用于可溶桥塞的胀环及可溶桥塞的制作方法

1.本实用新型涉及桥塞技术领域，具体而言，涉及用于可溶桥塞的胀环及可溶桥塞。


背景技术：

2.可溶桥塞能按需要封堵油、气、水、漏等层位，主要应用于油气开采能领域，并且在使用后可溶桥塞能够溶解。
3.在发明人了解的一些情形中，可溶桥塞在入井过程中与井内液体接触发生轻微溶解，本体锥面呈现点状腐蚀，从而导致密封失效问题。另一方面锥体点腐蚀表面与沉砂共同作用，导致胀环沿锥体移动摩阻过大，甚至可能胀环断裂。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在提供一种用于可溶桥塞的胀环及可溶桥塞，以解决胀环胀大可能因摩擦力而受阻的问题。
5.本实用新型的实施例是这样实现的：
6.一种用于可溶桥塞的胀环，胀环呈环形，其具有内环面和外环面。所述内环面具有在一锥形基面上的锥面段和从所述锥形基面凹入的槽面段，所述槽面段限定能够容置润滑或防腐油脂的容置槽。所述胀环能够受力沿径向胀大至使其外环面用于可溶桥塞的密封。
7.本方案中的胀环在装配于可溶桥塞的锥体的锥面上时，其容置槽和锥体的锥面共同围成容纳腔，在容纳腔内可装入油脂。
8.在胀环胀大之前，油脂可用于对锥体的锥面进行保护，能够避免或减缓锥体锥面对应位置的腐蚀；在胀环胀大后其外环面可与可溶桥塞所在套管的内周面之间形成密封，且在胀大的过程中，油脂还可起到对接触面的润滑作用。
9.本方案中，外环面与套管之间的密封既可以是外环面和套管的直接贴合密封，也可以是通过设置在胀环外周面的密封圈实现和套管的密封。
10.在一种实施方式中：
11.所述锥面段包括直径较小的前锥面段和直径较大的后锥面段，所述槽面段连接于所述前锥面段和所述后锥面段之间。
12.在一种实施方式中：
13.所述槽面段包括相互连接的第一槽面段和第二槽面段；所述第一槽面段外端连接所述前锥面段，所述第二槽面段连接所述后锥面段；
14.所述第二槽面段和所述后锥面段两者的组合面与其对应的外环面部分之间限定后环壁，所述后环壁上开设有周向分布于其上的多个割缝；所述割缝沿所述后环壁的轴向从后环壁的后端面向前切入设定距离，以将后环壁的后部分割成若干周向切断的弧片。
15.在一种实施方式中：
16.所述割缝的缝宽为0.1
‑
0.2mm。本实施例中的割缝仅仅为结构缝，用于分割后环壁，其缝宽极小，不会导致填充于容置槽内的防腐油脂漏出。实践中，该割缝可采用线切割
等方式加工成型。本实施例中，割缝可贯穿整个后环壁，也可仅切入至后环壁的后部一定长度。本实施例图示的割缝贯穿整个后环壁。
17.在一种实施方式中：
18.所述第二槽面段和所述外环面平行，且所述外环面之间的间距为1.2
‑
1.7mm。
19.在一种实施方式中：
20.所述前锥面段和所述外环面对应部分之间限定前环壁；各弧片的前端分别连接于前环壁；
21.所述第一槽面段和所述第二槽面段相互垂直，以使所述前环壁的后端到所述后环壁的前端处的厚度呈台阶型减小。
22.可选地，第一槽面段和前锥面段相交处通过圆角过渡。
23.在一种实施方式中：
24.所述外环面上设有密封圈槽，用于容置密封圈；所述密封圈槽设置于外环面对应于前环壁处。
25.在一种实施方式中：
26.所述胀环采用镁铝合金制成。本实施例中胀环采用延展性较好的铝镁合金制成，其受挤压时能够径向胀大而不会破裂，确保其胀大后的密封能力。当然，胀环也可采用其他能够保证胀大后密封能力的材料制作。
27.在一种实施方式中：
28.所述胀环的靠近锥形基面直径较小一端的轴向端面为第六锥面，且所述第六锥面的锥角和锥形基面的锥角互余。
