CN211448603U - 一种硬密封可溶桥塞 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种硬密封可溶桥塞，包括由可溶金属制成的本体，所述本体包括从上至下依次连接的锥体、卡瓦和引鞋，所述锥体的外周与所述卡瓦的交接处套设有至少一金属密封环，所述金属密封环是由可溶金属制成的。本实用新型提供的硬密封可溶桥塞应用于油气井压裂增产作业领域，使硬密封可溶桥塞保存更简便、密封更稳定、锚定更牢固，有效地提高了硬密封可溶桥塞坐封的成功率，更好的适应井下环境，并且由于其结构简单紧凑，易于加工制造，有效地降低了可溶桥塞成本。

Description

一种硬密封可溶桥塞

技术领域

本实用新型涉及石油开采技术领域，更具体地说，涉及一种硬密封可溶桥塞。

背景技术

当前，非常规油气的分层压裂开采主要是基于复合桥塞的分段压裂，但是复合桥塞压裂完成后需要使用连续油管钻磨去除来恢复井筒通径；钻磨需要动用连续油管车、连续油管井下工具、磨鞋等工具，作业成本高，且对于小井眼及超过深井作业风险大。

随着非常规油气开采的深度增加，利用连续油管钻磨的难度越来越大，可溶桥塞应运而生。可溶桥塞在非常规油气的分段压裂施工中已得到越来越多的应用，可溶桥塞完成施工后不需要做任何后期处理，且井下不留落物，其用于射孔压裂连作工艺取得了很好的经济效益和社会效益。

但目前市面上所使用的常规可溶桥塞采用可溶镁铝合金+可溶胶筒(老化式弹性密封橡胶筒)的结构，和原始的铸铁桥塞结构区别不大，结构并没有突破性改变。这样的结构存在以下局限：(1)可溶胶筒为保持其原有的机械性能在生产后必需严格控制存储环境，温度，光照，避溶剂等，因此导致在野外施工作业对器材的管理成本变高，如存储时间过长对产品的性能质量没有有效的评估和判断；(2)可溶橡胶材料的硬度较低，对可溶桥塞的承压能力有极大限制,使得现有技术中的可溶桥塞在实践过程中会存在密封效果不佳、丢手或压裂容易失败、锚定效果不好等缺陷；(3)可溶胶筒由于体积大，溶解缓慢或不容易溶解,在可溶桥塞溶解时，可溶金属本体会比可溶胶筒先完成溶解，导致未完成溶解的胶筒由于失去金属本体的固定，在放喷返排时会堆积到一起堵塞井筒；(4)现有结构的单卡瓦可溶桥塞在坐封后，锥体将卡瓦撑大锚定后，胶筒和卡瓦的收缩反弹力度容易使得锥体被卡瓦挤压滑出，导致锚定效果不佳，桥塞压裂时容易滑脱；(5)现有可溶桥塞需要使用多个挡圈去保护可溶橡胶胶筒的密封性，而挡圈是最容易出现问题的环节，现有技术中的挡圈经常出现断裂或支撑不到位的情况，导致可溶橡胶胶筒被高压挤出而无法密封；(6)每个温度等级都需对应同等温度等级的胶筒，温度适应性不强的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种硬密封可溶桥塞，解决了现有技术中可溶胶筒密封产生上述诸多缺陷的问题。

本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是：一种硬密封可溶桥塞，包括由可溶金属制成的本体，所述本体包括从上至下依次连接的锥体、卡瓦和引鞋，所述锥体的外周与所述卡瓦的交接处套设有至少一金属密封环，所述金属密封环是由可溶金属制成的。

在本实用新型的硬密封可溶桥塞中，所述锥体的上端设有用于防意外的坐封剪切螺钉孔，所述坐封剪切螺钉孔用于通过安装剪切螺钉使所述锥体连接于坐封适配器，所述引鞋上设有脱手剪切螺钉孔，所述脱手剪切螺钉孔用于通过安装脱手剪切螺钉使所述引鞋连接于坐封适配器；

