CN101550815B - 一种封堵油管的桥塞 - Google Patents

Abstract

一种封堵油管的桥塞，用于油田油、气、水井带压作业中井下封堵油管。桥塞自上而下由打捞部分、上卡部分、密封部分和下卡部分组成，用钢丝投送座封和打捞解封。下卡部分可准确定位桥塞位置，密封部分、上卡部分内均设计了自锁机构能实现可靠的密封，打捞时用专用工具与打捞部分配合将桥塞解封后取出。该桥塞在更换胶筒、剪钉，进行简单保养后即可重复使用。桥塞采用双卡瓦结构，运用机械震击及自锁原理实现封堵油管功能，具有任意位置座封、密封压差大、可投捞、过小孔径封堵油管、可分段投堵等优点。

Description

一种封堵油管的桥塞

技术领域

本发明涉及油田油、气、水井的井下工具，特别涉及一种封堵油管的井下专用工具，是一种封堵油管的桥塞。

背景技术

在油田油、气、水井实施带压作业及井口主阀更换等作业中，为减少对产层污染，提高施工效率，减少地面设备投入，通常要采用专用的油管封堵工具封堵油管的内腔，并在作业完工后将其捞出。本专利涉及的桥塞是一种专用的油管封堵工具，采用钢丝投送座封，封堵准确、可靠；打捞时用配套工具将桥塞解封后取出，简单保养更换部件后可重复使用。

目前现场使用的水力投送式油管封堵工具主要由本体、锚体、密封座、助推胶塞组成，投送的位置由打压的水量来控制。但是难以准确控制投送位置且密封压差小。

中国专利公告号CN2835545，提供了一种可回收桥塞。这种可回收桥塞由座封及锚定机构、锁定及解封机构、密封及防粘机构等三大部分组成，该桥塞可采用油管或电缆送入座封。有自锁定机构，能实现双向密封，座封后能用专用工具取出。该桥塞用于油、气、水井临时性或永久性封堵和选择性封堵。但如果采用油管送入座封或打捞，效率较低不适用于较深井作业，而且井口密封困难较大；该桥塞不能实现过油管底部小通径井下工具(封隔器或偏心配水器等)封堵油管。

发明内容

本发明的目的是：提供一种封堵油管的桥塞，在油田油、气、水井实施带压作业及井口主阀更换等施工作业中，能达到任意位置座封、密封压差大、可投捞的目的。

本发明采用的技术方案是：封堵油管的桥塞，自上而下由打捞部分、上卡部分、密封部分和下卡部分组成。其特征在于：

打捞部分包括打捞头、中心杆、震击器连接套、滑钉、解锁套。打捞头为圆锥体形，配合打捞工具用。打捞头下端中心有内螺纹。中心杆为圆柱体形，中心杆上顶端有外螺纹。中心杆上部与打捞头之间螺纹连接。震击器连接套套在中心杆的上部，最上边的螺钉孔用来和震击器连接。在中心杆与震击器连接套之间有环形空间，在环形空间内有一个阶梯形解锁套。在震击器连接套外壁上有与解锁套对应的螺钉孔，螺钉孔内固定有滑钉，滑钉在投送桥塞过程中提起整个桥塞。解锁套的上部有平行于轴线的条形孔。滑钉的内端插入解锁套的条形孔内。中心杆在解锁套处有一个环形台阶。

上卡部分包括弹簧、震击套、座封剪钉、定位套管、上卡瓦座、上卡瓦、上锥体、锁球座、锁球和连接套。在解锁套的下端有内螺纹，解锁套下端螺纹连接有一个圆筒状的定位套管。定位套管套在中心杆的外壁上。在震击器连接套与定位套管之间有一个环形空间，内有被解锁套预紧压缩的螺旋弹簧。在定位套管的外壁凸起的台阶上部固定有一个圆筒形震击套。采用座封剪钉横向固定。弹簧的下端抵在震击套的上端面上。在震击套下端螺纹固定有一个环形的上卡瓦座。上卡瓦座的内壁套在定位套管的外壁上。在上卡瓦座的外壁上采用螺钉固定有上卡瓦。上卡瓦的数量为3～6片，均匀分布在上卡瓦座的圆周上。上卡瓦的下端有弧形斜面。在定位套管下端外壁上套有上锥体，上锥体顶端有圆锥形斜面，上锥体顶端的圆锥形斜面的斜度与上卡瓦下端的弧形斜面的斜度相同，一般取10～18°。在定位套管下端外壁有外螺纹，定位套管外螺纹上固定有一个环形锁球座。锁球座的外壁与上锥体内壁滑动配合。在上锥体下部内壁上有环形凹槽。环形凹槽与中心杆之间有锁球。锁球的数量在3～5个之间，嵌入锁球座的球孔内。在中心杆上套有环形连接套，连接套上端螺纹连接锁球座，对应的内部中心杆上有环形槽。

