井下工具的制作方法

1.本公开实施例涉及一种井下工具。


背景技术：

2.目前，全球范围内非常规油气的开采力度日益增加。非常规油气包括低渗透油藏、页岩油气藏、煤层气藏、致密油气藏、稠油油藏等。非常规油气藏在地质特征、在油气藏特征与成藏机理方面有别于常规油气藏，采用传统开采技术通常不能获得经济产量的油气聚集。目前国内外主要完井工艺是分段压裂，桥塞则是分段压裂的重要工具之一。桥塞应用日益广泛。目前，常规桥塞包括可钻式桥塞、大通径桥塞、可溶桥塞等。应用最多的还是可溶桥塞。桥塞由可溶材料形成，施工后部分或全部溶解，不用钻塞，降低施工成本，缩短作业周期，为后续作业和生产留下全通径井筒。


技术实现要素：

3.本公开的实施例提供一种井下工具，包括：
4.可溶桥塞，包括：
5.芯轴，具有在轴向上相反的第一端部和第二端部，其中，第一腔体沿所述轴向贯穿所述芯轴；
6.设置在所述芯轴的相反于所述第一腔体的外侧的胶筒和楔形体，其中，所述楔形体接合于所述芯轴的所述第二端部，且在所述轴向上所述胶筒位于所述楔形体的靠近所述芯轴的所述第一端部的一侧；
7.卡瓦和引鞋，接合于所述楔形体，其中，所述卡瓦在所述轴向上位于所述引鞋和所述胶筒之间，第二腔体沿所述轴向贯穿所述引鞋，第一通孔沿与所述轴向相交的方向贯穿所述引鞋；以及
8.第一销钉，部分位于所述第一通孔中，以及
9.拉杆，通过第一螺纹结构与所述引鞋接合，其中，拉杆的一部分位于所述第一腔体和所述第二腔体中，所述拉杆的靠近所述引鞋的第三端部设置有至少一个凹槽，所述第一销钉部分位于所述至少一个凹槽中，所述至少一个凹槽配置为限制所述第一销钉在围绕所述轴向的周向上的转动。
10.在一个示例中，在所述第一通孔处，所述第一销钉和所述引鞋的彼此相对的侧壁上形成有彼此匹配的螺纹结构，所述第一销钉与所述引鞋的第三端部间隔设置。
11.在一个示例中，所述拉杆的所述第三端部在所述轴向上的第一端面具有至少一个缺口，在所述轴向上所述至少一个缺口与所述至少一个凹槽一一对应对齐。
12.在一个示例中，所述拉杆的所述第三端部的至少一部分位于所述引鞋的背对所述卡瓦的一侧。
13.在一个示例中，所述至少一个凹槽包括平行于所述轴向的多个条形凹槽，所述多个条形凹槽在所述周向上间隔设置。
14.在一个示例中，在所述轴向上，所述引鞋的背对所述卡瓦的第二端面比所述引鞋的面对所述卡瓦的第三端面更靠近所述第一通孔。
15.在一个示例中，所述可溶桥塞还包括：倒齿环和第二销钉，所述倒齿环与所述芯轴彼此相对的表面上形成有彼此配合的倒齿结构，所述倒齿环与所述楔形体彼此相对的表面上形成有彼此配合的螺纹结构，所述倒齿环具有条形开口，第二通孔设置在所述楔形体中，第二销钉位于所述第二通孔以及所述条形开口中。
16.在一个示例中，在所述轴向上所述卡瓦具有面对所述引鞋的第四端部以及背对所述引鞋的第五端部，
17.所述卡瓦上设置有在所述周向上交替排布的多个第一线槽组和多个第二线槽，每个所述第一线槽组包括至少两个第一线槽，
18.在所述轴向上，每个所述第一线槽的第一末端和每个所述第二线槽的第二末端均位于所述卡瓦的所述第四端部和所述第五端部之间，
19.在所述轴向上，所述卡瓦的所述第五端部比所述第四端部更靠近每个所述第一线槽的所述第一末端，所述卡瓦的所述第四端部比所述第五端部更靠近每个所述第二线槽的所述第二末端。
20.在一个示例中，所述第一末端和所述第二末端每个在所述卡瓦的背对所述拉杆的外表面上具有弧形轮廓。
21.在一个示例中，所述引鞋具有在所述轴向上朝向所述卡瓦的所述第五端部凸出的多个突起部，所述多个突起部沿所述周向间隔设置，在所述轴向上每个所述第二线槽与一个所述突起部对准。
附图说明
22.为了更清楚地说明本公开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公开的一些实施例，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实施方式。
23.图1为本公开实施例提供的井下工具的结构示意图；
24.图2为本公开实施例提供的井下工具的拉杆的第三端部的结构示意图；
25.图3为本公开实施例提供的井下工具的可溶桥塞的倒齿环的结构示意图；以及
26.图4为本公开实施例提供的井下工具的可溶桥塞的卡瓦的结构示意图。
具体实施方式
