一种小直径可溶桥塞卡瓦结构制造技术

技术编号:21087121 阅读:29 留言:0更新日期:2019-05-11 09:06
本实用新型专利技术涉及一种小直径可溶桥塞卡瓦结构,包括卡瓦本体和设置与卡瓦本体表面且部分嵌入卡瓦本体内的若干个卡瓦齿;所述卡瓦本体包括与相应的锥体相连接且用于卡瓦本体与锥体相互运动时与锥体相结合的斜坡面;每一所述卡瓦齿嵌入卡瓦齿内的底面为平面;每一所述卡瓦齿的嵌入卡瓦本体内的底面与斜坡面之间相互平行。通过改变卡瓦本体的受力情况,使得卡瓦本体主要承受正应力,能够充分利用卡瓦本体最优的抗压强度来实现承压,从而使得可溶桥塞的承压能力得到提升。

【技术实现步骤摘要】
一种小直径可溶桥塞卡瓦结构
本技术涉及桥塞用卡瓦领域,具体涉及一种小直径可溶桥塞卡瓦结构。
技术介绍
可溶桥塞是一种新型的页岩气压裂用分层分段改造工具,其利用在相应矿化度液体中能够溶解的新型镁铝合金材料,使得其在完成坐封后能够随着时间的推移而被井液所溶解,减少了后期打捞工序,避免了井液返排管路的堵塞,提高了井液的返排效率。但是,镁铝合金较其他金属材料的硬度较低,对可溶桥塞的承压能力有极大限制,因此,可溶桥塞承压部分的结构,是提升可溶桥塞承压能力的重点。除此之外,随着目前对页岩气开发的不断深入,页岩气井的水平段不断加长、压裂施工工艺中加沙量不断增加、施工排量与施工压力不断提高,这些因素造成了在分段压裂施工过程中,套管出现变形以及径缩的情况日益增多。一旦出现变形或缩径,目前常规的可溶桥塞因尺寸的限制,无法正常下入,即使下入后,也极易出现遇卡、提前坐封等复杂情况,最终造成施工周期的延误以及包括安全、成本在内的其他风险。因此,现有页岩气开发中,对小直径可溶桥塞的需求逐渐增加。可溶桥塞卡瓦,能够在下放中心管时与固定于中心管上的锥体之间产生相对滑动,并向外做扩张运动,进而与套管内比之间紧密接触并完成可溶桥塞的锚定工作。因其主体材料也为可溶镁铝合金,故也存在着硬度、轻度不足的问题。同时,目前可溶桥塞卡瓦设计中广泛使用的是硬质合金圆柱齿或陶瓷圆柱齿作为卡瓦齿,使用过程中后两者的边缘棱角处会产生一定的应力集中,又由于卡瓦齿的材质较硬而不易被破坏,故这一集中应力会沿卡瓦齿进一步传导至卡瓦本体,加速对卡瓦本体的破坏。此外,在现有卡瓦齿的设计中,卡瓦齿对卡瓦本体所施加的应力包含剪切应力和挤压应力,使得卡瓦本体的受力情况更为复杂和恶劣,进一步减弱了卡瓦本体的承压能力。综合上述因素,一旦对可溶桥塞的直径进一步去缩小,则会因卡瓦可靠性不佳、破坏而造成可溶桥塞在套管中锚定不稳,最终导致坐封效果不佳或失效。
技术实现思路
本技术提供了一种小直径可溶桥塞卡瓦结构,目的在于通过卡瓦齿的设计,从而改善卡瓦本体的受力情况,以解决现有可溶桥塞卡瓦本体进行小直径设计过程中所存在的卡瓦本体承压能力不足的问题。本技术采用的技术方案如下:一种小直径可溶桥塞卡瓦结构,包括卡瓦本体和设置与卡瓦本体表面且部分嵌入卡瓦本体内的若干个卡瓦齿;所述卡瓦本体包括与相应的锥体相连接且用于卡瓦本体与锥体相互运动时与锥体相结合的斜坡面;每一所述卡瓦齿嵌入卡瓦齿内的底面为平面;每一所述卡瓦齿的嵌入卡瓦本体内的底面与斜坡面之间相互平行。