具有促降解中心管的快速降解桥塞技术领域
本发明涉及油气田开发应用的井下工具技术领域，具体涉及一种可降解桥
塞。
背景技术
在试油封层、卡层或者压裂过程中，经常需要使用桥塞实现对已射孔或压裂
井段的封堵。目前使用的桥塞多数是可钻或者可捞式，压裂施工后，需要使用油
管带井下工具，对桥塞进钻磨或者打捞，来释放封堵的油层，但是现场实施时，
经常因为套管变形而出现钻磨或者打捞失败的情况，为此需要研究一种可降解的
桥塞，但是目前的可降解金属材料存在强度高的溶解慢，溶解快的强度低问题，
特别是高强度的可降解金属材料，在油、低温或者低矿化度水的环境下，降解速
度无法满足要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种解决常规桥塞封层后，在投产前对桥塞进行钻磨
或者打捞的困难，以至于压裂后油气井不能快速投产问题的具有促降解中心管的
快速降解桥塞。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种可降解桥塞，包括中心管、第一卡瓦座、第一卡瓦、第一锥体、胶筒、
第二锥体、第二卡瓦、第二卡瓦座、导向密封头、推筒套、拉杆和压块，其中：
所述中心管包括中心管本体、盛装有催化剂的催化剂筒和堵头，所述中心管
本体右端中部沿管体轴向形成有一盲孔，所述催化剂筒设置在所述盲孔内，所述
堵头安装在所述中心管本体右端端部以封闭所述盲孔，在所述堵头中心沿管体轴
向形成有一个通孔，在所述中心管本体左端端部外壁上形成有第一环形台阶，在
所述第一环形台阶右侧形成有第二环形台阶，使所述第一环形台阶和所述第二环
形台阶之间形成有环形凹槽，所述第一环形台阶的右端面上形成有内倒角且在所
述内倒角的折角处沿圆周方向向内凹陷形成有一环形断裂凹槽；
所述第一卡瓦座、第一卡瓦、第一锥体、胶筒、第二锥体、第二卡瓦和第二
卡瓦座依次自右向左套装在所述中心管本体上，所述第一卡瓦座压配在所述第二
环形台阶右端面上，所述导向密封头套装并固定在所述中心管本体右端端部；
所述拉杆右端形成有盲孔并套装在所述中心管左端，所述压块设置在所述环
形凹槽内，所述拉杆盲孔端口处内壁向中心延伸形成有与所述压块右端面配合的
第三环形台阶，所述推筒套套装在所述拉杆外壁上，所述推筒套右端端部内壁向
中心延伸形成有第四环形台阶，所述第四环形台阶右端面压配在所述第一卡瓦座
的左端面上。
进一步地，所述中心管本体的环形凹槽的外径小于中心管本体的外径。
进一步地，所述中心管本体右端端部外壁上形成有与所述导向密封头的内螺
纹相互配合的外螺纹，所述堵头的外壁形成有与所述中心管本体的盲孔端部内壁
上形成内螺纹相互配合外螺纹。
进一步地，所述催化剂筒包括筒体和封闭所述筒体的顶盖，设置在催化剂筒
内的催化剂为氯化钠、氯化钾、乙酸、甲酸、柠檬酸、硬脂酸、磷酸、盐酸、硫
酸中至少一种。
进一步地，所述中心管本体和堵头采用可降解材料制成，所述可降解材料为
镁铝合金、镁铜合金、镁铝镍合金、铝镁合金、聚己内酯、聚丙烯、聚乳酸、聚
乙醇酸、聚乙烯等材料中至少一种，且制备所述催化剂筒的材料强度低于制备所
述中心管本体和所述堵头的材料强度。
进一步地，所述第一卡瓦座，第一锥体，第二锥体，第二卡瓦座和导向密封
头由可降解材料制作，可降解材料可以是铝镁合金、镁铝合金、镁铜合金、镁铝
镍合金中至少一种。
通过调节制备催化剂筒、中心管本体、堵头、第一卡瓦座，第一锥体，第二
锥体，第二卡瓦座和导向密封头的材料以及调节催化剂筒中催化剂的组成以满足
在一定温度、时间内完成桥塞降解的要求，使后续施工作业正常进行。
进一步地，所述导向密封头中心沿管体轴向形成有一个与所述堵头上的通孔
连通的通孔。
进一步地，所述第一卡瓦与所述第一卡瓦座、所述第二卡瓦与所述第二卡瓦
座均通过剪切销钉固定在中心管上。
进一步地，所述第一椎体的左端面和所述第二椎体的右端面均为一斜面，通
过上提拉杆使所述第一卡瓦和所述第二卡瓦受到所述导向密封头挤压分别沿所
述第一椎体左端面和所述第二椎体右端面滑动，与套管内壁接触形成座封。