27.为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
28.除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的
组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
29.可溶桥塞一般分为双卡瓦和单卡瓦结构。单卡瓦可溶桥塞因井下情况及工具结构等多方面因素，在入井过程中，容易出现多种异常情况。比如，桥塞无法坐封，桥塞解体等。主要原因是：引鞋和卡瓦与适配器拉杆脱落而导致桥塞解体，倒齿环位置发生变化，无法正常工作，导致桥塞无法坐封。
30.本公开的实施例提供一种井下工具，包括：可溶桥塞和拉杆。可溶桥塞包括：芯轴，具有在轴向上相反的第一端部和第二端部，其中，第一腔体沿轴向贯穿芯轴；设置在芯轴的相反于第一腔体的外侧的胶筒和楔形体，其中，楔形体接合于芯轴的第二端部，且在轴向上胶筒位于楔形体的靠近芯轴的第一端部的一侧；卡瓦和引鞋，接合于楔形体，其中，卡瓦在轴向上位于引鞋和胶筒之间，第二腔体沿轴向贯穿引鞋，第一通孔沿与所述轴向相交的方向贯穿引鞋，以及第一销钉，部分位于第一通孔中。拉杆通过第一螺纹结构与引鞋接合，其中，拉杆的一部分位于第一腔体和第二腔体中，拉杆的靠近引鞋的第三端部设置有至少一个凹槽，第一销钉部分位于至少一个凹槽中，至少一个凹槽配置为限制第一销钉在围绕轴向的周向上的转动。
31.这样，通过同时位于引鞋的第一通孔和拉杆的凹槽中的第一销钉，能够避免引鞋与拉杆发生相对转动，导致桥塞解体的风险。
32.图1为本公开实施例提供的井下工具的结构示意图；图2为本公开实施例提供的井下工具的拉杆的第三端部的结构示意图。
33.参见图1和2，本公开的实施例提供的井下工具包括：可溶桥塞100和拉杆200。例如，可溶桥塞100为单卡瓦可溶桥塞100。
34.单卡瓦可溶桥塞100，包括：芯轴110、引鞋120、卡瓦130、楔形体140、倒齿环150、支撑环160和胶筒170。
35.可溶桥塞100的至少一部分可溶解于井下流体中。也就是，芯轴110、引鞋120、卡瓦130、楔形体140、倒齿环150、支撑环160和胶筒170中的至少一个可溶解于井下流体中。例如，芯轴110、引鞋120、卡瓦130、楔形体140、倒齿环150和支撑环160中至少一个的材料为铝合金。胶筒170例如为可生物降解的弹性体。
36.芯轴110具有在轴向上相反的第一端部e1和第二端部e2。第一腔体c1沿轴向贯穿芯轴110。
37.这里，以图1中的水平虚线示意性示出芯轴110的轴心线。这里，轴向为芯轴110的轴心线a的延伸方向。
38.胶筒170和楔形体140设置在芯轴110的相反于第一腔体c1的外侧。可以理解的是，胶筒170和楔形体140每个例如均为环形。胶筒170的作用是受压膨胀后与套管内壁形成密封。
39.楔形体140例如通过销钉s3接合于芯轴110的第二端部e2。例如，在轴向上，楔形体140的一部分位于芯轴110的相反于第一端部e1的一侧。
40.在轴向上，胶筒170位于楔形体140的靠近芯轴110的第一端部e1的一侧；支撑环160位于胶筒170与楔形体140之间。可以理解的是，在另一示例中，单卡瓦可溶桥塞100可以不包括支撑环160。
41.卡瓦130和引鞋120接合于楔形体140。例如，卡瓦130在轴向上位于引鞋120和胶筒170之间。卡瓦130和引鞋120每个例如均具有环形形状。
42.卡瓦130例如卡接于楔形体140背对胶筒170的一端。
43.例如，在轴向上，芯轴110与卡瓦130不重叠。
44.第二腔体c2沿轴向贯穿引鞋120。
45.第一通孔h1沿与轴向相交的方向贯穿引鞋120。
46.例如，第一通孔h1沿径向贯穿引鞋120。也就是，第一通孔h1的轴心线与芯轴110的轴心线垂直相交。这里，径向是指与芯轴110的轴心线a垂直相交的方向。轴心线是虚拟的直线而非具体的实体结构。这里，并不限制第一通孔h1的轴心线的方向。
47.轴向例如，在轴向上，引鞋120的背对卡瓦130的端面121比引鞋120的面对卡瓦130的端面122更靠近第一通孔h1。
48.第一销钉s1部分位于第一通孔h1中。在轴向上第一销钉s1与引鞋120部分重叠。
49.拉杆210通过丢手螺纹结构p与引鞋120接合。丢手螺纹结构p例如不带锥度。