在本实用新型的硬密封可溶桥塞中，所述锥体的下端外表面设有倒齿状的外啮合齿，所述卡瓦的内表面设有用于在所述硬密封可溶桥塞坐封后与所述外啮合齿相互啮合的内啮合齿外啮合齿内啮合齿；所述卡瓦(3)的下端内表面上设有内卡槽，所述引鞋(4)的上端外表面上设有外卡槽，所述内卡槽和所述外卡槽匹配连接。

在本实用新型的硬密封可溶桥塞中，所述引鞋上设有过流孔。

在本实用新型的硬密封可溶桥塞中，所述卡瓦的外表面镶有陶瓷粒，所述陶瓷粒的轴向与所述卡瓦的轴向所成角度范围是75-80度。

在本实用新型的硬密封可溶桥塞中，所述卡瓦的下端向上开设有第一开口槽，所述第一开口槽的上端设有应力释放孔；所述卡瓦的上端向下开设有第二开口槽，所述第二开口槽的下端设有应力释放孔，所述第一开口槽和所述第二开口槽均匀间隔设置在所述卡瓦上。

在本实用新型的硬密封可溶桥塞中，所述卡瓦的下端面朝上内凹形成第一锥面，所述引鞋的上端的外端面形成与所述卡瓦的所述第一锥面相适配的第二锥面，所述第一锥面和所述第二锥面相对于所述本体的轴向倾斜40-50度。

在本实用新型的硬密封可溶桥塞中，每一所述金属密封环的内表面紧贴所述锥体的外表面，每一所述金属密封环的外表面形成尖角状，位于最上方的所述金属密封环的尖角的上表面与所述本体的轴向成25-35度的斜角。

在本实用新型的硬密封可溶桥塞中，从上至下的每一所述金属密封环的外径依次缩小。

在本实用新型的硬密封可溶桥塞中，所述可溶金属是可溶解的镁铝合金。

实施本实用新型的硬密封可溶桥塞，具有以下有益效果：本实用新型的硬密封可溶桥塞采用可溶金属的金属密封环进行密封，在不影响可溶桥塞整体溶解的情况下，其存在如下优势：(1)易于保存，不存在老化的问题；(2)材料的硬度高，耐压性能高，温度适应性强；(3)在可溶桥塞坐封时，密封效果优异，无需挡圈；(4)可溶桥塞坐封后，锥体撑开卡瓦，锥体不会轻易从卡瓦滑出；(5)可溶桥塞坐封后，卡瓦上端和下端张开大小均衡，提高了锚定的牢固性；(6)可溶金属的金属密封环与可溶金属本体会几乎同步溶解，在放喷返排时不会发生堵塞井筒的现象，因此本实用新型的硬密封可溶桥塞可有效的提高压裂作业效率及消除井筒堵塞的风险，且结构紧凑，提高了可溶桥塞的性能稳定性。

附图说明

图1为本实用新型的硬密封可溶桥塞配置压裂球的状态的结构示意图；

图2为本实用新型的卡瓦的结构示意图；

图3为本实用新型的锥体上的外啮合齿与卡瓦上的内啮合齿相互啮合状态的状态示意图；

图4为本实用新型的硬密封可溶桥塞配置坐封适配器的状态的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的硬密封可溶桥塞的结构和作用原理作进一步说明：

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示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装置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的限制。

如图1-2所示，本实用新型的较佳实施例提供了一种硬密封可溶桥塞，具体地是提供了一种全金属的硬密封可溶桥塞，该硬密封可溶桥塞包括由可溶金属制成的本体，本体包括从上至下依次连接的锥体2、卡瓦3和引鞋4，锥体2的外周与卡瓦3的交接处套设有至少一个金属密封环5，进一步地，锥体2的外周与卡瓦3的交接处套设有至少两个金属密封环5，金属密封环5是由可溶金属制成的。其中，可溶金属主要是指高延伸率的可溶解的镁铝合金，其中延伸率优选≥25％。可溶解的镁铝合金可以采用如深圳市苏德技术有限公司生产的SD001牌号的镁铝合金等等，当然也可以是其它厂家生产的可溶解的镁铝合金，并不限于此。

