膨胀式可降解桥塞的制作方法

本发明涉及油气田开发应用的井下工具技术领域，具体涉及一种可降解桥塞。

背景技术：

在水平井分段压裂过程中，经常使用桥塞实现对已射孔井段的压裂分层。目前使用的桥塞多为可钻或者可捞式，压裂施工完毕后，需要使用油管带井下工具，对桥塞进行钻磨或者打捞，来释放封堵的油层，但现场施工时，经常因为套管变形而出现钻磨或者打捞失败的情况，使钻塞工艺成本大幅提高，为此需要研究一种可降解的桥塞，解决压裂后可以快速投产的问题。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种膨胀式可降解桥塞，其在分段压裂后，不用进行钻磨或者打捞作业，能实现压裂后油气井快速投产。

为此，本发明的技术方案在于：

一种膨胀式可降解桥塞，包括安装在套管之间的套管短节、安装在套管内部的中心柱、膨胀管、膨胀锥和C型环；

所述套管短节的内表面沿周向设置有凹槽；

所述中心柱从上到下固定设置有丢手槽、膨胀锥托台、自锁倒齿和防脱块；所述丢手槽为沿周向设置在所述中心柱上的凹槽；所述膨胀锥托台用于支撑所述膨胀锥，限制其在轴向上向下运动；所述自锁倒齿从上到下设置有多个；所述防脱块设置在所述中心柱的下端面上；

所述膨胀管套在所述中心柱上，其内径小于所述膨胀锥外径最大处的直径；

所述膨胀锥套在所述中心柱上，并放置在所述膨胀锥托台上，其上表面的面积小于下表面面积；同时，所述膨胀锥上端面的外径小于所述膨胀管的内径；

所述膨胀管选用塑性变形的可降解金属材料制成，所述膨胀锥选用可降解金属材料制成；所述膨胀锥的硬度大于所述膨胀管的硬度；

具体来说，可降解金属材料为镁铝合金、铝镁合金、镁铜合金、镁锌合金或镁铝镍合金，该材料在100℃低矿化度水的环境下，5～10天内可完全降解；

所述C型环安装在所述膨胀锥托台下侧，其在套管内时处于弹性形变状态；当其滑动至套管短节内表面的凹槽位置时，弹性形变恢复，C型环卡在凹槽处，纵向位置固定；所述C型环的内表面还设置有啮合齿，所述啮合齿能与所述中心柱上的自锁倒齿配合形成锁紧结构，令所述中心柱只能单向向上运动。

优选，所述膨胀锥的侧面安装有O型密封圈，用于在所述膨胀锥和膨胀管之间形成密封。优选该O型密封圈有多个。

优选，所述啮合齿沿C型环周向设置，其纵向剖面为对称的直角梯形，直角梯形的下底与C型环内表面重合，长腰在下；对应的，单个所述自锁倒齿的纵向剖面为对称的直角三角形，直角三角形的一条直角边与中心柱表面重合。直角三角形的斜边与底边的夹角等于直角梯形的长腰与底边的夹角。

优选，所述防脱块的直径大于所述C型环中啮合齿形变后的内径。

优选，所述自锁倒齿两两之间的距离大于所述啮合齿的高度。

优选，所述膨胀锥托台的直径等于膨胀锥最大处外径。

所述啮合齿在径向能发生形变。

本发明提供的膨胀式可降解桥塞利用可降解材料制成桥塞，能在井下自动降解而失去密封作用，结构合理，投产前不需要钻磨或者打捞，能直接下完井管柱投产，提高油气井作业效率。

附图说明

图1为本发明提供的膨胀式可降解桥塞在井下的结构示意图；

图2为C型环固定整个中心柱的结构示意图；

图3是C型环中啮合齿与中心柱上自锁倒齿形成锁紧结构的结构示意图；

图4是膨胀锥进入膨胀管的结构示意图；

图5是膨胀锥挤压膨胀管实现初密封的结构示意图；

图6是坐封工具与膨胀锥和膨胀管形成的桥塞在丢手槽位置分离后桥塞坐封的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行详细描述。

