技术领域
[0001] 本
申请涉及油气田开发技术领域，特别涉及一种可溶桥塞。
背景技术
[0002] 桥塞是油田开发中用于堵塞井眼的常规工具，按后期处理方式可分为可钻桥塞和可取桥塞，近年来
水平井分段压裂技术的应用，单井一次压裂层段多，桥塞的用量很大，普通桥塞的钻磨打捞处理工艺从时间效率和经济效益上都无法满足。随着水平井多层多段压裂的工艺要求，催生了复合快转桥塞及金属可溶桥塞，尤其是金属可溶桥塞完成施工后不需要做任何后期处理，且井下不留落物，其用于射孔压裂连作工艺取得了很好的经济效和社会效益。但目前使用的可溶桥塞结构和原始的
铸铁桥塞区别不大，可溶桥塞结构均没有突破性改变，性能试验也不够稳定，无法规模化应用，没有形成业绩。
发明内容
[0003] 本申请的目的在于克服
现有技术的
缺陷，提供一种稳定可靠、施工方便、承压指标更高的可溶桥塞。
[0004] 为实现上述目的，本申请采用了如下技术方案：
[0005] 一种可溶桥塞，包括
心轴1，在所述心轴1的一端设置有限位部101，在所述心轴1的另一端滑动安装有转换接头13，在所述限位部101和转换接头13之间依次套装有胶筒3和楔形体9，在所述楔形体9的两端分别套设有第一卡瓦带81和第二卡瓦带82，所述第一卡瓦带81包括多个围绕心轴1设置的第一卡瓦851，所述第一卡瓦851之间通过卡瓦套环83限位在所述楔形体9上，所述第二卡瓦带82包括多个围绕心轴1设置的第二卡瓦852，所述第二卡瓦
852之间通过卡瓦套环83限位在所述楔形体9上，所述转换接头13用于沿心轴1向限位部101所在的方向运动，使得第一卡瓦带81和第二卡瓦带82沿楔形体9运动分别将卡瓦套环83胀断，所述第一卡瓦851和第二卡瓦852径向扩张将可溶桥塞卡定，所述胶筒3轴向压缩径向膨胀从而实现密封。
[0006] 可选的，还包括膨胀环5、锥套6和卡瓦座12，所述膨胀环5与锥套6层叠设置在胶筒3与第一卡瓦带81之间，所述卡瓦座12设置在第二卡瓦带82与转换接头13之间并与第二卡瓦带82与卡瓦座12相抵接。
[0007] 可选的，所述楔形体9包括第一楔形部91、第二楔形部92和过渡段93，所述第一楔形部91和第二楔形部92分别设置在过渡段93的两侧形成双端楔形体结构，在第一楔形部91和第二楔形部92上分别径向均布多个楔形槽94，在第一楔形部91的每个楔形槽94上分别安装有一个第一卡瓦851，在第二楔形部92的每个楔形槽94上分别安装有一个第二卡瓦852。
[0008] 可选的，所述第一卡瓦851为圆弧状，在所述第一卡瓦851的一侧设有内圆弧面853和斜面854，所述斜面854与所述楔形槽94相配合，在所述第一卡瓦851的另一侧设有外圆弧面855，在所述外圆弧面855上设有两个弧形槽856和多个第一牙
块84，所述两个弧形槽856分别位于第一卡瓦851的两端，所述多个第一牙块84沿第一卡瓦851的
侧壁呈径向设置，多个第一卡瓦851之间通过安装在两个弧形槽856内的卡瓦套环83限位在所述楔形体9上，所述第二卡瓦852的结构与第一卡瓦851的结构相同。
[0009] 可选的，所述膨胀环5为圆环形结构，在所述膨胀环5的内壁上设有圆锥状的内锥面51，在所述内锥面51上均匀分布有多个扇形槽52，并且在每个所述扇形槽52之间分别设有一个开裂槽53。
[0010] 可选的，所述锥套6为圆台形结构，在所述锥套6的侧壁上设有圆锥状的外锥面61，所述外锥面61伸入所述膨胀环5的内壁内并与所述内锥面51相配合，并且在所述外锥面61上并均匀分布有多个梯形槽62。
