CN206220920U - 用于桥塞的变径支撑环以及桥塞 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于桥塞的变径支撑环以及桥塞，涉及工程机械技术领域。解决了现有技术存在封堵效果不稳定的技术问题。该用于桥塞的变径支撑环包括环形体以及设置在所述环形体周向外壁或端面上的坐封面，所述环形体在轴向的挤压力作用下受压变形后能利用所述坐封面抵接、坐封于桥塞所在的套管内壁上并与所述套管的内壁形成面接触式密封连接。该桥塞包括本实用新型任一技术方案提供的用于桥塞的变径支撑环。本实用新型用于提高桥塞的封堵效果、锚定性能以及施工便利性。

Description

用于桥塞的变径支撑环以及桥塞

技术领域

本实用新型涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种用于桥塞的变径支撑环以及应用该变径支撑环的桥塞。

背景技术

在油田的勘探开发过程中，由于油、气、水井的产层因分层试油、分层段压裂或分层段试采等技术需要，必须采取一种临时性封堵工艺，把当前的生产层封堵掉，切断生产层在井筒内的流动通道，以便于对其它产层实施工艺措施，待工艺完成后，再解除临时封堵，建立生产层与井筒的流动通道，实现对油、气井的采油、采气生产。由于桥塞封堵是目前最经济有效的井筒封堵工艺，也是在井筒作业、措施改造和试油试采技术中应用范围较广的工艺方法，是油田在勘探与开发生产过程中应用最广的工艺之一。但是，本申请人发现现有技术提供的如图1所示的桥塞至少存在以下技术问题：

一是中途坐封问题影响正常使用，不论是国外的产品和国内的产品，由于桥塞送入工具与桥塞丢手设置的自由运动态势，在桥塞送入过程中容易出现中途坐封问题，一旦出现中途坐封问题，就需要进行回收或钻除处理，影响工期和成本；

二是回收或钻塞成本高、难度大，钻塞过程中受井筒内条件的限制(如沉砂、落物、井壁结垢等)，使得钻塞更加困难，需要进行其它工艺提前处理井筒，造成了施工成本增加，严重的还会导致井筒复杂情况出现，影响油气井的正常生产；同时，在钻塞过程中，不论是可钻桥塞还是复合材料易钻桥塞，一方面桥塞本身钻除需要地面动力系统，施工成本高，同时桥塞自身的卡瓦采用高强度材质制造，钻磨性能极差，成为钻塞的最大难点，卡瓦块还容易形成钻塞管柱遇卡问题，使整个钻塞工艺的成本大幅度上升；

三是目前的桥塞存在座封后封堵效果不稳定，这是桥塞胶筒与井壁有漏失通道，桥塞失去了封堵的作用，其后果是压裂液去向不明，造成严重浪费；

四是桥塞座封后锚定不可靠，压裂时桥塞下行，造成分层失效，严重影响分层压裂施工质量；

五是桥塞的球笼不能在施工现场调整，给压裂施工带来不便；

六是用可降解橡胶和可降解聚合物材料制作桥塞的弹性密封筒，但是可降解橡胶和可降解聚合物材料不耐温，无法满足于高抗压强度的应用环境；用工业生产和日常生活之中的降解纸、降解塑料和仿金属降解材料制作桥塞，由于这些材料自身存在应用范围和条件限制，强度大都很低，只能达到普通碳钢金属材料30-40％的强度，该种材料制造的桥塞在矿场应用中，无法满足于高抗压强度的应用环境。

实用新型内容

本实用新型的至少一个目的是提出一种用于桥塞的变径支撑环以及应用该变径支撑环的桥塞，解决了现有技术存在封堵效果不稳定的技术问题。本实用新型提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果(封堵效果持久、稳定，锚定可靠性好，不会出现中途坐封问题、无需钻塞、施工方便等)详见下文阐述。

为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

本实用新型提供的用于桥塞的变径支撑环，包括环形体以及设置在所述环形体周向外壁或端面上的坐封面，所述环形体在轴向的挤压力作用下受压变形后能利用所述坐封面抵接、坐封于桥塞所在的套管内壁上并与所述套管的内壁(条件允许也可以为井壁)形成面接触式密封连接。

作为本实用新型前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述环形体包括第一环形体以及第二环形体，所述第一环形体与所述第二环形体互相叠合，其中：

所述坐封面包括设置在所述第一环形体周向外壁或端面上的第一坐封面以及设置在所述第二环形体周向外壁或端面上的第二坐封面；所述第一环形体与所述第二环形体两者共同在轴向的挤压力作用下受压变形后能利用所述第一坐封面以及所述第二坐封面共同抵接、坐封于桥塞所在的套管内壁上并与所述套管的内壁形成面接触式密封连接。

作为本实用新型前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述第一坐封面和/或所述第二坐封面在所述第一环形体与所述第二环形体两者受压变形前为锥面或弧面。

作为本实用新型前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述第一环形体与所述第二环形体各自套设于所述桥塞的弹性密封筒的区段设置有至少两条缝隙，或者，所述第一环形体与所述第二环形体各自套设于所述桥塞的弹性密封筒的区段设置有至少两条预置裂缝，所述第一环形体与所述第二环形体受压变形后，所述预置裂缝会裂开并形成缝隙；其中:

所述缝隙将该区段分隔为至少两条沿周向方向排布的叉状分支，且所述第一坐封面和/或所述第二坐封面位于所述叉状分支的周向外壁或端面上；

所述第一环形体上的缝隙或预置裂缝与所述第二环形体上的缝隙或预置裂缝在周向方向上互相错开。

作为本实用新型前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述第一环形体上的缝隙的位置介于所述第二环形体上的两条相邻的缝隙之间在周向方向上的中间位置。

