一种全金属压裂可溶桥塞的制作方法

本发明实施例涉及油气田开发技术领域，具体涉及一种全金属压裂可溶桥塞。

背景技术：

目前市场上现使用的可溶桥塞，材料采用可溶金属+可溶橡胶(老化式弹性体)。因结构采用常规的桥塞或封隔器的结构，使其部件加工仍然繁多，数量在20件以上，同时因可溶金属其强度或硬度的不足在设计上对各部件的尺寸变大而使桥塞内径变小；而作为可溶桥塞的密封部件，材料通常选用高分子弹性体，为使其达到可溶或老化，对其做配方的调整，使其在一定时间内，在温度或光照作用下老化可溶，但是这样的弹性材料在现实使用中存在很大的技术隐患和施工风险，由于弹性体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。

技术实现要素：

为此，本发明实施例提供一种全金属压裂可溶桥塞，以解决现有技术中可溶桥塞在使用中存在缺陷和不足的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种全金属压裂可溶桥塞，包括：

锁定环，筒状结构，具有中心流道；

卡瓦，筒状结构，套装于所述锁定环上并且所述卡瓦的内壁与所述锁定环的外壁之间形成有间隙，用于在接受坐封力后沿径向扩张咬入套管内壁并与套管建立轴向定位桥塞；

锥体组件，包括上椎体和下椎体，所述上椎体套装于所述锁定环的上端部并通过锯齿螺纹结构装配固定在锁定环上，所述下椎体套装于所述锁定环的下端部并通过锯齿螺纹连接在锁定环上，使上椎体和下椎体的小径端均楔入在卡瓦和锁定环的间隙内，用于沿所述锁定环的轴线方向施加相对的挤压力至所述卡瓦；

金属密封环，设置在所述卡瓦的上端部并套装于上椎体的外斜壁上，且上椎体的下端面楔入插接在金属密封环内，用于在接受外部坐封力后向外扩张至套管内壁建立密封；

坐封启动环，设置在卡瓦下端部的金属环，所述坐封启动环套装于所述下椎体的外斜壁上，并且坐封启动环的内壁和所述下椎体的外壁之间形成有供卡瓦下端部楔入的间隙，使坐封启动环在接受坐封力后沿所述下椎体向下运动并向外扩张；

其中，锁定环、卡瓦、锥体组件、金属密封环以及坐封启动环均由可溶金属制成，且金属密封环为具有超塑变性的金属材料制成。

本发明实施例的特征还在于，所述上椎体的内壁上开设有单向锁定螺纹，所述锁定环的外壁上设有与上椎体内壁上的单向锁定螺纹形成单向锁定结构连接的锯齿螺纹，使上椎体在接受坐封力后向下椎体方向做单向运动。