[0011] 可选的，所述心轴1的横截面为“T”字形，包括心轴本体103，所述限位部101突出设置在所述心轴本体103一端的侧壁上，所述心轴本体103的另一端沿心轴1形成多个扇形结构的扇形爪105，沿所述心轴本体103的轴向贯穿设置有中心孔102，所述中心孔102靠近限位部101一端的端部设有喇叭口状的密封面104，并且所述转换接头13一端的端部位于中心孔102内。
[0012] 可选的，所述转换接头13包括相连接的
基座131和连接部132，所述连接部132的直径小于基座131的直径使得所述转换接头13的横截面为倒立“T”字形，所述连接部132位于中心孔102内并与所述中心孔102的内壁相配合，并且在连接部132内的设有
螺纹孔133，在所述基座131的中部设有与所述
螺纹孔133相连通的中心通孔134，在所述中心通孔134的外侧均布环绕设置有多个与所述扇形爪105相配合的扇形孔135。
[0013] 可选的，在所述胶筒3的两端分别安装有护帽2，所述护帽2为碗状结构并将胶筒3的两端包覆。
[0014] 可选的，所述卡瓦座12为圆环形结构，所述卡瓦座12的两端分别与第二卡瓦带82的第二卡瓦852和转换接头13相抵接，在所述卡瓦座12和心轴1之间设置有止退环11，所述止退环11的内径和外径分别与卡瓦座12和心轴1间隙配合。
[0015] 可选的，在止退环11上设有齿扣111和开口112，所述齿扣111分布在止退环11的内壁和外壁上且呈同方向不等距设置，所述开口112由止退环11沿
母线切开使得止退环11具备圆周弹性。
[0016] 可选的，还包括第一安全销71、第二安全销72和第三安全销73，所述第一安全销71设置在锥套6内并与心轴1干涉配合，所述第二安全销72设置在楔形体9内并与心轴1干涉配合，所述第三安全销73设置在卡瓦座12内并与心轴1干涉配合。
[0017] 本申请的可溶桥塞通过将转换接头滑动安装在心轴远离限位部一端，使得转换接头在坐封作业中沿心轴向限位部所在的方向运动，从而使得心轴在坐封作业和后续的压裂作业中只受到同一方向的压
力，极大的保证了心轴的可靠性，并使得在压裂作业中心轴没有相对胶筒下移的过程，避免了心轴对胶筒的擦伤以及对卡瓦带的震动损伤。
附图说明
[0018] 图1是本申请
实施例的可溶桥塞的整体结构示意图；
[0019] 图2是本申请实施例的心轴的结构示意图；
[0020] 图3是本申请实施例的心轴另一视
角的结构示意图；
[0021] 图4是本申请实施例的转换接头的结构示意图；
[0022] 图5是本申请实施例的转换接头另一视角的结构示意图；
[0023] 图6是本申请实施例的固定销的结构示意图；
[0024] 图7是本申请实施例的胶筒的结构示意图；
[0025] 图8是本申请实施例的护帽的结构示意图；
[0026] 图9是本申请实施例的膨胀环的结构示意图；
[0027] 图10是本申请实施例的膨胀环另一视角的结构示意图；
[0028] 图11是本申请实施例的平垫的结构示意图；
[0029] 图12是本申请实施例的锥套的结构示意图；
[0030] 图13是本申请实施例的锥套另一视角的结构示意图；
[0031] 图14是本申请实施例的楔形体的结构示意图；
[0032] 图15是本申请实施例的楔形体另一视角的结构示意图
[0033] 图16是本申请实施例的楔形体另一视角的结构示意图；
[0034] 图17是本申请实施例的第一卡瓦的结构示意图；
[0035] 图18是本申请实施例的第一卡瓦另一视角的结构示意图；
[0036] 图19是本申请实施例的第一卡瓦另一视角的结构示意图；
[0037] 图20是本申请实施例的卡瓦套环的结构示意图；
[0038] 图21是本申请实施例的第二卡瓦的结构示意图；
[0039] 图22是本申请实施例的卡瓦座环的结构示意图；
[0040] 图23是本申请实施例的第一卡瓦带的结构示意图；