29.本实用新型还提供一种可溶桥塞，其包括锥体和前述的胀环。所述锥体的外周面的一端为锥形的第二锥面，所述胀环套于所述第二锥面上，所述胀环的锥形段配合于所述第二锥面上，且所述第二锥面封闭所述容置槽以形成容纳腔；在所述容纳腔内填充有油脂。
30.本方案中的可溶桥塞中，在胀环的装配状态下，容纳腔内的油脂对锥体的锥面施加防腐保护；在需要是，锥体相对胀环轴向压入，使得胀环径向扩大与可溶桥塞所在套管形成密封，且在锥体轴向压入的过程中，油脂对锥体的第二锥面和胀环的锥形段的接触部分进行润滑，降低锥体压入的摩擦阻力。
31.本实用新型还提供一种用于可溶桥塞的胀环，其包括前环壁和后环壁，所述前环壁和所述后环壁沿轴向一体连接。所述前环壁的内周面呈前小后大的锥形。所述后环壁的厚度小于所述前环壁，从前环壁的内周面到后环壁的内周面的连接处呈台阶形。所述后环壁和所述前环壁连接处内周面内凹限定能够容置润滑或防腐油脂的容置槽。
附图说明
32.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中提及之附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
33.图1中示出了本实用新型实施例中的全金属可溶桥塞的结构示意图；
34.图2示出了全金属可溶桥塞和套管的配合状态示意图；
35.图3为本实用新型实施例中的卡瓦的三维视图；
36.图4中示出了本实用新型实施例中的胀环的剖视图；
37.图5为图4的a向视图；
38.图6为本实用新型实施例中的引鞋的三维视图；
39.图7为本实用新型实施例中的中心管的示意图；
40.图8为本实用新型实施例中的中心管的截面图；
41.图9为图7的b处放大图；
42.图10为图7的c处放大图。
43.图标：全金属可溶桥塞100、胀环10、容置槽11、内环面12、外环面13、锥形基面14、锥面段15、槽面段16、前锥面段17、后锥面段18、第一槽面段19、第二槽面段20、组合面21、后环壁22、割缝23、弧片24、前环壁25、圆角26、密封圈槽27、中心管40、引鞋41、锥体42、卡止密封结构43、止退齿44、第一内孔45、第二内孔46、卡止组件47、密封组件48、卡止结构49、卡瓦50、卡瓦齿51、第一切槽52、第二切槽53、卡瓦环54、密封圈55、孔洞56、油脂57、导向槽58、导向筋59、卡齿60、切槽61、轴向第一端d1、轴向第二端d2、第一锥面p1、第二锥面p2、第三锥面p3、第四锥面p4、第五锥面p5、第六锥面p6、卡止位置s1、密封贴合位置s2、容纳腔q1、套管200。
具体实施方式
44.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
45.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
46.实施例
47.配合参见图1，本实用新型还提供一种全金属可溶桥塞100，其包括中心管40、引鞋41、锥体42和卡止密封结构43。
48.其中，引鞋41连接于中心管40的轴向一端。所述中心管的管壁具有沿平行于轴线方向贯穿的切槽61，使中心管呈不完全环状结构。并且中心管可以采用如铝镁合金等弹性材料制成，在设置切槽61后，中心管可以受挤径向缩小或挤压力撤销时径向弹性扩大还原。
49.在所述中心管的外周面靠近引鞋一端设有沿平行于其轴向分布的止退齿44，所述引鞋靠近中心管的一端设有第一内孔45，所述第一内孔的孔面设有能够卡止于止退齿44的卡齿60。
50.在所述中心管的外周面靠近锥体的一端设有沿平行于其轴向分布的止退齿，所述锥体靠近中心管的一端设有第二内孔46，所述第二内孔的孔面设有能够卡止于止退齿44的卡齿60，以使在锥体能够相对引鞋方向单向向前移动而不能退后。
