專利名稱：可鉆復合橋塞的制作方法
技術領域：
本實用新型有關于油井井下作業領域，特別是指一種應用于水平井分層壓裂的可鉆復合橋塞。
背景技術：
隨著近年來油氣資源的開發，非常規油氣資源所占的比重越來越大。開發非常規油氣資源必須采用壓裂改造技術，即在采油過程中，利用水利作用，使油層形成裂縫，從而提高油層滲透能力，以增加產油量。而對于油氣資源儲層薄、滲透率低的非常規油井，作業人員往往采用水平井分層壓裂技術，即是將待壓裂井段分成多個小層段，逐層壓裂，以此來大幅度提高壓裂井的改造效果。 在分層壓裂技術中，需要用到封堵工具對每一層段進行封堵，而分層壓裂作業完成后，還需對每層的封堵工具進行鉆通，從而使各壓裂層貫通，油液可以順利地在套管內匯集，采油管也能夠順利下入進行采油工作。目前最常用的封堵工具就是橋塞，橋塞的作用就是油氣井封層，具有施工工序少、周期短、卡封位置準確等特點。當初，業內曾普遍使用金屬材料制成的橋塞，這種橋塞因其材質堅硬，在分層壓裂后的鉆通過程中，鉆銑困難、耗時長，延長了作業周期，降低工作效率；且容易卡鉆、反排困難，給施工帶來難度；亦容易使鉆頭或銑頭的使用壽命大幅降低。從而不能夠滿足多段壓裂后的快速施工需要。為此，業者設計出了采用復合材料制成的可鉆式橋塞，例如中國專利公告號CN202181876 U的可鉆式復合橋塞。該橋塞包括一中心體，在中心體上順序套設有坐封壓環、上卡瓦、上錐體、膠筒、下錐體、下卡瓦和下隔環，膠筒兩端分別套設有一組多層保護傘；其中心體、坐封壓環和下隔環由玻璃纖維增強環氧樹脂制成，上、下卡瓦由鑄鐵制成，上、下錐體由酚醛樹脂材料制成。用這種獨特的材料組合設計加工的橋塞，容易鉆銑，磨掉的碎屑輕小，較容易沖出，也能防止卡鉆，克服了金屬橋塞的缺陷，更適用于水平井分層壓裂。然而采用此類復合材料制成的橋塞時，在分層壓裂后的鉆通過程中，雖然復合材料能使鉆削進給量加大，從而使鉆削提速，但鉆頭仍然需要從橋塞頂部一直鉆削到橋塞底部，即需要鉆削的實體部分仍然較長，其施工效率仍然有待提高，所以仍不能完全滿足多段壓裂后的快速施工需要。另外，采用此類具有膠筒結構的橋塞進行坐封時，仍以中國專利公告號CN202181876U的可鉆式復合橋塞為例，使用液壓方式或火藥點火方式打壓坐封工具，從而推動坐封壓環向下移動，坐封壓環再推動上卡瓦、上錐體向下移動，下卡瓦、下錐體受到下隔環的限位作用從兩端擠壓膠筒，使膠筒受壓漲開而貼緊套管井壁，從而密封橋塞與套管井壁間的環空。但是膠筒因其橡膠材質而為一彈性體，當打壓外力消失后，受壓漲開的膠筒很可能釋放彈性力而向著形變前的狀態恢復，導致坐封效果大打折扣，嚴重的還可能導致橋塞脫落，坐封失效。于是，能否設計一種可鉆復合橋塞，其能在應用復合材料的基礎上，還能使分層壓裂后的鉆通過程中，鉆頭所鉆削的實體部分較少，從而進一步提高施工效率；此外，還能保證膠筒在打壓外力消失后，仍能保持漲開而不向形變前的狀態恢復，如此便能降低打壓作業的難度，并且保證坐封效果良好，則成為業內需要解決的問題。
實用新型內容本實用新型的目的，即是提供一種具有空心結構的可鉆復合橋塞，該橋塞能使分層壓裂后的鉆通過程中，鉆頭所鉆削的實體部分大幅減少，從而進一步提高施工效率。上述本實用新型的目的，是由以下的技術方案所實現本實用新型提供一種可鉆復合橋塞，連接于坐封工具的底部，該橋塞包括由非金屬復合材料制成的柱狀的中心體，該中心體的外壁上順序套設有上限位體、擋環、上卡瓦、上錐體、膠筒、下錐體、下卡瓦以及下限位體，其中上限位體和下限位體分別與該中心體相固接，所述的中心體內部形成有一用以頂抵坐封工具的實心部，及位于該實心部下方的空心部，該空心部形成該中心體的一柱狀空腔。如上所述的可鉆復合橋塞，該中心體的實心部的長度小于該空心部的長度。