CN103470197A - 陶瓷卡瓦复合桥塞 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种陶瓷卡瓦复合桥塞，包括中心筒（1），中心筒（1）外依次套设有上隔环（3）、定位锥体（6）、胶筒（10）、定位锥体（6）和下隔环（11），下隔环（11）与中心筒（1）固定连接，上隔环（3）、定位锥体（6）和胶筒（10）均能够沿中心筒（1）的轴向移动，定位锥体（6）的周向设有多个分瓣式基座（4），分瓣式基座（4）能够沿定位锥体（6）的母线方向移动。该陶瓷卡瓦复合桥塞在座封过程中分瓣式基座能够分瓣开裂并嵌入到套管内壁中，从而形成坚实可靠的座封效果。
Description
技术领域
本发明涉及石油开采设备领域，特别是一种用于油气井生产、封堵和压裂改造等施工过程在油气井生产套管中使用的陶瓷卡瓦复合桥塞。
背景技术
在油气井测试过程中，当遇有多层系地层时，各油气水层的层间存在差异需要进行分层测试，分层增产等措施，此时便需要使用封堵分层工具。长期以来，国内外油田广泛采用可钻铣金属材质的桥塞作为油气井层位分隔装置。现有金属材质的桥塞在施工作业后存在易卡、钻铣困难等缺点，在施工中一旦出现事故，处理也相当麻烦。特别是当用于斜井、水平井的分层或段的压裂、酸化、封堵水等工艺，由于受其特殊井身结构的影响，这类井在钻除金属桥塞时，更是容易发生偏磨磨铣套管、卡钻、钻屑返排困难等问题，且出现问题后比直井处理起来要复杂。
发明内容
为了解决现有金属桥塞或金属卡瓦复合桥塞在钻除施工时存在的易卡、钻铣困难、钻屑返排困难等技术问题，本发明提供了一种陶瓷卡瓦复合桥塞，该陶瓷卡瓦复合桥塞可以牢固座封，暂时封隔产层或废弃层，完成后续测试、压裂改造施工等作业的目的。在水平井多段压裂改造施工结束后，可实现下一趟钻完成快速磨铣十几个、二十几个、甚至几十个复合桥塞，打通油气井生产通道。
本发明为解决其技术问题采用的技术方案是：一种陶瓷卡瓦复合桥塞，包括中心筒，从中心筒的一端到中心筒的另一端中心筒外依次套设有上隔环、定位锥体、胶筒、定位锥体和下隔环，下隔环与中心筒固定连接，上隔环、定位锥体和胶筒均能够沿中心筒的轴向移动，定位锥体为锥形，定位锥体的周向设有多个分瓣式基座，分瓣式基座能够沿定位锥体的母线方向移动。
设置在上隔环和胶筒之间的定位锥体的底端朝向胶筒顶端朝向上隔环，定位锥体的表面沿母线方向开设有多个用于分瓣式基座滑动的导向滑槽，分瓣式基座的底部插接于导向滑槽。
分瓣式基座的顶端设有多个陶瓷柱，陶瓷柱倾斜设置，陶瓷柱的顶端朝向胶筒。
定位锥体的周向均匀分布有8个～12个分瓣式基座，每个分瓣式基座的顶端设有4个陶瓷柱。
分瓣式基座与定位锥体之间通过剪切销钉连接，或导向滑槽为燕尾槽，分瓣式基座的底部与该燕尾槽相匹配。
设置在下隔环和胶筒之间的定位锥体的底端朝向胶筒顶端朝向下隔环，定位锥体的表面沿母线方向开设有多个用于分瓣式基座滑动的导向滑槽，分瓣式基座的底部插接于导向滑槽。
中心筒的一端和上隔环之间设有用于防止上隔环脱开的拉力环。
在定位锥体和胶筒之间依次连接有用于保护胶筒的第一保护伞、第二保护伞和保护套。
下隔环的外表面固定套接有用于清除油污的刮壁胶圈。
分瓣式基座的顶端设有陶瓷卡瓦片，陶瓷卡瓦片的顶端有多个沿定位锥体周向设置的锯齿形的突起条。
本发明的有益效果是：通过电缆或是连续油管将该陶瓷卡瓦复合桥塞快速送到目的层位，进行火药或是水力座封，实现封隔产层或非目的层，达到改变井筒条件、实现封隔目的，达到后续施工要求。施工完成后能够实现快速磨铣、返排效果，提高了工作效率。
