，将常规的独立式锁紧机构更改为内嵌式锁紧机构，不仅简化了结构，而且有效缩短了整体长度。常规的锁环设计在胶筒的右端或者左端，这样就增加了桥塞的整体长度，本发明将锁紧结构内嵌在锥体内，不需要额外增加长度，减小桥塞的总体体积，溶解需要的时间更短。另一方面，内嵌式锁紧机构可以大大降低泵送过程中的液体冲刷力，延长桥塞的最大坐封时效。

2.本发明中，引鞋本体采用镂空设计，卡瓦底部加工有6个通孔，通过与剪钉错开30°设计，这样既保证了引鞋的整体强度，销钉可以按照设计在轴向受力情况下有效被剪断，并且由于有底部通孔镂空设计，液体可以与引鞋有更多的接触面积，溶解时间得到缩短。

同时，一般的引鞋与桥塞本体采用整体式设计，桥塞工作时，引鞋与卡瓦分离，可以更充分地接触液体，可缩短溶解时间。

附图说明

图1为本发明的结构剖视图；

图2为φ65可溶球的结构示意图；

图3为本发明的等轴测图；

图4为开放式卡瓦导向槽的结构示意图；

图5为分瓣式卡瓦组合体的结构示意图；

图6(a)、图6(b)、图6(c)、图6(d)为镂空式引鞋结构示意图；

图7为开放式卡瓦导向槽的半剖结构示意图；

图8为开放式卡瓦导向槽的右视图；

图9为本发明的初始状态图；

图10为本发明的坐封状态图；

图11为本发明的丢手状态图。

图中：1000-改进的全可溶桥塞、1-镂空式引鞋、2-坐封销钉、3-卡瓦箍环Ⅰ、4-分瓣式卡瓦组合体、5-卡瓦齿、6-卡瓦箍环Ⅱ、7-开放式卡瓦导向槽、8-锁环、9-防转螺钉、10-中心管、11-保护碗、12-胶筒、13-φ65可溶球、15-拉杆组件、16-推筒、17-密封圈、18-锥垫、19-背帽。

101-销钉孔、102-镂空通孔、103-前端面、104-空心圆台、105-辐状斜槽、106-外圆周面、107-后端面、108-中心孔、109-辐状平槽、1010-外螺纹、1011-退刀槽、1012-倒角；

401-左端面、402-内锥面、403-右端面；

701-斜锥面、702-内螺纹、703-螺钉孔、704-空心六棱台、705-右端面、706-外锥面。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明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。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。

如图1、2所示，为本发明的改进的全可溶桥塞1000，其尾部安装有推筒16。

本发明的改进的全可溶桥塞1000，包括镂空式引鞋1、分瓣式卡瓦组合体4、开放式卡瓦导向槽7、保护碗11、胶筒12、中心体10、拉杆组件15。

如图3-5所示，镂空式引鞋1、分瓣式卡瓦组合体4、开放式卡瓦导向槽7、中心管10均安装在拉杆组件15上。

保护碗11、胶筒12安装在开放式卡瓦导向槽7和中心管10右端膨大部之间，胶筒12安装在两保护碗11之间,保护碗11、胶筒12通过各自中心孔安装在中心管10的柱段之上，推筒16一端与中心管10膨大部相接。中心管10的另一端通过被帽19安装有锥垫18，锥垫18与中心孔10接触处还通过密封圈10进行密封处理。

分瓣式卡瓦组合体4配合于卡瓦导向槽7和镂空式引鞋1之间，并且在开放式卡瓦导向槽7受力朝镂空式引鞋方向轴向挤压时，通过开放式卡瓦导向槽7和分瓣式卡瓦组合体4的斜楔配合以及镂空式引鞋1和分瓣式卡瓦组合体4的斜楔配合，开放式卡瓦导向槽7和镂空式引鞋1对分瓣式卡瓦组合体4的合力能够驱使分瓣式卡瓦组合体4沿径向向外移动实现坐卡。