金属密封环5的数量根据需要而定，优选地，金属密封环5的数量为三个，包括第一金属密封环51、第二金属密封环52、第三金属密封环53，三层金属密封环5使密封更有保障，在金属密封环5被撑大时，当有一层金属密封环5被撑断裂时，保证至少还有两层金属密封环5起到密封作用，提高了桥塞密封的可靠性。

采用可溶金属制成的金属密封环代替传统的可溶橡胶胶筒密封存在如下优点：

(a)金属密封环保存方便，不需真空密封保存(常温暴露保存即可)，而且很难过期老化；

(b)金属密封环采用高延伸率可溶金属材质，使其在高压之下不容易发生变形，可溶金属材料撑大后不容易收缩回弹；

(c)可溶金属材料温度适应性强，能适应大部分不同温度等级的桥塞井下工作；

(d)由于可溶金属材料的耐抗压性强，采用金属密封环密封不需要挡圈的保护也能牢固密封，没有挡圈断裂或支撑不到位的风险，使得密封更加稳定可靠。

每一个金属密封环5的内表面与本体的轴向方向所成的角度范围为5-10度的锥面，锥体2的外表面与本体的轴向方向所成的角度与金属密封环5的内表面相同，同样是5-10度的锥面。锥体2的外表面锥面与本体的轴向方向所成的角度与金属密封环5的内表面设置的锥面角度一致，金属密封环5紧贴套管面积更大，密封更均匀，密封效果更好。

其中，每一个金属密封环5的内表面紧贴锥体2的外表面，每一个金属密封环5的外表面形成尖角状。通过这样设计，相邻的金属密封环5在一起呈锯齿状，在坐封时金属密封环5的尖角更容易被挤压，同时挤压后可以朝向尖角两侧的空隙堆叠，进而形成良好的密封效果。

位于最上方的金属密封环5的尖角的上表面与本体的轴向成25-35度的斜角，优选成30度斜角，引导上端流体过流，保护金属密封环5不被上端流体冲蚀而遭破坏。

锥体2上从上至下的每一个金属密封环5的外径依次缩小。以三层金属密封环5为例，第一金属密封环51外径大于第二金属密封环52外径；第二金属密封环52外径大于第三金属密封环53外径，使得三个金属密封环5先后膨胀贴到套管壁，然后卡瓦3锚定到套管，使金属密封环5在锥体2与套管间更容易受挤压变形，保证金属密封环5的密封效果。

锥体2的上端设有用于防意外的坐封剪切螺钉孔21，坐封剪切螺钉孔21用于通过安装剪切螺钉65使锥体2连接于坐封适配器6，这样可以直接把锥体2固定在了坐封适配器6上，防止可溶桥塞在入井过程中因不可预知原因卡住锥体2而把卡瓦3撑开意外坐封。需要说明的是，下井后，最终坐封适配器6与锥体2脱离，如图1所示，压裂球1最后密封于锥体2的上端。

引鞋4上设有脱手剪切螺钉孔41，脱手剪切螺钉孔41用于通过安装脱手剪切螺钉66使引鞋连接于坐封适配器6。

如图3所示，锥体2的下端外表面设有用于防滑的倒齿状的外啮合齿22，卡瓦3的内表面设有用于在硬密封可溶桥塞坐封后与外啮合齿22相互啮合的内啮合齿32。也就是说，外啮合齿22与内啮合齿32之间在硬密封可溶桥塞坐封前并不发生啮合连接，在坐封被压后才会发生啮合连接。通过在锥体2和卡瓦3结合部位位置增加特殊的啮合倒齿，使得坐封后，锥体2和卡瓦3接触滑退阻力增大的同时不影响坐封前进，使得锥体2很难从卡瓦3上滑脱，卡瓦3锚定更稳固，更加提高了桥塞施工的可靠性。

