CN103573211B - 一种复合桥塞及其中心管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合桥塞及其中心管，复合桥塞包括轴线沿上下方向延伸的、由复合材料制成的中心管，中心管上套装有上下设置的坐封压环和封堵组件，坐封压环与中心管通过坐封销钉连接，中心管的管体上于所述坐封压环的上方沿径向开设有安装孔，安装孔中同轴线固设有由金属材料制成的销套，销套具有供实现复合桥塞丢手的剪切销钉穿装的内孔。本发明提供一种能够既能保证剪切销钉可靠连接又能保证对剪切销钉可靠剪断的中心管。

Description

一种复合桥塞及其中心管

技术领域

本发明涉及一种油田井下封堵工具，尤其涉及一种复合桥塞及其中心管。

背景技术

在油气井测试过程中，为了正确评价认识目的层，当遇有多层地层时，各油气水层的层间存在着差异需要进行分层测试，分层进行增产措施，生产进行多层完井，暂时封层等，都需要使用桥堵分层工具。桥塞是国内外广泛采用的一种油气井层分隔装置，现有的复合桥塞如中国专利CN103046896A公开的“一种复合桥塞”，该桥塞包括轴线沿上下方向延伸的中心管，中心管上由上至下顺序套装有坐封压环、封堵组件和止动环，封堵组件包括上卡瓦、上锥体、胶筒、下锥体和下卡瓦，其中坐封压环通过坐封销钉与中心管相连，中心管上于坐封压环的上方设置有限制坐封压环朝上移动的限位台阶，胶筒的上下两端分别设置有上、下护圈，为了方便使用后桥塞的顺利钻除，现有的这种复合桥塞除了上、下卡瓦和其它少数部件由金属材料制成，胶筒由橡胶材料制成外，中心管、坐封压环、上锥体、下锥体和止动环等其它部件均采用复合材料制成。用这种独特的材料设计加工的桥塞容易钻铣，磨掉得碎屑轻小，可较容易冲出，能防止卡钻，特别适用于斜井、水平井的分层压裂酸化、封堵水等工艺作业。在使用时，将复合桥塞和坐封工具输送至相应位置后，坐封工具的外套向坐封压环施压，坐封压环剪断坐封销钉并带动上卡瓦和上锥体下移，上锥体挤压上护圈、胶筒和下护圈，胶筒受力后下行推动下锥体和下卡瓦，达到一定力值后，上、下卡瓦的卡环破裂，卡环沿着对应锥体滑动直到咬住套管，同时胶筒变形，护圈张开，直到密封住套管。随后坐封工具继续产生推力，坐封工具将复合桥塞从剪切销钉处丢手，随后取出坐封工具，从井口投压裂球，待压裂球进入水平段时，通过小排量泵将压裂球输送至中心管上端的球座上，待起压后，进行相关压裂作业。

现有的这种复合桥塞存在的问题在于：中心管由复合材料制成，而坐封工具通过剪切销钉与中心管连接，这也就意味着剪切销钉的一端插装在中心管这个复合材料中，由于复合材料的特性，导致剪切销钉与中心管的连接并不可靠，剪切销钉在中心管中的一端容易发生晃动，在桥塞的投放过程中剪切销钉容易由中心管上脱出而不能实现桥塞的顺利投送，同时在丢手过程中剪切销钉也容易由中心管上脱出而不能实现桥塞的顺利丢手，即使剪切销钉不由中心管上脱出，复合材料制成的中心管也不易剪断剪切销钉，经常会出现由于剪切销钉未被剪断而丢手失败的情况；另外，由于中心管上设置有限位台阶，现有桥塞的坐封压环、上卡瓦、上锥体、胶筒、下锥体、下卡瓦和止动环只能由下至上的套装于中心管上，各部件的装配方式单一，装配不便，装配效率低；中心管的外部轮廓为圆柱形，坐封压环、上卡瓦、上锥体、胶筒、下锥体、下卡瓦和止动环等各组件均套装于中心管圆柱形的外周面上，桥塞使用后钻磨时，各组件会相对中心管转动而较难钻除，尤其是对于胶筒这个柔性材料来说，胶筒相对中心管转动而导致胶筒很难钻除；压裂球在丢手结束后才能送至中心管上端的球座上，增加了施工时间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够既能保证剪切销钉可靠连接又能保证对剪切销钉可靠剪断的中心管；本发明的目的还在于提供一种使用该中心管的复合桥塞。