本技术方案的工作原理和工作过程如下:需要明确的是,本技术方案中所提供的卡瓦结构,其应用于可溶桥塞卡瓦组件。一般的,可溶桥塞卡瓦组件包括若干个卡瓦绕可溶桥塞中心管周向均匀分布所构成;每一卡瓦通过其上设置的斜坡面和与同时套设且固定与中心管上的锥体的锥面相接触。当进行可溶桥塞的坐封时,锥体随中心管的坐封运动而运动,并使得卡瓦组件与锥体之间形成相向的相对运动。由于锥体的锥面呈一定角度,且卡瓦在锥面上是自锥面外径较小的一端向锥面外径较大的一端运动,因此,每一卡瓦在运动的过程中会受锥体的挤压而向外扩张。又由于卡瓦组中的每一卡瓦均向外扩张,且向外扩张后受锥体的限制能够维持其向外扩张后位置,从而使得卡瓦本体上所设置的卡瓦齿能够与套筒之间紧密结合,进而实现可溶桥塞的坐封功能。本技术方案中,仅对作出改进的卡瓦部分进行了限定、描述以及解释,而对可溶桥塞的其他一般性部件进行了合理省略,但通过上述补充,已经清楚明确地表明了本技术方案中所提供的改进的卡瓦在可溶桥塞中与其他各部件的位置连接关系以及所起到的实际作用。现有技术中,并未对卡瓦齿与卡瓦本体之间的包括尺寸、角度在内的结合方式进行描述,而仅是依靠嵌入过盈配合实现卡瓦齿在卡瓦本体表面上的固定即可。本技术方案中所提及的具有分瓣式卡瓦组件的可溶桥塞而言,按照现有市售产品分析,卡瓦齿底面与卡瓦本体上的斜坡面之间通常呈垂直或近垂直关系,这样的可溶桥塞一般承压能力为65MPA左右。相对于一体式的卡瓦组件,其承压能力相对较低。经反复受力分析发现,现有带有分瓣式卡瓦组件的可溶桥塞,其承压强度较低的原因在于,卡瓦齿底面与卡瓦本体斜坡面之间呈垂直或近垂直关系时,卡瓦组件在承压过程中,卡瓦齿向卡瓦本体所施加的应力所受主要为剪切力,且还带有一部分正应力;与此同时,在可溶桥塞下入的过程中,套管内壁所存在的起伏使得卡瓦齿对卡瓦本体所产生的应力,尤其是剪切应力的波动较大。用于卡瓦本体制备的可溶合金材料,其受抗剪切能力较差,这使得在下入以及坐封过程中卡瓦因受卡瓦齿所施加的复杂且变动的剪切应力下,容易在与卡瓦齿之间的接触面上产生应力开裂或者应力细纹。所产生的应力开裂或者应力细纹,进一步降低了卡瓦整体的机械性能。加之井下高温高压的恶劣工况,故现有可溶桥塞的承压能力具有一定的局限性。相比于现有技术,本技术方案中的卡瓦本体与卡瓦齿,前者内壁上所设置的斜坡面以及卡瓦齿的底面之间相互平行;这一方案下,卡瓦齿与卡瓦本体主要受力接触面与卡瓦本体受力面试一对平行面,因此,卡瓦齿对卡瓦本体施加的应力主要为正应力;但在下入以及坐封的过程中,整个桥塞的受力传递到卡瓦是,由于主受力面的关系,相当于卡瓦本体受到的均为正向的挤压作用,而不是以剪切力为主的剪切和挤压混合作用;而可溶材料的抗压强度是其所有机械性能中最优的,这一受力情况的改变大大增加了卡瓦的承压能力,也直接增加了可溶桥塞的承压能力。这同时也允许了可溶桥塞在保留原有可承压强度的基础上,对齐尺寸做进一步的缩小设计,进而提高了可溶桥塞在现今严苛的页岩气井开采工艺中的应用范围。进一步的,每一所述卡瓦本体上所设置的卡瓦齿的数量为4个。