一种用于桥塞的密封环、桥塞及油气井压裂系统的制作方法

1.本公开涉及油气田开发技术领域，尤其涉及一种用于桥塞的密封环；本公开还涉及一种桥塞及应用该桥塞的油气井压裂系统。


背景技术：

2.目前在油气井压裂过程中，射孔与可溶桥塞联作工艺是主要的压裂工艺之一，该工艺是为配合致密油、致密气开发，引进并规模化推广的一项技术。可溶桥塞是此工艺中的关键工具，可以直接决定压裂作业是否成功，进而影响增产效果。其中，在可溶桥塞所有部件中，密封结构是关键部件之一，随着可溶桥塞产品的发展以及改进，金属密封环是可溶桥塞密封结构中主要的结构，但金属密封环受限于金属材质的延伸率，导致金属密封的成功率存在较大的差异，采用的金属延伸率较低时，金属密封环容易断裂，如果采用延伸率较高的材料时，会导致金属密封环的制造成本高昂。目前常用的金属密封环扩张尺寸有限，同一规格的金属密封环只能在特定规格套管中使用，无法满足现场特殊井况下的应用。


技术实现要素：

3.本公开为了解决现有技术中存在的问题，提供了一种用于桥塞的密封环、桥塞及油气井压裂系统。
4.根据本公开的第一方面，提供了一种用于桥塞的密封环，包括：
5.密封环本体，所述密封环本体具有相对布置的两个端面；所述密封环本体上设有至少一条割缝，所述割缝的一端由密封环本体上延伸并贯通其中一个端面形成起始端，另一端延伸至所述密封环本体上邻近另一个端面的位置形成终止端；所述割缝由起始端沿周向至少环绕部分所述密封环本体并延伸至所述终止端；所述密封环本体被所述割缝分割为第一部分和第二部分。
6.在本公开的一个实施例中，所述割缝径向贯通所述密封环本体相对的内壁和/或外壁。
7.在本公开的一个实施例中，所述割缝设置为一条，所述割缝由所述起始端沿所述密封环本体周向环绕约360
°
至所述终止端。
8.在本公开的一个实施例中，所述割缝设置有两条，分别记为第一割缝和第二割缝；所述第一割缝包括第一起始端和第一终止端，所述第二割缝包括第二起始端和第二终止端；所述第一割缝和第二割缝相对分布在所述密封环本体上。
9.在本公开的一个实施例中，所述密封环本体相对布置的两个端面分别记为第一端面、第二端面；所述第一割缝由所述第一起始端沿所述密封环本体沿周向环绕约170
°
至190
°
到所述第一终止端；和/或，所述第二割缝由所述第二起始端沿所述密封环本体沿周向环绕约 170
°
至190
°
到所述第二终止端。
10.在本公开的一个实施例中，所述第一起始端、第二起始端位于所述第一端面上相对的位置；所述第一终止端、第二终止端(92)位于所述密封环本体上邻近所述第二端面且
相对的位置。
11.在本公开的一个实施例中，所述第一起始端、第二起始端位于所述第一端面，且二者邻近设置；所述第一终止端、第二起终止端位于所述密封环本体上邻近所述第二端面的位置，且二者邻近分布。
12.在本公开的一个实施例中，所述第一起始端位于所述第一端面，所述第二起始端位于所述第二端面与所述第一起始端对应的位置，所述第一终止端位于所述密封环本体上邻近所述第二端面的位置，所述第二终止端位于所述密封环本体上邻近所述第一端面的位置。
13.在本公开的一个实施例中，所述第一起始端位于所述第一端面，所述第一终止端位于所述密封环本体上邻近所述第二端面的位置；所述第二起始端位于所述第二端面与所述第一终止端邻近的位置，所述第二终止端位于所述密封环本体上邻近所述第一端面的位置，且与所述第一起始端邻近设置。
14.在本公开的一个实施例中，所述割缝的宽度在2mm以下。
15.在本公开的一个实施例中，所述密封环本体为可溶金属。
16.在本公开的一个实施例中，所述可溶金属为镁铝合金。
17.根据本公开的第二方面，还提供了一种桥塞，包括：
