一种可溶桥塞及层间封堵系统的制作方法

1.本实用新型涉及非常规油气开采技术领域，更具体地说，涉及一种可溶桥塞及层间封堵系统。


背景技术：

2.页岩气、页岩油、煤层气及致密砂岩气等非常规油气的开采，通常需要经过大排量的体积压裂，进行地层渗流通道的改造。桥塞是压裂工程中非常成熟的一种分段工具，适用于套管内。
3.目前，桥塞主要分为复合材料可钻桥塞、铸铁大通径免钻桥塞、可溶桥塞等。复合材料可钻桥塞压裂完成后可用连续油管带钻头钻除，恢复全通径井筒的油气生产通道，但连续油管钻除桥塞的施工风险和作业成本较高；铸铁大通径免钻桥塞的材料难于钻除，压裂后很难恢复全通径井筒，影响后期生产测井等作业。可溶桥塞在压裂完成后可与井内水溶液反应溶解，恢复全通径井筒，随着非常规油气开采深度的增加，其体现出极大的性能优越性；但是，放喷返排时会有返排井液向井口的方向流动，在可溶桥塞溶解之前，先前层段的封堵球会对返排井液的流动产生较大的阻碍作用，甚至堵塞返排通道、导致返排不畅。
4.因此，如何解决现有技术中的可溶桥塞易出现封堵球阻碍返排、甚至将返排通道堵塞的问题，成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种可溶桥塞以解决现有技术中先前层段的封堵球对放喷返排阻力大、甚至可能将返排通道堵塞的问题。本实用新型提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
6.为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：
7.本实用新型提供了一种可溶桥塞，包括依次连接的锥体、卡瓦和引鞋，所述锥体的外壁与所述卡瓦的交界处设有密封机构，所述锥体、所述卡瓦和所述引鞋的内部均设有沿轴向延伸、且相互连通的通孔，所述引鞋远离所述卡瓦的一端设有供返排球落座的凹位、以及供返排井液流经的开槽，所述开槽、所述凹位以及所述通孔相连通，所述返排井液依次流经所述开槽、所述凹位流入所述通孔内。
8.优选地，所述开槽设有至少两个、且沿所述引鞋的环向均匀分布，各个所述开槽均沿所述引鞋的径向延伸。
9.优选地，所述引鞋远离所述卡瓦的一端的端面与所述引鞋的周侧壁之间通过弧面过渡连接。
10.优选地，所述密封机构包括套设在所述锥体的外壁的膨胀环和密封圈，所述膨胀环的外周壁设有环形槽，所述密封圈设置在所述环形槽内。
11.优选地，所述卡瓦上嵌有多个卡瓦牙，所述卡瓦牙的轴向与所述卡瓦的轴向之间的夹角小于90
°
；所述卡瓦的端部设有沿轴向凸起的凸块，所述引鞋的端部设有沿轴向凹陷
的凹槽，所述凸块伸入于所述凹槽内。
12.优选地，所述锥体靠近所述引鞋的一端的外表面设有外啮合齿，所述卡瓦的内表面设有与所述外啮合齿相啮合的内啮合齿。
13.优选地，所述引鞋的周侧壁上镶嵌有多个防磨颗粒。
14.本实用新型还提供一种层间封堵系统，包括可溶桥塞、坐封工具、坐封适配器，所述可溶桥塞为上述的可溶桥塞。
15.优选地，所述坐封适配器包括穿设在所述通孔内的坐封杆、以及与所述锥体远离所述卡瓦的一端相连接的坐封筒，所述坐封杆的一端穿过所述坐封筒与所述坐封工具相连接、另一端与所述引鞋相连接。
16.优选地，所述引鞋的内壁设有向中心轴方向凸起的凸环，所述坐封杆的外壁上设有与所述凸环配合的台阶结构，所述凸环远离所述卡瓦的一侧还设有剪切环，所述剪切环与所述坐封杆螺纹连接。
17.本实用新型提供的技术方案中，可溶桥塞包括锥体、卡瓦、引鞋以及密封机构，锥体的横截面较小的一端伸入卡瓦内，引鞋设置在锥体横截面较小的一端、且引鞋与卡瓦的端部相连接，在锥体的外壁与卡瓦的交界位置处设有密封机构，锥体、卡瓦以及引鞋的内部均设有沿轴向贯通的通孔，引鞋远离卡瓦的一端设有供返排球落座的凹位，并且在引鞋远离卡瓦的一端还设有供返排井液流经的开槽，开槽、凹位以及通孔相连通，在进行放喷返排时，返排井液流经开槽进入凹位内，再流入通孔，使返排井液朝向井口的方向流动。如此设置，放喷返排时，返排球在凹位处落座，返排球有固定的位置，使得其对返排井液的阻力更小，同时为返排井液的流动设计一条通路，返排井液虽然不会直接流入通孔内，但是可以绕过返排球经由开槽进入凹位再流入通孔内，返排球不影响井液的放喷返排，解决了现有技术中先前层段的封堵球对放喷返排阻力大、甚至可能将返排通道堵塞的问题。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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他的附图。