51.如此，在锥体、引鞋和中心管相对静止时，卡齿卡于止退齿内，可避免引鞋和锥体
相对中心管后退；而在锥体相对靠近引鞋移动时，锥体和引鞋通过卡齿对中心管施加径向向内的压力，而使中心管径向缩小而不阻止锥体的相对前进。该止退作用主要由齿的朝向确定，在此不再赘述。
52.本实施例中，卡止密封结构43的内周面的对应引鞋41的一端设置为与第一锥面p1配合的锥面，其内周面的对应锥体42的一端设置为与第二锥面p2配合的锥面。并且，卡止密封结构43能够在锥体42向引鞋41的方向移动时，受挤径向扩大至使其部分卡止于套管200、部分与套管200密封贴合。全金属可溶桥塞100处于卡止和密封贴合套管200时的状态参见图2。
53.本实施例中的全金属可溶桥塞100可通过锥体42相对引鞋41压入，使卡止密封结构43在第一锥面p1和第二锥面p2的挤压引导下沿径向扩大至卡止和密封于套管200，同时实现全金属可溶桥塞100和套管200的固定和密封，结构简单、使用方便。
54.在工作状态下，卡止密封结构43与套管200的卡止位置s1位于其与套管200的密封贴合位置s2之下。
55.本实施例中，卡止密封结构43包括卡止组件47和密封组件48。卡止组件47的内周面的一端为与第一锥面p1配合的第三锥面p3。卡止组件47的内周面的另一端为与第二锥面p2配合的第四锥面p4；卡止组件47的外周面上设有能够在卡止组件47径向扩大时卡止于套管200的卡止结构49。
56.本实施例中，卡止组件47包括卡瓦50，卡瓦50的外周面凸出设置有作为卡止结构49的卡瓦齿51。
57.配合参见图3，卡瓦50包括沿周向依次间隔分布的多个第一切槽52和多个第二切槽53；第一切槽52从卡瓦50的轴向第一端d1切入但未延伸至其轴向第二端d2，第二切槽53从卡瓦50的轴向第二端d2切入但未延伸至其轴向第一端d1。通过第一切槽52和第二切槽53的设置，卡瓦可受挤压径向扩大。本实施例中，卡瓦50在相邻的第一切槽52和第二切槽53之间还可开设孔洞56，用于置入卡瓦齿51。
58.参见图1，本实施例中，卡瓦50的靠近引鞋41的一端的外周套设有卡瓦环54。卡止组件47的靠近锥体42的一端的轴向端面为锥形凸出的第五锥面p5，且第五锥面p5的锥角与第四锥面p4互余。
59.本实施例中，密封组件48为环形，密封组件48套于第二锥面p2上，且其内环面12为适配第二锥面p2的锥面。
60.本实施例中，密封组件48包括胀环10和连接于胀环10的外环面13的密封圈55。图示密封圈55有两个，分别配合在胀环10的两个密封圈槽27内。本实施例中，胀环10采用如镁铝合金的高延展性材料制成，以使其能够在锥体42的压迫下径向延展扩大。本方案中，外环面胀大用于与全金属可溶桥塞所在套管形成密封。其中，外环面与套管之间的密封既可以是外环面和套管的直接贴合密封，也可以是通过设置在胀环外周面的密封圈实现和套管的密封。且对于直接采用外环面和套管贴合密封的情形，外环面上不需要设置密封圈槽。实践中，用于入井的全金属可溶桥塞上多采用不设置密封圈的形式实现密封。
61.配合参加图4和图5，本实施例中提供的用于全金属可溶桥塞100的胀环10呈环形，胀环10靠近卡止组件47的一端的轴向端面为锥形凹入的第六锥面p6；密封组件48以其锥形凹入的第六锥面p6贴合卡止组件47的锥形凸出的第五锥面p5，以与卡瓦环54协同地对卡瓦
的轴向两端施加径向向内的力。
62.通过该结构设计，卡瓦在受挤胀大时，一端受卡瓦环54的径向向内的力的限制，另一端受密封组件48的第六锥面p6施加的力在径向向内方向分力的限制。本实施例中，可通过计算，使得卡瓦两端受到的径向向内的力相适配至使卡瓦受挤时两端能够尽可能同步地扩大。具体可采用仿真模拟或试验测试等方式实现，在此不赘述。如前述的锥角互余设置，使得在收到锥体的挤压时，胀环和卡瓦之间的相互作用力平行于锥体的第二锥面，有利于胀环和卡瓦的同步均匀胀开。