为了解决上述问题，本发明中中心管的技术方案为：

一种复合桥塞的中心管，包括由复合材料制成的管体管体的一端沿径向开设有安装孔，所述安装孔中同轴线固设有由金属材料制成的销套，销套具有供实现复合桥塞丢手的剪切销钉穿装的内孔。

所述的销套为膨胀销套。

本发明中复合桥塞的技术方案为：

一种复合桥塞，包括轴线沿上下方向延伸的、由复合材料制成的中心管，中心管上套装有上下设置的坐封压环和封堵组件，坐封压环与中心管通过坐封销钉连接，中心管的管体上于所述坐封压环的上方沿径向开设有安装孔，安装孔中同轴线固设有由金属材料制成的销套，销套具有供实现复合桥塞丢手的剪切销钉穿装的内孔。

所述的销套为膨胀销套。

中心管上还套装有由金属材料制成的连接套，连接套通过所述剪切销钉限位于所述中心管上，连接套的上端部延伸至中心管上端部的上方，连接套的上端部上设置有用于投送器的拉杆传动连接的拉杆连接结构。

所述中心管与连接套之间夹设有上接套，所述上接套通过所述销套限位于所述中心管上，所述上接套上设置有与所述坐封压环挡止配合而限制坐封压环朝上移动的坐封压环挡止结构，

所述上接套由复合材料制成。

所述中心管上于封堵组件的下方套装有止动环，止动环上绕周向均匀布置有至少两个贯穿止动环上下端面的过流通道。

所述中心管的上端部设置有球座，球座上设置有压裂球，连接套的上端设置上小下大的收口结构，所述收口结构用于与压裂球限位配合而阻止压裂球由球座中脱出。

所述封堵组件包括上下顺序设置的上卡瓦、上锥体、上护圈、下护圈、下锥体和下卡瓦，所述中心管的外周面上设置有止转外方结构，所述上卡瓦、上锥体、上护圈、下护圈、下锥体和下卡瓦止转吻合套装于所述止转外方结构上。

本发明的有益效果为：剪切销钉穿装在中心管上的销套中，虽然中心管由复合材料制成，但是销套是由金属材料制成的，金属材料的剪切销在销套中连接牢靠不会晃动，保证复合桥塞的顺利投送，同时在丢手时，销套、剪切销钉实现金属剪切金属，保证剪切销钉的可靠剪断，从而保证丢失的可靠性。