19.图1是本实用新型实施例中可溶桥塞的结构示意图；
20.图2是本实用新型实施例中可溶桥塞的爆炸图；
21.图3是本实用新型实施例中层间封堵系统的结构示意图。
22.图中：
23.1-锥体，2-卡瓦，3-引鞋，301-凸环，4-密封机构，401-膨胀环，402-密封圈，5-通孔，6-凹位，7-开槽，8-卡瓦牙，9-凸块，10-凹槽，11-外啮合齿，12-内啮合齿，13-防磨颗粒，14-坐封杆，141-台阶结构，15-坐封筒，16-剪切环，17-剪切限位器，18-封堵球。
具体实施方式
24.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部
的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。
25.本具体实施方式的目的在于提供一种可溶桥塞以解决现有技术中先前层段的封堵球对放喷返排阻力大、甚至可能将返排通道堵塞的问题。
26.以下，参照附图对实施例进行说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的实用新型内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的实用新型的解决方案所必需的。
27.请参阅图1-图2，在本实施例中，可溶桥塞包括锥体1、卡瓦2、引鞋3以及密封机构4，锥体1的横截面较小的一端伸入卡瓦2内，引鞋3设置在锥体1横截面较小的一端、且引鞋3与卡瓦2的端部相连接，在锥体1的外壁与卡瓦2的交界位置处设有密封机构4，锥体1、卡瓦2以及引鞋3的内部均设有沿轴向贯通的通孔5，引鞋3远离卡瓦2的一端设有供返排球落座的凹位6，并且在引鞋3远离卡瓦2的一端还设有供返排井液流经的开槽7，开槽7、凹位6以及通孔5相连通，在进行放喷返排时，返排井液流经开槽7进入凹位6内，再流入通孔5，使返排井液朝向井口的方向流动。
28.如此设置，放喷返排时，返排球在凹位6处落座，返排球有固定的位置，使得其对返排井液的阻力更小，同时为返排井液的流动设计一条通路，返排井液可以通过返排球旁边的开槽7进入凹位6再流入通孔5内，返排球不影响井液的放喷返排，解决了现有技术中先前层段的封堵球18对放喷返排阻力大、甚至可能将返排通道堵塞的问题。
29.在具体的实施例中，凹位6的空间形状呈圆柱状，其与通孔5同轴设置，且凹位6的半径小于封堵球18的半径。开槽7的深度大于封堵球18处于凹位6内的最大高度，开槽7的深度指开槽7在引鞋3的轴向上的高度。如此设置，当封堵球18落座在凹位6内时，封堵球18不会将开槽7与凹位6之间的通路封堵，确保开槽7与凹位6连通。
30.在本实施例的优选方案中，引鞋3远离卡瓦2的一端设有至少两个开槽7，且各个开槽7沿引鞋3的环向均匀分布，各个开槽7均沿引鞋3的径向延伸、且开槽7将引鞋3的周侧壁与凹位6之间贯通。
31.如此设置，各个开槽7均能够供放喷返排的井液流过，使得可溶桥塞对返排井液的流动阻碍较小。
32.在本实施例中，引鞋3远离卡瓦2的一端的端面与引鞋3的周侧壁之间通过弧面过渡连接。如此设置，便于可溶桥塞下入套管内，减小可溶桥塞遇险遇卡的风险。
33.在本实施例的优选方案中，密封机构4包括膨胀环401和密封圈402，膨胀环401套设在锥体1的外壁上，膨胀环401的外周壁设有环形槽，密封圈402设置在环形槽内。膨胀环401的内表面与轴向方向所成的角度与锥体1的外表面与轴线方向所成的角度，能够提高密封机构4的密封效果。膨胀环401的材质可以但不限于为可溶解的金属，例如，镁铝合金；密封圈402的材质可以但不限于为可溶橡胶。本实施例中的密封机构4结构简单，溶解更快。
34.在本实施例中，卡瓦2上嵌有多个卡瓦牙8，卡瓦牙8的轴向与卡瓦2的轴向之间的夹角小于90
°
，具体地，可以将卡瓦牙8的轴向与卡瓦2的轴向之间的夹角设置为75
°‑
80
°
，使得卡瓦牙8能够更好地锚定在套管上。卡瓦2靠近引鞋3的一端的端部设有沿轴向凸起的多个凸块9，引鞋3靠近卡瓦2的一端的端部设有沿轴向凹陷的多个凹槽10，各个凸块9以及各个凹槽10分别间隔设置，使得凸块9恰好伸入于凹槽10内，如此，实现卡瓦2与引鞋3之间的
连接。
35.在本实施例的优选方案中，锥体1靠近引鞋3的一端的外表面设有外啮合齿11，卡瓦2的内表面设有与外啮合齿11相啮合的内啮合齿12。在可溶桥塞坐封后，外啮合齿11与内啮合齿12之间发生啮合连接，使得锥体1和卡瓦2接触滑退阻力增大，锥体1很难从卡瓦2上滑脱，卡瓦2锚定更稳固，提高了可溶桥塞施工的可靠性。