在锁球座中部壁上均匀分布有3～5个通孔，锁球嵌在通孔内。

锁球座是为锁紧本桥塞的上锥体而设计的，它利用锁球将外部的上锥体卡紧，内部通过中心杆定位或释放锁球达到锁紧、释放上锥体的目的，锁球座上部与定位套管螺纹连接；上卡瓦先钩挂到上卡瓦座的内槽再用弹性压片压紧，弹性压片通过螺钉紧固到上卡瓦座，这样即可实现上卡瓦与上卡瓦座整体的上下自由滑动；上卡瓦座上部与震击套螺纹连接，震击套与定位套管之间由座封剪钉定位防止下放过程中上卡瓦坐卡，定位套管与打捞部分的解锁套采用螺纹连接，它们之间有弹簧能助推上卡瓦坐卡。

密封部分包括密封圈、胶筒座、胶筒、隔环、挡环、锁爪套、解封剪钉、锁爪座、锁爪、锁块和压紧挡圈。在连接套的下端螺纹连接有一个圆筒形胶筒座，胶筒座套在中心杆的外壁上。胶筒座上端内壁有凹槽，槽内装有密封圈。在胶筒座的外壁上套有胶筒，胶筒中间有隔环，在胶筒的下端有环形挡环。挡环的下部螺纹连接锁爪套。在胶筒座的下端螺纹连接有环形锁爪座。锁爪座在锁爪套内部，锁爪座能在锁爪套内壁上滑动。锁爪套上有螺钉孔，螺钉孔内固定有解封剪钉，解封剪钉内端插入对应的锁爪座的孔及中心杆最下端的孔内。解封剪钉的数量为1～3个，均匀分布在锁爪套的圆周上。在锁爪座的下端螺纹连接有一个圆盘形压紧挡圈。在锁爪座上通过锁块固定有锁爪，锁块的数量为1～3个，均匀嵌在锁爪座圆周上的条形孔内。锁爪上端内壁上有配合锁块的环形凹槽，下端将圆周切分为独立的锁片，一般分为3～6个，锁片底部有向外突出的棘齿。在锁爪套的内壁上有向内突出的棘齿，该棘齿与锁爪的锁片底部向外突出的棘齿配合，使锁爪只能沿锁爪套内壁向下滑动。在锁爪套的下端螺纹固定有连接丝头。

为了满足不同压力、温度井的密封需求，胶筒的数量一般为2～5个，胶筒与胶筒之间装有环形隔环。在中心杆与胶筒座之间设计了两道密封圈，能提高中心杆与胶筒座之间的密封性能，防止井内液体串出。锁爪套内部为本桥塞的胶筒锁紧机构，锁爪套内壁有棘齿与锁爪棘齿配合只能下行不能回退，锁爪座上部通过螺纹与胶筒座连接，下部与压紧挡圈螺纹连接起到扶正锁爪目的，锁爪与锁爪座之间穿有锁块，中心杆可以定位或释放锁块达到锁紧、释放胶筒的目的；中心杆和锁爪座之间装有解封剪钉，可以防止桥塞下放时中心杆受静压力上串；锁爪套上部为挡环、胶筒、隔环，锁爪套与挡环为螺纹连接；胶筒座内部有两个密封圈，外部通过连接套与上卡部分的锁球座连接。

下卡部分包括下锥体、下卡瓦环、下卡瓦和下卡瓦座。在连接丝头的下端螺纹连接有锥筒状的下锥体。下锥体下端有圆锥形斜面，其斜度与下卡瓦上端的弧形斜面的斜度相同，一般取4～8°。圆环形下卡瓦环焊接在下锥体上，下卡瓦环与下锥体之间有3～6扇形孔。下卡瓦穿过下卡瓦环扇形孔后与下卡瓦座通过卡槽连接。下卡瓦的数量在3～6个之间，下卡瓦均匀分布在下锥体的圆周上。下卡瓦座的上部分布有3～6个卡槽。