作为本实用新型前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述变径支撑环为可降解材料或可腐蚀材料制成。

作为本实用新型前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述变径支撑环的延展性大于5％。

作为本实用新型前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述变径支撑环的材料在70℃的氯化钾含量为0.5％的溶液中腐蚀速率大于0.1mg/cm²·hr。

作为本实用新型前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述用于桥塞的变径支撑环还包括至少一个第三环形体，所述第三环形体与所述第一环形体或所述第二环形体互相叠合，其中：

所述第三环形体的周向外壁或端面上设置有第三坐封面，所述第一环形体、所述第二环形体以及所述第三环形体共同在轴向的挤压力作用下受压变形后均能利用所述第一坐封面、所述第二坐封面以及所述第三坐封面抵接、坐封于桥塞所在的套管内壁上并与所述套管的内壁形成面接触式密封连接。

本实用新型实施例提供的桥塞，包括丢手接头、弹性密封筒、卡瓦压台以及两个变径支撑环，两个变径支撑环中至少一个为本实用新型任一技术方案提供的用于桥塞的变径支撑环，其中:

所述弹性密封筒、所述卡瓦压台以及两个所述变径支撑环均套设在所述丢手接头上；

所述弹性密封筒介于两个所述变径支撑环之间；

所述变径支撑环能在所述卡瓦压台以及所述弹性密封筒共同施加的轴向挤压力的作用下坐封于桥塞所在的套管内壁上。

作为本实用新型前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述卡瓦压台上挤压所述变径支撑环的端面为平面，且所述平面垂直于所述变径支撑环的轴向方向，所述变径支撑环的周向外壁接近所述卡瓦压台的区段与所述卡瓦压台之间存在用于容纳所述变径支撑环变形的避让间隙。

作为本实用新型前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述桥塞还包括套设在所述丢手接头上的压环、卡瓦组件，其中：

所述卡瓦组件介于所述压环与所述卡瓦压台之间；

所述卡瓦组件包括环箍以及至少两块卡瓦，所述环箍套设在所述卡瓦之外，所述卡瓦与所述压环之间设置有导向结构，所述压环对所述卡瓦施加轴向压力时，在所述导向结构的作用下，所有的所述卡瓦均能始终以对中的状态从靠近所述丢手接头中轴线的位置滑动至锚定于桥塞所在的套管内壁的位置。

作为本实用新型前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述压环与所述丢手接头之间采用连接力可调节的螺纹结构相连接；和/或，

所述导向结构包括设置在所述卡瓦与所述压环两者其中之一上的楔形面以及设置在所述卡瓦与所述压环两者其中另一上的直线形凹槽，其中：

所述直线形凹槽的底面为坡面，所述楔形面与所述坡面相抵接且能相对滑动。

作为本实用新型前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述卡瓦包括齿牙基座以及锚定齿牙，其中：

所述卡瓦通过所述锚定齿牙锚定在所述套管内壁上；

所述齿牙基座上设置有安装槽，所述锚定齿牙嵌于所述安装槽内且所述锚定齿牙的底面与所述安装槽的底面相抵接，所述锚定齿牙的底面能将所述锚定齿牙锚定过程中承受的沿所述丢手接头轴向摩擦力部分转化为沿所述丢手接头径向的压力。

作为本实用新型前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述锚定齿牙的底面为平面或弧面，所述弧面的中心线或所述平面与所述丢手接头的中轴线存在锐角或钝角夹角。

作为本实用新型前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述锚定齿牙位于所述齿牙基座上接近所述压环的位置，和/或，所述锚定齿牙朝接近所述压环的方向厚度尺寸逐渐增大。

作为本实用新型前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述丢手接头、弹性密封筒、所述压环、所述环箍以及所述齿牙基座均为可降解材料或可腐蚀材料制成。

作为本实用新型前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述丢手接头接近地层出口的外端口处设置有单流阀，所述单流阀包括封堵体以及防脱圈，其中：

所述封堵体单向封堵住所述丢手接头的外端口且能阻止流体沿背离所述地层出口的方向从所述丢手接头的外端口流入所述丢手接头的内部流体通道；

所述防脱圈与所述丢手接头可拆卸连接且能防止所述封堵体从所述丢手接头的外端口脱离。

作为本实用新型前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述单流阀还包括(优选为可降解材料或可腐蚀材料制成)的防护圈，所述防护圈抵靠在所述丢手接头的外端口上且其耐降解或耐腐蚀性能强于所述丢手接头；

所述封堵体堵塞在所述防护圈的内壁上，且能将所述防护圈的中心通孔封堵以阻止流体通过所述防护圈的中心通孔沿背离所述地层出口的方向流入所述丢手接头的内部流体通道；

所述防脱圈与所述丢手接头可拆卸连接且能将所述防护圈的位置锁定并能防止所述封堵体从所述防护圈脱离。

作为本实用新型前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述防脱圈的内壁上设置有止位凸缘，所述止位凸缘抵压于所述防护圈上以将所述防护圈锁止于抵靠在所述丢手接头的外端口上的位置。

作为本实用新型前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述防脱圈上设置有防脱凸缘或防脱销轴，所述防脱凸缘或防脱销轴能防止所述封堵体从所述丢手接头的外端口脱离。

作为本实用新型前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述防脱圈、所述封堵体均为可降解材料或可腐蚀材料制成。

