《一種全金屬可溶橋塞》是中國石油天然氣股份有限公司西南油氣田分公司工程技術研究院、四川聖諾油氣工程技術服務有限公司於2019年9月19日申請的專利，該專利申請號為2019108891806，公布號為CN110552659A，公布日為2019年12月10日，發明人是謝軍、李傑、馬輝運、付玉坤、喻成剛、尹強、王學強、吳春林、李明、繆雲、廖毅、何亞銳，該發明涉及非常規氣藏開發井下關鍵工具技術領域。
《一種全金屬可溶橋塞》包括座封筒（1）、上椎體（2）、密封筒（3）、下椎體（4）、下接頭（5）、丟手桿（7）、轉換接頭（8）和座封桿（9），所述座封筒（1）的下端與上椎體（2）上端面貼合，上端與外設的座封工具連線，座封筒（1）內，轉換接頭（8）的上端與座封桿（9）的下端連線，轉換接頭（8）的下端與丟手桿（7）的上端連線，下接頭（5））與丟手桿（7）通過螺紋連線，下接頭（5）與下椎體（4）通過螺紋連線，下椎體（4）的與密封筒（3）的一端通過荊棘齒配合，密封筒（3）的另一端與上椎體（2）也通過荊棘齒配合。該發明具有錨定可靠、承壓可靠、完全溶解的特點。
2021年11月，《一種全金屬可溶橋塞》獲得2020年度四川專利獎二等獎。
（概述圖為《一種全金屬可溶橋塞》的摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種全金屬可溶橋塞
- 公布號：CN110552659A
- 公布日：2019年12月10日
- 申請號：2019108891806
- 申請日：2019年9月19日
- 地址：四川省德陽市廣漢市中山大道南三段
- 發明人：謝軍、李傑、馬輝運、付玉坤、喻成剛、尹強、王學強、吳春林、李明、繆雲、廖毅、何亞銳
- 專利代理機構：成都金英專利代理事務所
- 代理人：袁英
- Int.Cl.：E21B33/134(2006.01)I、E21B43/26(2006.01)I
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
在石油工程完井、壓裂作業技術領域中，常需要對直井、定向井或者水平井井筒的不同層段進行分段壓裂作業，在分段壓裂過程中，需要使用橋塞實現層間封隔。可溶橋塞+分簇射孔作為2019年9月之前非常規氣藏開發主體技術，指在井筒和地層有效溝通的前提下，運用電纜或連續油管輸送方式，按照泵送設計程式，將射孔管串和橋塞輸送至目的層，完成坐封和多簇射孔聯作的一種射孔技術，後期通過套管進行分段壓裂。壓裂完成後，可溶橋塞溶解，隨返排液一同排出井筒。
2019年9月之前的技術中，可溶橋塞主要由橋塞本體、錨定卡瓦、密封膠筒等組成，其中橋塞本體主要由可溶金屬材料組成，為各部件提供安裝載體，直接決定可溶橋塞整體可靠性；錨定卡瓦由可溶金屬和合金顆粒組成，與套管內壁錨定後防止可溶橋塞軸向滑動，直接決定可溶橋塞軸向承壓效果；可溶膠筒主要可溶橡膠材料組成，與套管內壁貼合後防止液體向下流動，直接決定可溶橋塞密封效果。2019年9月之前的可溶橋塞可溶材料包含可溶金屬和可溶橡膠，由於兩種材料的在同一環境下的溶解時間、溶解速率不同，難以準確判定可溶橋塞整體溶解時間，影響氣井快速投產；同時錨定卡瓦主體由可溶金屬和不溶顆粒組成，溶解後井筒內殘留卡瓦塊、卡瓦牙塊等未溶解殘留物，後期需要下入連續油管通井管串、打撈工具串進行通井、打撈施工作業，作業周期長、打撈效率低，影響了現場施工進度，因此也有一些可溶橋塞的出現，但是結構比較複雜，連線件過多，連線方式不合理，導致加工困難，成本過高。