下卡瓦穿过下卡瓦环扇形孔后与下卡瓦座通过卡槽连接，下卡瓦环焊接在下锥体上，能实现下卡瓦在下锥体上的自由滑动实现下卡目的，该部分连接后即成为一个整体不能卸开。下卡部分的下锥体通过连接丝头与密封部分的锁爪套连接。

本发明的有益效果：本发明封堵油管的桥塞，采用双卡瓦结构，能实现在任意位置的可靠座封、解封，用于油田油、气、水井实施带压作业及井口主阀更换等施工作业，在钢丝作业条件下利用机械震击器向下震击实现油管桥塞的座封和脱手、利用配套的投捞工具用震击器向上震击实现解封。具有任意位置座封、密封压差大、可投捞的特点。

附图说明

图1是本发明封堵油管的桥塞的半剖面结构(上部)示意图。

图2是封堵油管的桥塞的半剖面结构(中部、下部)示意图。

图3是图2的A-A剖面。

图4是图2的局部A放大示意图。

图5是图2的B-B剖面图。

图6是锁球座13的结构剖面图。

图7是图6的横剖面图。

图1、图2对接在一起是封堵油管的桥塞的整体。

图中，  1.打捞头，2.中心杆，3.震击器连接套，4.滑钉，5.解锁套，6.弹簧，7.震击套，8.座封剪钉，9.定位套管，10.上卡瓦座，11.上卡瓦，12.上锥体，13.锁球座，14.锁球，15.连接套，16.密封圈，17.胶筒座，18.胶筒，19.隔环，20.挡环，21.锁爪套，22.解封剪钉，23.锁爪座，24.锁爪，25.锁块，26.压紧挡圈，27.连接丝头，28.下锥体，29.下卡瓦环，30.下卡瓦，31.下卡瓦座。

具体实施方式

实施例1：以一个封堵内径为φ62mm油管的封堵油管桥塞为例，对本发明作进一步详细说明。根据此内径值选用桥塞本体尺寸φ56mm。

本发明封堵油管的桥塞，自上而下由打捞部分、上卡部分、密封部分和下卡部分组成。

参阅图1。打捞部分包括打捞头1、中心杆2、震击器连接套3、滑钉4、解锁套5。打捞头1为圆锥体形，打捞头1下端中心有内螺纹。中心杆2为圆柱体形，中心杆2最大外径为25mm，长度为800mm。中心杆2上顶端有外螺纹。中心杆2上部与打捞头1之间螺纹连接。震击器连接套3套在中心杆2的上部，最上边的螺钉孔用来和震击器连接(就是丢手剪钉的螺钉孔)。在中心杆2与震击器连接套3之间有环形空间，在环形空间内有一个阶梯形解锁套5。解锁套5能在环形空间内上下滑动。在震击器连接套3外壁上有2个螺钉孔，每个螺钉孔内固定有一个滑钉4。解锁套5的上部有平行于轴线的2个条形孔。滑钉4的内端插入解锁套5的条形孔内，可以自由上下滑动。滑钉4起到限位作用并起到连接解锁套5和震击器连接套3的作用。中心杆2在解锁套5处有一个环形台阶，打捞时上提可以带动震击器连接套3上行使其重量不会影响上卡瓦11。

其实环形台阶主要还是工艺上的需求，滑钉4在桥塞下放时承重整个重量，所以震击器连接套3上的孔必须足够深，而解锁套5下端尺寸又使震击器连接套3下端内径要大，所以加工成环形台阶。