附图说明
下面结合附图对本发明所述的陶瓷卡瓦复合桥塞作进一步详细的描述。
图1是实施例1所述的陶瓷卡瓦复合桥塞的装配图。
图2是实施例1所述的陶瓷卡瓦复合桥塞的使用状态示意图。
图3是图2中陶瓷柱部位的放大示意图。
图4是实施例2所述的陶瓷卡瓦片示意图。
其中1.中心筒，2.拉力环，3.上隔环，4.分瓣式基座，41.陶瓷卡瓦片，5.陶瓷柱，6.定位锥体，61.导向滑槽，7.第一保护伞，8.第二保护伞，9.保护套，10.胶筒，11.下隔环，12.刮壁胶圈，13.套管。
具体实施方式
实施例1
下面结合附图对本发明所述的陶瓷卡瓦复合桥塞进行详细说明。一种陶瓷卡瓦复合桥塞，包括中心筒1，从中心筒1的一端到中心筒1的另一端中心筒1外依次套设有上隔环3、定位锥体6、胶筒10、定位锥体6和下隔环11，下隔环11与中心筒1固定连接，上隔环3、定位锥体6和胶筒10均能够沿中心筒1的轴向移动，定位锥体6为锥形，定位锥体6的周向设有多个分瓣式基座4，分瓣式基座4能够沿定位锥体6的母线方向移动，如图1所示。
左侧的分瓣式基座4设置在上隔环3和左侧的定位锥体6之间，右侧的分瓣式基座4设置在下隔环11和右侧的定位锥体6之间，在图1中，左侧的分瓣式基座4的左端与上隔环3相接触，左侧的分瓣式基座4的右端与左侧的定位锥体6相接触，右侧的分瓣式基座4的左端与左侧的定位锥体6相接触，右侧的分瓣式基座4的右端与下隔环11相接触。当上隔环3在图1中从左向右移动后，能够推动胶筒10左右两侧的分瓣式基座4沿定位锥体6的母线方向移动，并使分瓣式基座4张开，胶筒10左右两侧的定位锥体6受力后压缩胶筒10，使胶筒10的中部向外突起，同时处于张开状态的分瓣式基座4能够与井下的套管13的内壁卡固，从而实现胶筒10在套管13中的坐封，如图2所示。
该陶瓷卡瓦复合桥塞容易钻铣，磨掉的碎屑轻小，较易冲出，可以防止卡钻。特别适用于斜井、水平井的分层压裂、酸化、封堵水等作业，克服了金属桥塞易卡、钻铣困难、钻铣时间耗时长等缺点。其中胶筒10膨胀密封后，可以达到隔离井筒液体和压力、封隔产层或非目的层，达到改变井筒条件、实现封隔目的。
在图1中该陶瓷卡瓦复合桥塞的左侧，设置在上隔环3和胶筒10之间的定位锥体6的底端朝向胶筒10顶端朝向上隔环3，为了便于分瓣式基座4沿定位锥体6的母线方向移动，定位锥体6的表面沿母线方向开设有多个用于分瓣式基座4滑动的导向滑槽61，分瓣式基座4的底部插接于导向滑槽61，如图1所示，分瓣式基座4在导向滑槽61中移动的位移可以被分为一个沿中心筒1轴向的位移和一个沿中心筒1径向的位移。
分瓣式基座4的顶端设有多个陶瓷柱5，陶瓷柱5倾斜设置，陶瓷柱5的顶端朝向胶筒10。这样处于张开状态的分瓣式基座4上的陶瓷柱5嵌入套管13内壁后会形成一个倒齿形结构，在套管13内壁上形成稳定的嵌入固定点。胶筒10在两侧陶瓷柱5形成嵌入固定点的作用下保持被挤压的变形状态，维持密封效果稳定，如图3所示。
如图1中该陶瓷卡瓦复合桥塞含有左右两组分瓣式基座4，每组由在定位锥体6的周向均匀分布的8个～12个分瓣式基座4组成。每一个分瓣式基座4的顶端上镶嵌有4个陶瓷柱5。陶瓷柱5露出分瓣式基座4的一端柱面边缘为倒圆角，圆角R的大小为3mm，鉴于陶瓷脆性大的特点，每一个分瓣式基座4布置四个陶瓷柱5，同时结合陶瓷柱5上的圆角结构，能够有效的分散作用在其上的作用力。陶瓷柱5既能嵌入井下套管13内壁中，又不至于因为陶瓷柱5和套管13内壁的接触点位置压力过大，而使陶瓷柱5被挤碎，失去支撑效果。