拉杆组件15为阶梯轴式结构，分为5部分，第一部分的轴向长度＞第二部分的轴向长度，第二部分的轴向长度＞第五部分的轴向长度，第五部分的轴向长度＞第三部分的轴向长度，第三部分的轴向长度＞第四部分的轴向长度，其中第四部分为锥状，第五部分为空心的，第五部分的空心部分为螺纹孔，并且第五部分与第一部分的外圆周面上还开设有螺钉孔。

如图6(a)-图6(d)，镂空式引鞋1，其上开有销钉孔101和镂空通孔102。

镂空式引鞋1，整体呈空心圆柱状，镂空式引鞋1基体的一端面经过铣削加工形成空心圆台104和空心圆台周围的前端面103，前端面103低于空心圆台端面3cm，前端面103上还均布开设有辐射状斜槽105，辐射状斜槽105从靠近空心圆台104至与外圆周面106相接处向外开设，且深度逐渐增大，前端面103与镂空式引鞋基体的外圆周面106经过倒圆角处理，辐射状斜槽105与前端面103的夹角为7°。

每一辐射状斜槽105内开设有镂空通孔102，镂空通孔102连通至后端面107，在外圆周面106上开设有连通至中心孔108的销钉孔101，销钉孔101开设的数目与镂空通孔102相同，从端面一侧看，每一销钉孔101的中轴线与相邻镂空通孔102的法线方向呈30°锐角。销钉孔101和镂空通孔102的数目均为6个。

在销钉孔101后侧的外圆周面106上还加工有外螺纹1010，并且在外螺纹1010与销钉孔101连接处还加工有退刀槽1011，外圆周面106与后端面107相接位置经过倒角1012处理，倒角1012的角度为45°。

在后端面107上还铣削有4条辐射状平槽109，辐射状平槽109从中心孔108至外螺纹1010面开设。

镂空式引鞋1通过中心孔108与拉杆组件15的端部配合连接，坐封销钉2通过镂空式引鞋1的销钉孔101与拉杆组件15的第一部分相接，从而实现将镂空式引鞋1安装固定在拉杆组件15的端部。

本发明中引鞋采用镂空设计，分瓣式卡瓦组合体4底部加工有6个通孔，通孔与销钉孔错开30°设计，这样既保证了引鞋的整体强度，销钉可以按照设计在轴向受力情况下，被有效剪断，并且由于底部通孔镂空设计，液体可以与引鞋有更多的接触面积，溶解时间得到缩短。

如图1、图3、图5所示，为分瓣式卡瓦组合体。分瓣式卡瓦组合体4的左端面401与镂空式引鞋1的辐射状斜槽105斜楔配合相接，另一端的内锥面402、右端面403与开放式卡瓦导向槽7的斜锥面701斜楔配合。分瓣式卡瓦组合体4外端面上从左至右还开设有等间距的槽，各个槽内分别安装卡瓦箍环Ⅰ3、卡瓦齿5、卡瓦箍环Ⅱ6。

如图3、图4、图7、图8所示，为开放式卡瓦导向槽。开放式卡瓦导向槽7以中心孔为圆在外锥面706上加工出了与分瓣式卡瓦组合体4数量相同、并与分瓣式卡瓦组合体4的内锥面402相配合的斜锥面701，外锥面706与右端面705相接处经过倒圆角处理，在右端面705的中部有铣削而成的空心六棱台704，开放式卡瓦导向槽7的内圆周面上加工有内螺纹702，并且外锥面706上开设有连通至内螺纹702的螺钉孔703。

开放式卡瓦导向槽7通过锁环8、中心管10安装在拉杆组件15的第二部分。锁环8通过外螺纹连接在开放式卡瓦导向槽7内部，锁环8的内部具有内螺纹，其通过内螺纹与中心管10实现连接。防转螺钉12穿过开放式卡瓦导向槽7上的螺钉孔进入锁环8的“C”型卡口，实现锁环8在中心管10内止转。