如上所述的可鉆復合橋塞，所述的擋環和上卡瓦之間還環設有一限制該上卡瓦只能向下位移的止退機構，該止退機構的上下兩端分別頂抵在擋環的下端和上卡瓦的上端。如上所述的可鉆復合橋塞，所述的止退機構包含位于該中心體外壁面上的單向齒部；及環設于中心體外壁面上、并抵靠在該擋環下端的鎖環，該鎖環的內壁面設有鋸齒，并與該單向齒部相嚙合而形成一止退牙；及一環設且包覆在該鎖環外部的護罩，該護罩的上下兩端分別與該擋環和上卡瓦相頂抵，而該護罩的內壁與鎖環之間留有間隙，該鎖環能經由在該單向齒部上移動而向下頂抵該護罩。如上所述的可鉆復合橋塞，所述的膠筒由上膠筒、中膠筒、下膠筒三部分順序排列而成，而該三部分均由橡膠材料制成。如上所述的可鉆復合橋塞，所述中心體的外壁上在上錐體和上膠筒之間還套設有一上漲環，在下錐體和下膠筒之間還套設有一下漲環，該上、下漲環的材質均為工程塑料。如上所述的可鉆復合橋塞，所述中心體的外壁上在該中膠筒的內部還環設有一保護環，該保護環為非金屬材質，且其硬度大于上述的三部分膠筒所采用的橡膠的硬度。如上所述的可鉆復合橋塞，該上限位體為一中空的上外套，該下限位體為一中空的下外套，該上、下外套分別螺固于該中心體外壁的上下兩端。如上所述的可鉆復合橋塞，所述的上、下卡瓦的靠近膠筒的端面均設計為斜面10度內凹，而上、下錐體亦設計為10度錐角而分別嵌入上、下卡瓦的該端面中。借由以上技術方案，本實用新型的優點在于借由將中心體加工出柱狀空腔的設計，使本實用新型的橋塞在進行分層壓裂后的鉆通過程中，鉆頭所鉆削的實體部分大幅減少，從而進一步提高施工效率；同時鉆掉的碎屑也更少，更容易排出井外；此外，借由止退機構的設計，使上卡瓦只能向下位移，而不能向上位移，從而能夠防止受壓漲開的膠筒釋放彈性力而形變回位的情況發生，以此來保證良好的坐封效果。
[0023]圖I為本實用新型的橋塞在水平井下實施坐封作業的狀態示意圖；圖2為本實用新型的橋塞的半剖視圖；主要元件標號說明100 橋塞500 坐封工具600 油管700 套管800 壓裂層2中心體21 實心部22 空心部23 單向齒部311 上外套312 下外套32 擋環321剪釘33 止退機構331鎖環332 護罩341上卡瓦342 下卡瓦351上錐體352 下錐體353、354 剪釘361 上漲環362下漲環37 膠筒371上膠筒372 中膠筒373下膠筒374 保護環
具體實施方式
為令本實用新型的發明目的、技術手段及技術效果有更完整及清楚的揭露，茲于下詳細說明，并請一并參閱附圖及元件標號。其中，下述的“上方”均指附圖的左側，“下方”均指附圖的右側。首先詳細說明本實用新型可鉆復合橋塞的結構特征，請參閱圖2所示。本實用新型的可鉆復合橋塞100，包括由非金屬復合材料制成的柱狀的中心體2，該中心體2的外壁上順序套設有上限位體、擋環32、止退機構33、上卡瓦341、上錐體351、上漲環361、膠筒37、下漲環362、下錐體352、下卡瓦342以及下限位體，其中上限位體為上外套311，下限位體為下外套312，上、下外套311、312分別與該中心體2相螺固，該中心體2的內部形成有一用以頂抵坐封工具500見圖I)的實心部21，及位于該實心部21下方的空心部22，該空心部22形成該中心體2的一柱狀空腔。較佳地，中心體2內的實心部21的長度小于空心部22的長度。借由將中心體2加工出柱狀空腔的設計，使本實用新型的橋塞100在進行分層壓裂后的鉆通過程中，鉆頭所鉆削的實體部分大幅減少，從而進一步提高施工效率；同時鉆掉的碎屑也更少，更容易排出井外。在本實用新型的較佳實施例中，橋塞100的中心體2上端具有內螺紋，而能螺合于坐封工具500的底端；上外套311端面采用斜面尾翼嚙合機理設計，防止鉆磨橋塞時打轉；擋環32靠在上外套311下端，并用剪釘321固定在中心體2上。