36.在本实施例中，引鞋3的周侧壁上镶嵌有多个防磨颗粒13，增加引鞋3与套管内壁之间的摩擦力。如此设置，使得可溶桥塞坐封后与套管之间的连接更稳定可靠。
37.本实用新型中的可溶桥塞采用可溶的材料制成，锥体1、卡瓦2和引鞋3可以但不限于采用可溶镁铝合金制成，封堵球18为超级清水可溶球，适用于25℃-250℃的温度范围，对井液矿化度无任何要求，可在清水、活性水、压裂液、地层水等液体中自行溶解，并且压裂完成后可以做到快速溶解，让放喷返排的通道畅通，井液快速交换来加速可溶桥塞的全部溶解，给全通径节约了至少一半的时间。
38.而且，本技术中提供的可溶桥塞的卡瓦2的长度范围为70mm-120mm，锥体1的外表面与轴向之间的角度范围为5
°‑
18
°
，与传统的可溶桥塞相比，本技术中的卡瓦2较长、锥体1的锥度较小，即使在套管出现变形的情况下也能顺利下入，在井内的通过性好，且不会出现无法坐封到套管上的问题。
39.在具体的坐封过程中，锥体1和卡瓦2在轴向上受到反向的挤压作用力，使得密封机构4和卡瓦2在径向上膨胀，密封结构紧贴套管，卡瓦牙8锚定在套筒上，达到密封和支撑的作用。由井口投入封堵球18，在重力和液流的共同作用下，封堵球18落座到锥体1远离卡瓦2的一端，将可溶桥塞的通孔5封堵，达到分段的目的。
40.本实用新型还提供一种层间封堵系统，请参考图3，包括可溶桥塞、坐封工具、坐封适配器，其中，可溶桥塞为上述实施例中的可溶桥塞。坐封适配器的坐封杆14伸入可溶桥塞的通孔5内，并与坐封工具连接，三者配合实现可溶桥塞的坐封。如此设置，可溶桥塞的引鞋3设有开槽7和凹位6，开槽7、凹位6以及通孔5连通，封堵球18在凹位6落座，通过凹位6对封堵球18的位置进行限制，同时，返排井液由开槽7、凹位6通过流入通孔5，返排球不影响井液的放喷返排，解决了现有技术中先前层段的封堵球18对放喷返排阻力大、甚至可能将返排通道堵塞的问题。该有益效果的推导过程与上述可溶桥塞所带来的有益效果的推导过程大体类似，故本文不再赘述。
41.在本实施例的优选方案中，坐封适配器包括坐封杆14和坐封筒15，坐封杆14穿设在可溶桥塞的通孔5内，坐封筒15与锥体1远离卡瓦2的一端相连接，坐封杆14远离引鞋3的一端穿过坐封筒15与坐封工具相连接、坐封杆14的另一端与引鞋3相连接。
42.引鞋3的内壁上设有向中心轴方向凸起的凸环301，坐封杆14贯穿引鞋3、其外壁上设有与凸环301配合的台阶结构141，凸环301远离卡瓦2的一侧还设有剪切环16，剪切环16与坐封杆14螺纹连接。坐封筒15与锥体1相连接的一端的内部连接有剪切限位器17，剪切限位器17与坐封杆14相连接。锥体1靠近引鞋3的一端的内表面设有倾斜的导向面，便于引导坐封适配器的坐封杆14取出。当坐封工具产生的坐封力超过剪切环16与坐封杆14之间的螺纹剪切力时，可溶桥塞实现丢手。此丢手方式不需要剪切销钉，丢手后不会有剪切销钉残留井底；而且，可溶桥塞的各个部件直接或间接的与坐封适配器的坐封杆14连接，能够避免可溶桥塞在入井时出现提前坐封。
43.将工具串下入到设计深度后，通过电缆点火或者液压启动坐封，坐封工具产生推力推动坐封适配器的坐封筒15，从而推动锥体1往靠近引鞋3的方向移动，锥体1的移动使密封机构4膨胀，膨胀环401和密封圈402张开、同时卡瓦2张开，当密封机构4完全贴合套管内壁且有一定挤压、卡瓦2锚定到套管内壁上后，可溶桥塞坐封完成，此时锥体1已经跟卡瓦2牢固地楔合到一起，不能继续往下移动。
44.可溶桥塞坐封完成后，坐封工具产生的推力继续升高，当推力升高到剪切环16与坐封杆14之间的螺纹剪切力时，坐封杆14与剪切环16被从引鞋3中拔出，实现坐封适配器与可溶桥塞的脱开。
45.投入封堵球18，让其自由落体或者泵送到坐封好的可溶桥塞上，此时，封堵球18密封了锥体1的端部，锥体1与套管之间环空被密封环密封，实现了上下压裂层段的封隔。
46.压裂作业完成后，进行放喷返排，先前层段的封堵球18在凹位6落座、返排井液可以通过返排球旁边的开槽7进入凹位6再流入通孔5内，并向井口的方向流动。
47.可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。本实用新型提供的多个方案包含本身的基本方案，相互独立，并不互相制约，但是其也可以在不冲突的情况下相互结合，达到多个效果共同实现。
48.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。