作为本实用新型前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述桥塞的零部件中部分或全部采用第一可腐蚀材料或第二可腐蚀材料，其中：

所述第一可腐蚀材料成分为：Al：5～10wt％，Zn：0.1～3wt％，Mn：0.01～1wt％，Sn:0.01～1wt％，Cu：0.05～5wt％，Pb：0.01～1.9wt％，Fe：0.01～5wt％，Si：0.01～1wt％，余量为Mg，各组分重量百分之和为100wt％；

所述第二可腐蚀材料成分为：Mg：2～7.8wt％，Cu：0.01～4wt％，Sn：0.01～2wt％，Zn：0.01～9wt％，Ga：0.1～4.5wt％，Mn：0.01～1wt％，In：0.1～4.5wt％，Fe：0.01～3wt％，余量为Al，各组分重量百分之和为100wt％。

作为本实用新型前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述第一可腐蚀材料或第二可腐蚀材料的制备工艺包括下述步骤：

步骤A：冶炼、铸造

按设计的合金组分配比，称取各组分，升温熔化后，精炼，浇铸；

步骤B：后处理

将第一步所得铸锭进行热处理包括均匀化退火，淬火，时效处理或者变形处理(包括挤压、锻造、轧制等)。

作为本实用新型前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，步骤A中的所述冶炼为真空冶炼或气氛保护冶炼。

作为本实用新型前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，制备所述第一可腐蚀材料时，所述步骤A中包括步骤：

按一定配比真空冶炼或气氛保护冶炼第一可腐蚀材料中间合金C，第一可腐蚀材料中间合金C包括铝、锰、铁、硅和铜；

采用气氛保护冶炼或真空冶炼工艺，首先熔化纯镁、纯铝、纯锡、纯锌、纯铅，再加入所述第一可腐蚀材料中间合金C；

和/或，制备所述第二可腐蚀材料时，所述步骤A中包括步骤：

按一定配比真空冶炼或气氛保护冶炼所述第二可腐蚀材料中间合金D，所述第二可腐蚀材料中间合金D包括铝、铜、锰、铁；

采用气氛保护冶炼或真空冶炼工艺，首先熔化纯镁、纯镓、纯铝、纯锡、纯锌、纯铟，再加入所述第二可腐蚀材料中间合金D。

作为本实用新型前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述第一可腐蚀材料的性能满足如下条件：

室温下压缩强度为400MPa以上；在70℃且0.5％氯化钾溶液中腐蚀速率大于0.2mg/cm²·hr；和/或，

所述第二可腐蚀材料的性能满足如下条件：在室温下压缩强度为320MPa以上；在70℃的氯化钾含量为0.5％的溶液中腐蚀速率大于0.1mg/cm²·hr。

基于上述技术方案，本实用新型实施例至少可以产生如下技术效果：

本实用新型中用于桥塞的变径支撑环其内的环形体在轴向的挤压力作用下受压变形后能利用坐封面抵接、坐封于桥塞所在的套管内壁上并与套管的内壁(条件允许也可以为井壁)形成面接触式密封连接，面接触式密封连接不仅接触面积大，连接处不易出现应力集中问题，结构可靠性强，而且密封效果更为理想、稳定，所以解决了现有技术存在封堵效果不稳定的技术问题。

另外，需要强调的是：本实用新型提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果(封堵效果持久、稳定，锚定可靠性好，不会出现中途坐封问题、无需钻塞、施工方便等)详见下文阐述。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为现有技术中提供的桥塞的示意图；

图2为本实用新型实施例所提供的桥塞的示意图；

图3为本实用新型实施例所提供的桥塞中变径支撑环的第一环形体的剖视示意图；

图4为本实用新型实施例所提供的桥塞中一种变径支撑环中的第一环形体与第二环形体互相叠合时的剖视示意图；

图5为本实用新型实施例所提供的桥塞中另一种变径支撑环中的第一环形体与第二环形体互相叠合时的剖视示意图；

图6为本实用新型实施例所提供的桥塞中设置有直线型凹槽的压环与设置有扇形凹槽的压环的对比示意图；

图7为本实用新型实施例所提供的桥塞中设置有直线型凹槽的压环的剖视示意图；

图8为本实用新型实施例所提供的桥塞中齿牙基座与锚定齿牙共同组成的卡瓦的主视示意图；

图9为图8所示卡瓦的俯视示意图；

图10为图8所示卡瓦的仰视示意图；

图11为本实用新型实施例所提供的桥塞中八个齿牙基座与两条环箍组装后沿轴向从上朝下(朝通往井底的方向)观看时的示意图；

图12为本实用新型实施例所提供的桥塞中八个齿牙基座与两条环箍组装后沿轴向从下朝上(朝通往井口的方向)观看时的示意图；

图13为本实用新型实施例所提供的桥塞中防脱圈对防护圈进行限位时两者形成的组合体的剖视示意图；

图14为本实用新型实施例所提供的桥塞中防脱圈对防护圈进行限位时两者与丢手接头共同形成的组合体的局部剖视示意图；

附图标记：1、压环(位于上游)；2、环箍；3、锚定齿牙；31、锚定齿牙的底面；4、齿牙基座；5、第一环形体；6、第二环形体(属于上变径支撑环)；7、弹性密封筒；8、第二环形体(属于下变径支撑环)；9、卡瓦压台(或称：卡瓦体)；10、压环(位于下游)；101、凹槽；102、坡面；103、楔形面；11、防脱销轴；12、防脱圈；121、止位凸缘；13、封堵体；14、防护圈；15、丢手接头(标号标示的位置为其接近地层出口的部分)；161、第一坐封面；162、第二坐封面；17、下游端支撑体