为了使分瓣式基座4不会从定位锥体6的导向滑槽61中脱落，未使用时，分瓣式基座4与定位锥体6之间通过剪切销钉连接，当上隔环3推动分瓣式基座4时，剪切销钉将会被剪断。或者，导向滑槽61为燕尾槽，分瓣式基座4的底部与该燕尾槽相匹配，依靠该燕尾槽的形状锁合，分瓣式基座4能够固定于导向滑槽61。
在图1中该陶瓷卡瓦复合桥塞的右侧，设置在下隔环11和胶筒10之间的定位锥体6的底端朝向胶筒10顶端朝向下隔环11，定位锥体6的表面沿母线方向开设有多个用于分瓣式基座4滑动的导向滑槽61，分瓣式基座4的底部插接于导向滑槽61。位于图1中该陶瓷卡瓦复合桥塞的右侧定位锥体6和分瓣式基座4的结构与位于该陶瓷卡瓦复合桥塞的左侧定位锥体6和分瓣式基座4相同，作用也相同，不再重复。
中心筒1的一端和上隔环3之间设有用于防止上隔环3脱开的拉力环2。拉力环2提供一个固定的丢手力，在该桥塞没有被压缩到座封在套管内壁前，上隔环3不会脱开，只有压缩力超过拉力环2设定的丢手力，拉力环3才能被拉脱，该桥塞才会实现丢手。
在定位锥体6和胶筒10之间依次连接有用于保护胶筒10的第一保护伞7、第二保护伞8和保护套9。第一保护伞7和第二保护伞8在挤压时变形，紧紧包住保护套9和变形后的胶筒10，起到承受压力和保护胶筒10，使胶筒10能够密封的作用。保护套9是聚四氟乙烯材质，保护套9可以保护胶筒10在受力挤压中不被硬材质的保护伞划伤，并且起到承压作用。
下隔环11的外表面固定套接有用于清除油污的刮壁胶圈12，刮壁胶圈12的外径等于套管13的内径。下井过程中刮壁胶圈12能够清除套管13内壁上的油污等不干净的东西，方便该陶瓷卡瓦复合桥塞的座封。
该陶瓷卡瓦复合桥塞的使用方法如下：
该陶瓷卡瓦复合桥塞通过丢手连接工具与电缆或是连续油管相连接，放入施工井筒内。启动电缆车或是连续油管车将其快速送到施工作业目的层位。下放过程中，如果使用的是电缆投送方式，需要同时控制一定速度泵入清水，在井筒内形成稳定流速的液流，水平井段此作业工序尤其重要，带动该陶瓷卡瓦复合桥塞到达目的井段。然后进行火药或水利施压座封。在火药或是水利形成的内部推力下，连接工具中的推筒将推力传递给上隔环部件3，上隔环3受到推力后，沿着中心筒1的轴线方向向胶筒10移动。移动时推动胶筒10左右两侧的分瓣式基座4向胶筒10同时运动，两侧的分瓣式基座4在两侧相配合的定位锥体6的导向滑槽61的限制和导向下均匀张开。同时推力传递给定位锥体6，两侧定位锥体6向胶筒10的方向移动，通过挤压两侧的第一保护伞7、第二保护伞8、保护套9和中间的胶筒10，胶筒10受力后变形，外径增大并向外侧胀开。当达到一定变形量后，胶筒10紧紧贴在井下套管13的内壁上，实现密封封隔胶筒的效果。继续增大推力，两侧分瓣式基座4在定位锥体6定位面的径向分力下被推向套管13的内壁，镶嵌在分瓣式基座4上面的陶瓷柱5会在推力作用下紧紧的嵌入套管13的内壁中。陶瓷柱5镶嵌在分瓣式基座4上的倒齿形结构在套管内壁上形成稳定的嵌入固定点。胶筒10在两侧陶瓷柱5形成嵌入固定点的作用下保持被挤压变形状态，从而维持密封效果。继续增大推力，丢手连接工具中的丢手装置被释放，该陶瓷卡瓦复合桥塞同下入工具脱开，完成整个陶瓷卡瓦复合桥塞的座封，如图1和图2所示。该陶瓷卡瓦复合桥塞能实现在座封过程中的分瓣开裂并嵌入套管内壁，形成坚实可靠的座封效果。
