CN109611055B - 一种被动解体式可溶桥塞 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油开采技术领域，尤其涉及一种被动解体式可溶桥塞，包括中心轴，依次套装在中心轴上的密封件、椎体、卡瓦、下接头，中心轴、密封件、椎体、下接头中的一个或多个或全部为分体式结构。本发明的被动解体式可溶桥塞，中心轴、密封件、椎体、下接头中的一个或多个或全部可选的为分体式结构，可溶桥塞的关键部件采用分体式结构时，可通过对分体式部件连接处的破坏，实现桥塞的快速解体；分体式部件解体成的零碎部件分体散落至井下，随时间充分溶解，无需回收，符合工程需求。

Description

一种被动解体式可溶桥塞

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，尤其涉及一种被动解体式可溶桥塞。

背景技术

桥塞，是指在油气开采、输运过程中所使用的一种隔断气、液输运通道的工具。桥塞在开发以页岩气为代表的低孔、低渗油气田的过程中，被广泛应用在分段、分层压裂工艺，用于隔断有害的气、液输运和压力传递通道，约束压力液进入目的地层。在压裂施工结束后，一般需要对压裂过程中安装的桥塞进行拆除。最早的拆除桥塞的方法是通过连续油管使用钻头在桥塞上打孔，这种方法不仅成本高，施工安全风险大，而且很难将桥塞完全拆除。

基于拆除式桥塞，可溶桥塞应运而生；可溶桥塞技术为油气开发过程中对某管段、某井筒、管道上的某点进行临时封堵提供了一种很好的方案，可溶性桥塞在安装时结构是完整的，能满足一整套桥塞输送、安装、坐封工艺。可溶桥塞入井后就开始与井液发生反应，逐步溶解，随着桥塞的逐步溶解，桥塞的功能也会逐步失效，因此应保证桥塞失效与工程进展相匹配。然而，目前的可溶性桥塞在实验室条件下按标称指标溶解一般没有问题，但是在井下复杂条件下，溶解效果不理想，在井下沉沙较多的情况下作为溶解液的井液流动不充分，影响溶解进度，特别是在产气层，甚至会导致井液缺乏，更是影响溶解效果。因此，为满足工程需要，急需对可溶桥塞进行相应改进或设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种被动解体式可溶桥塞，可在井液匮乏环境中也可以实现桥塞的快速解体，满足工程上的需要。

为了实现上述目的，本发明提供了一种被动解体式可溶桥塞，其特征在于，包括中心轴，依次套装在中心轴上的密封件、椎体、卡瓦、下接头，中心轴、密封件、椎体、下接头中的一个或多个或全部为分体式结构。

进一步的，中心轴沿其圆周等分且纵向切割为若干中心轴分体，若干中心轴分体的切割侧楞依次拼接组合成分体式中心轴。

进一步的，密封件为分体式密封件，其中：分体式密封件包括若干弧状第一密封件分体以及若干弧状第二密封件分体，第一密封件分体的数量与第二密封件分体的数量相等；第一密封件分体的上下底面长度不等，上底长度小于下底长度；第二密封件分体的上下底面长度不等，上底长度小于下底长度；若干第一密封件分体倒置后与若干第二密封件分体依次间隔布置咬合拼接成分体式密封件。

进一步的，第一密封件分体的上下底面厚度不等，其上底面为薄端，下底面为厚端，第一密封件分体的厚端与薄端在其内侧过渡形成斜面；第二密封件分体的上下底面厚度不等，其上底面为厚端，下底面为薄端，第二密封件分体的厚端与薄端在其内侧过渡形成斜面；第一密封件分体的薄端与第二密封件分体的薄端相组合，第一密封件分体的厚端与第二密封件分体的厚端相组合；若干第一密封件分体倒置后与第二密封件分体依次间隔布置拼接成类卡瓦分体式密封件。