[0041] 图24是本申请实施例的第二卡瓦带的结构示意图；
[0042] 图25是本申请实施例的卡瓦座的结构示意图；
[0043] 图26是本申请实施例的止退环的结构示意图；
[0044] 图27是本申请实施例的齿扣的结构示意图；
[0045] 图28是本申请实施例的安全销的结构示意图；
[0046] 图29是本申请实施例的可溶桥塞的工作过程示意图；
[0047] 图30是本申请实施例的可溶桥塞的工作过程示意图；
[0048] 图31是本申请实施例的可溶桥塞的工作过程示意图；
[0049] 图32是本申请实施例的可溶桥塞的工作过程示意图；
[0050] 图33是本申请实施例的可溶桥塞的工作过程示意图。
[0051] 附图标记
[0052] 1-心轴，101-限位部，102-中心孔，103-心轴本体，104-密封面，105-扇形爪，2-护帽，3-胶筒，4-平垫，5-膨胀环，51-内锥面，52-扇形槽，53-开裂槽，6-锥套，61-外锥面，62-梯形槽，71-第一安全销，72-第二安全销，73-第三安全销，81-第一卡瓦带，82-第二卡瓦带，83-卡瓦套环，84-第一牙块，851-第一卡瓦，852-第二卡瓦，853-内圆弧面，854-斜面，855-外圆弧面，856-弧形槽，857-缺口，9-楔形体，91-第一楔形部，92-第二楔形部，93-过渡段，
94-楔形槽，10-卡瓦座环，11-止退环，111-齿扣，112-开口，12-卡瓦座，13-转换接头，131-基座，132-连接部，133-螺纹孔，134-中心通孔，135-扇形孔，14-固定销，15-
套管，16-可溶密封球，17-第二牙块。
具体实施方式
[0053] 下面结合附图对本申请的具体实施方式进行描述。
[0054] 在本文中，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等仅用于表示相关部分之间的相对
位置关系，而非限定这些相关部分的绝对位置。
[0055] 在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示重要程度及顺序、以及互为存在的前提等。
[0056] 在本文中，“相等”、“相同”等并非严格的数学和/或几何学意义上的限制，还包含本领域技术人员可以理解的且制造或使用等允许的误差。
[0057] 除非另有说明，本文中的数值范围不仅包括其两个端点内的整个范围，也包括含于其中的若干子范围。
[0058] 本申请公开了一种可溶桥塞，如图1所示，包括心轴1，在所述心轴1的一端设置有限位部101，在所述心轴1的另一端滑动安装有转换接头13，在所述限位部101和转换接头13之间依次套装有胶筒3和楔形体9，在所述楔形体9的两端分别套设有第一卡瓦带81和第二卡瓦带82，，所述第一卡瓦带81包括多个围绕心轴1设置的第一卡瓦851，所述第一卡瓦851之间通过卡瓦套环83限位在所述楔形体9上，所述第二卡瓦带82包括多个围绕心轴1设置的第二卡瓦852，所述第二卡瓦852之间通过卡瓦套环83限位在所述楔形体9上，所述转换接头13用于沿心轴1向限位部101所在的方向运动，使得第一卡瓦带81和第二卡瓦带82沿楔形体
9运动分别将卡瓦套环83胀断，所述第一卡瓦851和第二卡瓦852径向扩张将可溶桥塞卡定，所述胶筒3轴向压缩径向膨胀从而实现密封。