上卡部分包括弹簧6、震击套7、座封剪钉8、定位套管9、上卡瓦座10、上卡瓦11、上锥体12、锁球座13、锁球14和连接套15。在解锁套5的下端有内螺纹，解锁套5下端螺纹连接有一个圆筒状的定位套管9。定位套管9套在中心杆2的外壁上。在震击器连接套3与定位套管9之间有一个环形空间，内有被解锁套5预紧压缩的螺旋弹簧6。在定位套管9的外壁凸起的台阶上部固定有一个圆筒形震击套7。采用座封剪钉8横向固定。座封剪钉8的数量为2个。弹簧6的下端抵在震击套7的上端面上。在震击套7下端螺纹固定有一个环形的上卡瓦座10。上卡瓦座10的内壁套在定位套管9的外壁上。在上卡瓦座10的外壁上采用螺钉固定有上卡瓦11。上卡瓦11的数量是3片，均匀分布在上卡瓦座10的圆周上。上卡瓦11的下端有弧形斜面。在定位套管9下端外壁上套有上锥体12，上锥体12顶端有圆锥形斜面，上锥体12顶端的圆锥形斜面的斜度与上卡瓦11下端的弧形斜面的斜度取16°。在定位套管9下端外壁有外螺纹，定位套管9外螺纹上固定有一个环形锁球座13。参阅图3和图4。锁球座13的外壁与上锥体12内壁滑动配合。在上锥体12下部内壁上有环形凹槽。环形凹槽与中心杆2之间有锁球14。锁球14的数量是3个，嵌入锁球座13的球孔内。在中心杆2上套有环形连接套15，连接套15上端螺纹连接锁球座13，对应的内部中心杆2上有环形槽。当中心杆2相对向上运动并且锁球14与中心杆2上的环形槽相对时，锁球能向中心杆2的环形槽内移动，实现解锁功能。上卡瓦11最大张开外径φ66mm，可以承受的最大压差21MPa。

参阅图2。密封部分包括密封圈16、胶筒座17、胶筒18、隔环19、挡环20、锁爪套21、解封剪钉22、锁爪座23、锁爪24、锁块25和压紧挡圈26。在连接套15的下端螺纹连接有一个圆筒形胶筒座17，胶筒座17的外径为50mm，胶筒座17套在中心杆2的外壁上。在中心杆2与胶筒座17之间有两道密封圈16。两套密封圈16在胶筒座17的上端。在胶筒座17的外壁上套有胶筒18，胶筒18的径为48mm。井筒温度越高，选用胶筒18的材料越硬，一般适应井下温度70℃以内。胶筒18的数量为两个，胶筒18与胶筒18之间有一个环形隔环19。在胶筒18的下端有环形挡环20。挡环20的下部螺纹连接锁爪套21。在胶筒座17的下端螺纹连接有环形锁爪座23。锁爪座23在锁爪套21内部，锁爪座23能在锁爪套21内壁上滑动。锁爪套21上有螺钉孔，螺钉孔内固定有解封剪钉22，解封剪钉22内端插入对应的锁爪座23的孔及中心杆2最下端的孔内。解封剪钉22的数量为2个，均匀分布在锁爪套21的圆周上。在锁爪座23的下端螺纹连接有一个圆盘形压紧挡圈26。在锁爪座23上通过锁块25固定有锁爪24。锁块25的数量为2个，均匀嵌在锁爪座23圆周上的条形孔内。锁爪24上端内壁上有配合锁块25的环形凹槽，下端将圆周切分为6个独立的锁片，锁片底部有向外突出的棘齿。在锁爪套21的内壁上有向内突出的棘齿，该棘齿与锁爪24的锁片底部向外突出的棘齿配合，使锁爪24只能沿锁爪套21内壁向下滑动。在锁爪套21的下端螺纹固定有连接丝头27。

下卡部分包括下锥体28、下卡瓦环29、下卡瓦30和下卡瓦座31。在连接丝头27的下端螺纹连接有锥筒状的下锥体28。下锥体28下端有圆锥形斜面，其斜度与下卡瓦30上端的弧形斜面的斜度相同均为6°。圆环形下卡瓦环29焊接在下锥体28上，下卡瓦环29与下锥体28之间有3个扇形孔。下卡瓦30穿过下卡瓦环29扇形孔后与下卡瓦座31通过卡槽连接。下卡瓦30不能从扇形孔内向下滑出。下卡瓦30的数量为3个，下卡瓦30均匀分布在下锥体28的周围。下卡瓦座31的上部分布有3个卡槽。下卡瓦最大张开外径φ66mm，可以承受的最大压差21MPa。