發明內容
專利目的
《一種全金屬可溶橋塞》的目的在於克服2019年9月之前技術的缺點，提供一種結構簡單、錨定可靠、承壓可靠、完全溶解的全金屬可溶橋塞。
技術方案
《一種全金屬可溶橋塞》包括座封筒、上椎體、密封筒、下椎體、下接頭、丟手桿、轉換接頭和座封桿，所述上椎體內表面設定有球座，球座為後期投入的可溶壓裂球提供封堵位置，所述下椎體內表面設定有接頭螺紋A，所述下接頭外表面設定有接頭螺紋B，內表面設定有丟手螺紋，丟手桿的下端設定有下螺紋。
所述座封筒的下端與上椎體上端面貼合，上端與外設的座封工具連線，座封筒內，轉換接頭的上端與座封桿的下端連線，轉換接頭的下端與丟手桿的上端連線，丟手桿下端依次穿過上椎體、密封筒、下椎體和下接頭，且丟手桿外表面與上椎體和下椎體內表面之間留有間隙，下接頭的丟手螺紋與丟手桿的下螺紋連線，下接頭接頭螺紋B與下椎體的接頭螺紋A連線，下椎體與密封筒下端配合，密封筒上端與上椎體下端配合。
進一步地，所述轉換接頭的兩端均設定有螺紋盲孔，上端的螺紋盲孔與座封桿下端設定的外螺紋連線，下端螺紋盲孔與丟手桿上端的上螺紋連線。
進一步地，所述上椎體外表面設定有上荊棘齒A，密封筒內表面設定有上荊棘齒B和下荊棘齒B，下椎體外表面設定有下荊棘齒A，後期座封后，下椎體的下荊棘齒A與密封筒的下荊棘齒B配合，密封筒的上荊棘齒B與上椎體的上荊棘齒A配合。進一步地，所述上椎體外表面設定有弧形面A，所述下椎體外表面設定有弧形面B。進一步地，所述密封筒外表面噴塗有硬質合金層，內表面設定有弧形凹槽。進一步地，所述下接頭側面設定有銷釘孔，丟手桿上對應位置處設定有銷釘槽，剪下銷釘穿過銷釘孔釘入銷釘槽內，實現對下接頭的旋轉固定。
進一步地，所述上椎體、密封筒、下椎體和下接頭的材質均為鎂基合金材料。
改善效果
《一種全金屬可溶橋塞》結構簡單，上椎體、密封筒、下椎體和下接頭的材質均為鎂基合金材料，在相同環境條件下的溶解速率相同，可精確掌握橋塞整體溶解時間，採用鎂基合金材料，保證耐壓強度的同時，具備一定的彈性形變，且後期可實現完全溶解；密封筒外部噴塗有合金塗層，具有較高的硬度，可保證密封筒外表面與套管內壁實現可靠錨定及密封，同時溶解後形成細小顆粒，隨返排液一起排出；該發明密封筒的結構巧妙，同時實現了錨定和密封功能，無需單獨設定卡瓦和密封件，功能沒有減少的同時，減少了連線件的數量，而且連線方式簡單可靠，降低了加工難度及製造成本。
附圖說明
圖1為《一種全金屬可溶橋塞》坐封前結構示意圖；
圖2為該發明坐封后結構示意圖；
圖3為上椎體結構示意圖；
圖4為下椎體結構示意圖；
圖5為密封筒結構示意圖；
圖6為下接頭結構示意圖；
圖7為丟手桿結構示意圖。
圖中：1-座封筒，2-上椎體，201-上荊棘齒A，202-球座，203-弧形面A，3-密封筒，301-上荊棘齒B，302-硬質合金層，303-弧形槽，304-下荊棘齒B，4-下椎體，401-下荊棘齒A，402-弧形面B，403-接頭螺紋A，5-下接頭，501-銷釘孔，502-丟手螺紋，503-接頭螺紋B，6-剪下銷釘，7-丟手桿，701-上螺紋，702-下螺紋，703-銷釘槽，8-轉換接頭，9-座封桿。