进一步的，第一密封件分体的芯部采用刚性材料，外面至少部分包裹柔性材料；第二密封件分体的芯部采用刚性材料，外面至少部分包裹柔性材料。

进一步的，下接头为分体式下接头，其中：下接头包括若干弧状下接头分体；下接头分体的一端形成外挂钩，另一端形成内挂钩，不同下接头分体的内挂钩与外挂钩可嵌合钩挂；若干下接头分体的端部依次嵌合钩挂拼接成分体式下接头；

和/或，椎体为分体式椎体，其中：分体式椎体包括若干弧状椎体分体；椎体分体的一端形成外挂钩，另一端形成内挂钩，不同椎体分体的内挂钩与外挂钩可嵌合钩挂；若干椎体分体的端部依次嵌合钩挂拼接成分体式椎体。

进一步的，被动解体式可溶桥塞还包括用于被动解体式可溶桥塞强制解体的爆破装置。

进一步的，爆破装置包括弹簧、第一滑套、保险销、挂钩、爆破能量源，其中：第一滑套设置在中心轴内通径中，且与中心轴同轴线；弹簧竖直布置，且其上端连接中心轴，下端连接第一滑套；爆破能量源对应密封件、椎体、卡瓦、或下接头中的一个或多个设置，其引爆端贯穿中心轴轴壁连接保险销，保险销固定设置在中心轴内侧壁上；挂钩固定设置在第一滑套的外侧壁上；第一滑套随压裂球的压入沿中心轴内通径向下滑动压缩或拉伸弹簧；压裂结束后，第一滑套在弹簧作用下向上滑动，挂钩倒挂保险销，引爆爆破能量源。

进一步的，被动解体式可溶桥塞还包括用于被动解体式可溶桥塞加速溶解解体的助溶装置。

进一步的，助溶装置包括液囊、第二滑套、挤压板，其中：液囊固定设置在中心轴内壁上；第二滑套设置在中心轴内通径中，且与中心轴同轴线；挤压板对应液囊设置在第二滑套上，随第二滑套向下滑动挤压液囊；密封件、椎体、卡瓦、或下接头中的一个或多个设置有液囊，液囊的开口端贯穿中心轴轴壁对准密封件、椎体、卡瓦、或下接头。

本发明的一种被动解体式可溶桥塞，具有以下有益效果：

1、本发明的被动解体式可溶桥塞，中心轴、密封件、椎体、下接头中的一个或多个或全部可选的为分体式结构，可溶桥塞的关键部件采用分体式结构时，可通过对分体式部件连接处的破坏，实现桥塞的快速解体；分体式部件解体成的零碎部件分体散落至井下，随时间充分溶解，无需回收，符合工程需求。

2、本发明的被动解体式可溶桥塞，中心轴分体相互拼接的侧楞之间夹设有密封片，从而保证了中心轴的密封效果，保证压裂球上下形成高压差。

3、本发明的被动解体式可溶桥塞，分体式密封件通过第一密封件分体与第二密封件分体上下咬合，切合面为斜面，挤压密封效果好。

4、本发明的被动解体式可溶桥塞，类卡瓦分体式密封件仿照卡瓦结构原理，从而在上端定位与下端椎体的作用下可以更好的密封套筒与中心轴之间环状通径；另外，第一密封件分体与第二密封件分体的切合面为斜面且外表面为可变形柔性密封材料，在挤压作用下，也可以实现分体间隙的充分填充。

5、本发明的被动解体式可溶桥塞，下接头分体之间以及椎体分体之间通过嵌合钩挂连接，结构简单巧妙，组装方便牢靠，无需额外连接件便可实现。

6、本发明的被动解体式可溶桥塞，可选的设置有爆破装置，且爆破装置以压裂压力结束为信号源，保证了压裂结束与桥塞解体的同步性。

7、本发明的被动解体式可溶桥塞，可选的设置有助溶装置，可以直接作用于桥塞关键的分体式部件的连接处，使得连接处的破坏或溶解更迅速，尤其适用于井液严重匮乏环境，从而保证了桥塞解体的可靠性。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本发明的被动解体式可溶桥塞的第一种实施例的结构示意图；

