CN103742102A - 预置式堵塞器及其投放、打捞工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及预置式堵塞器及其投放、打捞工具，其中，预置式堵塞器，包括依次螺纹连接的锁定心轴、锁块座、连接体和阀帽，所述锁定心轴包括上接头、中心轴和套筒，所述上接头上部为内打捞颈，下部外径收缩，并有一圈外凸棱；所述中心轴与上接头下部螺纹连接，连接部位套有一C型锁紧圈，位于中心轴端部与上接头凸棱之间，中心轴外表紧贴锁块座内壁；所述套筒与锁块座螺纹连接，套筒顶端内侧卡接有一挡圈；所述中心轴下部外径收缩处设有45°倒角；锁块座中部沿径向均匀设有至少三个锁块；所述锁块上方的锁块座内壁开有一圈C型锁紧圈凹槽，锁块上方的锁块座外壁上设有不可通过台阶。本发明减小了对地层的伤害，降低了劳动强度。

Description

预置式堵塞器及其投放、打捞工具

技术领域

本发明涉及油气田井下作业工具领域，特别涉及一种预置式堵塞器及其投放、打捞工具。

背景技术

在长庆苏里格南项目完井钢丝作业领域，封堵工具由斯伦贝谢公司提供。该工具由3-1/2 CBNS-R锁定工具和3-1/2 HP-A堵塞装置两大部分组成，现场使用中发现该工具存在四方面缺点：1）、斯伦贝谢封堵工具的打捞颈外径设计为1.675〞，与完井管柱间隙较大为0.6235〞，无论是在带压封堵或试压作业中均易造成井筒杂质堆积导致堵塞器工具被卡无法解锁。2）、斯伦贝谢封堵工具采用PRS打捞工具进行打捞， PRS打捞工具外径为1.675〞，与完井管柱间隙较大，不易进入打捞颈，多次上下活动使打捞工具的打捞狗变形甚至脱落，不利于堵塞器打捞工作顺利进行。3）、斯伦贝谢堵塞器下部设计有6个平衡孔，且孔径较大，在带压封堵作业捞取时平衡杆打开平衡孔瞬间产生的强大气流，极易造成平衡杆上顶，损坏钢丝工具串。4）、斯伦贝谢堵塞器结构复杂，现场不易保养。

发明内容

为了解决上述现有技术中封堵工具的打捞颈外径与完井管柱间隙过大，井筒间隙极易堆积杂质导致封堵工具无法解锁；打捞工具不易进入打捞颈，多次上下活动对打捞工具打捞狗及封堵工具造成损坏；平衡孔孔径较大，在带压封堵作业中造成钢丝工具串上顶，损坏钢丝；堵塞器结构复杂，不易保养等技术问题，本发明提供一种预置式堵塞器及其投放、打捞工具，预置式堵塞器通过钢丝作业方式下入2.922"完井管柱坐落短节内，对完钻井通过固井泵车实现水平井裸眼封隔器完井直井段井筒试压，额定压力为60Mpa；对特作井（已投产井）带压作业时进行井筒压力封堵，堵塞器以上天然气可泄压后进行其他特殊作业。

本发明通过如下技术方案实现：

一种预置式堵塞器，包括依次螺纹连接的锁定心轴、锁块座、连接体和阀帽，锁定心轴包括上接头、中心轴和套筒，上接头上部为内打捞颈，下部外径收缩，并有一圈外凸棱；中心轴与上接头下部螺纹连接，连接部位套有一C型锁紧圈，位于中心轴端部与上接头凸棱之间，中心轴外表紧贴锁块座内壁；套筒与锁块座螺纹连接，套筒顶端内侧卡接有一挡圈；中心轴下部外径收缩处设有45°倒角；锁块座上端内径较大，并于C型锁紧圈贴合，锁块座上端的内径收缩处设有45°倒角，锁块座中部沿径向均匀设有至少三个锁块，锁块内侧设有与中心轴上倒角相对应的45°倒角；锁块上方的锁块座内壁开有一圈C型锁紧圈凹槽，锁块上方的锁块座外壁上设有不可通过台阶。