[0059] 本申请通过将转换接头13滑动安装在心轴1远离限位部101一端，使得转换接头13在坐封作业中沿心轴1向限位部101所在的方向运动，从而使得心轴1在坐封作业和后续的压裂作业中只受到同一方向的压力，避免了现有技术中心轴1在坐封作业时受拉力而在压裂作业中受压力的情况，极大的保证了心轴1的可靠性，并使得在压裂作业中心轴1没有相对胶筒3下移的过程，避免了心轴1对胶筒3的擦伤以及对卡瓦带的震动损伤，同时，通过将胶筒3和两个卡瓦带分别设置在心轴1的两端，使得心轴1在坐封后出现的相对中空段位于胶筒3下端的两个卡瓦带的位置处，从而避免了在压裂作业时压力直接作用在心轴1的相对中空段，改善了心轴1的受力状态，使得心轴1在压裂高压时的受力危险段消失。
[0060] 如图2和图3所示，本申请提供的一个实施例，所述心轴1的横截面为“T”字形，包括心轴本体103，所述限位部101突出设置在所述心轴本体103一端的侧壁上，所述心轴本体103的另一端沿心轴1形成多个扇形结构的扇形爪105，沿所述心轴本体103的轴向贯穿设置有中心孔102，所述中心孔102靠近限位部101一端的端部设有喇叭口状的密封面104，并且所述转换接头13一端的端部位于中心孔102内。
[0061] 如图4至图6所示，本申请提供的一个实施例，所述转换接头13包括相连接的基座131和连接部132，所述连接部132的直径小于基座131的直径使得所述转换接头13的横截面为倒立“T”字形，所述连接部132位于中心孔102内并与所述中心孔102的内壁相配合，并且在连接部132内的设有用于与投送坐封工具相连接的螺纹孔133，在所述基座131的中部设有与所述螺纹孔133相连通的中心通孔134，在所述中心通孔134的外侧环绕设置有均布多个与所述扇形爪105相配合的扇形孔135，使得转换接头13能够相对心轴1滑动。
[0062] 可选的，所述扇形爪105的数量可以是四个，并且在转换接头13的基座131上对应设有四个扇形孔135，每个扇形孔135分别与一个扇形爪105相配合。
[0063] 可选的，在所述基座131的侧壁上设有一组圆柱形的第二牙块17用于防止转换接头13磨损，所述第二牙块17可以是高强度陶瓷柱。
[0064] 可选的，在所述基座131的侧壁上环绕分布设置有多个固定销14。
[0065] 如图7和图8所示，本申请提供的一个实施例，在所述胶筒3的两端分别安装有护帽2，所述护帽2为碗状结构并将胶筒3的两端包覆用于保护胶筒3。
[0066] 如图1所示，本申请提供的一个实施例，本申请的可溶桥塞还包括膨胀环5、锥套6和卡瓦座12，所述膨胀环5与锥套6层叠设置在胶筒3与第一卡瓦带81之间，所述卡瓦座12设置在第二卡瓦带82与转换接头13之间并与第二卡瓦带82与卡瓦座12相抵接。
[0067] 如图9至图11所示，本申请提供的一个实施例，在所述膨胀环5与胶筒3之间套装有用于起到保护作用的平垫4；所述膨胀环5为圆环形结构，在所述膨胀环5的内壁上设有圆锥状的内锥面51，在所述内锥面51上均匀分布有多个扇形槽52，并且在每个所述扇形槽52之间分别设有一个开裂槽53；
[0068] 如图12至图13所示，本申请提供的一个实施例，所述锥套6为圆台形结构，在所述锥套6的侧壁上设有圆锥状的外锥面61，所述外锥面61伸入所述膨胀环5的内壁内并与所述内锥面51相配合，并且在所述外锥面61上并均匀分布有多个梯形槽62。
[0069] 可选的，在所述内锥面51上均匀分布有四个扇形槽52，在所述外锥面61上均匀分布有四个梯形槽62。
[0070] 如图14至图16所示，本申请提供的一个实施例，所述楔形体9包括第一楔形部91、第二楔形部92和过渡段93，所述第一楔形部91和第二楔形部92分别设置在过渡段93的两侧形成双端楔形体结构，在第一楔形部91和第二楔形部92上分别径向均布多个楔形槽94，在第一楔形部91的每个楔形槽94上分别安装有一个第一卡瓦851从而形成了第一卡瓦带81，在第二楔形部92的每个楔形槽94上分别安装有一个第二卡瓦852从而形成了第二卡瓦带82；