图2为图1中中心轴的轴截面结构示意图；

图3为图1中中心轴的横截面结构示意图；

图4为图1中的密封件的轴截面结构示意图；

图5为图1中的密封件的横截面结构示意图；

图6为图1中的密封件的展开结构示意图；

图7为图1中的椎体的轴截面结构示意图；

图8为图1中的椎体的横截面结构示意图；

图9为图1中的下接头的横截面结构示意图；

图10为图1中的下接头的轴截面结构示意图；

图11为本发明的被动解体式可溶桥塞的又一种实施例的结构示意图；

图12为本发明的被动解体式可溶桥塞的再一种实施例的结构示意图；

图中：1-中心轴、2-密封件、21-第一密封件分体、22-第二密封件分体、3-椎体、4-卡瓦、5-下接头、61-弹簧、62-第一滑套、63-保险销、64-挂钩、71-液囊、72-第二滑套、73-挤压板；

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅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，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1至图10所示，本发明实施例的一种被动解体式可溶桥塞，包括中心轴1，依次套装在中心轴1上的密封件2、椎体3、卡瓦4、下接头5，中心轴1、密封件2、椎体3、下接头5中的一个或多个或全部为分体式结构。

具体的，本发明的被动解体式可溶桥塞的中心轴1、密封件2、椎体3、下接头5均采用分体式结构。中心轴1由若干中心轴分体拼接而成，密封件2由若干密封件分体拼接而成，椎体3由若干椎体分体拼接而成，下接头5由若干下接头分体拼接而成，各分体之间可通过连接件实现连接，当然与可以单独设计各分体拼接面形状，通过嵌合钩挂实现连接，各分体的具体结构及连接方式，本发明不做限定，均属于本发明保护范围。此外，为了保证可溶桥塞的有效及时间可控性解体，可具体选择分体之间连接件的材质以及各分体的具体材质。本发明的中心轴1的上方可以直接设置用于密封件2上端限位的限位台阶，当然也可以通过定位环定位，本发明不做具体限定。

本发明的被动解体式可溶桥塞，中心轴1、密封件2、椎体3、下接头5中的一个或多个或全部可选的为分体式结构，可溶桥塞的关键部件采用分体式结构时，可通过对分体式部件连接处的破坏，实现桥塞的快速解体；分体式部件解体成的零碎部件分体散落至井下，随时间充分溶解，无需回收，符合工程需求。当然，为了加速中心轴1的溶解，中心轴1位于密封件2下方无需实现密封的轴段可以做成镂空式结构，当然也可以轴壁开孔。

进一步的，如图2、图3所示，中心轴1沿其圆周等分且纵向切割为若干中心轴分体，若干中心轴分体的切割侧楞依次拼接组合成分体式中心轴1；分体式中心轴1可以通过其底端布置的下接头5箍紧，也可以自行配置卡箍，本发明不做限定。中心轴分体结构成型简单，且中心轴分体之间无需连接件，通过下接头5箍紧即可，方案可行性较好；此外，桥塞坐封后，卡瓦4同样会给中心轴1沿中心轴1径向方向且指向中心的约束力，来保证分体式中心轴1的完整性。

进一步的，若干中心轴分体相互拼接的侧楞之间夹设有密封片。从而保证了中心轴1的密封效果，保证压裂球上下形成高压差形成压封；优选的，密封片的材质为橡胶。

进一步的，如图4、图5、图6所示，密封件2为分体式密封件，其中：分体式密封件包括若干弧状第一密封件分体21以及若干弧状第二密封件分体22，第一密封件分体21的数量与第二密封件分体22的数量相等；第一密封件分体21的上下底面长度不等，上底长度小于下底长度；第二密封件分体22的上下底面长度不等，上底长度小于下底长度；若干第一密封件分体21倒置后与若干第二密封件分体22依次间隔布置咬合拼接成套状分体式密封件。

具体的，第一密封件分体21与第二密封件分体22上下咬合拼接成分体式密封件。第一密封件分体21与第二密封件分体22在竖直平面的投影可以为梯形、楔形，但要保证可以互相咬合。第一密封件分体21与第二密封件分体22之间以及与套筒之间在密封前可以存在间隙，但应保证随着密封的进行可相互挤压咬合封闭，从而实现较好的密封。此外，由于第一密封件分体21与第二密封件分体22的可变形，因此其拼接面可以为不规则面，不一定要求为平整的斜面。