本发明实施例的特征还在于，所述锁定环的外壁上沿轴向方向设有开口，在挤压状态用于缩小直径供上椎体下压。

本发明实施例的特征还在于，所述卡瓦的两端开口均呈锥形口，使所述上椎体楔入端的外壁与卡瓦上端口的内壁紧配，所述下椎体楔入端的外壁与卡瓦下端口的内壁紧配。

本发明实施例的特征还在于，所述卡瓦的外壁上沿端部到中部的方向开设有供卡瓦在挤压状态下向外扩张的工作缝隙，所述卡瓦两端的工作缝隙呈交错设置。

本发明实施例的特征还在于，所述卡瓦的外壁上镶嵌有多个固定扣用于在挤压状态嵌入套管内壁上轴向固定桥塞。

本发明实施例的特征还在于，所述下椎体的内壁与锁定环的外壁丝扣连接。

本发明实施例具有如下优点：设置卡瓦、锥体组件、金属密封环、坐封启动环以及锁定环，将坐封启动环设置为环状结构可避免中途坐封，将卡瓦设计为筒形的整体结构，使卡瓦在挤压状态向外扩张时分布均匀，并通过具有超塑变性的金属密封环，基于其强度高、易压缩变形的特点使其能够建立可靠的密封，具体将桥塞下料至套管内，并向上椎体施加大于坐封启动环预设力的坐封力使上椎体向下压缩，此时上椎体、金属密封环、卡瓦、坐封启动环一起向下运行移动并向外扩伸，使卡瓦在上椎体和下椎体的相对挤压下直径变大并向外扩张至套管内壁并与套管建立轴向定位桥塞，直到金属密封环继续在上椎体的楔入挤压下向外扩张至套管内壁建立坐封，利用金属密封环、卡瓦与椎体之间采用楔形配合结构，使金属密封环与套管内壁形成坚固的配合，相当于卡瓦在套管内的定位固定效果，确保密封受力均匀，形变完整，并且锁定环、卡瓦、锥体组件、金属密封环以及坐封启动环均由可溶金属制成，其结构紧凑，零件少，性能更可靠，从而得到一种全新的金属密封压裂可溶桥塞。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例提供的一种全金属压裂可溶桥塞的整体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种全金属压裂可溶桥塞的结构爆炸示意图；

图3为本发明实施例提供的一种全金属压裂可溶桥塞的内部结构示意图；

图中：1、锁定环；2、卡瓦；21、工作缝隙；22、固定扣；3、锥体组件；31、上椎体；32、下椎体；4、金属密封环；5、坐封启动环。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，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做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。

实施例1

如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种全金属压裂可溶桥塞，包括：

锁定环1，其中锁定环1呈筒状结构，具有中心流道；

卡瓦2，其中卡瓦2呈筒状结构，套装于锁定环1上并且卡瓦2的内壁与锁定环1的外壁之间形成有间隙，用于在接受坐封力后沿径向扩张咬入套管内壁并与套管建立轴向定位桥塞，而将卡瓦2采用整体式的筒状结构，使卡瓦2在挤压状态向外扩张时分布均匀；

锥体组件3，包括上椎体31和下椎体32，其中上椎体31套装于锁定环1的上端部并通过锯齿螺纹结构装配固定在锁定环1上，下椎体32套装于所述锁定环1的下端部并通过锯齿螺纹连接在锁定环1上，使上椎体31和下椎体32的小径端均楔入插接在卡瓦2和锁定环1的间隙内(参考图3)，用于沿锁定环1的轴线方向施加相对的挤压力至所述卡瓦2，从而确保桥塞结构稳定，具体的在上椎体31的内壁上开设有单向锁定螺纹，并在锁定环1的外壁上设有与上椎体31内壁上的单向锁定螺纹形成单向锁定结构连接的锯齿螺纹，使上椎体31在接受坐封力后向下椎体32方向做单向运动，而下椎体32的内壁与锁定环1外壁的锯齿螺纹丝扣连接，从而由下椎体32固定住锁定环1，并利用锁定环1、卡瓦2、上椎体31以及下椎体32之间的楔入式结构将锁定环1固定在卡瓦2内。在锁定环1的外壁上还沿轴向方向设有开口，利用锁定环1为一轴向开口式的筒状结构，使其在径向受到挤压时直径变小，便于上椎体31向下推进，并当轴向压缩停止后，锁定环1外径回复原有尺寸并与上椎体31内的单向锁定螺纹形成配合连接，从而使桥塞在上椎体31的压缩下定位在压缩状态，而不会在没有压缩力的情况下向不压缩状态位移或复位；

金属密封环4，设置在所述卡瓦2的上端部并套装于上椎体31的外斜壁上，且上椎体31的下端面楔入插接在金属密封环4内，当桥塞在接受外部坐封力的作用后，金属密封环4能够在上椎体31的楔入挤压下向外扩张至套管内壁，并于其建立密封，从而隔断桥塞的上方和下方，确保密封受力均匀；