具体实施方式

下面可以参照附图图1～图14以及文字内容理解本实用新型的内容以及本实用新型与现有技术之间的区别点。下文通过附图以及列举本实用新型的一些可选实施例的方式，对本实用新型的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。需要说明的是：本实施例中的任何技术特征、任何技术方案均是多种可选的技术特征或可选的技术方案中的一种或几种，为了描述简洁的需要本文件中无法穷举本实用新型的所有可替代的技术特征以及可替代的技术方案，也不便于每个技术特征的实施方式均强调其为可选的多种实施方式之一，所以本领域技术人员应该知晓：可以将本实用新型提供的任一技术手段进行替换或将本实用新型提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到新的技术方案。本实施例内的任何技术特征以及任何技术方案均不限制本实用新型的保护范围，本实用新型的保护范围应该包括本领域技术人员不付出创造性劳动所能想到的任何替代技术方案以及本领域技术人员将本实用新型提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到的新的技术方案。

本实用新型实施例提供了一种具有封堵效果持久、稳定，锚定可靠性好，不会出现中途坐封问题、无需钻塞、施工方便等优点的用于桥塞的变径支撑环以及应用该变径支撑环的桥塞。

下面结合图1～图14对本实用新型提供的技术方案进行更为详细的阐述。

如图2～图14所示，本实用新型实施例所提供的用于桥塞的变径支撑环，包括环形体以及设置在环形体周向外壁或端面上的坐封面(优选为包括第一坐封面161以及第二坐封面162)，环形体在轴向的挤压力作用下受压变形后能利用坐封面抵接、坐封于桥塞所在的套管内壁上并与套管的内壁(条件允许也可以为井壁)形成面接触式密封连接。

本实用新型中用于桥塞的变径支撑环其内的环形体在轴向的挤压力作用下受压变形后能利用坐封面抵接、坐封于桥塞所在的套管内壁上并与套管的内壁(条件允许也可以为井壁)形成面接触式密封连接，面接触式密封连接不仅接触面积大，连接处不易出现应力集中问题，结构可靠性强，而且密封效果更为理想、稳定。

另外，需要强调的是：本实用新型提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果(封堵效果持久、稳定，锚定可靠性好，不会出现中途坐封问题、无需钻塞、施工方便等)详见下文阐述。

作为可选地实施方式，环形体包括第一环形体5以及第二环形体6，第一环形体5与第二环形体6互相叠合，其中：

如图4和图5所示坐封面包括设置在第一环形体5周向外壁或端面上的第一坐封面161以及设置在第二环形体6周向外壁或端面上的第二坐封面162；第一环形体5与第二环形体6两者共同在轴向的挤压力作用下受压变形后能利用第一坐封面以及第二坐封面共同抵接、坐封于桥塞所在的套管内壁上并与套管的内壁形成面接触式密封连接。

第一环形体以及第二环形体两者互相补充、互相支持可以配合实现更为良好的密封效果。作为可选地实施方式，第一坐封面和/或第二坐封面在第一环形体5与第二环形体6两者受压变形前为锥面或弧面，优选为锥面。该结构的坐封面坐封于桥塞所在的套管内壁上时，其与套管内壁之间贴合面积大，且周围不易产生应力集中，所以具有封堵效果持久、稳定的效果。

作为可选地实施方式，第一环形体5与第二环形体6各自套设于桥塞的弹性密封筒7的区段设置有至少两条缝隙或至少两条预置裂缝，其中:所述第一环形体与所述第二环形体受压变形后，所述预置裂缝会裂开并形成缝隙；缝隙将该区段分隔为至少两条沿周向方向排布的叉状分支，且坐封面位于叉状分支的周向外壁上。叉状分支的弹性更强，坐封时，其沿周向方向与套管内壁之间坐封的区域抵靠力更为均一，密封效果更为理想。

作为可选地实施方式，第一环形体5上的缝隙与第二环形体6上的缝隙在周向方向上互相错开。此时可以避免弹性密封筒7被压裂时，弹性密封筒7的碎渣渗透并经过变径支撑环。

作为可选地实施方式，第一环形体5上的缝隙的位置介于第二环形体6上的两条相邻的缝隙之间在周向方向上的中间位置。该结构可以更为有效地避免弹性密封筒7被压裂时，弹性密封筒7的碎渣渗透并经过变径支撑环。

作为可选地实施方式，变径支撑环为可降解材料或可腐蚀材料制成。变径支撑环在地层压裂作业完成后自行降解或快速腐蚀腐蚀，由此省略了钻塞工艺。另外，万一坐封失败，也可以使变径支撑环自行降解或腐蚀后再坐封新的桥塞，故而施工方便。

作为可选地实施方式，第一环形体5上的第一坐封面与第二环形体6上的第二坐封面两者平齐、坐封于桥塞所在的套管内壁上时，在轴向方向上两者互相平齐。此时坐封、密封效果均更为理想。