63.继续参加图4和图5，本实施例中提供的用于全金属可溶桥塞100的胀环10具有内环面12和外环面13。内环面12具有在一锥形基面14上的锥面段15和从锥形基面14凹入的槽面段16，槽面段16限定能够容置润滑或防腐油脂57的容置槽11。胀环10能够受力沿径向胀大至使其外环面13用于全金属可溶桥塞100的密封。
64.本方案中的胀环10在装配于全金属可溶桥塞100的锥体42的锥面上时，其容置槽11和锥体42的锥面共同围成容纳腔q1，在容纳腔q1内可装入油脂57。在胀环10胀大之前，油脂57可用于对锥体42的锥面进行保护，能够避免或减缓锥体42锥面对应位置的腐蚀；在胀环10胀大后其外环面13可与全金属可溶桥塞100所在套管200的内周面之间形成密封，且在胀大的过程中，油脂57还可起到对接触面的润滑作用。
65.本实施例中，锥面段15包括直径较小的前锥面段17和直径较大的后锥面段18，槽面段16连接于前锥面段17和后锥面段18之间。
66.可选地，槽面段16包括相互连接的第一槽面段19和第二槽面段20；第一槽面段19外端连接前锥面段17，第二槽面段20连接后锥面段18。第二槽面段20和后锥面段18两者的组合面21与其对应的外环面13部分之间限定后环壁22，后环壁22上开设有周向分布于其上的多个割缝23；割缝23沿后环壁22的轴向从后环壁22的后端面向前切入设定距离，以将后环壁22的后部分割成若干周向切断的弧片24。本实施例中的割缝23设有32个，且在圆周上均布。可选地，第一槽面段19和前锥面段17相交处通过圆角26过渡。通过个本实施例中，割缝23的缝宽为0.1
‑
0.2mm。本实施例中的割缝23仅仅为结构缝，用于分割后环壁22，其缝宽极小，不会导致填充于容置槽11内的防腐油脂57漏出。实践中，该割缝23可采用线切割等方式加工成型。本实施例中，割缝23可贯穿整个后环壁22，也可仅切入至后环壁22的后部一定长度。本实施例图示的割缝23贯穿整个后环壁22。
67.本实施例中，第二槽面段20和外环面13平行，且外环面13之间的间距为1.2
‑
1.7mm，例如，可选择设置该间距为1.5mm。
68.本实施例中，前锥面段17和外环面13对应部分之间限定前环壁25；各弧片24的前端分别连接于前环壁25。第一槽面段19和第二槽面段20相互垂直，以使前环壁25的后端到后环壁22的前端处的厚度呈台阶型减小。如此，胀环10胀大的主要阻力集中在前环壁25，而后环壁22由于割缝23的分隔，对胀环10的胀大时的阻力很小，几乎可以忽略。实用新型人在研究中发现，对于胀环10，厚度较小处受结构的周向均匀性极其敏感，即对于胀环10厚度较小处，即使周向各处厚度仅存在较小的偏差也会导致胀开时各向的不均匀；而相对的，对于胀环10厚度较大处对周向均匀性的要求较低，即能够在较大不均匀程度下实现胀开的基本均匀。由此，本实施例中，通过切割厚度较小的后环壁22来使得后环壁22对胀环10胀大的阻力大致变为各弧片24的阻力，且因各弧片24的阻力较小而能够基本均匀的胀开。本实施例
中的胀环10的后环壁22还具有对锥体42压入的有效引导的作用。
69.本实施例中，外环面13上设有密封圈槽27，用于容置密封圈55；密封圈槽27设置于外环面13对应于前环壁25处。图示设置了两圈密封圈槽27。
70.本实施例中，胀环10可采用镁铝合金制成。本实施例中胀环10采用延展性较好的铝镁合金制成，其受挤压时能够径向胀大而不会破裂，确保其胀大后的密封能力。当然，胀环10也可采用其他能够保证胀大后密封能力的材料制作。