优选的，第一密封件分体21的上下底面厚度不等，其上底面为薄端，下底面为厚端，第一密封件分体21的厚端与薄端在其内侧过渡形成斜面(即密封件内表面为斜面)；第二密封件分体22的上下底面厚度不等，其上底面为厚端，下底面为薄端，第二密封件分体22的厚端与薄端在其内侧过渡形成斜面(即密封件内表面为斜面)；第一密封件分体21的薄端与第二密封件分体22的薄端厚度相等且相互组合，第一密封件分体21的厚端与第二密封件分体22的厚端厚度相等且相互组合；第一密封件分体21的轴截面与第二密封件分体22的轴截面形状相同、尺寸相等，若干第一密封件分体21倒置后与第二密封件分体22依次间隔布置且侧楞对齐拼接成类卡瓦分体式密封件2。

具体的，第一密封件分体21与第二密封件分体22咬合拼接以后，由于第一密封件分体21倒置，所以第一密封件分体21的底面与第二密封件分体22的顶面是平齐的，均为厚端；第一密封件分体21的顶面与第二密封件分体22的底面是平齐的，均为薄端。简单的说，即第一密封件分体21与第二密封件分体22拼接后的分体式密封件2形状与卡瓦类似，且内侧面与卡瓦一样为斜面。采用类卡瓦分体式密封件2，密封件2在密封过程被椎体3撑开挤压在套筒与中心轴1之间，密封效果更好；另外，第一密封件分体21与第二密封件分体22材质为可变形柔性密封材料，例如橡胶，使得分体之间的拼接面不会出现缝隙，继而实现了采用类卡瓦分体式密封件2进行密封成为可能。

进一步的，第一密封件分体21的芯部采用刚性材料，保证其具有一定承载强度，外面至少部分包裹柔性密封材料，保证其具有一定的柔韧性及可变形性；第二密封件分体22的芯部同样的采用刚性材料，外面至少部分包裹柔性密封材料。从而在保证第一密封件分体21与第二密封件分体22具有一定强度的前提下，保证第一密封件分体21与第二密封件分体22具有一定变形能力。优选的，芯部采用金属材质，使得溶解更加快速，金属材质更优选的为铝镁合金，具体配比本发明不做限定，本领域技术人员可根据实际情况选择；外面与中心轴和套筒贴合的面以及相互拼接两面中的一个面包裹橡胶材料，实现有效的密封。

进一步的，第一密封件分体21与第二密封件分体22相互拼接的侧楞之间设置有用于连接第一密封件分体21与第二密封件分体22的连接件，保证拼接的分体式密封件的整体性；连接件的材质为金属，采用金属溶解更迅速，此外密封件2密封后，椎体3、中心轴1、套筒联合限位，即使没有连接件，分体式密封件2也不会散架。

进一步的，如图7、图8所示，下接头5为分体式下接头，其中：下接头5包括若干形状与尺寸相同的弧状下接头分体；下接头分体的一端形成外挂钩，另一端形成内挂钩，不同下接头分体的内挂钩与外挂钩可嵌合钩挂；若干下接头分体的端部依次嵌合钩挂拼接成分体式下接头5；

和/或，如图9、图10所示，椎体3为分体式椎体，其中：分体式椎体包括若干形状与尺寸相同的弧状椎体分体；椎体分体的一端形成外挂钩，另一端形成内挂钩，不同椎体分体的内挂钩与外挂钩可嵌合钩挂；若干椎体分体的端部依次嵌合钩挂拼接成分体式椎体3。