安装过程：

把下卡瓦30穿过下卡瓦环29后钩挂到下卡瓦座31内槽，再整体穿到下锥体28上，将下卡瓦环29与下锥体28焊接，在下锥体28上端依次装上连接丝头27和锁爪套21；胶筒座17内装入密封圈16后将中心杆2穿入内孔，外径套上胶筒18、隔环19、挡环20后与锁爪座23拧上；先把锁块25放入锁爪24与锁爪座23内再插入中心杆2，对准锁爪座23与中心杆2的孔后上入解封剪钉22，最后整体塞入锁爪套21内拧上挡环20；在胶筒座17上旋入连接套15；在锁球座13与上锥体12内放入锁球14再整体插入中心杆2，拧上锁球座13；把上卡瓦11钩挂到上卡瓦座10的内槽用弹性压片压紧，将定位套管9穿过上卡瓦座10后与锁球座13拧紧，震击套7旋入卡瓦座10后装上座封剪钉8；放入弹簧6拧上解锁套5，装上震击器连接套3后上入滑钉4，最后旋上打捞头1。

按照以上方式连接后即可实现该油管桥塞的正常工作。

使用过程：

先通井，确定可以安全下入油管桥塞的最大外径(判断结垢是否严重)。用钢丝作业机将本装置下到预定位置然后快速自由下放，下卡瓦30与下锥体28产生相对运动而张开锚紧油管内壁，震击器下行震击丢手；以下卡瓦30为支点利用震击器向下震击剪断座封剪钉8，弹簧6下推震击套7、上卡瓦座10、上卡瓦11下行，上卡瓦11沿上锥体12滑动张开锚紧油管内壁；震击力由震击器连接套3依次传递到震击套7、定位套管9、锁球座13、连接套15、胶筒座17、锁爪座23、锁块25、锁爪24，锁爪24沿锁爪套21不断下行锁紧，同时胶筒18被压缩膨胀；随着震击的进行，上卡瓦11张开到位锚紧油管实现桥塞整体向上自锁，胶筒18压缩到位实现油管密封。该桥塞特点在于运用机械震击及自锁原理实现整个锁紧、丢手过程有序进行，并能保证准确到位。

利用钢丝作业工艺下放打捞工具抓住打捞头1，利用震击器向上震击剪断解封剪钉22，中心杆2上行锁块25释放锁爪24，胶筒18解封；上提中心杆2同时锁球9释放，上锥体12惯性下移后与上卡瓦11脱开；中心杆2轴肩卡到解锁套5上带动上卡瓦11以上部分上行，完成解锁；上提打捞工具，桥塞整体被提起下卡瓦30与下锥体28自动脱开，完成整个打捞过程。

Claims (3)

1.一种封堵油管的桥塞，自上而下由打捞部分、上卡部分、密封部分和下卡部分组成，其特征在于：

打捞部分包括打捞头(1)、中心杆(2)、震击器连接套(3)、滑钉(4)、解锁套(5)，打捞头(1)为圆锥体形，打捞头(1)下端中心有内螺纹，中心杆(2)为圆柱体形，中心杆(2)上顶端有外螺纹，中心杆(2)上部与打捞头(1)之间螺纹连接，震击器连接套(3)套在中心杆(2)的上部，最上边的螺钉孔用来和震击器连接，在中心杆(2)与震击器连接套(3)之间有环形空间，在环形空间内有一个阶梯形的解锁套(5)，在震击器连接套(3)外壁上有与解锁套(5)对应的螺钉孔，螺钉孔内固定有滑钉(4)，解锁套(5)的上部有平行于轴线的条形孔，滑钉(4)的内端插入解锁套(5)的条形孔内，中心杆(2)在解锁套(5)处有一个环形台阶；