如图1所示，一种膨胀式可降解桥塞，包括安装在套管之间的套管短节11、安装在套管内部的中心柱3、膨胀管4、膨胀锥6和C型环8；套管短节11的内表面沿周向设置有凹槽；中心柱3从上到下固定设置有丢手槽5、膨胀锥托台14、自锁倒齿9和防脱块10；丢手槽5为沿周向设置在中心柱3上的凹槽；膨胀锥托台14用于支撑膨胀锥6，限制其在轴向上向下运动；自锁倒齿9从上到下设置有多个，两两之间的距离大于啮合齿13的高度；防脱块10设置在中心柱3的下端面上，其直径大于C型环8中啮合齿13形变后的内径；膨胀管4套在中心柱3上，其内径小于膨胀锥6外径最大处的直径；膨胀锥6套在中心柱3上，并放置在膨胀锥托台14上，其上表面的面积小于下表面面积；优选，膨胀锥托台14的直径等于膨胀锥6最大处外径；同时，膨胀锥6上端面的外径小于膨胀管4的内径；膨胀管4选用塑性变形的可降解金属材料制成，膨胀锥6选用可降解金属材料制成；膨胀锥6的硬度大于膨胀管4的硬度；可降解金属材料可从镁铝合金、铝镁合金、镁铜合金、镁锌合金或镁铝镍合金中选用，该材料在100℃低矿化度水的环境下，5-10天内可完全降解；C型环8安装在膨胀锥托台14下侧，其在套管内时处于弹性形变状态；当其滑动至套管短节11内表面的凹槽位置时，弹性形变恢复，C型环8卡在凹槽处，纵向位置固定；C型环8的内表面还设置有啮合齿13，啮合齿13能与中心柱3上的自锁倒齿9配合形成锁紧结构，令中心柱3只能单向向上运动。啮合齿13在径向能发生形变。

膨胀锥6的侧面安装有O型密封圈，用于在膨胀锥6和膨胀管4之间形成密封。优选该O型密封圈7有多个。

作为本发明的一个具体实施例，啮合齿13沿C型环8周向设置，其纵向剖面为对称的直角梯形，直角梯形的下底与C型环8内表面重合，长腰在下；对应的，单个自锁倒齿9的纵向剖面为对称的直角三角形，直角三角形的一条直角边与中心柱表面重合。直角三角形的斜边与底边的夹角等于直角梯形的长腰与底边的夹角。

使用时：在入井前套管短节11安装在相连两套管之间，置于井筒内，将该膨胀式可降解桥塞用电缆输送下井，所有工具进入套管后，C型环8由于压力作用紧贴套管内壁，与桥塞一起沿套管内壁向下滑动，至套管短节11内部凹槽位置，由于弹力作用C型环8外径向外扩张紧贴于套管短节11内部凹槽内，限位卡住，C型环8无法沿套管上下轴向移动，膨胀锥托台14让桥塞无法继续向下移动，中心柱3也无法向下移动，只能单向向上运动，由于桥塞受阻，电缆负荷发生变化，地面操作人员以此为信号，确认桥塞到达预定位置。

点火点燃坐封工具内的动力火药产生液压推力，坐封工具的推筒1对上挡环2施加向下作用力，膨胀管4与中心柱3产生相对位移，中心柱3向上移动过程中自锁倒齿9迫使啮合齿13发生弹性，C型环8向下移动齿位。同时中心柱3依靠膨胀锥托台14带动膨胀锥6向上移动，膨胀锥6与膨胀管4相接触，中心柱3拉动膨胀锥6继续向上移动，在膨胀锥6的挤压作用下，膨胀管4产生塑性变形，下端相应部分发生径向膨胀，使膨胀管4外壁表面紧贴于套管内壁上实现初密封，膨胀锥6外锥面置有O型密封圈7，封堵膨胀锥6与膨胀管4相接触部分，防止压裂过程中膨胀锥6受到向下正压力作用后退产生的泄漏。

膨胀锥6向上移动至上挡环2位置，上档环2为不可膨胀金属，阻止膨胀锥6继续向上移动后产生巨大反作用拉力，坐封工具的推筒1和中心柱3在丢手槽5位置容易拉脱，实现坐封工具与桥塞在丢手槽5位置的分离，实现一种膨胀式可降解桥塞的坐封，坐封成功后，上提电缆可从套管内取出坐封工具和推筒1。

压裂时，膨胀管4与套管紧密贴合并密封，所受轴向力与膨胀管4和套管内壁之间的静摩擦力平衡，膨胀管4不发生移动。中心柱3也承受向下的推力，由于自锁倒齿9和啮合齿13的作用，中心柱3所受的向下的推力被C型环8与套管间的支持力所抵消，保证压裂过程中桥塞的密封性。压裂完毕后，井底温度升高，桥塞的膨胀管4和膨胀锥6在压裂液中开始分解，直至完全分解失去密封作用，被桥塞封闭的层开始出液，避免了钻磨或者打捞桥塞释放油层的工序。