随着对高产油气田的不断开发,其产量日益减少,油气开发的重点转向以致密油气资源为代表的非常规油气资源。桥塞作为非常规油气开采及水平井分段压裂增产作业中十分重要的压裂工具,当压裂作业完成后,压裂工具必须从井筒内去除,以保证油气通道畅通,使开采作业过程顺利进行。传统的可取式桥塞、可钻除桥塞需二次下井去除桥塞,该方法作业繁琐,成本高昂;而全可溶桥塞受到国外技术垄断,采购价格高昂,导致压裂作业成本直线上升。本文围绕水平井分段压裂桥塞开展了深入系统的研究工作,并取得如下创新成果和理论:(1)设计了一种以可溶镁铝合金为材质的新型桥塞结构。锚定机构采用低硬度可溶金属材料为基体,硬质合金材料为卡瓦牙的新型分瓣镶齿燕尾槽型卡瓦结构。在保证桥塞顺利坐封的前提下,最大程度的提高桥塞可溶体积比。坐封时卡瓦相互独立,互不影响,保证锚定机构坐封性能优良。密封机构采用三胶筒结构胶筒组与防肩突机构组合的形式,密封性能优良。桥塞整体采用不同类型可溶金属材料,压裂作业后通体可溶。(2)采用有限元结构优化法,对胶筒组总高度、总厚度和边胶筒子厚度等结构参数进行优化。提取仿真结果中最大压缩距和最大接触应力两项参数,并以此作为密封性能的评估依据,选取出一组密封性能最优的结构参数。对单个卡瓦进行坐封工况下的仿真分析,重点分析卡基体与硬质合金颗粒接触部分及颗粒与套管内壁间的接触应力。仿真结果表明,该结构卡瓦可顺利啮入套管内壁完成坐封。(3)对可溶金属材料各项性能进行了大量测试。分析了可溶镁铝合金的物相组成和元素组成,并结合溶解条件分析其溶解机理。考虑井下环境因素,研究了六种不同可溶金属材料在三种溶液成分含量和四种环境温度变量下的溶解规律,测试材料的拉强度和抗压强度。结合测试结果,完成桥塞的整体设计。(4)对桥塞中心管及胶筒组进行性能测试,通过整体样机溶解试验及可溶金属材料溶解试验,对桥塞在井下溶解时间进行预估。从桥塞整体结构设计及溶解性能两方面完成桥塞的设计。最终完成整套全可溶桥塞的加工制造。