上卡部分包括弹簧(6)、震击套(7)、座封剪钉(8)、定位套管(9)、上卡瓦座(10)、上卡瓦(11)、上锥体(12)、锁球座(13)、锁球(14)和连接套(15)，在解锁套(5)的下端有内螺纹，解锁套(5)下端螺纹连接有一个圆筒状的定位套管(9)，定位套管(9)套在中心杆(2)的外壁上，在震击器连接套(3)与定位套管(9)之间有一个环形空间，内有被解锁套(5)预紧压缩的螺旋的弹簧(6)，在定位套管(9)的外壁凸起的台阶上部固定有一个圆筒形震击套(7)，采用座封剪钉(8)横向固定，弹簧(6)的下端抵在震击套(7)的上端面上，在震击套(7)下端螺纹固定有一个环形的上卡瓦座(10)，上卡瓦座(10)的内壁套在定位套管(9)的外壁上，在上卡瓦座(10)的外壁上采用螺钉固定有上卡瓦(11)，上卡瓦(11)的数量为3～6片，均匀分布在上卡瓦座(10)的圆周上，上卡瓦(11)的下端有弧形斜面，在定位套管(9)下端外壁上套有上锥体(12)，上锥体(12)顶端有圆锥形斜面，上锥体(12)顶端的圆锥形斜面的斜度与上卡瓦(11)下端的弧形斜面的斜度相同，并为10～18°，在定位套管(9)下端外壁有外螺纹，定位套管(9)外螺纹上固定有一个环形的锁球座(13)，锁球座(13)的外壁与上锥体(12)内壁滑动配合，在上锥体(12)下部内壁上有环形凹槽，环形凹槽与中心杆(2)之间有锁球(14)，锁球(14)的数量在3～5个之间，嵌入锁球座(13)的球孔内，在中心杆(2)上套有环形连接套(15)，连接套(15)上端螺纹连接锁球座(13)，对应的中心杆(2)上有环形槽；

密封部分包括密封圈(16)、胶筒座(17)、胶筒(18)、隔环(19)、挡环(20)、锁爪套(21)、解封剪钉(22)、锁爪座(23)、锁爪(24)、锁块(25)和压紧挡圈(26)，在连接套(15)的下端螺纹连接有一个圆筒形胶筒座(17)，胶筒座(17)套在中心杆(2)的外壁上，胶筒座(17)上端内壁有凹槽，槽内装有密封圈(16)，在胶筒座(17)的外壁上套有胶筒(18)，胶筒中间有隔环(19)，在胶筒(18)的下端有环形的挡环(20)，挡环(20)的下部螺纹连接锁爪套(21)，在胶筒座(17)的下端螺纹连接有环形的锁爪座(23)，锁爪座(23)在锁爪套(21)内部，锁爪座(23)能在锁爪套(21)内壁上滑动，锁爪套(21)上有螺钉孔，螺钉孔内固定有解封剪钉(22)，解封剪钉(22)内端插入对应的锁爪座(23)的孔及中心杆(2)最下端的孔内，解封剪钉(22)的数量为1～3个，均匀分布在锁爪套(21)的圆周上，在锁爪座(23)的下端螺纹连接有一个圆盘形的压紧挡圈(26)，在锁爪座(23)上通过锁块(25)固定有锁爪(24)，锁块(25)的数量为1～3个，均匀嵌在锁爪座(23)圆周上的条形孔内，锁爪(24)上端内壁上有配合锁块(25)的环形凹槽，下端将圆周切分为3～6个独立的锁片，锁片底部有向外突出的棘齿，在锁爪套(21)的内壁上有向内突出的棘齿，该棘齿与锁爪(24)的锁片底部向外突出的棘齿配合，使锁爪(24)只能沿锁爪套(21)内壁向下滑动，在锁爪套(21)的下端螺纹固定有连接丝头(27)；

下卡部分包括下锥体(28)、下卡瓦环(29)、下卡瓦(30)和下卡瓦座(31)，在连接丝头(27)的下端螺纹连接有锥筒状的下锥体(28)，下锥体(28)下端有圆锥形斜面，圆锥形斜面斜度与下卡瓦(30)上端的弧形斜面的斜度相同，为4～8°，圆环形的下卡瓦环(29)焊接在下锥体(28)上，下卡瓦环(29)与下锥体(28)之间有3～6个扇形孔，下卡瓦(30)穿过下卡瓦环(29)的扇形孔后与下卡瓦座(31)通过卡槽连接，下卡瓦(30)的数量在3～6个之间，下卡瓦(30)均匀分布在下锥体(28)的圆周上，下卡瓦座(31)的上部分布有3～6个卡槽。

2.根据权利要求1所述的封堵油管的桥塞，其特征是：在锁球座(13)中部壁上均匀分布有3～5个通孔，锁球(14)嵌在通孔内。

3.根据权利要求1或2所述的封堵油管的桥塞，其特征是：胶筒(18)的数量为2～5个。

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