附图说明

图1是本发明中复合桥塞的实施例1的结构示意图，同时也是分发明中中心管的一个实施例的使用状态图；

图2是图1中上节套的结构示意图；

图3是图1中下节套的结构示意图；

图4是图1中中心管的结构示意图；

图5是图1中止动环的结构示意图；

图6是图1中上接套与相邻复合桥塞的下接套的配合示意图；

图7是本发明中复合桥塞的实施例2中中心管的结构示意图；

图8是图7的立体图。

具体实施方式

一种复合桥塞的实施例1如图1~6所示：包括轴线沿上下方向延伸的中心管3，中心管的管体外周面上设置有止转外方结构，止转外方结构为与长度方向与中心管延伸方形一致的方形凸键3-1，在该止转外方结构上由上至下顺序止转套装有坐封压环6、封堵组件和止动环19，封堵组件包括上下顺序设置的上卡瓦8、上锥体10、上护圈11、胶筒、下护圈、下锥体17和下卡瓦18，坐封压环、止动环、上卡瓦、上锥体、上护圈、胶筒、下护圈、下锥体和下卡瓦分别通过各自的止转内方孔吻合止转套装于中心管的止转外方结构上，其中胶筒包括上下分体设置的上胶筒12和下胶筒13，下护圈包括分体设置的软护碗14、硬护碗15和护环16，软护碗与下胶筒接触配合，且软护碗包设于下胶筒的外围，硬护碗包设于软护碗外围，护环包设于硬护碗外围。在下锥体上设置有四个凹口朝上的止转凹槽，止转凹槽的形状为楔形，在护环上设置有镶嵌于对应止转凹槽中的镶嵌结构。坐封压环通过坐封销钉7轴向限位于中心管上，止动环固定套装于中心管上，止动环上绕周向均匀布置有六个贯穿止动环上下端面的过流通道19-1，过流通道为延伸至止动环外周面上的通槽结构。中心管的上下分别设置有上接套2和下接套22，上接套上设置有与坐封压环挡止配合而限制坐封压环朝上移动的坐封压环挡止结构，下接套上设置有泵送碗21，上接套的上端和下接套的下端均绕周向间隔设置有四个端面槽24，相邻两个端面槽之间形成一个凸起25，上接套上的凸起用于与相邻复合桥塞的下接套上的端面槽止转插装。中心管的管体上于坐封压环的上方设置有沿径向延伸的安装孔，安装孔有六个，六个安装孔绕周向均布，各安装孔中均同轴线固设有由金属材料制成的膨胀销套4，上接套通过膨胀销套轴向限位于中心管上，在上接套的外围套装有连接套1，连接套的上端部延伸至中心管上端部与上接套上端部的上方，连接套的上端部上设置有用于投送器的拉杆传动连接的拉杆连接结构，拉杆连接结构为设置于连接套内孔壁上的内螺纹，连接套通过穿装于对应膨胀销套中的剪切销钉5轴向限位于上接套上，剪切销钉剪断所需的剪切力大于坐封销钉剪断所需的剪切力。中心管的上端部设置有球座，球座上设置有压裂球23，连接套的上端设置上小下大的收口结构，拉杆连接结构由设置于收口结构的小孔段内孔壁上的内螺纹构成，收口结构用于与压裂球限位配合而阻止压裂球由球座中脱出。本实施例中，连接套、膨胀销套由金属材料制成，胶筒由橡胶材料制成，中心管、上接套、坐封压环、上卡瓦、上锥体、下卡瓦、下锥体和止动环均由树脂和纤维复合而成的复合材料制成，图中件9表示上卡瓦的瓦片。

在现场施工时，将该复合桥塞装配好后与投送器通过油管依次串接在管柱中投送到油井中，连接套与投送器的拉杆螺纹连接，坐封压环与投送器的推筒配合，推筒套装于连接套外围，在管柱投送到位后打液压坐封，对投送器打内压，在投送器液缸的推力作用下，投送器的推筒下行，当投送器打压一定压力后，坐封销钉被坐封压环剪断，上、下卡瓦相对运动，上、下锥体挤压上胶筒，迫使上胶筒外径变大，封堵油套环空。上、下卡瓦在运动中被液体涨破成六片，并咬入套管内壁防止压缩后上胶筒失效，此时上胶筒被充分压缩，再对投送器打更大压力时，投送器的拉杆通过连接套拉断剪切销钉，从而实现了复合桥塞与投送器之间的丢手。在丢手结束后连接套被投送器带走，这也就意味着留在井下的复合桥塞的大部分部件均由复合材料制成，从而保证后期施工时的易于钻除，膨胀销套由金属材料制成，所以能够保留剪切销钉在膨胀销套中固定牢靠也能够保证剪切销钉被可靠剪断，上接套的作用是为坐封压环提供挡止，而止动环为膨胀组件下端提供挡止，这也就意味着坐封压环、止动环和膨胀组件中的各部件可以分别由中心管两端套装在中心管上，中心管为一个光轴结构，既降低了中心管的制作难度，也方便了各部件的装配，而由于上接套和中心管均由复合材料制成，两个复合材料件之间通过胶粘形式固定连接，但是胶粘连接在高温时易脱，因此膨胀销套除了能够保证剪切销钉的固定牢靠和可靠剪断，还能保证上接套不会由中心管上脱出，还最大程度上减少了金属的用量，保证可钻；连接套上收口结构的设置，保证压裂球可随复合桥塞一起送入井下，不需要另外施工，节省了工作效率。 凸起25分别设置于复合桥塞的上接套与下接套上，作用为，当井下有多个复合桥塞同时工作时，钻塞时，当上级复合桥塞26的下卡瓦被钻掉后，剩余部分变为活动件，无法固定易随钻头转动，难于钻除。此时下级复合桥塞应为已丢手，固连接套1已起出，露出了上接套2上端的凸起和凹槽。用钻具将上级复合桥塞的下接套推送至上接套2上时，两个复合桥塞的凸起、凹槽互相咬合，处于下级的复合桥塞就能为上级复合桥塞的剩余部分提供锚定力，防止其随钻头转动，提高了其钻磨速度。