进一步地，所述胶筒由三块小胶筒组合而成，且位于两端的小胶筒的橡胶邵
氏硬度为85～95，位于中间的小胶筒的橡胶邵氏硬度为65～80，使两端小胶筒承
受较大推力，中间的小胶筒更易座封。
本发明的有益效果是：该使用可降解材料制成桥塞，通过催化剂的的加速分
解作用加速桥塞降解，结构合理，满足在油、低温或者低矿化度水的环境下的降
解速度，投产前不用钻塞或者打捞，提高作业效率。
附图说明
图1是本发明的具有促降解中心管的快速降解桥塞的结构示意图；
图2为本发明的具有促降解中心管的快速降解桥塞中的中心管的结构示意
图；
图3为本发明实施例1的具有促降解中心管的快速降解桥塞的催化剂筒分别
在80℃和100℃降解速度曲线；
图4为本发明实施例1的具有促降解中心管的快速降解桥塞的中心管分别在
有催化剂和无催化剂条件下的降解曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的上述发明内容作进一步的详细描述。但不
应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技
术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均
应包括在本发明的范围内。
如图1～2所示，该一种可降解桥塞，包括中心管1、第一卡瓦座2、第一卡
瓦3、第一锥体4、胶筒5、第二锥体6、第二卡瓦7、第二卡瓦座8、导向密封
头9、推筒套11、拉杆13和压块12，其中：
所述中心管1包括中心管本体104、盛装有催化剂的催化剂筒106和堵头109，
所述中心管本体104右端中部沿管体轴向形成有一盲孔105，所述催化剂筒106
设置在所述盲孔105内，所述堵头109安装在所述中心管本体104右端端部以封
闭所述盲孔105，在所述堵头109中心沿管体轴向形成有一个通孔110，在所述
中心管本体104左端端部外壁上形成有第一环形台阶101，在所述第一环形台阶
右侧形成有第二环形台阶103，使所述第一环形台阶101和所述第二环形台阶103
之间形成有环形凹槽102，所述中心管本体104的环形凹槽的外径小于中心管本
体104的外径，所述第一环形台阶101的右端面上形成有内倒角且在所述内倒角
的折角处沿圆周方向向内凹陷形成有一环形断裂凹槽111；
所述第一卡瓦座2、第一卡瓦3、第一锥体4、胶筒5、第二锥体6、第二卡
瓦7和第二卡瓦座8依次自右向左套装在所述中心管本体104上，所述第一卡瓦
3与所述第一卡瓦座2、所述第二卡瓦7与所述第二卡瓦座8均通过剪切销钉10
固定在中心管上，所述第一卡瓦座2压配在所述第二环形台阶103右端面上，所
述导向密封头9套装并固定在所述中心管本体104右端端部，所述导向密封头9
中心沿管体轴向形成有一个与所述堵头109上的通孔110连通的通孔，所述第一
椎体4的左端面和所述第二椎体6的右端面均为一斜面，通过上提拉杆使所述第
一卡瓦3和所述第二卡瓦7受到所述导向密封头9挤压分别沿所述第一椎体4左
端面和所述第二椎体6右端面滑动，与套管内壁接触形成座封；所述胶筒5由三
块小胶筒组合而成，且位于两端的小胶筒的橡胶邵氏硬度为85～95，位于中间的
小胶筒的橡胶邵氏硬度在65～80之间；
所述拉杆14右端形成有盲孔并套装在所述中心管1左端，所述压块12设置
在所述环形凹槽102内，所述拉杆13盲孔端口处内壁向中心延伸形成有与所述
压块12右端面配合的第三环形台阶，所述推筒套11套装在所述拉杆13外壁上，
所述推筒套11右端端部内壁向中心延伸形成有第四环形台阶，所述第四环形台
阶右端面压配在所述第一卡瓦座2的左端面上。
其中，所述中心管本体104右端端部外壁上形成有与所述导向密封头9的内
螺纹相互配合的外螺纹108，所述堵头109的外壁形成有与所述中心管本体104
的盲孔端部内壁上形成内螺纹相互配合外螺纹。
在各个部件可降解材料选择上：所述催化剂筒106包括筒体和封闭所述筒体
的顶盖，设置在催化剂筒106内的催化剂107为氯化钠、氯化钾、乙酸、甲酸、
