一种单卡瓦大通径桥塞及其坐封方法与流程

本发明涉及一种石油钻采设备，特别是一种单卡瓦大通径桥塞及其坐封方法。

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材料桥塞的分段压裂，但是复合桥塞坐封射孔压裂完成后，后期需要一次性钻磨，仍然耗时；同时随着非常规油气开采的深度增加，特别是在超深井或斜井中，利用连续油管钻磨的难度越来越大，因此急需要开发一种不需要钻磨的桥塞，用于水平井分段压裂。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种单卡瓦大通径桥塞，无需钻磨，只需注入电解质溶液便可将可溶解球完全溶解，留出了桥塞的大通径供后续生产使用。

为实现上述技术目的，本发明提供的方案是：一种单卡瓦大通径桥塞，包括上接头、单向齿整体卡瓦、中心管、胶筒、锥体和引鞋，中心管为轴向中空结构，胶筒套设于中心管外壁，锥体的底部截面为锥形，楔入单向齿整体卡瓦与中心管之间的空隙中，所述中心管的上部内腔具有放置可溶球的变径腔，变径腔的内径由上至下缩小，该变径腔的截面呈锥度为15°～30°的锥面，中心管内径最小处不小于71mm，中心管下端开有4处均布的凹槽，单向齿整体卡瓦内部沿周向及引鞋的下端内部沿周向均设有4处与前述凹槽相配合的凸台，可溶球可溶解于电解质溶液。

而且，所述可溶球由铝镁合金、水溶性二元酸以及二元醇聚合而成的热塑性聚合物制成。

而且，所述上接头与中心管采用螺纹连接，上接头上端设有4处均布的楔形凸起，楔形凸起与中心管下端4处均布的凹槽相适应，上接头下端为锥度为30°～50°的锥面。

而且，所述锥体通过第一锁环套设于中心管的外壁，所述引鞋通过第二锁环套设于中心管的外壁，第一锁环和第二锁环的内、外壁均为锯齿螺纹结构，且外壁螺纹螺距大于内壁螺纹螺距，第一锁环和第二锁环内锯齿螺纹与中心管外壁锯齿螺纹齿向相反，第一锁环和第二锁环外锯齿螺纹与锥体、引鞋锯齿螺纹齿向相反，锥体和引鞋与中心管外壁锯齿螺纹齿向相同，第一锁环和第二锁环的内壁均与中心管外壁螺纹配合，第一锁环和第二锁环的外壁分别与锥体和引鞋的内壁螺纹配合。

而且，所述锥体通过第一启动销钉与中心管连接，锥体与第一锁环有第一紧定销钉连接；所述引鞋与第二锁环有第二紧定销钉连接，所述中心管下端的4处凹槽的间隔处外壁上设有4处销钉孔，销钉孔与引鞋通过第二启动销钉连接。

而且，所述胶筒的两端部外径小于中部外径，胶筒两端部的外侧均套设有胶筒挡环；胶筒两端部的内侧设有环型凸起。

而且，所述胶筒的两端均具有背圈，该背圈由内、外背圈组成，内、外背圈之间通过背圈销钉连接。

而且，所述胶筒与中心管之间设有“O”形圈，该“O”形圈之上套有承留环。

而且，所述单向齿整体卡瓦外表面沿轴向设有均匀分布的应力集中槽；所述单向齿整体卡瓦底面设有一个5°～10°的锥面。

本发明还提供一种使用单卡瓦大通径桥塞封堵油气井的坐封方法，包括如下步骤。

步骤一，将坐封工具上的弹性棘爪一端与单卡瓦大通径桥塞上的引鞋接触，弹性棘爪的另一端与坐封工具上的剪切接头端面接触。

步骤二，将坐封工具中的坐封套对准单卡瓦大通径桥塞，坐封套的端面与单卡瓦大通径桥塞的上接头相接触，通过拉杆将坐封套和单卡瓦大通径桥塞的位置固定。

步骤三，通过电缆或连续油管将单卡瓦大通径桥塞下放到套管中的预定位置。

步骤四，启动坐封工具，坐封套推压单卡瓦大通径桥塞的上接头端面，剪切接头带着弹性棘爪推动单卡瓦大通径桥塞的引鞋及中心管外壁上的锥体、第一锁环、第二锁环、背圈、胶筒挡环和胶筒上行，封隔单卡瓦大通径桥塞与套管的环空，并锚定单卡瓦大通径桥塞，断开拉杆与剪切接头的固定连接，使坐封工具与单卡瓦大通径桥塞分离。