權利要求
1.《一種全金屬可溶橋塞》包括座封筒（1）、上椎體（2）、密封筒（3）、下椎體（4）、下接頭（5）、丟手桿（7）、轉換接頭（8）和座封桿（9），所述上椎體（2）內表面設定有球座（202），球座（202）為後期投入的可溶壓裂球提供封堵位置，所述下椎體（4）內表面設定有接頭螺紋A（403），所述下接頭（5）外表面設定有接頭螺紋B（503），內表面設定有丟手螺紋（502），丟手桿（7）的下端設定有下螺紋（702）；所述座封筒（1）的下端與上椎體（2）上端面貼合，上端與外設的座封工具連線，座封筒（1）內，轉換接頭（8）的上端與座封桿（9）的下端連線，轉換接頭（8）的下端與丟手桿（7）的上端連線，丟手桿（7）下端依次穿過上椎體（2）、密封筒（3）、下椎體（4）和下接頭（5），且丟手桿（7）外表面與上椎體（2）和下椎體（4）內表面之間均留有間隙，下接頭（5）的丟手螺紋（502）與丟手桿（7）的下螺紋（702）連線，下接頭（5）接頭螺紋B（503）與下椎體（4）的接頭螺紋A（403）連線，下椎體（4）與密封筒（3）下端配合，密封筒（3）上端與上椎體（2）下端配合。
2.權利要求1所述的一種全金屬可溶橋塞，其特徵在於：所述轉換接頭（8）的兩端均設定有螺紋盲孔，上端的螺紋盲孔與座封桿（9）下端設定的外螺紋連線，下端的螺紋盲孔與丟手桿（7）上端的上螺紋（701）連線。
3.根據權利要求1所述的一種全金屬可溶橋塞，其特徵在於：所述上椎體（2）外表面設定有上荊棘齒A（201），密封筒（3）內表面設定有上荊棘齒B（301）和下荊棘齒B（304），下椎體（4）外表面設定有下荊棘齒A（401），後期座封后，下椎體（4）的下荊棘齒A（401）與密封筒（3）的下荊棘齒B（304）配合，密封筒（3）的上荊棘齒B（301）與上椎體（2）的上荊棘齒A（201）配合。
4.根據權利要求1所述的一種全金屬可溶橋塞，其特徵在於：所述上椎體（2）外表面設定有弧形面A（203），所述下椎體（4）外表面設定有弧形面B（402）。
5.根據權利要求1所述的一種全金屬可溶橋塞，其特徵在於：所述密封筒（3）外表面噴塗有硬質合金層（302），內表面設定有弧形凹槽（303）。
6.根據權利要求1所述的一種全金屬可溶橋塞，其特徵在於：所述下接頭（5）側面設定有銷釘孔（501），丟手桿（7）上對應位置處設定有銷釘槽（703），剪下銷釘（6）穿過銷釘孔（501）釘入銷釘槽（703）內，實現對下接頭（5）的旋轉固定。
7.根據權利要求1所述的一種全金屬可溶橋塞，其特徵在於：所述上椎體（2）、密封筒（3）、下椎體（4）和下接頭（5）的材質均為鎂基合金材料。
實施方式
如圖1-7所示，《一種全金屬可溶橋塞》包括座封筒1、上椎體2、密封筒3、下椎體4、下接頭5、丟手桿7、轉換接頭8和座封桿9，所述上椎體2內表面設定有球座202，球座202為後期投入的可溶壓裂球提供封堵位置，所述下椎體4內表面設定有接頭螺紋A403，所述下接頭5外表面設定有接頭螺紋B503，內表面設定有丟手螺紋502，丟手桿7的下端設定有下螺紋702。