柠檬酸、硬脂酸、磷酸、盐酸、硫酸中至少一种；所述中心管本体104和所述堵
头109采用可降解材料制成，所述可降解材料为镁铝合金、镁铜合金、镁铝镍合
金、铝镁合金、聚己内酯、聚丙烯、聚乳酸、聚乙醇酸、聚乙烯等材料中至少一
种，且制备所述催化剂筒106的材料强度低于制备所述中心管本体104和所述堵
头109的材料强度；所述第一卡瓦座2，第一锥体4，第二锥体6，第二卡瓦座8
和导向密封头9由可降解材料制作，可降解材料可以是铝镁合金、镁铝合金、镁
铜合金、镁铝镍合金中至少一种。
以下为该具有促降解中心管的快速降解桥塞的一个具体实施例：
一种具有促降解中心管的快速降解桥塞包括中心管1、第一卡瓦座2、第一
卡瓦3、第一锥体4、胶筒5、第二锥体6、第二卡瓦7、第二卡瓦座8、导向密
封头9、推筒套11、拉杆13和压块12，所述中心管本体104的高度为980mm，
外径为110mm，所述中心管本体104外壁的右端形成有一长度为85mm的外螺
纹8，在所述中心管本体104右端中部沿管体轴向形成有一长度为800mm，内径
为35mm的盲孔105，所述催化剂筒6设置在所述盲孔105内，所述催化剂筒106
包括筒体和封闭所述筒体的顶盖，所述催化剂筒106为长度为770mm，外径为
32mm，内径为30mm，所述堵头109为一长度为20mm，外径为35mm，其中心
形成有一内径为5×5mm的方形通孔，所述导向密封头9的通孔大小一致且形成
连通，所述堵头109安装在所述中心管本体104端部封闭所述盲孔105，所述中
心管本体104盲孔端部内壁上形成有与所述堵头109外壁外螺纹配合的内螺纹；
在所述中心管本体104左端外壁上形成有第一环形台阶101，在所述第一环
形台阶101右侧形成有第二环形台阶103，使所述第一环形台阶101和所述第二
环形台阶103之间形成有环形凹槽102，所述第一环形台阶101的外径为114mm，
所述第二环形台阶103的外径为114mm，所述环形凹槽102的外径为95mm，宽
度为65mm，在所述第一环形台阶101的右端面和所述第二环形台阶103的左端
面均形成有30°的内倒角使所述环形凹槽102的剖面为一倒置梯形，在所述内倒
角处(即所述第一环形台阶101的右端面与所述环形凹槽102底面形成的夹角处)
有一沿圆周方向向下凹陷形成的环形断裂槽111，所述环形断裂槽111的凹陷深
度为1.0mm；
所述中心管本体104和所述堵头109采用95wt％镁+4.9wt％铝+0.1wt％镍形
成的合金材料制成，其材料强度为300MPa，所述催化剂筒106采用聚乳酸材料
制成，其材料强度为35MPa；在所述催化剂筒内盛装的催化剂107为20wt％甲酸
+80wt％乙酸；所述第一锥体4，第一锥体座2、第二锥体6，第二卡瓦座8和导
向密封头9由可降解材料采用95wtwt％镁+4.9wtwt％铝+0.1wtwt％镍形成的合金
材料制成，其材料强度为300MPa。
该具有促降解中心管的快速降解桥塞的工作原理：
所述桥塞通过所述催化剂筒106内催化剂107将催化剂筒106降解后，催化
剂107渗透至中心管本体104内壁处，所述中心管本体104的环形凹槽102的外
径小于中心管本体的外径，缩短降解催化剂107渗透时间，通过断裂槽111结构
使其更易断裂。中心管本体104处断裂槽111最先断裂，使所述催化剂107渗漏
至中心管本体104外壁处，所述导向密封头9的方形中心通孔与所述中心管的堵
头的方形平衡孔连通，使催化剂外渗加速桥塞降解；
所述第一卡瓦3、所述第二卡瓦7、所述第一卡瓦座2和所述第二卡瓦座8
均通过剪切销钉10固定，使桥塞下井过程中不坐封；
所述具有促降解中心管的快速降解桥塞与坐封工具连接后下井，桥塞下放到
设计位置后(此时导向密封头9位于下部，拉杆位于上部)，在坐封工具的推动
下，拉杆上提并通过拉杆拉动压块使中心管向上移动，而推筒套则保持不动，紧
紧顶住第一卡瓦座2不随中心管上提而移动，当拉杆上提达到一定拉力时，之前
固定第一卡瓦座2、第一锥体4、第二锥体6和第二卡瓦座8的剪切销钉10均被