步骤五，将与单卡瓦大通径桥塞分离的坐封工具提出地面，投放可溶球至单卡瓦大通径桥塞的上接头一端的变径腔中，坐封完成，进行压裂施工。

步骤六，压裂施工后，可溶球在地层流体的作用下自行溶解。

本发明的有益效果在于：无需钻磨，只需注入电解质溶液便可将可溶解球完全溶解，留出了桥塞的大通径供后续生产使用；桥塞内通径大，满足一般规格的连续油管作业；在特殊工况下需要钻磨桥塞时，也可以将其钻磨掉，适用范围广。

附图说明

图1是大通径桥塞总成图。

图2是桥塞与坐封工具连接示意图。

图3是中心管的结构示意图。

图4是单向齿整体卡瓦的轴向截面图。

图5是单向齿整体卡瓦的径向截面图。

图6是引鞋的轴向截面图。

图7是引鞋的径向截面图。

图8是上接头的结构示意图。

图9是胶筒的结构示意图。

图10是背圈的结构示意图。

其中，1、可溶球，2、上接头，3、第一外背圈，4、第一背圈销钉，5、第一内背圈，6、第一胶筒挡环，7、胶筒，8、“O”形圈，9、承留环，10、第二胶筒挡环，11、第二内背圈，12、第二背圈销钉，13、第二外背圈，14、第一紧定销钉，15、第一锁环，16、锥体，17、第一启动销钉，18、单向齿整体卡瓦，19、引鞋，20、第二紧定销钉，21、第二锁环，22、第二启动销钉，23、中心管，24、坐封套，25、弹性棘爪，26、剪切接头，27、剪切销钉，28、拉杆，29、变径腔，30、凹槽，31、销钉孔，32、卡瓦内部凸台，33、引鞋内部凸台，34、楔形凸起，35、环型凸起。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

本实施例提供一种单卡瓦大通径桥塞，如图1~图2所示，包括上接头2、单向齿整体卡瓦18、中心管23、胶筒7、锥体16和引鞋19，中心管23为轴向中空结构，胶筒7套设于中心管23外壁，锥体16的底部截面为锥形，楔入单向齿整体卡瓦18与中心管23之间的空隙中，所述中心管23的上部内腔具有放置可溶球1的变径腔29，如图3所示，变径腔29的内径由上至下缩小，该变径腔29的截面呈锥度为15°～30°的锥面，中心管23内径最小处不小于71mm，中心管23下端开有4处均布的凹槽30，如图4~图7所示，单向齿整体卡瓦18内部沿周向及引鞋19的下端内部沿周向均设有4处与前述凹槽30相配合的凸台（卡瓦内部凸台32，引鞋内部凸台33），可溶球1可溶解于电解质溶液。

所述可溶球1由铝镁合金、水溶性二元酸以及二元醇聚合而成的热塑性聚合物制成，可耐压50～100MPa，耐温80～177℃，并可被电解质溶液溶解。

当需要对桥塞上部产层压裂时，投球泵送可溶球1到中心管23上部的变径腔29，密封后进行压裂。当措施完成后，在顶替液中加入一定浓度的电解质溶液，可溶球1将在一定的时间内溶解完，留出了桥塞的大通径供后续生产用。

进一步的，所述上接头2与中心管23采用螺纹连接，如图8所示，上接头2上端设有4处均布的楔形凸起34，楔形凸起34与中心管23下端4处均布的凹槽30相适应，作用是钻磨桥塞时，与上一段没有钻磨完后中心管23底部的四个凹槽30形成契合作用，可以防止钻磨时上一个桥塞打转，而无法钻磨。上接头2下端为锥度为30°～50°的锥面，与背圈配合，使内、外背圈便于撑开。

进一步的，所述锥体16通过第一锁环15套设于中心管23的外壁，所述引鞋19通过第二锁环21套设于中心管23的外壁，第一锁环15和第二锁环21的内、外壁均为锯齿螺纹结构，且外壁螺纹螺距大于内壁螺纹螺距，第一锁环15和第二锁环21内锯齿螺纹与中心管23外壁锯齿螺纹齿向相反，第一锁环15和第二锁环21外锯齿螺纹与锥体16、引鞋19锯齿螺纹齿向相反，锥体16和引鞋19与中心管23外壁锯齿螺纹齿向相同，第一锁环15和第二锁环21的内壁均与中心管23外壁螺纹配合，第一锁环15和第二锁环21的外壁分别与锥体16和引鞋19的内壁螺纹配合。

锥体16与锁环相配的外壁螺纹在桥塞坐封产生轴向移动时不会发生相对位移，而中心管23与锁环相配的内螺纹则可以发生单向不可逆位移。锁环内壁上的锯齿螺纹与中心管23外壁上的锯齿螺纹相配合，锁环便会在中心管23上锁紧，保持下压负荷防止回弹。