本发明使用的锁环8在保留锁紧功能的前提下，将常规独立式锁紧机构更改为内嵌式锁紧机构，不仅简化了结构，而且有效缩短了整体长度。常规的锁环8设计在胶筒12的右端或者左端，这样增加了桥塞1000的整体长度，本次设计将锁紧机构内嵌在开放式卡瓦导向槽7内，不需要额外增加长度，缩短了桥塞1000的总体体积，溶解需要的时间大大缩短。

本发明的镂空式引鞋1、坐封销钉2、卡瓦箍环Ⅰ3、分瓣式卡瓦组合体4、卡瓦齿5、卡瓦箍环Ⅱ6、开放式卡瓦导向槽7、锁环8、防转螺钉12、中心管10、保护碗11、胶筒12、φ65可溶球13均为可溶解金属，而拉杆组件15和推筒16为合金钢材料。

如图2、图9-图11所示，本发明的一种改进的全可溶桥塞的使用方法，步骤流程如下：

步骤1.选择合适大小规格的泵送环8，将其安装在镂空引鞋的外螺纹1010上，并将本发明的改进的全可溶桥塞安装在套管20内，放入井下。

步骤2.向套管20内泵注液体，将桥塞1000送至预定位置，再通过推筒16向中心管10施加作用力，挤压作用下，分瓣式卡瓦组合体4沿斜面张开，分瓣式卡瓦组合体4的外圆周面与套管内壁咬合，中心管10外螺纹进入锁环8内螺纹(中心管10上，外螺纹方向向右，锁环8上，内螺纹方向向左，当中心管10被挤压进入锁环8后，由于螺纹相互咬合，中心管10不能退出锁环8)，形成自锁，胶筒12被压缩膨胀，与套管21内壁贴合。

步骤3.坐封后，坐封销钉2被剪断，拉杆组件15从桥塞1000内部抽出。

步骤4.投入φ65可溶球，泵注液体，将φ65可溶球送至桥塞中心管上端面的球座位置，实现密封，封隔上下段井筒。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种改进的全可溶桥塞，包括镂空式引鞋、分瓣式卡瓦组合体、开放式卡瓦导向槽、保护碗、胶筒、中心体、拉杆组件，其特征在于，镂空式引鞋、分瓣式卡瓦组合体、开放式卡瓦导向槽、中心管均安装在拉杆组件上，保护碗、胶筒安装在开放式卡瓦导向槽和中心管右端膨大部之间，胶筒安装在两保护碗之间,保护碗、胶筒通过各自中心孔安装在中心管的柱段之上，分瓣式卡瓦组合体配合于卡瓦导向槽和镂空式引鞋之间，并且在开放式卡瓦导向槽受力朝镂空式引鞋方向轴向挤压时，通过开放式卡瓦导向槽和分瓣式卡瓦组合体的斜楔配合以及镂空式引鞋和分瓣式卡瓦组合体的斜楔配合，开放式卡瓦导向槽和镂空式引鞋对分瓣式卡瓦组合体的合力能够驱使分瓣式卡瓦组合体沿径向向外移动实现坐卡；

镂空式引鞋，整体呈空心圆柱状，镂空式引鞋基体的一端面经过铣削加工形成空心圆台和空心圆台周围的前端面，前端面上还均布开设有辐射状斜槽，辐射状斜槽从靠近空心圆台至与外圆周面相接处向外开设，且深度逐渐增大，前端面与镂空式引鞋基体的外圆周面经过倒圆角处理，每一辐射状斜槽内开设有镂空通孔，镂空通孔连通至后端面，在外圆周面上开设有连通至中心孔的销钉孔，销钉孔开设的数目与镂空通孔相同，从端面一侧看，在销钉孔后侧的外圆周面上还加工有外螺纹，并且在外螺纹与销钉孔连接处还加工有退刀槽，外圆周面与后端面相接位置经过倒角处理，在后端面上还铣削有辐射状平槽，辐射状平槽从中心孔至外螺纹面开设，镂空式引鞋通过中心孔与拉杆组件的端部配合连接，坐封销钉通过镂空式引鞋的销钉孔与拉杆组件的第一步部分销钉孔相接，从而实现将镂空式引鞋安装固定在拉杆组件的端部。