坐封启动环5，其中坐封启动环5为设置在卡瓦2下端部的金属环，坐封启动环5套装于所述下椎体32的外斜壁上，并且坐封启动环5的内壁和所述下椎体32的外壁之间形成有供卡瓦2下端部楔入的间隙，使坐封启动环5在接受坐封力后，由卡瓦2推动坐封启动环5沿着下椎体32的外壁向下运动并向外扩张，通过将坐封启动环5设置为环状结构，简化了常规桥塞坐封时需剪切销钉后启动桥塞的坐封原理，只需确保坐封力大于坐封启动环5的预设力，即可使桥塞受到坐封力后上椎体31楔入挤压并带动金属密封环4、卡瓦2、坐封启动环5向下运动，从而实现坐封，并且桥塞的坐封力可以根据实际需求调节其设计高度，待桥塞坐封后，坐封启动环5仍然保存稳定的机械结构，不影响其它部件的作用和功能，避免了剪切销钉因材质或剪切面的不规则，使桥塞坐封过程出现卡掐而影响桥塞的坐封效果，其结构简单，安装方便，对加工设备要求低，并且桥塞的坐封力可根据坐封启动环5的尺寸做简单的调整，使其加工及材料控制更加安全可靠；

其中，锁定环1、卡瓦2、锥体组件3、金属密封环4以及坐封启动环5均由可溶金属制成，通过采用全金属结构，确保桥塞具有较好的强度和硬度，并且金属密封环4为具有超塑变性的金属材料制成，基于金属密封材料强度高、易压缩变形的特点使金属密封环4能够建立可靠的密封，使桥塞采用新材料，技术起点高，安全可靠，适用温度范围广，使用环境为10-150摄氏度，以金属材料密封替换传统的高分子弹性体密封，从而解决现有技术中可溶金属+可溶橡胶的桥塞结构存在的缺陷，并且金属密封环41的材料与桥塞结构材料属同类型材料，可根据施工设计要求，科学调整材料配方，可精确设计可溶桥塞各部件的溶解时间。

如上所述，将卡瓦2的两端开口均设置为在卡瓦2内部形成小径端的锥形口，使上椎体31楔入端的外壁与卡瓦2上端口的内壁紧配，且下椎体32楔入端的外壁与卡瓦2下端口的内壁紧配，并在卡瓦2的外壁上沿端部到中部的方向开设有供卡瓦2在挤压状态下向外扩张的工作缝隙21，其中卡瓦2两端的工作缝隙21呈交错设置，利用卡瓦2瓦壁上交错设置的工作缝隙21使筒状的卡瓦2在两端受到压缩后直径变大从而向远离锁定环1的方向扩张，从而在上椎体31上施加坐封力使上椎体31向下楔入挤压时，金属密封环4、卡瓦2、坐封启动环5一起向下运行移动并向外扩伸，使卡瓦2在上椎体31和下椎体32的相对挤压下直径变大并向外扩张至套管内壁并与套管建立轴向定位桥塞，其中在卡瓦2的外壁上还镶嵌有多个固定扣22用于在挤压状态嵌入套管内壁上轴向固定桥塞，直到金属密封环4继续在上椎体31的楔入挤压下向外扩张至套管内壁建立坐封，形成稳固完整的密封结构。本实施例的全金属压裂可溶桥塞中除卡瓦2上镶嵌的固定扣22为陶瓷扣或硬质合金扣外，其它的零部件均为100％的可溶金属，通过卡瓦2与金属密封环4同时配合锥体组件3坐封，利用金属密封环4、卡瓦2与锥体组件3之间采用楔形配合结构，使金属密封环4与套管内壁形成坚固的配合，相当于卡瓦2在套管内的定位固定效果，从而隔断桥塞的上方和下方，确保密封受力均匀，形变完整，其结构紧凑，零件少(零件数量只有六件)，成本低，性能更可靠，特别适用在非常规油气地层或页岩气的压裂开发应用。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。