实施例2
本实施例是对实施例1的一种改进，其区本在于分瓣式基座4的顶端设有陶瓷卡瓦片41，陶瓷卡瓦片41的顶端有沿定位锥体6周向设置的锯齿形的突起条，如图4所示，陶瓷卡瓦片41的顶端有三道平行突起条，即在瓷卡瓦片41的顶端形成了锯齿状结构。
这样设计的好处是：陶瓷卡瓦片41的顶端嵌入套管13内壁的时候与套管13内壁形成线接触，将原来的点接触变为线接触，增大了受力点，固定效果更好。同时，陶瓷卡瓦片41上的齿尖具有圆角结构，能够充分有效的分散作用在齿尖上的硬作用力，使陶瓷卡瓦片41的齿尖不易被挤碎。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。
Claims (10)
1.一种陶瓷卡瓦复合桥塞，其特征在于，所述陶瓷卡瓦复合桥塞包括中心筒（1），从中心筒（1）的一端到中心筒（1）的另一端中心筒（1）外依次套设有上隔环（3）、定位锥体（6）、胶筒（10）、定位锥体（6）和下隔环（11），下隔环（11）与中心筒（1）固定连接，上隔环（3）、定位锥体（6）和胶筒（10）均能够沿中心筒（1）的轴向移动，定位锥体（6）为锥形，定位锥体（6）的周向设有多个分瓣式基座（4），分瓣式基座（4）能够沿定位锥体（6）的母线方向移动。
2.根据权利要求1所述的陶瓷卡瓦复合桥塞，其特征在于：设置在上隔环（3）和胶筒（10）之间的定位锥体（6）的底端朝向胶筒（10）顶端朝向上隔环（3），定位锥体（6）的表面沿母线方向开设有多个用于分瓣式基座（4）滑动的导向滑槽（61），分瓣式基座（4）的底部插接于导向滑槽（61）。
3.根据权利要求2所述的陶瓷卡瓦复合桥塞，其特征在于：分瓣式基座（4）的顶端设有多个陶瓷柱（5），陶瓷柱（5）倾斜设置，陶瓷柱（5）的顶端朝向胶筒（10）。
4.根据权利要求3所述的陶瓷卡瓦复合桥塞，其特征在于：定位锥体（6）的周向均匀分布有8个～12个分瓣式基座（4），每个分瓣式基座（4）的顶端设有4个陶瓷柱（5）。
5.根据权利要求2所述的陶瓷卡瓦复合桥塞，其特征在于：分瓣式基座（4）与定位锥体（6）之间通过剪切销钉连接，或导向滑槽（61）为燕尾槽，分瓣式基座（4）的底部与该燕尾槽相匹配。
6.根据权利要求1所述的陶瓷卡瓦复合桥塞，其特征在于：设置在下隔环（11）和胶筒（10）之间的定位锥体（6）的底端朝向胶筒（10）顶端朝向下隔环（11），定位锥体（6）的表面沿母线方向开设有多个用于分瓣式基座（4）滑动的导向滑槽（61），分瓣式基座（4）的底部插接于导向滑槽（61）。
7.根据权利要求1所述的陶瓷卡瓦复合桥塞，其特征在于：中心筒（1）的一端和上隔环（3）之间设有用于防止上隔环（3）脱开的拉力环（2）。
8.根据权利要求1所述的陶瓷卡瓦复合桥塞，其特征在于：在定位锥体（6）和胶筒（10）之间依次连接有用于保护胶筒（10）的第一保护伞（7）、第二保护伞（8）和保护套（9）。
9.根据权利要求1所述的陶瓷卡瓦复合桥塞，其特征在于：下隔环（11）的外表面固定套接有用于清除油污的刮壁胶圈（12）。
10.根据权利要求1所述的陶瓷卡瓦复合桥塞，其特征在于：分瓣式基座（4）的顶端设有陶瓷卡瓦片（41），陶瓷卡瓦片（41）的顶端有多个沿定位锥体（6）周向设置的锯齿形的突起条。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20131225 |