一种新型结构的全可溶压裂桥塞的制作方法

1.本发明属于油气勘探与开发领域的井下工具，尤其涉及了一种新型结构的全可溶压裂桥塞。


背景技术：

2.在油气开发的过程中，尤其是非常规油气、致密油气、低渗透油气等的开发过程中，大量采用射孔枪
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桥塞联作的多级分段压裂技术，并由压裂桥塞作为各段施工之间的隔离工具，压裂桥塞目前多数采用复合可钻桥塞，需要进行钻桥塞作业，成本高；近几年，出现了可溶解桥塞，理论上可以实现桥塞免钻，但目前的应用现状是：一口井完成多级压裂后，还是需要进行清理钻塞，钻除未溶解的桥塞，单只未溶解的桥塞钻除时间比复合桥塞更费时，因此，当前金属可溶桥塞还存在不足，主要表现为：(1)现场多为双卡瓦可溶桥塞、溶解时间长，产生溶解灰泥多，容易糊住未溶解的金属表面，阻隔了井液与金属表面的电化学反应，导致溶解缓慢甚至不溶解；(2)选材不当或没有很好的表面处理技术，导致还没有施工就部分溶解甚至全部溶解的情况；(3)在锚定方面，现有可溶桥塞有两种主要形式：其一是无卡瓦可溶桥塞，靠涂覆在卡瓦体上的镍合金与套管之间的摩擦锚定，这种锚定方式，坐封不牢，只适合于低压新井情况；另外一种是陶瓷或硬质合金圆柱块斜装作为卡瓦齿，这种卡瓦与套管锚定时是点接触受力，容易断齿，会导致无法坐封或坐封打滑等现象，而且卡瓦颗粒不溶解、无磁性，无法使用磁性打捞工具打捞上来；(4)目前出现的单卡瓦可溶桥塞也存在整体偏长、无双向卡死功能，依然存在溶解不透彻的功能隐患、反向被推出井筒的安全隐患；(5)现有的单卡瓦可溶桥塞坐封多为剪钉剪断坐封，被剪断的剪钉残余有时候使得坐封好的桥塞又解封，可靠性偏低。总之，除上述问题外，目前的可溶桥塞还存在持压时间短、溶解缓慢或溶解过快、温度适用范围受限、可靠性不高、成本较高等诸多问题。