18.椎体、上述的用于桥塞的密封环、卡瓦；所述密封环和所述卡瓦套接在所述椎体上；所述椎体被构造为在运动的过程中挤压所述密封环和所述卡瓦径向向外扩张。
19.根据本公开的第三方面，还提供了一种油气井压裂系统，包括：
20.套管，以及位于套管内的上述的桥塞；所述桥塞中的密封环被构造为在所述椎体的作用下径向向外扩张，以与所述套管的内壁密封接触在一起。
21.本公开的一个有益效果在于，本公开的密封环具有较高的延伸性，在桥塞坐封作业时，密封环上第一部分和第二部径向扩张，配合密封环本体完成桥塞坐封作业，进而避免出现密封环本体在圆周的某一处发生断裂，一定程度上提高了桥塞密封作业的成功率。桥塞本体上可以通过设置不同数量、环绕程度的割缝，以适配现场作业的需求，进而扩大了密封环的使用范围。
22.在本公开其它实施例中，通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
23.被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且连同其说明一起用于解释本公开的原理。
24.图1是本公开一实施例提供的密封环的结构示意图；
25.图2是图1实施例中割缝起始端、终止端位置的局部放大示意图；
26.图3是本公开另一实施例提供的密封环的结构示意图；
27.图4是本公开一实施例提供的一种桥塞的整体结构示意图。
28.图1至图4中各组件名称和附图标记之间的一一对应关系如下：
29.1、密封环；2、密封环本体；3、第一端面；4、第二端面；5、内壁；6、外壁；7、割缝；71、起始端；72、终止端；73、第一部分； 74、第二部分；8、第一割缝；81、第一起始端；82、第一终
止端；83、第一部分；84、第二部分；9、第二割缝；91、第二起始端；92、第二终止端；93、第三部分；94、第四部分；10、椎体；11、卡瓦；12、豁口。
具体实施方式
30.现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
31.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。
32.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
33.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
34.下面结合附图对本公开的具体实施方式进行描述。
35.在本文中，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等仅用于表示相关部分之间的相对位置关系，而非限定这些相关部分的绝对位置。
36.在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示重要程度及顺序、以及互为存在的前提等。
37.在本文中，“相等”、“相同”等并非严格的数学和/或几何学意义上的限制，还包含本领域技术人员可以理解的且制造或使用等允许的误差。
38.本公开提供了一种用于桥塞的密封环，包括呈环形的密封环本体，在密封环本体上设有至少一条割缝，割缝的起始端贯通密封环本体其中的一个端面，终止端位于密封环本体上邻近密封环本体另一个端面的位置。割缝由起始端沿周向至少环绕部分密封环本体并延伸至终止端；由此可通过该割缝将密封环本体分割为第一部分和第二部分。由于割缝的终止端并没有贯通密封环本体的另一个端面，因此第一部分与第二部分依然连接在一起。
39.当密封环在径向向外扩张时，密封环本体的第一部分和第二部分可以相对错开，各自径向向外扩张，由此可避免密封环本体的断裂，提高了密封环的延展性。当密封环扩张至使第一部分和第二部分均与套管的内壁紧密接触时，实现了密封环与套管的密封。