作为可选地实施方式，变径支撑环的延展性大于5％。变径支撑环的延展性优选大于7％。此时变径支撑环弹性比较好，不易损坏，坐封、密封效果的持久性更为理想。

作为可选地实施方式，变径支撑环的材料成分为：Mg：2～7.8wt％，Cu：0.01～4wt％，Sn：0.01～2wt％，Zn：0.01～9wt％，Ga：0.1～4.5wt％，Mn：0.01～1wt％，In：0.1～4.5wt％，Fe：0.01～3wt％，余量为Al，各组分重量百分之和为100wt％。上述材料成分配比制成的变径支撑环降解、腐蚀性能以及强度、硬度性能均可以较好的满足油气储层压裂和油气开采的需求。当然，上述公开的材料成分配比仅为本实用新型优选的成本配比，本领域技术人员也可以对其部分或全部元素以及元素的重量百分比进行更改。同时，上述材料也可以应用于制造变径支撑环之外的其他桥塞的零部件。

作为可选地实施方式，用于桥塞的变径支撑环还包括至少一个第三环形体，第三环形体与第一环形体5或第二环形体6互相叠合，其中：

第三环形体的周向外壁或端面上设置有第三坐封面，第一环形体5、第二环形体6以及第三环形体共同在轴向的挤压力作用下受压变形后均能利用各自的坐封面抵接、坐封于桥塞所在的套管内壁上并与套管的内壁形成面接触式密封连接。第三环形体可以根据坐封的实际要求设置，也可以不设置，设置时其数目可以根据需要设计一个或多个。

本实用新型实施例提供的桥塞，包括丢手接头15、弹性密封筒7、卡瓦压台9以及两个变径支撑环，两个变径支撑环中至少一个为(优选为两个均为)本实用新型任一技术方案提供的用于桥塞的变径支撑环，其中:

弹性密封筒7、卡瓦压台9以及两个变径支撑环均套设在丢手接头15上；

弹性密封筒7介于两个变径支撑环之间；

变径支撑环能在卡瓦压台9以及弹性密封筒7共同施加的轴向挤压力的作用下坐封于桥塞所在的套管内壁上。

桥塞适宜应用本实用新型提供的变径支撑环以提高其封堵效果以及坐封性能，尤其是确保封堵效果持久、稳定。

作为可选地实施方式，卡瓦压台9上挤压变径支撑环的端面为平面，且平面垂直于变径支撑环的轴向方向，变径支撑环的周向外壁接近卡瓦压台9的区段与卡瓦压台9之间存在用于容纳变径支撑环变形的避让间隙。

该结构有助于利用卡瓦压台9的挤压力使变径支撑环在预定的位置实现有效地受压变形，避免出现变形过量而损坏、坐封不牢的问题，进而可以更持久、稳定地坐封在套管内的动作。

作为可选地实施方式，桥塞还包括套设在丢手接头15上的如图6所示压环1(或压环10，下文以压环1为例)、卡瓦组件，其中：卡瓦组件介于压环1与卡瓦压台9之间；

卡瓦组件包括环箍2以及至少两块卡瓦，环箍2套设在卡瓦之外，卡瓦与压环1之间设置有导向结构，压环1对卡瓦施加轴向压力时，在导向结构的作用下，所有的卡瓦均能始终以对中的状态从靠近丢手接头15中轴线的位置滑动至锚定于桥塞所在的套管内壁的位置。

卡瓦组件中的卡瓦始终以对中的状态从初始位置移动至锚定位置，由此确保了锚定的可靠性。压裂时桥塞不会下行，避免了出现分层失效的问题，进而确保了分层压裂施工质量比较理想。

作为可选地实施方式，压环1与丢手接头15之间优选为采用连接力可调节的螺纹结构相连接。当然也可以采用销轴相连接。连接力可调节的螺纹结构适用性更强，可以根据实际情况通过改变压环1与丢手接头15之间啮合的螺纹的牙数的方式来调节压环1与丢手接头15之间的连接力的大小。当送塞工具的心轴拉住丢手接头15，送塞工具的外筒朝下方移动并对压环1施加压力时，该压力会使压环1与丢手接头15之间的连接结构失效，该连接结构失效后压环1下行并对卡瓦施加轴向压力。

作为可选地实施方式，导向结构包括设置在卡瓦与压环1两者其中之一上(优选为卡瓦上，具体在卡瓦的齿牙基座4上)的如图8所示楔形面103以及设置在卡瓦与压环1两者其中另一上(优选为压环1上)的如图6和图7所示直线形凹槽(宽度尺寸一致且长度方向为直线方向的凹槽)101，其中：直线形凹槽101的底面为坡面102，楔形面103与坡面102相抵接且能相对滑动。上述结构利用了楔形面103与坡面102之间的滑动性能以及直线形凹槽101在滑动过程中的限位作用，理想地实现了卡瓦组件中卡瓦的对中功能。该直线形凹槽101的对中性能远远优于扇形凹槽。

本实施例中如图8和图9所示楔形面103与如图7所示坡面102两者具体可以为平面，也可以为互相匹配的配合面结构(例如凹面与凸面配合、褶皱面与褶皱面配合)或导轨结构。

如图8～12所示，作为可选地实施方式，卡瓦包括齿牙基座4以及锚定齿牙3，其中：卡瓦通过锚定齿牙3锚定在套管内壁上；

齿牙基座4上设置有安装槽，锚定齿牙3嵌于安装槽内且锚定齿牙3的底面31与安装槽的底面相抵接，锚定齿牙3的底面31能将锚定齿牙3锚定过程中承受的沿丢手接头15轴向摩擦力部分转化为沿丢手接头15径向的压力。

该结构中由于锚定齿牙3的底面31可以通过转化的方式消解掉锚定齿牙3外表面承受的至少部分轴向摩擦力，由此提高了锚定齿牙3的使用寿命以及工作可靠性。锚定齿牙3体积远小于齿牙基座4，锚定齿牙3优选为硬度高于齿牙基座4，锚定齿牙3的材料具体可以采用陶瓷。待桥塞的其他零部件彻底腐蚀或降解后，锚定齿牙3会以破碎的陶瓷颗粒的结构形式落入套管内。