技术实现要素：

3.为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的是研制出一种更加适用和可靠的新型结构的全可溶压裂桥塞，主要用于射孔枪
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桥塞联作的多级压裂。
4.为了实现上述目的，经过长期研究与试验，本发明采用了如下技术方案：一种新型结构的全可溶压裂桥塞是一种双向锁死的单卡瓦全可溶桥塞，包括公锥、密封组件、螺钉、卡瓦母锥、卡瓦环、剪环压帽、底座、剪环、剪环座、可溶球等组成。所述公锥的锥面上依次套装有密封组件和卡瓦母锥，卡瓦母锥为径向弹性爪结构，内部锥孔紧贴公锥外锥面；公锥小头段和卡瓦母锥内锥面小头段分别设有公母棘齿，坐封时，卡瓦母锥径向张开，公锥棘齿与卡瓦母锥棘齿相互啮合而锁成一体；卡瓦母锥下端方槽与底座上方形凸台咬合安装；螺钉连接卡瓦母锥与公锥；剪环压帽一端连接底座，另一端连接卡瓦母锥；其与底座之间安装剪环与剪环座；卡瓦环由多个卡瓦颗粒在卡瓦母锥外圆柱面上的矩形环槽中拼装而成，横向看，卡瓦环齿尖为圆弧线，锚定时，与套管内壁全线咬合。上述零件中，卡瓦环和剪环座由不可溶解优质钢制造，密封组件中的橡胶件由可溶橡胶制造，其余零件均由可溶金属材料制
造；通过材料选择和表面处理，针对特定的溶解介质，能控制溶解时间。为了配合坐封工具施工，所述的技术方案还包括可溶桥塞坐封附件：中心拉杆、锁紧扭簧、推筒等，针对有些坐封工具还配有适配器接头。
5.本发明的有益效果是：其整个长度不到现有双向桥塞的50％和现有单卡瓦桥塞的70
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80％，结构小巧，溶解更高效，成本更低；同现有单卡瓦可溶桥塞相比，本发明的独特结构可实现单卡瓦双向锚定，增加了施工安全性；与通常的可溶桥塞相比，其独特的卡瓦设计是一项技术飞跃，成倍的减小了局部应力，消除了点接触卡瓦的崩齿现象，增加了承载力，大大改善卡瓦受力状况，可靠性增强，并适用更高的作业压力；本发明的卡瓦颗粒能被磁铁吸住，因而可以在连续油管清扫过程中配置强磁打捞器捞出卡瓦颗粒，在不增加成本情况下，排除了现有可溶桥塞陶瓷卡瓦颗粒无法排出井筒而产生的各种隐患；独特的剪切坐封结构，使得剪环剪断后不留井下残余，进一步提高了本发明的可靠性。针对特定的介质，包括清水介质，通过选择溶解特性不同的材料和表面处理，可在24小时至15天之间的任意时间内控制溶解节奏。
6.本发明不限用于射孔枪
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桥塞联作的多级压裂施工，也可以用于其它井下作业；其独一无二的卡瓦环结构还可用作双卡瓦可溶桥塞、可溶封隔器、复合桥塞上的卡瓦零件，也可用作其它井下工具的卡瓦零件。
7.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
附图说明
8.图1是本发明可溶桥塞的整体方案图；图2是卡瓦环三角齿形示意图。
具体实施方式
9.如图1，定义图中左端为本方案可溶桥塞上端。本发明所述的一种新型结构的全可溶压裂桥塞包括公锥1、密封组件2、螺钉3、卡瓦母锥4、卡瓦环5、剪环压帽6、底座7、剪环8、剪环座9、可溶球10等零件组成。为了配合坐封工具施工，本发明配有的附件包括中心拉杆11、锁紧扭簧12、推筒13，有些坐封工具需要在中心拉杆11与坐封工具之间设置适配器。
10.所述的公锥1是一个带有外圆锥面102和球座内锥面101的零件，外圆锥面锥角16
°‑
24
°
；球座内锥面101在所述公锥1的上端内面，内锥角为50
°‑
70
°
，用于坐封时坐落可溶球10；所述的公锥1外锥面小头段设置有公棘齿103，其在坐封后可与卡瓦母锥4上的母棘齿41咬合成一体并保持锁紧状态。
11.所述的卡瓦母锥4是一个可径向张开的弹性爪机构，从其两端均匀起割若干个纵向缝隙，纵向缝隙根部均不割断；其后端开有8
‑
10个均匀分布的端部方槽43，方槽位于从后端起割的缝隙44的中间位置，且与底座7上端的方形凸台71咬合安装；所述的卡瓦母锥4外圆柱面上开有1
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3个用于安装卡瓦颗粒51的矩形环槽45；卡瓦母锥4内锥角与公锥1外锥面锥角相等，内锥面小头段设置有母棘齿41，坐封后与公锥1的公棘齿103咬合；所述的卡瓦母锥内孔下端设有环形卡槽42，安装时，其可卡住剪环压帽6上端凸台61。
12.所述的卡瓦环5是独一无二的设计，其由多个卡瓦颗粒51在卡瓦母锥4上的矩形环槽45中拼装组成，可设置1
‑
3组卡瓦环5；沿轴向剖视，卡瓦颗粒51截面为矩形轮廓，外带2
‑
3个三角形锯齿52；如图2所示，卡瓦齿形角70
°‑
90
°
，前角10
°‑
45
°
，后角45
°‑
70
°
；横向看，卡
瓦环5的锯齿尖为圆弧形，坐封锚定时，其能全线接触和咬入套管内壁，成倍的减小了局部应力，消除了点接触卡瓦的崩齿现象，受力状况大大优于点接触的斜装的圆柱形卡瓦颗粒；卡瓦颗粒51用超高强度钢制造，且容易被磁铁吸住，当卡瓦母锥溶解后，卡瓦环5自动散开成不可溶解的小卡瓦颗粒51，除部分被循环出井外，其余部分可被强磁打捞出井。
13.所述的密封组件2由可溶楔形胶筒21、可溶橡胶垫22、金属垫环23叠合组成；楔形胶筒21呈楔状，圆柱外形；密封组件2内部为锥形与公锥外锥角相等且贴合安装，金属垫环23紧贴卡瓦母锥4上端安装；坐封时，密封组件2可沿公锥1外锥面102径向膨胀，直至在井筒套管、公锥1和卡瓦母锥4之间牢固卡住。
14.所述的底座7下端设计为大尺寸斜倒角73，利于工具下井；底座7上端设置均匀分布有8
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10个方形凸台71，可安装于卡瓦母锥4下端的方形槽43中；底座7上端斜面与卡瓦母锥下端面斜角相等；底座下端面设置有1个方形缺口72。
15.所述的剪环压帽6、剪环8、剪环座9构成剪环组件；所述的剪环8为一套装在剪环座9上的金属圆环，由剪环压帽6压装在底座7内；所述的剪环压帽6上端外部带凸起61，可卡入卡瓦母锥4下端内槽42安装；剪环座9为钢件，不可溶解，坐封完成后，它可与剪环8的残留部分随中心拉杆起出井筒。
16.本发明的主要操作：下井前，将推筒13连接坐封工具外管，将中心拉杆11下端连接在剪环座9后，再将其上端套上锁紧扭簧12与坐封工具内管连接，即连好整个本发明所述的全可溶桥塞。入井至预定位置后，坐封机构进行火药燃烧操作或液压操作，推筒13推动可溶桥塞的公锥1下行，中心拉杆11拉动剪环座9、底座7等上行，带动卡瓦母锥4、密封组件2上行并径向张开，使卡瓦环5锚定，密封组件2坐封，并将剪环8剪断，完成丢手操作。射孔作业完成后，投入可溶球10即可进行压裂操作。