在本发明的其它实施例中：中心管的外部截面形状还可以是三角形、四变形、五边形或其它可以起到止转作用的形状；下护圈还可以是一个整体结构的护圈；下锥体上的止转凹槽和下护圈上的镶嵌结构也可以不设；过流通道还可以是通孔结构；膨胀销套也可以被普通的销套代替；上、下胶筒也可以是一体设置的整体结构；上接套还可以不设，此时需在中心管上设置用于阻止坐封压环朝上移动的限位台阶或其它限位结构；剪切销钉、连接套和压裂球还可以不作为本复合桥塞的一部分，比如说作为外构件，只有在往井下投送时，才将剪切销钉、连接套和压裂球装配于复合桥塞上；上、下接套上端面槽的个数还可以是两个、三个或其它个数。

一种复合桥塞的实施例2如图7~8所示：实施例2与实施例1不同的是，中心管3上的止转外方结构为弧形凸键3-1。

中心管的实施例如图1~8所示：中心管的结构与上述各复合桥塞实施例中所述的中心管相同，在此不再详述。

Claims (6)

1.一种复合桥塞，包括轴线沿上下方向延伸的、由复合材料制成的中心管，中心管上套装有上下设置的坐封压环和封堵组件，坐封压环与中心管通过坐封销钉连接，其特征在于：中心管的管体上于所述坐封压环的上方沿径向开设有安装孔，安装孔中同轴线固设有由金属材料制成的销套，销套具有供实现复合桥塞丢手的剪切销钉穿装的内孔，中心管上还套装有由金属材料制成的连接套，连接套通过所述剪切销钉限位于所述中心管上，连接套的上端部延伸至中心管上端部的上方，连接套的上端部上设置有用于投送器的拉杆传动连接的拉杆连接结构，所述中心管与连接套之间夹设有上接套，所述上接套通过所述销套限位于所述中心管上，所述上接套上设置有与所述坐封压环挡止配合而限制坐封压环朝上移动的坐封压环挡止结构。

2.根据权利要求1所述的复合桥塞，其特征在于：所述的销套为膨胀销套。

3.根据权利要求1所述的复合桥塞，其特征在于：所述上接套由复合材料制成。

4.根据权利要求1所述的复合桥塞，其特征在于：所述中心管上于封堵组件的下方固定套装有止动环，止动环上绕周向均匀布置有至少两个贯穿止动环上下端面的过流通道。

5.根据权利要求1所述的复合桥塞，其特征在于：所述中心管的上端部设置有球座，球座上设置有压裂球，连接套的上端设置上小下大的收口结构，所述收口结构用于与压裂球限位配合而阻止压裂球由球座中脱出。

6.根据权利要求1~5任意一项所述的复合桥塞，其特征在于：所述封堵组件包括上下顺序设置的上卡瓦、上锥体、上护圈、下护圈、下锥体和下卡瓦，所述中心管的外周面上设置有止转外方结构，所述上卡瓦、上锥体、上护圈、下护圈、下锥体和下卡瓦止转吻合套装于所述止转外方结构上。