50.拉杆210部分位于第一腔体c1和第二腔体c1中。例如，拉杆210的轴心线与芯轴110的轴心线实质重合。也就是，并不要求拉杆210的轴心线与芯轴110的轴心线严格重合，而是允许之间存在一定量的偏差。
51.图2中省略示出拉杆210的外表面上的用于与引鞋螺纹连接的外螺纹结构。参见图2，拉杆210的靠近引鞋120的第三端部e3设置有至少一个凹槽t。第一销钉s1部分位于至少一个凹槽t中。也就是，在轴向上第一销钉s1与拉杆210的第三端部e3部分重叠。
52.至少一个凹槽t配置为限制第一销钉s1在围绕轴向的周向上的转动。这里，周向是指在垂直于芯轴110的轴心线a的平面内以轴心线a为圆心的圆周方向。
53.例如，在第一通孔h1处，第一销钉s1和引鞋120的彼此相对的侧壁上形成有彼此匹配的螺纹结构。也就是，第一通孔h1是螺纹孔，第一销钉s1为螺钉。这样，有利于控制和调整第一销钉s1在第一通孔h1中位置，从而有利于控制和调整第一销钉s1在径向上与拉杆210的第三端部e3之间的距离。
54.例如，第一销钉s1与拉杆210的第三端部e3间隔设置。也就是，第一销钉s1与拉杆210的第三端部e3不直接接触。这样，第一销钉不会影响第一螺纹结构的要被拉断所需承受的最小拉力。
55.例如，拉杆210的第三端部e3的端面211上形成有至少一个缺口。在轴向上至少一个缺口与至少一个凹槽t一一对应对齐。在本实施例中，拉杆210的第三端部e3的端面211上形成有四个缺口，该四个缺口在周向上间隔设置。
56.例如，拉杆210的第三端部e3的至少一部分位于引鞋120的背对卡瓦130的一侧。
57.例如，至少一个凹槽t包括平行于轴向的多个条形凹槽。例如多个条形凹槽的数量为4。每个条形凹槽t的宽度例如略大于第一销钉s1的最大直径。
58.当拉杆210与引鞋120连接好后，只需要轻微旋转调整，使第一通孔h1与拉杆210上的一个凹槽t重合，此时将螺钉s1安装到引鞋120的第一通孔h1和拉杆210的该凹槽t中，从
而能够避免引鞋120与拉杆210发生相对转动。
59.由于第一销钉同时位于引鞋120的第一通孔h1和拉杆210的凹槽t中，因此避免了在下井过程中拉杆210与引鞋120之间由于管柱振动可能会发生的分离，从而避免了桥塞解体和施工失败。
60.参见图1，倒齿环150与芯轴110彼此相对的表面上形成有彼此配合的倒齿结构。使得倒齿环150只能沿着轴向朝芯轴110的第一端部e1上移而不能反向后退，起锁定作用。这样，确保胶筒170不回弹使得卡瓦130破裂与套管内壁接合而起锚定作用。
61.图3为本公开实施例提供的井下工具的单卡瓦可溶桥塞的倒齿环的结构示意图。
62.当倒齿环150与芯轴110在轴向上发生相对运动时，倒齿环150需要沿远离芯轴110的方向张开，因此倒齿环150是被切开状态。例如，参见图3，倒齿环150具有条形开口l。例如，条形开口l平行于轴向。
63.倒齿环150与楔形体140彼此相对的表面上形成有彼此配合的螺纹结构。用于接合倒齿环150与楔形体140的螺纹在周向上有一定的间隙，该间隙需要大于倒齿环的条形开口的周向宽度。
64.在没有任何防转构件的情况下，倒齿环150与楔形体140的螺纹连接比较松，桥塞100入井过程中楔形体140和倒齿环150之间可能发生相对转动，从而使得倒齿环150的在轴向上面对楔形体140的端面与楔形体140在轴向上面对倒齿环150的端面接触，这样倒齿环处于不自由状态；这样，在桥塞100的坐封过程中，芯轴110与倒齿环150在轴向上要发生相对运动需要很大的力，或者楔形体140和倒齿环150直接被锁定而无法在轴向上相对运动，从而直接导致桥塞坐封失败。
65.参见图1和图3，本公开实施例提供的单卡瓦可溶桥塞100还包括：第二销钉s2。
66.第二通孔h2设置在楔形体140中。
67.例如，第二通孔h2的轴心线与芯轴110的轴心线垂直相交。这里，并不限制第一通孔h1的轴心线的方向。
68.第二销钉s2位于第二通孔h2以及条形开口l中。这样，第二销钉能够限制倒齿环150与楔形体140之间的相对转动。
69.例如，在第二通孔h2处，第二销钉s2和倒齿环150的彼此相对的侧壁上形成有彼此匹配的螺纹结构。也就是，第二通孔h2是螺纹孔，第二销钉s2为螺钉。这样，有利于控制和调整第二销钉s2在第二通孔h2中位置，从而有利于控制和调整第二销钉s2在径向上与芯轴110的背对第一腔体c1的外表面之间的距离。