作为可选地实施方式，锚定齿牙3的底面31为平面或弧面，弧面的中心线或平面与丢手接头15的中轴线存在锐角或钝角夹角。该结构中平面或弧面均为规则面，便于加工、制造和装配，当然，使用其他曲面以替代平面或弧面的技术方案也应该在本实用新型的保护范围之内。

作为可选地实施方式，锚定齿牙3位于齿牙基座4上接近压环1的位置，和/或，锚定齿牙3朝接近压环1的方向厚度尺寸逐渐增大。

锚定齿牙3位于齿牙基座4上接近压环1的位置时，齿牙基座4对锚定齿牙3施压区段厚度较大，强度更高，所以有助于提高齿牙基座4的使用寿命以及工作可靠性。锚定齿牙3朝接近压环1的方向厚度尺寸逐渐增大时，有助于改善锚定齿牙3的抗压性能，提高其使用寿命以及工作可靠性。

作为可选地实施方式，丢手接头15、弹性密封筒7、压环1、环箍2以及齿牙基座4均为可降解材料或可腐蚀材料制成。

与变径支撑环同理，在地层压裂作业完成后桥塞的零部件除体积较小、会碎裂的锚定齿牙3外均可以自行降解或腐蚀时，可以省略钻塞工艺。另外，万一坐封失败，也可以使桥塞的零部件自行降解或腐蚀后再坐封新的桥塞，故而施工方便。

作为可选地实施方式，丢手接头15接近地层出口的外端口处设置有单流阀，单流阀包括封堵体13(优选为球体，为球体时可以称为封堵球)以及防脱圈12，其中：

封堵体13单向封堵住丢手接头15的外端口且能阻止流体沿背离地层出口的方向从丢手接头15的外端口流入丢手接头15的内部流体通道；

防脱圈12与丢手接头15可拆卸连接且能防止封堵体13从丢手接头15的外端口脱离。

作为可选地实施方式，单流阀还包括可降解材料或可腐蚀材料制成的防护圈14，防护圈14抵靠在丢手接头15的外端口上且其耐降解或耐腐蚀性能强于丢手接头15；

封堵体13堵塞在防护圈14的内壁上，且能将防护圈14的中心通孔封堵以阻止流体通过防护圈14的中心通孔沿背离地层出口的方向流入丢手接头15的内部流体通道；

防脱圈12与丢手接头15可拆卸连接(优选为螺纹连接)且能将防护圈14的位置锁定并能防止封堵体13从防护圈14脱离。

防护圈14可以对丢手接头15的外端口起到防护作用，进而延长丢手接头15的外端口的降解或腐蚀速度，提高单流阀的可靠性。防护圈14更节省材料，有利于降低成本。

作为可选地实施方式，防脱圈12的内壁上设置有止位凸缘121，止位凸缘121抵压于防护圈14上以将防护圈14锁止于抵靠在丢手接头15的外端口上的位置。防脱圈12对防护圈14可以起到锁止、限位、防脱的作用。

作为可选地实施方式，防脱圈12上设置有防脱凸缘(防脱凸缘具体可以为防脱圈12内壁上的凸肩形成，也可以为与防脱圈12可拆卸连接的阻挡环)或防脱销轴11，防脱凸缘或防脱销轴11能防止封堵体13从丢手接头15的外端口脱离。防脱凸缘或防脱销轴11可以对封堵体13起到限位、防脱的作用。防脱销轴11与防脱圈12可以共同形成阻止封堵球掉出的球笼结构。

作为可选地实施方式，防脱圈12、封堵体13均为可降解材料或可腐蚀材料制成。防脱圈12、封堵体13降解或可腐蚀后，单流阀会失效，之后便可以实施石油采掘作业。

单流阀处的结构本实用新型具有三种形式：

一、丢手接头15采用降解或腐蚀速度相对较慢的材料，不设置防护圈14、防脱圈12上不设置防脱销轴11仅设置防脱凸缘；

二、丢手接头15采用降解或腐蚀速度相对较快的材料，设置降解或腐蚀速度相对较慢的材料制备的防护圈14，但防脱圈12上不设置防脱销轴11；

三、丢手接头15采用降解或腐蚀速度相对较快的材料，设置降解或腐蚀速度相对较慢的材料制备的防护圈14并且防脱圈12上也设置防脱销轴11。

作为可选地实施方式，桥塞的零部件中部分或全部采用第一可腐蚀材料或第二可腐蚀材料，其中：

所述第一可腐蚀材料成分为：Al：5～10wt％，Zn：0.1～3wt％，Mn：0.01～1wt％，Sn:0.01～1wt％，Cu：0.05～5wt％，Pb：0.01～1.9wt％，Fe：0.01～5wt％，Si：0.01～1wt％，余量为Mg，各组分重量百分之和为100wt％；

所述第二可腐蚀材料成分为：Mg：2～7.8wt％，Cu：0.01～4wt％，Sn：0.01～2wt％，Zn：0.01～9wt％，Ga：0.1～4.5wt％，Mn：0.01～1wt％，In：0.1～4.5wt％，Fe：0.01～3wt％，余量为Al，各组分重量百分之和为100wt％。