[0071] 如图17至图20所示，本申请提供的一个实施例，所述第一卡瓦851为圆弧状，在所述第一卡瓦851的一侧设有内圆弧面853和斜面854，所述斜面854与所述楔形槽94相配合，在所述第一卡瓦851的另一侧设有外圆弧面855，在所述外圆弧面855上设有两个弧形槽856和多个第一牙块84，所述两个弧形槽856分别位于所述外圆弧面855的两端，所述多个第一牙块84沿外圆弧面855呈径向设置，多个第一卡瓦851之间通过安装在两个弧形槽856内的卡瓦套环83限位在所述楔形体9上。
[0072] 可选的，所述第一牙块84可以是高强度陶瓷柱。
[0073] 可选的，所述斜面854与第一卡瓦851的轴线的夹角不大于20°。
[0074] 所述第二卡瓦852的结构与第一卡瓦851的结构相同，在此不再赘述。
[0075] 可选的，如图21和图22所示，在每个所述第二卡瓦852远离斜面854一端的侧壁上设有一个用于容纳卡瓦座环10的缺口857，所述卡瓦座环10的内径套装在心轴1上，所述卡瓦座环10的外径与每个第二卡瓦852相配合。
[0076] 如图23和24所示，本申请提供的一个实施例，所述第一卡瓦带81包括四个第一卡瓦851，所述第二卡瓦带82包括八个第二卡瓦852，并且所述第一卡瓦851和第二卡瓦852上第一牙块84的镶嵌角度均全部相同，由于所述第一卡瓦带81用于起辅助作用，故第一卡瓦带81的第一卡瓦851的个数相对较少，所述第二卡瓦带82用于承受较大力量的压力，故第二卡瓦带82的第二卡瓦852的个数相对较多。
[0077] 如图1、图25至图27所示，本申请提供的一个实施例，所述卡瓦座12为圆环形结构，所述卡瓦座12的两端分别与第二卡瓦带82的第二卡瓦852和转换接头13相抵接，在所述卡瓦座12和心轴1之间设置有止退环11，所述止退环11的内径和外径分别与卡瓦座12和心轴1间隙配合，并且在止退环11上设有齿扣111和开口112，所述齿扣111分布在止退环11的内壁和外壁上且呈同方向不等距设置，所述开口112由止退环11沿母线切开使得止退环11具备圆周弹性。
[0078] 如图1和图28所示，本申请提供的一个实施例，本申请的可溶桥塞还包括第一安全销71、第二安全销72和第三安全销73，所述第一安全销71设置在锥套6内并与心轴1干涉配合，所述第二安全销72设置在楔形体9内并与心轴1干涉配合，所述第三安全销73设置在卡瓦座12内并与心轴1干涉配合。
[0079] 本申请的可溶桥塞的装配过程为，依次在限位部101的下方套装护帽2、胶筒3、平垫4、膨胀环5、锥套6和楔形体9，调整好各个零件的轴向位置之后，在楔形体9两端的每个楔形槽94内各装入一个相对应的第一卡瓦851或第二卡瓦852，在每个第一卡瓦851和第二卡瓦852的两个弧形槽856内涂入足够的耐高温厌
氧胶，待所述卡瓦套环83的锯口胀大后套入第一卡瓦851和第二卡瓦852的弧形槽856内并使卡瓦套环83恢复原状，保证卡瓦套环83与每个第一卡瓦851或第二卡瓦852的弧形槽856粘接牢固，然后安装卡瓦座环10和卡瓦座12，将止退环11旋入卡瓦座12内并用第三安全销73通过止退环11的开口112限位，并将卡瓦座12和止退环11整体套装在心轴1上并托住第二卡瓦852，将所述转换接头13的连接部132对准心轴1的中心孔102，将转换接头13的基座131上的扇形孔135对准心轴1的扇形爪105并插入，安装固定销14并用厌氧胶固定，最后安装第一安全销71、第二安全销72和第三安全销73并用厌氧胶固定使各零件之间的相对轴向和径向运动得到限定，从而完成整个可溶桥塞的装配。