上述的止退機構33，請參閱圖2所示，能限制該上卡瓦341只能向下位移，其上下兩端分別頂抵在擋環32的下端和上卡瓦341的上端上。較住地，該止退機構33包含位于該中心體2外壁面上的單向齒部23 ；以及環設于中心體2外壁面上、并抵靠在該擋環32下端的鎖環331，鎖環331內壁面設有鋸齒，并與該單向齒部23相嚙合而形成相匹配的止退牙；該鎖環331外部還環設且包覆有一護罩332，該護罩332的上下兩端分別與該擋環32和上卡瓦341相頂抵，而該護罩332的內壁與鎖環331之間留有間隙，該鎖環331能經由在該單向齒部上的移動而向下頂抵該護罩332，通過護罩332將下壓力傳遞給上卡瓦341。借由止退機構33的設計，使上卡瓦341只能向下位移，而不能向上位移，從而能夠防止受壓漲開的膠筒37釋放彈性力而形變回位的情況發生，以此來保持良好的坐封效果。在本實用新型的較佳實施例中，上卡瓦341下端面設計為斜面10度內凹，上錐體351亦設計為10度錐角而嵌入上卡瓦341的下端面中，以此來更利于上卡瓦341的脹開滑動，下卡瓦342設計同理，下文不再展開。上、下卡瓦341、342均采用鑄鐵材料。在本實用新型的較佳實施例中，上錐體351、下錐體352的端部分別用剪釘353、354固定在中心體2上；當坐封時，上、下錐體351、352能夠在下壓力的作用下剪斷剪釘353、354，使得錐體貼合套管700內壁(如圖I)。在本實用新型的較佳實施例中，上下漲環361、362均采用耐壓且塑性強的工程塑 料，當受到擠壓后，能夠收緊膠筒37，并將其貼合套管700內壁。在本實用新型的較佳實施例中，膠筒37由上膠筒371、中膠筒372、下膠筒373三部分順序排列而成，可封閉油套環空，而該三部分均由橡膠材料制成；較佳地，中心體2的外壁上在該中膠筒372的內部還環設有一保護環374，該保護環374為非金屬材質(例如硬質橡膠)，且其硬度大于上述的三部分膠筒37所采用的橡膠的硬度，以此來防止中膠筒372在坐封時與中心體2貼合不嚴。請一并參閱圖I及圖2所示，由以上技術方案所構成的本實用新型，其工作原理如下首先將本實用新型的橋塞100連接在一坐封工具500的底部，再將坐封工具500的頂部連接在一油管600的底部,該油管600可為一連續油管；而后用油管600小排量泵送橋塞100及坐封工具500，當工具組下入到水平井預訂位置時(如兩個壓裂層800之間)，從地面投球，待球落到坐封工具500的一球座后，對油管600加液壓，壓力使坐封工具500剪斷其外套剪釘而令其外套向下抵推本實用新型橋塞的擋環32，擋環32受力剪斷剪釘321向下位移，鎖環331受到推力向下位移，頂推護罩332并帶動上卡瓦341脹開并向下推動上錐體351 ;同時，由于下外套312的限位頂抵作用，上、下錐體351、352在上、下卡瓦341、342的擠壓作用下分別剪斷剪釘353、354，此時上、下錐體351、352受到擠壓作用會因其開口而壓縮變形，繼續擠壓，上、下漲環361、362及膠筒37會脹開，密封套管環空，上、下卡瓦341、342外壁面的硬齒咬緊在套管上，錨定橋塞100，達成坐封的功效。當泄壓后，向上拖拽坐封工具500，由于橋塞100已經錨定，橋塞100的中心體2會在拉力的作用下在環壁最薄弱處斷開，例如可以在中心體2的實心部21上方的外壁面上設置一環凹槽(如圖2所示)，如此實現坐封工具500與橋塞100分離后，該橋塞100的實心部21及其下的部分就會留在井下產生分層密封效果。對于套管完井的水平井分層改造工藝，請參閱圖1，從最下一層壓裂層800向最上層依次進行改造，首先用連續油管下入橋塞并坐封，并對最下層進行射孔和壓裂，壓裂后，取出連續油管接上第二個橋塞，再下入，進行井最下端第二層的坐封、射孔和壓裂，以此類推，可進行多層段的壓裂施工，當全部層段施工完后，下入鉆銑工具鉆掉所有橋塞。