卡瓦齿的数量过多,会使得卡瓦本体上的用于卡瓦齿固定的空槽过多,造成卡瓦本体上的应力集中点增多,不利于卡瓦本体承压强度的提升;卡瓦齿的数量过少,则由于与套管之间的接触点减少,卡瓦齿对可溶桥塞所能够起到的锚定作用减弱,影响到可溶桥塞的坐封能力。经过反复试验发现,卡瓦齿数量为4个时,能够取得上述中卡瓦本体强度和卡瓦齿所起锚定作用的平衡。更进一步的,每一所述卡瓦本体上的4个卡瓦齿均匀分布于相应的卡瓦本体的表面上,能够使得通过各卡瓦齿施加在卡瓦本体上更加均衡,从而提高卡瓦本体应力的均匀程度并减少卡瓦本体受应力的复杂程度,从而进一步提高了卡瓦本体的承压能力。进一步的,所述卡瓦本体上自上表面向内开设有2个卡瓦圈装配槽,以使卡瓦位于卡瓦圈装配槽内的卡瓦圈装配于真空管。通过卡瓦圈装配槽的设计,其能够为允许安装卡瓦圈,进而使得各卡瓦在完成坐封前运动的一致性,进而使得完成坐封后,各卡瓦与套管内壁之间接触更加平衡,从而减少了卡瓦本体所可能出现的受力不均的问题,一方面提高了坐封后可溶桥塞的受力均衡程度,另一方面通过受力均衡程度的提高再进一步提高了可溶桥塞的承压能力。进一步的,每一所述卡瓦齿与相应的卡瓦本体之间均设置有橡胶层。由于橡胶质地较软,因此能够对作用于其上的作用力有良好的缓冲和分散作用。在卡瓦本体和卡瓦齿之间这只橡胶层,后者能够进一步使得卡瓦齿传递给卡瓦本体的作用力均匀分散。如此,两者之间应可溶桥塞承受外部压力所产生的应力,能够均匀地作用于卡瓦本体上,从而减少了应力集中的现象,降低了卡瓦本体因本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种小直径可溶桥塞卡瓦结构,包括卡瓦本体(1)和设置与卡瓦本体(1)表面且部分嵌入卡瓦本体(1)内的若干个卡瓦齿(2);所述卡瓦本体(1)包括与相应的锥体相连接且用于卡瓦本体(1)与锥体相互运动时与锥体相结合的斜坡面(4);其特征在于:每一所述卡瓦齿(2)嵌入卡瓦齿(2)内的底面为平面;每一所述卡瓦齿(2)的嵌入卡瓦本体(1)内的底面与斜坡面(4)之间相互平行。

【技术特征摘要】
1.一种小直径可溶桥塞卡瓦结构,包括卡瓦本体(1)和设置与卡瓦本体(1)表面且部分嵌入卡瓦本体(1)内的若干个卡瓦齿(2);所述卡瓦本体(1)包括与相应的锥体相连接且用于卡瓦本体(1)与锥体相互运动时与锥体相结合的斜坡面(4);其特征在于:每一所述卡瓦齿(2)嵌入卡瓦齿(2)内的底面为平面;每一所述卡瓦齿(2)的嵌入卡瓦本体(1)内的底面与斜坡面(4)之间相互平行。2.根据权利要求1所述的一种小直径可溶桥塞卡瓦结构,其特征在于:每一所述卡瓦本体(1)上所设置的卡瓦齿(2)的数量为4个。3.根据权利要求2所述的一种小直径可溶桥塞卡瓦结构,其特征在于:每一所述卡瓦本体(1)上的4个卡瓦齿(2)均匀分布于相应的卡瓦本体(1)的表面上...

【专利技术属性】
技术研发人员:何伟易建国张克成
申请(专利权)人:四川省威沃敦化工有限公司
类型:新型
国别省市:四川,51

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