具体的，下接头分体与椎体分体的结构较为类似，分体之间均是通过在分体两端形成外挂钩与内挂钩形状，实现分体之间嵌合钩挂；外挂钩与内挂钩的形状可以采用如图所示形状，嵌合的同时实现钩挂，当然也可以设计成别的形状实现嵌合钩挂，本发明不做具体限定。本发明的下接头分体与椎体分体之间可以通过钩挂连接，因此无需额外设置连接件等实现连接，结构巧妙简单，实用性强。另外，下接头分体与椎体分体具体的数量本领域技术人员可根据实际情况确定。此外，本发明的椎体不单单为分体式椎体，还可以成为复合椎体，其上下端均具有斜面，上端用于撑开挤压类卡瓦分体式密封件，下端用于撑开卡瓦。

在本发明的被动解体式可溶桥塞的一些实施例中，如图11所示，被动解体式可溶桥塞还包括用于被动解体式可溶桥塞强制解体的爆破装置，爆破装置包括弹簧61、第一滑套62、保险销63、挂钩64、爆破能量源，其中：第一滑套62设置在中心轴1内通径中，且与中心轴1同轴线；弹簧61竖直布置，且其上端连接中心轴1，下端连接第一滑套62；爆破能量源对应密封件2、椎体3、卡瓦4、或下接头5中的一个或多个设置，其引爆端贯穿中心轴1轴壁连接保险销63，保险销63固定设置在中心轴1内侧壁上；挂钩64固定设置在第一滑套62的外侧壁上；第一滑套62随压裂球的压入沿中心轴1内通径向下滑动压缩或拉伸弹簧61；压裂结束后，第一滑套62在弹簧61作用下向上滑动，挂钩64倒挂保险销63，引爆爆破能量源。

具体的，爆破装置在压裂压力消失的瞬间随弹簧61积聚的压裂能量的释放而触发，从而实现了桥塞解体与压裂结束的同步。压裂球压入时，压裂球下压第一滑套62，第一滑套62向下滑动同时压缩弹簧61，挂钩64钩体朝上弯曲，从而当第一滑套62下滑时不会钩挂保险销63；当压裂结束后，弹簧61弹性势能释放，第一滑套62上滑，挂钩64钩挂保险销63，拉断保险销63从而引爆爆破能量源，其中的引爆原理可采用现有技术。应当注意的是，为了保证挂钩64可以钩挂保险销63，且拉断保险销63，应保证第一滑套62下滑前，挂钩64位于相应保险销63的上方，第一滑套62下滑后，挂钩64位于相应保险销63下方，且保险销63优选的端部为环形，便于挂钩64钩挂；另外，由于桥塞的不同部位均布置有爆破装置，需配备有多个保险销63与挂钩64，因此还应合理设置第一滑套62长度保证第一滑套62滑程满足要求。本发明的爆破能量源可以为对应密封件2、椎体3、卡瓦4、或下接头5位置埋设在中心轴1中的炸药或者雷管等，当然也可以直接埋设在密封件2、椎体3、卡瓦4、或下接头5中，本发明不做具体限定。此外，本实施例的弹簧61可以设置多组，对应同一部件的爆破能量源同样可以设置多组，本发明不做限定。应当指出的是，本实施例的爆破装置只是一种可选实现方式，本领域技术人员也可根据实际情况单独设计，凡是可达到本发明目的的爆破装置均属于本发明保护范围。

本发明的被动解体式可溶桥塞的爆破装置的设置，更适用于井下井液匮乏的环境，以压裂压力消失为动作信号，实现了桥塞解体与压裂结束的同步。

在本发明的被动解体式可溶桥塞的一些实施例中，如图12所示，被动解体式可溶桥塞还包括用于被动解体式可溶桥塞加速溶解解体的助溶装置，助溶装置包括液囊71、第二滑套72、挤压板73，其中：液囊71固定设置在中心轴1内壁上；第二滑套72设置在中心轴1内通径中，且与中心轴1同轴线；挤压板73对应液囊71设置在第二滑套72上，随第二滑套72向下滑动挤压液囊71；密封件2、椎体3、卡瓦4、或下接头5中的一个或多个设置有液囊71，液囊71的开口端贯穿中心轴1轴壁对准密封件2、椎体3、卡瓦4、或下接头5。