71.本实施例中，胀环10的靠近锥形基面14直径较小一端的轴向端面为第六锥面p6，且第六锥面p6的锥角和锥形基面14的锥角互余。
72.如前的用于全金属可溶桥塞100的胀环10，胀环10包括前环壁25和后环壁22，前环壁25和后环壁22沿轴向一体连接；前环壁25的内周面呈前小后大的锥形；后环壁22的厚度小于前环壁25，从前环壁25的内周面到后环壁22的内周面的连接处呈台阶形；后环壁22和前环壁25连接处内周面内凹限定能够容置润滑或防腐油脂57的容置槽11。
73.再次参见图1，本实施例中，胀环10套于第二锥面p2上，胀环10的锥形段配合于第二锥面p2上，且第二锥面p2封闭容置槽11以形成容纳腔q1；在容纳腔内填充有油脂57。
74.本方案中的全金属可溶桥塞100中，在胀环10的装配状态下，容纳腔内的油脂57对锥体42的锥面施加防腐保护；在需要是，锥体42相对胀环10轴向压入，使得胀环10径向扩大与全金属可溶桥塞100所在套管200形成密封，且在锥体42轴向压入的过程中，油脂57对锥体42的第二锥面p2和胀环10的锥形段的接触部分进行润滑，降低锥体42压入的摩擦阻力。
75.配合参见图3和图6，本实施例中的全金属可溶桥塞100设置为导向胀开式全金属可溶桥塞100，如前描述，本实施例中的全金属可溶桥塞100包括引鞋41和卡瓦50。引鞋41的外周面的一端设置为锥形的第一锥面p1；卡瓦的内表面的一端具有与第一锥面p1适配的第三锥面p3。卡瓦包括沿周向依次间隔分布的多个第一切槽52和多个第二切槽53；第一切槽52从卡瓦的轴向第一端d1切入但未延伸至其轴向第二端d2，第二切槽53从卡瓦的轴向第二端d2切入但未延伸至其轴向第一端d1。
76.轴向第一端d1靠近引鞋41。卡瓦上开设有沿其轴向延伸的导向槽58，引鞋41上设置有沿轴向的导向筋59。第二切槽53为槽宽保持一致的槽，第一切槽52的起始段为槽宽较大且能够与导向筋59匹配的槽，以使导向筋59能够可活动地配合于第一切槽52的起始段。
77.本实施例中，通过引鞋41上的导向筋59和前述第一切槽52的起始段的配合，能够方便地实现对卡瓦胀大的引导，使得卡瓦能够均匀胀开。
78.可选地，导向槽58有多个，多个导向槽58沿周向均匀地分布于部分或全部第一切槽52处。可选地，导向槽58的槽宽大于第一切槽52的槽宽。
79.本实施例中，第一切槽52和第二切槽53的槽宽为0.3
‑
0.6mm；导向槽58的宽度为2.6
‑
3.4mm。导向槽58从轴向第一端d1切入，且延伸长度小于第一切槽52的长度。
80.本实施例中，导向筋59从其第一锥面p1的母线沿锥面法线方向凸起。
81.在其他实施方式中，导向槽58也可以设置得与第一切槽52不在一起。当然，导向槽58仍然用于与导向筋59配合。
82.本实施例中的全金属可溶桥塞100设计为全金属可溶，指包括胀环10、引鞋41、锥体42、卡瓦50、卡瓦环54等主要构件均采用如镁铝合金等可溶的金属制成，但并不排除其中如卡瓦齿和一些连接销钉等小构件采用其他不可溶金属或非金属材料。全金属可溶桥塞
100能够暂时性地封堵油、气、水、漏等层位，对全金属可溶桥塞100上部产层进行高压压裂施工作业,压裂施工作业完成后，全金属可溶桥塞100的由如镁铝合金等可溶金属构成的主要构件均在井内液体和温度条件下自动溶解，提供生产套管200的全通道。而未溶解的卡瓦齿和销钉等尺寸小，不会影响通道的通畅。目前该工具主要应用于页岩气井地层改造。
83.以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。