上述材料成分配比制成的桥塞零部件降解、腐蚀性能以及强度、硬度性能均可以较好的满足油气储层压裂和油气开采的需求。当然，上述公开的材料成分配比仅为本实用新型优选的成本配比，本领域技术人员也可以对其部分或全部元素以及元素的重量百分比进行更改。同时，上述材料也可以应用于制造桥塞零部件之外的其他桥塞的零部件。

作为可选地实施方式，第一可腐蚀材料或第二可腐蚀材料的制备工艺包括下述步骤：

步骤A：冶炼、铸造

按设计的合金组分配比，称取各组分，升温熔化后，精炼，浇铸；

步骤B：后处理

将第一步所得铸锭进行热处理包括均匀化退火，淬火，时效处理或者变形处理(包括挤压、锻造、轧制等)。

作为可选地实施方式，步骤A中的冶炼方式为真空冶炼或气氛保护冶炼。

作为可选地实施方式，所述步骤A中包括步骤：

按一定配比真空冶炼第一可腐蚀材料中间合金C，第一可腐蚀材料中间合金C包括铝、锰、铁、硅和铜；

气氛保护冶炼时，第一可腐蚀材料首先熔化纯镁、纯铝、纯锡、纯锌、纯铅，再加入中间合金C；

作为可选地实施方式，所述步骤A中包括步骤：

按一定配比真空冶炼第二可腐蚀材料中间合金D，第二可腐蚀材料中间合金D包括铝、铜、锰、铁；

气氛保护冶炼时，第二可腐蚀材料首先熔化纯镁、纯镓、纯铝、纯锡、纯锌、纯铟，再加入中间合金D。

中间合金的熔点较高，含量较少，较晚加入既有利于合金化元素的成分控制也有利于充分利用冶炼设备，节省能源。

作为可选地实施方式，第一可腐蚀材料的性能满足如下条件：在室温下压缩强度为400MPa以上，在70℃且0.5％氯化钾溶液中腐蚀速率大于0.2mg/cm²·hr，和/或，

第二可腐蚀材料的性能满足如下条件：

在室温下压缩强度为320MPa以上；在70℃的氯化钾含量为0.5％的溶液中腐蚀速率大于0.1mg/cm²·hr。

实验证明在油气储层压裂和油气开采时，上述变径支撑环制造材料的降解、腐蚀性能以及强度、硬度性能可以理想的满足对大多数地层以及桥塞所在的套管的需要。当然，本领域技术人员也可以根据实际需要压裂的地层的条件以及桥塞所在的套管的强度和硬度性能对变径支撑环的材料的性能进行适当更改。

本实用新型中卡瓦的齿牙基座4、防护圈14优选为采用第一可腐蚀材料，其他零部件中除锚定齿牙3、弹性密封筒7外可以均采用第二可腐蚀材料。

上述本实用新型所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本实用新型才公开部分数值以举例说明本实用新型的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本实用新型创造保护范围的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。

同时，上述本实用新型如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本实用新型公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本实用新型提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

在本实用新型的描述中如果使用了术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“上”、“下”等，那么上述术语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实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备、机构、部件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实用新型保护范围的限制。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (22)

1.一种用于桥塞的变径支撑环，其特征在于，包括环形体以及设置在所述环形体周向外壁或端面上的坐封面，所述环形体在轴向的挤压力作用下受压变形后能利用所述坐封面抵接、坐封于桥塞所在的套管内壁上并与所述套管的内壁形成面接触式密封连接。

2.根据权利要求1所述的用于桥塞的变径支撑环，其特征在于，所述环形体包括第一环形体以及第二环形体，所述第一环形体与所述第二环形体互相叠合，其中：

所述坐封面包括设置在所述第一环形体周向外壁或端面上的第一坐封面以及设置在所述第二环形体周向外壁或端面上的第二坐封面；所述第一环形体与所述第二环形体两者共同在轴向的挤压力作用下受压变形后能利用所述第一坐封面以及所述第二坐封面共同抵接、坐封于桥塞所在的套管内壁上并与所述套管的内壁形成面接触式密封连接。

3.根据权利要求2所述的用于桥塞的变径支撑环，其特征在于，所述第一坐封面和/或所述第二坐封面在所述第一环形体与所述第二环形体两者受压变形前为锥面或弧面。

4.根据权利要求2所述的用于桥塞的变径支撑环，其特征在于，所述第一环形体与所述第二环形体各自套设于所述桥塞的弹性密封筒的区段设置有至少两条缝隙，或者，所述第一环形体与所述第二环形体各自套设于所述桥塞的弹性密封筒的区段设置有至少两条预置裂缝，所述第一环形体与所述第二环形体受压变形后，所述预置裂缝会裂开并形成缝隙；其中:

所述缝隙将该区段分隔为至少两条沿周向方向排布的叉状分支，且所述第一坐封面和/或所述第二坐封面位于所述叉状分支的周向外壁或端面上；

所述第一环形体上的缝隙与所述第二环形体上的缝隙在周向方向上互相错开。

5.根据权利要求4所述的用于桥塞的变径支撑环，其特征在于，所述第一环形体上的缝隙或预置裂缝的位置介于所述第二环形体上的两条相邻的缝隙或预置裂缝之间在周向方向上的中间位置。

6.根据权利要求1所述的用于桥塞的变径支撑环，其特征在于，所述变径支撑环为可降解材料或可腐蚀材料制成。

7.根据权利要求1所述的用于桥塞的变径支撑环，其特征在于，所述变径支撑环的延展性大于5％。

8.根据权利要求1所述的用于桥塞的变径支撑环，其特征在于，所述变径支撑环的材料在70℃的氯化钾含量为0.5％的溶液中腐蚀速率大于0.1mg/cm²·hr。

9.根据权利要求2－5任一所述的用于桥塞的变径支撑环，其特征在于，所述用于桥塞的变径支撑环还包括至少一个第三环形体，所述第三环形体与所述第一环形体或所述第二环形体互相叠合，其中：