40.在本公开一个实施方式中，割缝可设置有一条，该割缝环绕密封环本体周向方向上，例如在密封环本体上螺旋环绕360
°
。在本公开一个实施方式中，割缝可设置有两条，两条割缝分布在密封环本体的周向方向上，例如每条割缝各环绕180
°
。两条割缝相对设置在密封环本体的周向方向上，由此可使两条割缝可以错开设置，由此可使密封环本体可以均匀地径向向外扩张，避免了由于扩张的不对称而造成的密封效果不好，或者密封环本体断裂等。
41.当然，对于本领域的技术人员而言，在上述公开的基础上，密封环本体上的割缝也可以设置三条、四条或者更多条，在此不再具体说明。
42.实施例一
43.参考图1、图2，本公开提供了一种用于桥塞的密封环，包括呈圆环状的密封环本体
2，密封环本体2具有相对布置的两个端面，分别是第一端面3和第二端面4，密封环本体2具有相对布置的内壁5和外壁 6。密封环本体2上设置有至少一条割缝7，割缝7由起始端71延伸至终止端72。割缝7的起始端71延伸并贯通密封环本体2上的其中一个端面，其中，如图2所示，在加工的过程中，由于割缝7本身具有一定的宽度尺寸，因此当割缝7延伸的角度过小时，其会在密封环本体2 的端面上邻近起始端71的位置形成豁口12。割缝7的终止端72由起始端71周向部分环绕密封环本体2并邻近另一个端面。密封环本体2 被割缝7分割为两个部分，分别记为第一部分73和第二部分74。由于割缝的终止端并没有贯通密封环本体的另一个端面，因此第一部分与第二部分依然连接在一起。
44.可通过线切割或者本领域技术人员所熟知的其它方式在密封环本体2上形成割缝，割缝在密封环本体2轴线方向上的宽度可在2mm以下，以保证加工的可能性以及密封环的密封性能。
45.图1示意出了一条割缝的结构示意图，参考图1，割缝7的起始端71贯通密封环本体2的第一端面3，终止端72位于密封环本体2上邻近第二端面4的位置，由此该割缝7从起始端71在密封环本体2的周向方向上逐渐往第二端面4的位置延伸，直至延伸至终止端72。
46.在桥塞坐封时，密封环的内壁受到挤压的力时，密封环上第一部分73和第二部分74可相互错开，分别径向扩张直至密封环外壁6与套管的内壁完全贴合。
47.本公开的密封环，通过设置割缝7，将密封环本体2分割为第一部分73和第二部分74，由此可避免密封环本体2整体发生较大的延伸，通过第一部分73和第二部分74径向扩张完成密封，增强了密封环的延伸性能和扩张能力，减少了密封环本体2发生断裂的可能性，提高了桥塞坐封的成功率。
48.在本公开一个实施例中，割缝7径向贯通密封环本体2的内壁5 和外壁6，即该割缝7贯穿密封环本体2的侧壁。
49.在本公开另一实施例中，在本公开另一个实施方式中，割缝7仅贯通其中一侧的侧壁。例如割缝7径向贯通密封环本体2的内壁5但没有贯通至外壁6，或割缝7贯通密封环本体2的外壁6但没有贯通至内壁5。此时根据割缝7的位置也可将密封环本体2分为第一部分73 和第二部分74。当密封环本体2受到外力后，密封环本体2会先从割缝7所在处断开。此时，受力断开后的第一部分73和第二部分74的状态与上一实施例相同，实现的效果与上述也是一致的，在此不再具体说明。
50.在本公开一个实施例中，割缝7由起始端71沿密封环本体2周向环绕约360
°
至终止端72。参考图1，起始端71和终止端72在轴线方向上近似呈相对设置，由此可使割缝7在密封环本体2的周向上环绕近360
°
。在桥塞坐封时，由于割缝7是从起始端71沿密封环本体2 周向环绕约360
°