卡瓦3的下端内表面上设有内卡槽，引鞋4的上端外表面上设有外卡槽，内卡槽和外卡槽匹配连接，使卡瓦3与引鞋4连接坚固，防止桥塞在入井时提前坐封，提高使用稳定性。

引鞋4上设有过流孔42。过流孔42能够防止在压裂后放喷返排时先前层段的压裂球1上返堵塞返排通道，保证返排通道通畅。

卡瓦3的外表面镶有陶瓷粒31，陶瓷粒31的轴向与卡瓦3的轴向所成角度范围是75-80度，起到把桥塞锚定在套管上的作用，其中，陶瓷粒31采用高强度陶瓷。如图1所示，陶瓷粒31的轴向是以图中方向朝向右侧略向上倾斜的方向。

卡瓦3的下端向上开设有第一开口槽33，第一开口槽33的上端设有应力释放孔；卡瓦3的上端向下开设有第二开口槽34，第二开口槽34的下端设有应力释放孔，第一开口槽33和第二开口槽34均匀间隔设置在卡瓦3上。第一开口槽33和第二开口槽34在桥塞坐封时，使卡瓦3均匀的张开，而应力释放孔则在卡瓦3张开时，不至于直接撕裂第一开口槽33和第二开口槽34，不会引起卡瓦3断裂的可能。

现有结构的单卡瓦可溶桥塞在坐封过程中，锥体从上端将卡瓦撑大锚定，而卡瓦下端未设有撑开结构，容易使卡瓦上端张开的直径比下端张开更大，出现下排卡瓦粒不锚定或锚定不稳固的现象。在本较佳实施例中，卡瓦3的下端面朝上内凹形成第一锥面36，引鞋4的上端的外端面形成与卡瓦的第一锥面36相适配的第二锥面43，第一锥面36和第二锥面43相对于本体的轴向倾斜40-50度，优选地，第一锥面36和第二锥面43相对于本体的轴向倾斜45度，使可溶桥塞坐封过程中引鞋4的第二锥面43产生作用于卡瓦3向外撑开的力，达到卡瓦3的上端和下端张开大小均衡一致，提升了锚定的稳固性。

图4显示了本实施例中使用的坐封适配器6，包括有推筒61、转接头62、连接杆63、调整螺帽64、剪切螺钉65、脱手剪切螺钉66。本实施例的硬密封可溶桥塞在送入及坐封时需配套使用坐封适配器6。在分段压裂作业的第一段射孔压裂完成后，下入硬密封可溶桥塞工具串，硬密封可溶桥塞具有防止意外提前坐封功能，锥体2通过剪切螺钉65固定到坐封适配器6上，卡瓦3与引鞋4通过内卡槽和外卡槽匹配连接，引鞋4通过脱手剪切螺钉66固定到坐封适配器6上，所以硬密封可溶桥塞上的零件被直接或间接固定在坐封适配器6上，防止了硬密封可溶桥塞在入井时出现意外提前坐封。工具串下入到设计深度后，通过电缆点火或者液压启动坐封，坐封工具产生推力推动坐封适配器6的推筒61往下移动，从而推动锥体2往下移动，由于锥体2上呈倾斜锥面，锥体2往下移动使金属密封环5组件张开、使卡瓦3张开，当金属密封环5完全贴合套管内壁且有一定过盈挤压、卡瓦3锚定到了套管内壁上后，硬密封可溶桥塞坐封坐挂完成，此时，锥体2已经跟卡瓦3牢固地楔合到一起，不能继续往下移动。硬密封可溶桥塞坐封完成后，坐封工具产生的推力继续升高，当推力升高到脱手剪切螺钉66的剪切力时，脱手剪切螺钉66被剪切，实现坐封适配器6与硬密封可溶桥塞的脱开，上提工具串一段距离到预定位置进行射孔，然后取出工具串，投入压裂球1，让其自由落体或者泵送到坐封好的硬密封可溶桥塞的位置以进行压裂作业，此时，压裂球1密封了锥体2的上端，锥体2与套管之间环空被金属密封环5密封，实现了上下压裂层段的封隔。压裂作业完成后，进行放喷返排，硬密封可溶桥塞底层返排的含有电解质的溶液即可将硬密封可溶桥塞完全溶解，硬密封可溶桥塞溶解后，井筒达到全通径，提高了油气井后期各种作业的可操作性。