[0080] 本申请的可溶桥塞的工作过程分为坐封作业和压裂作业：
[0081] 所述坐封作业的过程如图29至图31所示，所述心轴1和转换接头13通过心轴本体103和中心孔102与投送坐封工具(
电缆投送或者液压投送器，单个用可用液压投送器，像分段压裂等用多个桥塞则用电缆投送器)相连接，下井投送到设计位置，通过
定位设备准确定位，在外力(
燃料燃烧产生或者液压产生)的作用下形成上拉转换接头13和下压心轴1的一对大小相等方向相反的作用力，该作用力使得转换接头13相对心轴1上行，将固定销14、第一安全销71、第二安全销72和第三安全销73剪断，转换接头13相对心轴1上行继续上行，推动第一卡瓦带81和第二卡瓦带82沿各自的斜面854径向扩张并轴向靠拢，所述第一卡瓦带
81和第二卡瓦带82整体相对心轴1向上运动，在上行靠拢过程中瓦套环83断裂，转换接头13相对心轴1上行继续上行，第一卡瓦851和第二卡瓦852沿各自的斜面854继续靠拢扩张，第一卡瓦851和第二卡瓦852上的第一牙块84咬合嵌入在施工井套管15的内壁中完成卡定作用；同时，锥套6也被推动上行使膨胀环5按照设定好的开裂线径向开裂分成等份且沿锥套6的侧壁径向扩张，膨胀环5扩张后与套管15的内壁相
接触从而对胶筒3的下端起到刚性保护作用，并且在坐封作业中，所述胶筒3沿轴向压缩径向扩张从而密封心轴1的外径与套管15内径之间形成的环形空间，当该作用力超过转换接头13预设的拉断力时，本申请的可溶桥塞与所述坐封工具脱离实现丢手，完成坐封，所述转换接头13落入井筒等待溶解。
[0082] 所述压裂作业的过程如图32和图33所示，在完成射孔后起取出井下工具串(包括桥塞投送工具、射孔抢及其测量定位工具)，投入可溶密封球16使所述可溶密封球16与中心孔102的密封面104相抵接从而将中心孔102单向密封即对整个施工井井筒密封，后续便可进行压裂作业。在压裂作业进行过程中，本申请可溶桥塞密封井筒，保护井筒的下层并压裂井筒的上层，整个可溶桥塞承受向下的压力，该压力由第一卡瓦851的第一牙块84和第二卡瓦852的第一牙块84与套管15之间嵌入
摩擦力承担，同时该压力可以使可溶桥塞的心轴1
活塞式压缩胶筒3，即将作用在心轴1上的压力转换成二次坐封动力，压裂的压力越高二次坐封动力就越大，第一卡瓦851和第二卡瓦852以及套管15之间的嵌入摩擦卡定能力就越强，保证了可溶桥塞的承压能力和卡定能力，使得在压裂作业时所述止退环11无需承受任何力的作用，避免了止退环11因受压力过大而发生破坏。
[0083] 本申请改变了现有技术中止退环11的位置，通过将所述止退环11设置在卡瓦带的下方，使得止退环11的作用发生根本变化，所述止退环11在完成坐封后仅承受投送器
连接杆与可溶桥塞的心轴1的摩擦力，在压裂作业时止退环11失去任何作用，不会因为受力过大而发生破坏。
[0084] 压裂后井筒的处理，当本申请的可溶桥塞完成全井段压裂后，在设定的时间内可以完全水溶，不留任何落物，只需洗井反排出溶解物即可。
[0085] 本申请的可溶桥塞适用于多层多段的多级压裂作业，特别适用于水平井压裂射孔完井连作工艺，完成施工后，无需打捞钻磨处理，解决了现有可溶桥塞存在压裂时止退环滑脱桥塞失效和心轴1坐封压裂受力不一致使其活塞式下移过程造成可溶桥塞失效，以及在压裂高压时可溶桥塞的胶筒3上方的心轴1危险段的受压过载的问题，提高了可溶桥塞承压指标，提高了可溶桥塞的可靠性和成功率。
[0086] 上面结合附图对本申请优选的具体实施方式和实施例作了详细说明，但是本申请并不限于上述实施方式和实施例，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请构思的前提下做出各种变化。