所述第三环形体的周向外壁或端面上设置有第三坐封面，所述第一环形体、所述第二环形体以及所述第三环形体共同在轴向的挤压力作用下受压变形后均能利用所述第一坐封面、所述第二坐封面以及所述第三坐封面抵接、坐封于桥塞所在的套管内壁上并与所述套管的内壁形成面接触式密封连接。

10.一种桥塞，其特征在于，包括丢手接头、弹性密封筒、卡瓦压台以及两个变径支撑环，两个变径支撑环中至少一个为权利要求1－9任一所述的用于桥塞的变径支撑环，其中:

所述弹性密封筒、所述卡瓦压台以及两个所述变径支撑环均套设在所述丢手接头上；

所述弹性密封筒介于两个所述变径支撑环之间；

所述变径支撑环能在所述卡瓦压台以及所述弹性密封筒共同施加的轴向挤压力的作用下坐封于桥塞所在的套管内壁上。

11.根据权利要求10所述的桥塞，其特征在于，所述卡瓦压台上挤压所述变径支撑环的端面为平面，且所述平面垂直于所述变径支撑环的轴向方向，所述变径支撑环的周向外壁接近所述卡瓦压台的区段与所述卡瓦压台之间存在用于容纳所述变径支撑环变形的避让间隙。

12.根据权利要求10所述的桥塞，其特征在于，所述桥塞还包括套设在所述丢手接头上的压环、卡瓦组件，其中：

所述卡瓦组件介于所述压环与所述卡瓦压台之间；

所述卡瓦组件包括环箍以及至少两块卡瓦，所述环箍套设在所述卡瓦之外，所述卡瓦与所述压环之间设置有导向结构，所述压环对所述卡瓦施加轴向压力时，在所述导向结构的作用下，所有的所述卡瓦均能始终以对中的状态从靠近所述丢手接头中轴线的位置滑动至锚定于桥塞所在的套管内壁的位置。

13.根据权利要求12所述的桥塞，其特征在于，所述压环与所述丢手接头之间采用连接力可调节的螺纹结构相连接；和/或，

所述导向结构包括设置在所述卡瓦与所述压环两者其中之一上的楔形面以及设置在所述卡瓦与所述压环两者其中另一上的直线形凹槽，其中：

所述直线形凹槽的底面为坡面，所述楔形面与所述坡面相抵接且能相对滑动。

14.根据权利要求12所述的桥塞，其特征在于，所述卡瓦包括齿牙基座以及锚定齿牙，其中：

所述卡瓦通过所述锚定齿牙锚定在所述套管内壁上；

所述齿牙基座上设置有安装槽，所述锚定齿牙嵌于所述安装槽内且所述锚定齿牙的底面与所述安装槽的底面相抵接，所述锚定齿牙的底面能将所述锚定齿牙锚定过程中承受的沿所述丢手接头轴向摩擦力部分转化为沿所述丢手接头径向的压力。

15.根据权利要求14所述的桥塞，其特征在于，所述锚定齿牙的底面为平面或弧面，所述弧面的中心线或所述平面与所述丢手接头的中轴线存在锐角或钝角夹角。

16.根据权利要求14所述的桥塞，其特征在于，所述锚定齿牙位于所述齿牙基座上接近所述压环的位置，和/或，所述锚定齿牙朝接近所述压环的方向厚度尺寸逐渐增大。

17.根据权利要求14所述的桥塞，其特征在于，所述丢手接头、弹性密封筒、所述压环、所述环箍以及所述齿牙基座均为可降解材料或可腐蚀材料制成。

18.根据权利要求10－17任一所述的桥塞，其特征在于，所述丢手接头接近地层出口的外端口处设置有单流阀，所述单流阀包括封堵体以及防脱圈，其中：

所述封堵体单向封堵住所述丢手接头的外端口且能阻止流体沿背离所述地层出口的方向从所述丢手接头的外端口流入所述丢手接头的内部流体通道；

所述防脱圈与所述丢手接头可拆卸连接且能防止所述封堵体从所述丢手接头的外端口脱离。

19.根据权利要求18所述的桥塞，其特征在于，所述单流阀还包括防护圈，所述防护圈抵靠在所述丢手接头的外端口上且其耐降解或耐腐蚀性能强于所述丢手接头；

所述封堵体堵塞在所述防护圈的内壁上，且能将所述防护圈的中心通孔封堵以阻止流体通过所述防护圈的中心通孔沿背离所述地层出口的方向流入所述丢手接头的内部流体通道；

所述防脱圈与所述丢手接头可拆卸连接且能将所述防护圈的位置锁定并能防止所述封堵体从所述防护圈脱离。

20.根据权利要求19所述的桥塞，其特征在于，所述防脱圈的内壁上设置有止位凸缘，所述止位凸缘抵压于所述防护圈上以将所述防护圈锁止于抵靠在所述丢手接头的外端口上的位置。

21.根据权利要求19所述的桥塞，其特征在于，所述防脱圈上设置有防脱凸缘或防脱销轴，所述防脱凸缘或防脱销轴能防止所述封堵体从所述丢手接头的外端口脱离。

22.根据权利要求19所述的桥塞，其特征在于，所述防脱圈、所述封堵体均为可降解材料或可腐蚀材料制成。