此時，因為每個橋塞均具有一較短的實心部及一較長的空心部，則在鉆銑工具工作的過程中可以大幅提高效率，從而達成本實用新型的發明目的。以上所舉僅為本實用新型示意性的部分實施例，并非用以限制本實用新型的范圍，任何本領域的技術人員，在不脫離本實用新型的構思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應包括在本專利保護范圍之內。
權利要求1.一種可鉆復合橋塞，連接于坐封工具的底部，該橋塞包括由非金屬復合材料制成的柱狀的中心體，該中心體的外壁上順序套設有上限位體、擋環、上卡瓦、上錐體、膠筒、下錐體、下卡瓦以及下限位體，其中上限位體和下限位體分別與該中心體相固接，其特征在于，所述的中心體內部形成有一用以頂抵坐封工具的實心部，及位于該實心部下方的空心部，該空心部形成該中心體的一柱狀空腔。
2.根據權利要求I所述的可鉆復合橋塞，其特征在于，該中心體的實心部的長度小于 該空心部的長度。
3.根據權利要求I或2所述的可鉆復合橋塞，其特征在于，所述的擋環和上卡瓦之間還環設有一限制該上卡瓦只能向下位移的止退機構，該止退機構的上下兩端分別頂抵在擋環的下端和上卡瓦的上端。
4.根據權利要求3所述的可鉆復合橋塞，其特征在于，所述的止退機構包含 位于該中心體外壁面上的單向齒部；及· 環設于中心體外壁面上、并抵靠在該擋環下端的鎖環，該鎖環的內壁面設有鋸齒，并與該單向齒部相嚙合而形成一止退牙；及 一環設且包覆在該鎖環外部的護罩，該護罩的上下兩端分別與該擋環和上卡瓦相頂抵，而該護罩的內壁與鎖環之間留有間隙，該鎖環能經由在該單向齒部上移動而向下頂抵該護罩。
5.根據權利要求I或2所述的可鉆復合橋塞，其特征在于，所述的膠筒由上膠筒、中膠筒、下膠筒三部分順序排列而成，而該三部分均由橡膠材料制成。
6.根據權利要求5所述的可鉆復合橋塞，其特征在于，所述中心體的外壁上在上錐體和上膠筒之間還套設有一上漲環，在下錐體和下膠筒之間還套設有一下漲環，該上、下漲環的材質均為工程塑料。
7.根據權利要求5所述的可鉆復合橋塞，其特征在于，所述中心體的外壁上在該中膠筒的內部還環設有一保護環，該保護環為非金屬材質，且其硬度大于上述的三部分膠筒所采用的橡膠的硬度。
8.根據權利要求I或2所述的可鉆復合橋塞，其特征在于，該上限位體為一中空的上外套，該下限位體為一中空的下外套，該上、下外套分別螺固于該中心體外壁的上下兩端。
9.根據權利要求I或2所述的可鉆復合橋塞，其特征在于，所述的上、下卡瓦的靠近膠筒的端面均設計為斜面10度內凹，而上、下錐體亦設計為10度錐角而分別嵌入上、下卡瓦的該端面中。
專利摘要本實用新型是關于一種可鉆復合橋塞，連接于坐封工具的底部，該橋塞包括由非金屬復合材料制成的柱狀的中心體，該中心體的外壁上順序套設有上限位體、擋環、上卡瓦、上錐體、膠筒、下錐體、下卡瓦以及下限位體，其中上限位體和下限位體分別與該中心體相固接，所述的中心體內部形成有一用以頂抵坐封工具的實心部，及位于該實心部下方的空心部，該空心部形成該中心體的一柱狀空腔。借由將中心體加工出柱狀空腔的設計，使本實用新型的橋塞在進行分層壓裂后的鉆通過程中，鉆頭所鉆削的實體部分大幅減少，從而進一步提高施工效率；同時鉆掉的碎屑也更少，更容易排出井外。
文檔編號E21B33/134GK202560158SQ20122022752
公開日2012年11月28日 申請日期2012年5月18日 優先權日2012年5月18日
發明者宋翔虎, 陳遼望, 陳曙光, 韓冬深, 周銳, 宋新民, 周坤, 馬培靜 申請人:中國石油天然氣股份有限公司