剪断，中心管上提，带动导向密封头9推动下瓦座8和锥体6向上移动压缩胶筒
5，胶筒5压缩同时，第一卡瓦3和第二卡瓦7分别沿着第一锥体4和第二锥体6
的斜面向外运动，卡瓦外径扩大至与套管内壁接触咬合形成坐封，此时桥塞固定
在套管上；
压裂完毕后，井底温度升高，降解桥塞在压裂液中开始分解，直至失去密封
作用，被桥塞封闭的层开始出液，避免了钻桥塞或者打捞桥塞释放油层的工序；
其中，所述桥塞降解是一是通过选用不同降解材料制作催化剂筒106、中心管本
体104、所述堵头109、第一卡瓦座2，第一锥体4，第二锥体6，第二卡瓦座8
和导向密封头9，保证其不同温度、时间条件下的降解性能；二是通过催化剂107
的催化作用加速催化剂筒106、中心管本体104和堵头109材料的分解；所述催
化剂筒106通过催化剂107的作用优先快速分解，催化剂筒106分解漏失后，所
述催化剂107与中心管本体104和堵头109接触同时在压块对自身对中心管的压
力作用下首先使断裂凹槽111断裂，催化剂外渗使中心管本体104加速分解，所
述堵头109通过在所述堵头109的中心位置的方形平衡通孔110在所述催化剂作
用加速分解，同时由于堵头109的中心位置的方形平衡通孔110与导向密封头9
上的方形通孔连通，因此催化剂107同时渗透进入导向密封头9加速其分解；
在中心管分解过程中，催化剂逐步向外渗漏，并与桥塞的上、第二卡瓦座和
锥体等可降解部件接触，促使可降解部件开始分解，直至胶筒失去压缩力而回弹，
使桥塞失去密封作用，被桥塞封闭的层开始出液，减去了钻桥塞或者打捞桥塞释
放油层的工序。
如图3所示，为实施例1中快速降解桥塞用中心管分别在有催化剂环境下和
无压裂液环境下的降解曲线图，其在两种环境下的降解时间(h)如下表1所示：
表1：
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在表2中，曲线1为在催化剂环境下中心管分解趋势图，曲线2为在压裂
液环境下中心管分解趋势图，从表中数据和图3中的曲线走势趋势可以看出，成
装有催化剂的催化剂筒结构设计大大加快了中心管的分解速度。
相对于在压裂液和地层水的环境中中心管本体降解缓慢，其在催化剂的环境
中降解速度加快，其一是因为制备催化剂筒的材料在压裂液和地层水环境中降解
速度快，其二是制备催化剂筒的材料机械强度低，在一定压力作用下极易发生断
裂，是催化剂通内的催化剂漏失，催化剂与中心管本体和堵头接触后，加速中心
管本体和堵头的分解，以实现桥塞密封和降解时间的控制。在使用时，中心管组
装在桥塞内，下到井底后，催化剂筒在压裂液或者地层水的环境中，在高温和催
化剂的双重作用下，降解速度加快吗，由于中心管在压裂液和地层水环境下分解
速度很慢，可以保证在小时内，其外形尺寸不发生变化，而当催化剂筒破裂时，
桥塞的工作完成，催化剂与可降解材料制成的中心管本体和堵头接触，中心管本
体和堵头分解加速，开始降解直到所有材料完全分解完。
通过调节催化剂的成分和制备催化剂筒的材料的强度、厚度等可以控制中心
管的分解速度和使用时长。
如图2所示为井下温度80℃和井下温度100℃中的快速降解桥塞用中心管的
催化剂筒降解速度曲线图，其降解时间(h)见下表2：
表2：
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在表2中：曲线1为井下环境温度100℃时催化剂筒分解趋势图，曲线2为
井下环境温度80℃时催化剂筒分解趋势图，从表中数据和图2中的曲线走势趋势
可以看出，实施例制备的中心管在不同温度井下使用，降解速度和降解时间不同。
因此在制备该中心管时需要考虑井下作业温度来调整催化剂的成分和选择
不同的可降解材料。
综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，相同领域内的有识之
士可以在本发明的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实施例，但这种实施例
都包括在本发明的范围之内。