至终止端72，可以理解为第一部分73和第二部分74 几乎是平均分割了密封环本体2，所以第一部分73和第二部分74受力发生径向扩张时是较为均匀地向外扩张，如此设置可以保证密封性能良好的情况下最大程度地提高密封环本体2的延伸性能和扩张能力，减少了密封环本体2发生断裂的可能性，提高了桥塞坐封的成功率。
51.对于本领域的技术人员而言，在上述公开的基础上，割缝7环绕密封环本体2的角度也可以小于360
°
，由割缝分割的第一部分、第二部分依然可以独立地向外扩张，但是密封环本体上没有被割缝隔开的位置依然可能存在受力断裂的情况，而且割缝环绕的角度越小，且断裂的可能性越大。
52.另外，割缝7沿密封环本体2环绕的角度也可以大于360
°
。当割缝7环绕的角度大于360
°
时，则存在部分割缝在密封环本体2的轴线方向上重叠的情形，此时可能会影响密封环的密封性能，割缝重叠的部分越多，则密封性能会越差。
53.本公开的密封环本体2为可溶金属。实际应用中，在完成压裂作业后可将特定的温度和矿化度液体通入到管道中，密封环本体2可自行溶解消失。不需要再通过其他方法将其取出，提高了作业效率。
54.在本公开一个实施例中，可溶金属为镁铝合金。镁铝合金材料的延伸率优选≥25％，在桥塞坐封过程中，密封环本体会发生一定程度的变形，选择延伸率较高的材料可以避免密封环本体2会发生断裂，以及在材料扩张后不容易收缩回弹。镁铝合金材料的成本相对于其他高延伸率的材料而言价格较低，可以降低作业成本，提高了油气井后期各种作业的可操作性。
55.实施例二
56.实施例二与实施例一的结构基本相同，不同的是，实施例二割缝的数量不同。参考图3，在本公开一个实施方式中，密封环本体2上相对地设置了两条割缝，分别记为第一割缝8和第二割缝9。两条割缝相对设置在密封环本体2的周向方向上，由此可使两条割缝可以错开设置，进而可使密封环本体2均匀地径向向外扩张，避免了由于扩张的不对称而造成的密封效果不好，或者密封环本体2断裂等。
57.第一割缝8的第一起始端81贯通密封环本体2的第一端面3，第一终止端82位于密封环本体2上邻近第二端面的位置，由此该第一割缝8从第一起始端81在密封环本体2的周向方向上逐渐往第二端面4 的位置延伸，直至延伸至第一终止端82。第二割缝9的第二起始端91 贯通密封环本体2的第二端面4，第二终止端92位于密封环本体2上邻近第一端面3的位置，由此该第二割缝9从第二起始端91在密封环本体2的周向方向上逐渐往第一端面3的位置延伸，直至延伸至第二终止端92。
58.两条割缝均从各自的起始端环绕密封环本体2约180
°
到各自终止端。其中，第一割缝8将密封环本体2分为第一部分83和第二部分 84，第二割缝9将密封环本体2分为第三部分93和第四部分94，由于两条割缝的终止端都没有贯通密封环本体2的另一个端面，因此第一、二、三和四部分依然连接在一起。
59.本公开的密封环，通过设置第一割缝8和第二割缝9可避免在桥塞坐封时密封环本体2整体发生较大的延伸，通过第一部分83、第二部分84、第三部分93和第四部分94均匀对称地向外扩张完成密封，增强了密封环的延伸性能和扩张能力，减少了密封环本体2发生断裂的可能性，提高了桥塞坐封的成功率。由于对应的设置了两条割缝，第一部分83、第二部分84、第三部分93和第四部分94在发生向外径向扩张时会更加稳定，进一步提高了桥塞坐封的成功率。
60.对于本领域的技术人员而言，在上述公开的基础上，第一割缝8 和第二割缝9环绕密封环本体2的角度也可以小于180
°
。由割缝分割的第一部分83、第二部分84、第三部分93和第四部分94依然可以独立地向外扩张，但是密封环本体2上没有被第一割缝8和第二割缝9 隔开的位置依然可能存在受力断裂的情况，而且第一割缝8和第二割缝9环绕的角度越小，且断裂的可能性越大。
61.另外，第一割缝8和第二割缝9沿密封环本体2环绕的角度也可以大于180
°
。当第一