进一步的，所述锥体16通过第一启动销钉17与中心管23连接，锥体16与第一锁环15有第一紧定销钉14连接，第一启动销钉17用于固定锥体16，当剪切力达到设定值时，该第一启动销钉17被剪断，锥体16便可沿着轴向移动；所述引鞋19与第二锁环21有第二紧定销钉20连接，所述中心管23下端的4处凹槽30的间隔处外壁上设有4处销钉孔31，销钉孔31与引鞋19通过第二启动销钉22连接，防止桥塞下入时中途坐封。

进一步的，所述胶筒7的两端部外径小于中部外径，如图9所示，胶筒7两端部的外侧均套设有胶筒挡环（第一胶筒挡环6和第二胶筒挡环10），第一胶筒挡环6和第二胶筒挡环10分别套于胶筒7两端外径小的地方，用于压住胶筒7两端，更好的密封。胶筒7两端部的内侧设有环型凸起35，类似于“O”形圈结构，用于胶筒7坐封后进一步密封中心管23。

进一步的，所述胶筒7的两端均具有背圈，如图10所示，该背圈由内、外背圈组成（第一内背圈5和第二外背圈3，第二内背圈11和第二外背圈13），内、外背圈之间通过背圈销钉（第一背圈销钉4、第二背圈销钉12）连接。

进一步的，所述胶筒7与中心管23之间设有“O”形圈8，该“O”形圈8之上套有承留环9。该承留环9与“O”形圈8在胶筒7承压时进一步密封了胶筒7与中心管23的间隙。

进一步的，所述单向齿整体卡瓦18外表面沿轴向设有均匀分布的应力集中槽，确保卡瓦破裂后受力均匀；所述单向齿整体卡瓦18底面设有一个5°～10°的锥面，便于卡瓦破裂后向外滑动。

步骤一，将坐封工具上的弹性棘爪25一端与单卡瓦大通径桥塞上的引鞋19接触，弹性棘爪25的另一端与坐封工具上的剪切接头26端面接触。

步骤二，将坐封工具中的坐封套24对准单卡瓦大通径桥塞，坐封套24的端面与单卡瓦大通径桥塞的上接头2相接触，通过拉杆28将坐封套24和单卡瓦大通径桥塞的位置固定。

步骤三，通过电缆或连续油管将单卡瓦大通径桥塞下放到套管中的预定位置。

步骤四，启动坐封工具，坐封套24推压单卡瓦大通径桥塞的上接头2端面，剪切接头26带着弹性棘爪25推动单卡瓦大通径桥塞的引鞋19及中心管23外壁上的锥体16、第一锁环15、第二锁环21、背圈、胶筒挡环和胶筒7上行，封隔单卡瓦大通径桥塞与套管的环空，并锚定单卡瓦大通径桥塞，断开拉杆28与剪切接头26的固定连接，使坐封工具与单卡瓦大通径桥塞分离。

步骤五，将与单卡瓦大通径桥塞分离的坐封工具提出地面，投放可溶球1至单卡瓦大通径桥塞的上接头2一端的变径腔29中，坐封完成，进行压裂施工。

步骤六，压裂施工后，可溶球1在地层流体的作用下自行溶解。

工作原理：当泵送到预定层位后，电缆点火，电缆坐封工具传递推力到坐封套24上，坐封套24抵住上接头2上端面，同时拉杆28通过剪切销钉27带着剪切接头26上行，剪切接头26带着弹性棘爪25剪断第二启动销钉22推动引鞋19上行，引鞋19带动第二锁环21、单向齿整体卡瓦18同时上行，单向齿整体卡瓦18推动锥体16及第一锁环15剪断第一启动销钉17上行，在轴向力的作用下，锥体16上行挤压下部的第二外背圈13和第二内背圈11，内外背圈同时向上向外扩张，胶筒7和第二胶筒挡环10同时在轴向力作用下上行，并伴随少许鼓涨，同时在胶筒7挤压下部的第一内背圈5和第一外背圈3和第一胶筒挡环6，上述部件同时继续挤压单向齿整体卡瓦18，单向齿整体卡瓦18在引鞋19的支撑下，达到单向齿整体卡瓦18破裂力值后，单向齿整体卡瓦18向外移动，咬合套管，胶筒7鼓涨，密封套管，同时锥体16带动第一锁环15，引鞋19带动第二锁环21锁紧在中心管23上，达到拉杆28上的剪切销钉27的力值后，坐封工具与桥塞脱手，完成坐封。当需要对桥塞上部产层压裂时，投球泵送球1到中心管23上部的变径腔29上，密封后进行压裂。当措施完成后，在顶替液中加入一定浓度的电解质溶液，可溶球1将在一定的时间内溶解完，留出了桥塞的大通径供后续生产用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进或变形，这些改进或变形也应视为本发明的保护范围。