所述座封筒1的下端與上椎體2上端面貼合，上端與外設的座封工具連線，座封筒1內，轉換接頭8的上端與座封桿9的下端連線，轉換接頭8的下端與丟手桿7的上端連線，丟手桿7下端依次穿過上椎體2、密封筒3、下椎體4和下接頭5，且丟手桿7外表面與上椎體2和下椎體4內表面之間留有間隙，待可溶壓裂球溶解後，所述間隙為後期提供井筒內流體的返排通道，下接頭5的丟手螺紋502與丟手桿7的下螺紋702連線，下接頭5接頭螺紋B503與下椎體4的接頭螺紋A403連線，下椎體4與密封筒3下端配合，密封筒3上端與上椎體2下端配合。 所述上椎體外表面設定有上荊棘齒A201，密封筒內表面設定有上荊棘齒B301和下荊棘齒B304，下椎體外表面設定有下荊棘齒A401，後期座封后，下椎體4的下荊棘齒A401與密封筒3的下荊棘齒B304配合，防止了下椎體4回彈，密封筒3的上荊棘齒B301與上椎體2的上荊棘齒A201配合，防止了上椎體2回彈。
所述轉換接頭8的兩端均設定有螺紋盲孔，上端的螺紋盲孔與座封桿9下端設定的外螺紋連線，下端螺紋盲孔與丟手桿7上端的上螺紋701連線。
為了便於上椎體2與密封筒3上端產生相對運動，使密封筒3沿徑向擴張，所述上椎體2外表面設定有弧形面A203，為了便於下椎體4與密封筒3下端產生相對運動，使密封筒3沿徑向擴張，所述下椎體4外表面設定有弧形面B402。
所述密封筒3外表面噴塗有硬質合金層302，保證密封筒3有足夠強度，同時密封筒3外壁面與外設套管內壁面之間可提供足夠的摩擦力，實現軸向錨定功能，密封筒3內表面設定有弧形凹槽303，避免在密封筒3沿徑向擴張變形時應力集中。
所述下接頭5側面設定有銷釘孔501，丟手桿7上對應位置處設定有銷釘槽703，剪下銷釘6穿過銷釘孔501釘入銷釘槽703內，實現對下接頭5的旋轉固定，防止下接頭5在下入過程中出現倒扣。
所述上椎體2、密封筒3、下椎體4和下接頭5的材質均為鎂基合金材料，在保證強度的同時，後期可實現快速溶解且溶解速度相同。
該發明的裝配過程如下：將轉換接頭8與座封桿9連線，丟手桿7上螺紋701與轉換接頭8連線，座封筒1與座封工具連線，上椎體2上端穿過丟手桿7與座封筒1貼合；再裝入密封筒3，將下椎體4與下接頭5通過螺紋配合連線，再將下椎體4和下接頭5連線後的整體裝入丟手桿7，後通過下接頭5丟手螺紋502與丟手桿7下螺紋702配合連線，直至下椎體4上端與密封筒3下端形成配合；最後，將剪下銷釘6安裝在丟手桿7的銷釘槽703內，實現對下接頭5的旋轉固定，防止下接頭5在下入過程中出現倒扣，最終完成整體裝配，裝配結果參考圖1。 該發明的工作過程如下：施工過程中，按照常規泵送方式將裝配好的該發明串泵送至預先設定位置，點火後，座封筒1推動上椎體2、密封筒3沿軸向向下運動，密封筒3在上椎體2、下椎體4的徑向擠壓下向外擴張，直至密封筒3外表面與套管內表面貼合；座封筒1繼續推動上椎體2向下移動，當推力達到一定值時，丟手桿7與下接頭5丟手螺紋502實現脫離，完成丟手。此時，上椎體2外表面上荊棘齒A201與密封筒3上端內表面的上荊棘齒B301形成配合，防止上椎體2向上回彈；下椎體4外表面下荊棘齒A401與密封筒3下端內表面的下荊棘齒B304形成配合，防止下椎體4向下回彈，以保證密封筒3始終與套管內壁面緊密貼合，實現密封與軸向承壓。隨後，通過井口投入配套壓裂球至球座202處，封堵可溶橋塞內通道，完成壓裂施工作業。後期溶解過程中，由於可溶橋塞整體材質為同一可溶材料，在相同溶解條件下溶解速率相同，便於後期返排和快速投產。
榮譽表彰
2021年11月，《一種全金屬可溶橋塞》獲得2020年度四川專利獎二等獎。