割缝8和第二割缝9环绕的角度大于180
°
时，则存在部分割缝在密封环本体2的轴线方向上重叠的情形，此时可能会影响密封环的密封性能，割缝重叠的部分越多，则密封性能会越差。
62.基于此，第一割缝8和第二割缝9在密封环本体2上的环绕角度可以在170
°
至190
°
之间。
63.两条割缝在密封环本体2上的位置可以根据需要进行变化。
64.在本公开一个实施例中，参考图3，第一起始端81位于第一端面 3，第一终止端82位于密封环本体2上邻近第二端面4的位置。第二起始端91位于第二端面4，且与第一起始端81对应的位置，第二终止端92位于密封环本体2上邻近第一端面3，且与第一终止端82对应的位置。第一起始端81顺时针环绕密封环本体2约180
°
至第一终止端 82，第二起始端91逆时针环绕密封环本体2约180
°
至第二终止端92。其中，第一起始端81、第二起始端91可以位于第一端面3、第二端面 4在轴线方向上正对的位置，也可以是相互错开一定的距离。
65.在本公开另一个实施例中，第一起始端81和第二起始端91均位于第一端面3，且二者邻近设置，第一终止端82和第二起终止端均位于密封环本体2上邻近第二端面4的位置，且二者邻近分布。第一起始端81顺时针环绕密封环本体2约180
°
至第一终止端82，则第二起始端91逆时针环绕密封环本体2约180
°
至第二终止端92，这样两条割缝可以分布在密封环本体2的两侧，使得在桥塞坐封时，密封环本体的各部分可以较为均匀地向外扩张。
66.在本公开另一个实施例中，第一起始端81和第二起始端91位于第一端面3上相对的位置，第一终止端82和第二终止端92位于密封环本体2上邻近第二端面4且相对的位置。此时，第一割缝8和第二割缝9环绕的方向相同，例如当第一起始端81顺时针环绕密封环本体 2约180
°
至第一终止端82，则第二起始端91也是顺时针环绕密封环本体2约180
°
至第二终止端92。在该实施例中，由于第一起始端81 和第二起始端91均位于第一端面3且相对的位置，因此在桥塞坐封时，被第一割缝8、第二割缝9分割的部分可以同步向外扩张，保证了密封环本体2扩张的一致性。
67.在本公开另一个实施例中，第一起始端81位于第一端面3，第一终止端82位于密封环本体2上邻近第二端面4的位置，第二起始端91 位于第二端面4与第一终止端82邻近的位置，第二终止端92位于密封环本体2上邻近第一端面3的位置，且与第一起始端81邻近设置。此时，第一割缝8和第二割缝9的旋转方式与上一实施例相同，在此不再具体说明。
68.如图4所示，本公开还提供了一种桥塞，桥塞包括椎体10、上述的用于桥塞的密封环1、卡瓦11。密封环1和卡瓦11套接在椎体10 上，椎体10被构造为在运动的过程中挤压密封环和卡瓦11径向向外扩张。
69.在桥塞坐封时，椎体10的椎底会受到下压的外力持续向下移动，同时椎体10的椎顶会挤压密封环1和卡瓦11，直至密封环1外壁与套管内壁完全贴合，完成桥塞坐封作业。密封环1在受到挤压的外力后，会出现如上述的形变。卡瓦11上设有多个开口槽在受到外力后，开口槽使卡瓦11均匀的张开，避免出现卡瓦11断裂的可能，进而提高了密封作业的成功率。
70.上述卡瓦11和椎体10的结构以及配合结构属于本领域技术人员的公知常识，在此不再具体说明。
71.本公开还公开了一种油气井压裂系统，包括套管，以及位于套管内的上述的桥塞，
桥塞中的密封环被构造为在椎体10的作用下径向向外扩张，以使套管的内壁密封接触在一起。套管及桥塞的配合使用也属于本领域技术人员的公知常识，在此不再具体说明。
72.以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。本公开的范围由所附权利要求来限定。