2.根据权利要求1所述的改进的全可溶桥塞，其特征在于，拉杆组件为阶梯轴式结构，分为5部分，第一部分的轴向长度＞第二部分的轴向长度，第二部分的轴向长度＞第五部分的轴向长度，第五部分的轴向长度＞第三部分的轴向长度，第三部分的轴向长度＞第四部分的轴向长度，其中第四部分为锥状，第五部分为空心的，第五部分的空心部分为螺纹孔，并且第五部分与第一部分的外圆周面上还开设有销钉孔。

3.根据权利要求1所述的改进的全可溶桥塞，其特征在于，销钉孔和镂空通孔的数目均为6个，镂空式引鞋后端面上还铣削有4条辐射状平槽。

4.根据权利要求1所述的改进的全可溶桥塞，其特征在于，开放式卡瓦导向槽以中心孔为圆在外锥面上加工出了与分瓣式卡瓦组合体数量相同、并与分瓣式卡瓦组合体的内锥面相配合的斜锥面，外锥面与右端面相接处经过倒圆角处理，在右端面的中部有铣削而成的空心六棱台，开放式卡瓦导向槽的内圆周面上加工有内螺纹，并且外锥面上开设有连通至内螺纹的螺钉孔，开放式卡瓦导向槽通过锁环、中心管安装在拉杆组件的第二部分，锁环通过外螺纹连接在开放式卡瓦导向槽内部，锁环的内部具有内螺纹，其通过内螺纹与中心管实现连接，防转螺钉穿过开放式卡瓦导向槽上的螺钉孔进入锁环的“C”型卡口，实现锁环在中心管内止转。

5.根据权利要求1所述的改进的全可溶桥塞，其特征在于，分瓣式卡瓦组合体的左端面与镂空式引鞋的辐射状斜槽斜楔配合相接，另一端的内锥面、右端面与开放式卡瓦导向槽的斜锥面斜楔配合，分瓣式卡瓦组合体外端面上从左至右还开设有等间距的槽，各个槽内分别安装卡瓦箍环Ⅰ、卡瓦齿、卡瓦箍环Ⅱ。

6.根据权利要求1所述的改进的全可溶桥塞，其特征在于，镂空式引鞋、坐封销钉、卡瓦箍环Ⅰ、分瓣式卡瓦组合体、卡瓦齿、卡瓦箍环Ⅱ、开放式卡瓦导向槽、锁环、防转螺钉、中心管、保护碗、胶筒、泵送环均为可溶解金属，而拉杆组件和推筒为合金钢材料。

7.根据权利要求1所述的改进的全可溶桥塞，其特征在于，其工作方法为：

步骤1.选择合适大小规格的泵送环，将其安装在镂空引鞋的外螺纹上，并将改进的全可溶桥塞与坐封工具连接后，送入井下；

步骤2.向套管内泵注液体，将桥塞送至预定位置，通过专用坐封工具借助推筒向中心管施加作用力，挤压作用下，分瓣式卡瓦组合体沿斜面张开，分瓣式卡瓦组合体的外圆周面与套管内壁咬合，中心管外螺纹进入锁环内螺纹，形成自锁，胶筒被压缩膨胀，与套管内壁贴合；

步骤3.坐封后，坐封销钉被剪断，拉杆组件从桥塞内部抽出；

步骤4.投入可溶球，泵注液体，将可溶球送至桥塞中心管上端面的球座位置，实现密封，封隔上下段井筒。