具体的，为了实现压裂球压入前滑套的固定，第二滑套72可以通过固定销与中心轴1固定，当压裂球压入时，固定销断裂失效，第二滑套72沿中心轴1内通径滑动，并通过第二滑套72上的挤压板73挤压液囊71；当然也可以通过在第二滑套72与中心轴1之间设置滑槽与限位装置，实现第二滑套72在中心轴1内通径中的滑动；当然第二滑套72的固定也可以采用固定销与滑槽配合方式，具体的本发明不做限定，均属于本发明保护范围。为了实现桥塞各个关键部件的快速溶解，各个部件均设置有相应的若干液囊71，用于向部件处提供溶解液；各个关键部件中还可以根据实际情况设置溶解液流道，使得溶解液流入部件内部，溶解更迅速。溶解液可以选用盐酸，本发明对溶解液、桥塞关键部件的材质不做具体限定，本领域技术人员可根据溶解时间要求具体选择。此外，本实施例还可以通过合理设置挤压板73的尺寸，当第二滑套72下滑时，可通过挤压板73挤压液囊71进行限位，即挤压板73不可越过液囊71，使得第二滑套72不至于滑出中心轴1内通径，同时使得挤压板73挤压液囊71更充分。

当然，本发明的助溶装置也可以设计成其他结构，例如在中心轴1轴壁中对应桥塞的关键部件设置液腔，液腔内填充溶解液，液腔的出口端对准关键部件，且在液腔出口端设置堵塞、阀门等封堵液腔；此外，以压裂球的压入为触发信号，可以通过机械结构拉开堵塞，也可以通过压力检测控制阀门开闭，从而实现液腔向关键部件处注入溶解液，实现桥塞溶解与压裂开始的同步。本发明的助溶装置可以根据实际情况设计成各式各样，均属于本发明保护范围。

本发明的被动解体式可溶桥塞的助溶装置的设置，更适用于井下井液匮乏的环境，以压裂开始时的压力信号为动作信号，实现了桥塞溶解与压裂开始的同步。

本发明中的“上”“下”“第一”“第二”只是为了描述的方便，而不应该理解为对本发明实际内容的限定。

以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (3)

1.一种被动解体式可溶桥塞，其特征在于，包括中心轴，依次套装在所述中心轴上的密封件、椎体、卡瓦、下接头，所述中心轴、密封件、椎体、下接头中的一个或多个或全部为分体式结构；

还包括用于被动解体式可溶桥塞强制解体的爆破装置；

所述爆破装置包括弹簧、第一滑套、保险销、挂钩、爆破能量源，其中：

所述第一滑套设置在所述中心轴内通径中，且与所述中心轴同轴线；

所述弹簧竖直布置，且其上端连接所述中心轴，下端连接所述第一滑套；

所述爆破能量源对应密封件、椎体、卡瓦、或下接头中的一个或多个设置，其引爆端贯穿中心轴轴壁连接保险销，保险销固定设置在中心轴内侧壁上；

所述挂钩固定设置在所述第一滑套的外侧壁上；

所述第一滑套随压裂球的压入沿所述中心轴内通径向下滑动压缩或拉伸所述弹簧；压裂结束后，所述第一滑套在所述弹簧作用下向上滑动，所述挂钩倒挂所述保险销，引爆所述爆破能量源。

2.根据权利要求1所述的被动解体式可溶桥塞，其特征在于：

所述中心轴沿其圆周等分且纵向切割为若干中心轴分体，若干所述中心轴分体的切割侧楞依次拼接组合成分体式中心轴。

3.根据权利要求1所述的被动解体式可溶桥塞，其特征在于，所述密封件为分体式密封件，其中：

所述分体式密封件包括若干弧状第一密封件分体以及若干弧状第二密封件分体，所述第一密封件分体的数量与所述第二密封件分体的数量相等；

所述第一密封件分体的上下底面长度不等，上底长度小于下底长度；所述第二密封件分体的上下底面长度不等，上底长度小于下底长度；

若干所述第一密封件分体倒置后与若干所述第二密封件分体依次间隔布置咬合拼接成所述分体式密封件。

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