综上所述，本实用新型提供的硬密封可溶桥塞应用于油气井压裂增产作业领域，使硬密封可溶桥塞保存更简便、密封更稳定、锚定更牢固，有效地提高了硬密封可溶桥塞坐封的成功率，更好的适应井下环境，并且由于其结构简单紧凑，易于加工制造，有效地降低了可溶桥塞成本。

应当理解的是，对本领域技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，但这些改进或变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种硬密封可溶桥塞，包括由可溶金属制成的本体，所述本体包括从上至下依次连接的锥体(2)、卡瓦(3)和引鞋(4)，其特征在于，所述锥体(2)的外周与所述卡瓦(3)的交接处套设有至少一金属密封环(5)，所述金属密封环(5)是由可溶金属制成的。

2.根据权利要求1所述的硬密封可溶桥塞，其特征在于，所述锥体(2)的上端设有用于防意外的坐封剪切螺钉孔(21)，所述坐封剪切螺钉孔(21)用于通过安装剪切螺钉(65)使所述锥体(2)连接于坐封适配器(6)，所述引鞋(4)上设有脱手剪切螺钉孔(41)，所述脱手剪切螺钉孔(41)用于通过安装脱手剪切螺钉(66)使所述引鞋(4)连接于坐封适配器(6)。

3.根据权利要求1所述的硬密封可溶桥塞，其特征在于，所述锥体(2)的下端外表面设有倒齿状的外啮合齿(22)，所述卡瓦(3)的内表面设有用于在所述硬密封可溶桥塞坐封后与所述外啮合齿(22)相互啮合的内啮合齿(32)；

所述卡瓦(3)的下端内表面上设有内卡槽，所述引鞋(4)的上端外表面上设有外卡槽，所述内卡槽和所述外卡槽匹配连接。

4.根据权利要求1所述的硬密封可溶桥塞，其特征在于，所述引鞋(4)上设有过流孔(42)。

5.根据权利要求1所述的硬密封可溶桥塞，其特征在于，所述卡瓦(3)的外表面镶有陶瓷粒(31)，所述陶瓷粒(31)的轴向与所述卡瓦(3)的轴向所成角度范围是75-80度。

6.根据权利要求1所述的硬密封可溶桥塞，其特征在于，所述卡瓦(3)的下端向上开设有第一开口槽(33)，所述第一开口槽(33)的上端设有应力释放孔；所述卡瓦(3)的上端向下开设有第二开口槽(34)，所述第二开口槽(34)的下端设有应力释放孔，所述第一开口槽(33)和所述第二开口槽(34)均匀间隔设置在所述卡瓦(3)上。

7.根据权利要求1所述的硬密封可溶桥塞，其特征在于，所述卡瓦(3)的下端面朝上内凹形成第一锥面(36)，所述引鞋(4)的上端的外端面形成与所述卡瓦的所述第一锥面(36)相适配的第二锥面(43)，所述第一锥面(36)和所述第二锥面(43)相对于所述本体的轴向倾斜40-50度。

8.根据权利要求1所述的硬密封可溶桥塞，其特征在于，每一所述金属密封环(5)的内表面紧贴所述锥体(2)的外表面，每一所述金属密封环(5)的外表面形成尖角状，位于最上方的所述金属密封环(5)的尖角的上表面与所述本体的轴向成25-35度的斜角。

9.根据权利要求8所述的硬密封可溶桥塞，其特征在于，从上至下的每一所述金属密封环(5)的外径依次缩小。

10.根据权利要求8所述的硬密封可溶桥塞，其特征在于，所述可溶金属是可溶解的镁铝合金。

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