70.例如，第二销钉s2与芯轴110的背对第一腔体c1的外表面间隔设置。也就是，第二销钉s2与芯轴110的背对第一腔体c1的外表面不直接接触。这样，第二销钉不会影响第一螺纹结构的要被拉断所需承受的最小拉力。
71.例如，在安装时，倒齿环150与楔形体140螺纹连接，调整倒齿环150处于自由状态(也就是，倒齿环150的在轴向上面对楔形体140的端面与楔形体140在轴向上面对倒齿环150的端面不接触)并且使第二通孔与倒齿环开口对齐，安装的第二螺钉s2使得第二螺钉s2正好安装在倒齿环的条形开口处。这样，可以防止楔形体140与倒齿环150发生相对转动，避免了在下井过程中由于管柱振动倒齿环150与楔形体140的相对端面彼此接触，从而避免了在轴向上倒齿环150与芯轴110相对移动困难或无法相对移动的问题。
72.在另一个示例中，楔形体140上形成有多个第二螺纹孔h2，多个第二螺钉s2一一对应地安装在多个第二螺纹孔h2。例如，多个第二螺纹孔h2沿轴向排列。
73.图4为本公开实施例提供的井下工具的单卡瓦可溶桥塞的卡瓦的结构示意图。
74.参见图1和图4，在轴向上卡瓦130具有面对引鞋120的第四端部e4以及背对引鞋120的第五端部e5。
75.卡瓦130上设置有在周向上交替排布的多个第一线槽组和多个第二线槽m2。每个第一线槽组包括至少两个第一线槽m1。
76.在轴向上，每个第一线槽m1的第一末端和每个第二线槽m2的第二末端均位于卡瓦130的第四端部e4和第五端部e5之间。
77.在轴向上，卡瓦130的第五端部e5比第四端部e4更靠近每个第一线槽m1的第一末端；卡瓦130的第四端部e4比第五端部e5更靠近每个第二线槽m2的第二末端。
78.卡瓦130在坐封过程中需要破裂才能与套管进行锚定。因此提前对卡瓦130进行的线切割处理而在其上形成上述的第一线槽m1和第二线槽m2，卡瓦130沿着线第一线槽m1和第二线槽m2裂开，从而能够卡瓦130能够被均匀的破裂撑开。
79.例如，每个第一线槽m1和每个第二线槽m2在径向上贯穿所述卡瓦130。
80.例如，每个第一线槽m1的第一末端和每个第二线槽m2的第二末端在卡瓦130背对拉杆210的表面上具有弧形轮廓。这样，卡瓦130在破裂的时候，末端位置的应力比较小，不会直接断裂开，卡瓦整体变形的时候有充分扩展空间，确保卡瓦在变形均匀，受力均衡。
81.例如，引鞋120具有在轴向上朝向卡瓦130的第五端部e5凸出的多个突起部n。多个突起部n沿周向间隔设置。在轴向上每个第二线槽m2与一个突起部n对准。这样，可有利于卡瓦130被均匀的破裂撑开。
82.可以理解的是，在本公开的另一实施例中，可溶桥塞100可以为双卡瓦可溶桥塞。在此情况下，另一卡瓦可进一步在轴向上设置于胶筒170的相反于芯轴110的第二端部e2的一侧。
83.在本公开实施例中，可溶桥塞100是通过坐封工具220下送到井内并实现坐封。可溶桥塞100通过拉杆210、推筒230，与坐封工具220连接。推筒230和拉杆210的上端与坐封工具220连接，推筒230下端与芯轴110上端面贴合。拉杆210下端与引鞋120螺纹连接在一起。坐封时，坐封工具220和拉杆210位置固定，推筒230产生一个往下的推力，推芯轴110的上端面。通过力的传递，卡瓦130被楔形体140撑破，与套管内壁锚定在一起。胶筒170被挤压膨胀，与套管内壁形成密封。芯轴110下行，倒齿环150与楔形体140一起与芯轴110发生相对移动，锁定楔形体140，确保胶筒170不回弹。当推筒220施加的力大到一定程度时，丢手螺纹结构p被拉断，拉杆210与引鞋120分离，实现丢手，坐封完成。
84.本文中，有以下几点需要说明：
85.(1)本公开实施例附图只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
86.(2)为了清晰起见，在用于描述本公开的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。
87.(3)在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
88.以上所述仅是本公开的示范性实施方式，而非用于限制本公开的保护范围，本公开的保护范围由所附的权利要求确定。