进一步的，内打捞颈的外径为69.34mm，内径为58.75mm，锁块伸出后的外径为74.2mm。

进一步的，连接体下部沿径向设有平衡孔，平衡孔处的连接体内侧还开有环形凹槽，凹槽内安装有阀套，阀套紧贴连接体内壁，并在凹槽内沿轴向移动。

进一步的，平衡孔沿径向均匀设有四个，内径为1.50-1.80mm。

进一步的，阀套一端与连接体接触面上还装有两个O型圈，平衡孔位于两O型圈之间，阀套另一端为卡瓦式开口；阀帽与连接体的螺纹连接处也装有O型圈。

进一步的，锁块座下端沿径向均匀开有四个销钉孔，内径为6.35mm。

进一步的，连接体与锁块座的连接处还装有密封组件，密封组件由多个橡胶密封圈组成。

一种用于投放上述堵塞器的投放工具，包括上提工具和投放平衡杆，投放平衡杆包括主杆一和盲锤一，盲锤一与主杆一底端的内螺纹连接；主杆一顶端设有连接丝扣，主杆一中部周向均匀设有四个轴向延伸的销钉槽；盲锤一中部沿径向开有通孔一，通孔一外套有限位圈，所述限位圈沿径向对称开有两通孔二，并与通孔一相连通；盲锤一的外径小于阀套的内径，并小于限位圈的外径。

一种用于打捞上述堵塞器的打捞工具，包括上提工具和打捞平衡杆，打捞平衡杆包括主杆二和盲锤二，盲锤二与主杆二底端的内螺纹连接；主杆二顶端设有连接丝扣，主杆二中部周向均匀设有四个轴向延伸的销钉槽；盲锤二的外径大于阀套的内径。

本发明提供一种预置式堵塞器及其投放、打捞工具，应用该工具技术后，能可靠完成苏里格南项目所有完钻水平井及直井管柱试压任务，另外给生产井带压封堵特作如：带压更换压裂井口、采气井口、上下主阀等提供了条件，相比普通的压井作业方法，减小了对地层的伤害，降低了劳动强度。

附图说明

图1为本发明中堵塞器的结构示意图；

图2为图1的局部放大图； 

图3为本发明中投放平衡杆的结构示意图；

图4为本发明中打捞平衡杆的结构示意图。

其中，1：内打捞颈；2：上接头；3：套筒；4：锁块座；5：C型锁紧圈；6：锁块；7：销钉孔；8：连接体；9：密封组件；10：O型圈；11：平衡孔；12；13：阀套；14：阀帽；15：中心轴；16：C型锁紧圈凹槽；17：不可通过台阶；18：挡圈；19：主杆一；20：销钉槽；21：盲锤一；22：盲锤二；23：限位圈；24：主杆二。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明提供一种预置式堵塞器，如图1、图2所示，包括依次螺纹连接的锁定心轴、锁块座4、连接体8和阀帽14。其中，锁定心轴是堵塞器座封与解锁的关键部位，可发生轴向位移，阀帽14一端为锥形，用于封闭堵塞器内腔。

锁定心轴包括上接头2、中心轴15和套筒3，上接头2上部为内打捞颈1，下部外径收缩，并有一圈外凸棱。内打捞颈1的外径为69.34mm，内径为58.75mm，是2.75"GS上提工具打捞狗的抓取部位，同时也是堵塞器座封与解封过程中的主要受力部位。该尺寸的外径极大地缩小了与2.922"完井管柱的间隙，避免了杂志堆积导致的堵塞器无法解锁。

中心轴15与上接头2下部螺纹连接，连接部位套有一C型锁紧圈5，位于中心轴15端部与上接头2凸棱之间，中心轴15外表紧贴锁块座4内壁。C型锁紧圈5设计有开口，具有一定的可压缩性，用于锁定上接头2及中心轴15的位置，从而控制锁块6的工作状态。当C型锁紧圈5受到向下震击的作用力时，C型锁紧圈5通过挤压变形随上接头2一起下移。

套筒3与锁块座4通过螺纹连接，同时也是上接头2与锁块座4的连接部位，套筒3顶端内侧卡接有一挡圈18，在套筒3与锁块座4进行螺纹连接后，挡圈18位置固定，紧贴套筒3内侧顶端，上接头2下移时挡圈18位置不变，其作用之一是在上接头2下移过程中对锁块座4上端面进行缓冲保护，避免下击过程中对锁块座4端面造成损坏；其作用之二是对上接头2轴向上移时进行限定，当上接头2下部的凸棱接触挡圈18时，上接头2停止上移，确保C型锁紧圈5上移时进入锁块座4端面的45°倒角位置。

中心轴15下部外径收缩处设有45°倒角；锁块座4上端内径较大，并于C型锁紧圈5贴合，锁块座4上端的内径收缩处设有45°倒角，锁块座4中部沿径向均匀设有至少三个锁块6，锁块6内侧设有与中心轴2上倒角相对应的45°倒角。锁块6上方的锁块座4内壁开有一圈C型锁紧圈凹槽16，锁块6上方的锁块座4外壁上设有不可通过台阶1 7，该不可通过台阶17是堵塞器座封时下击的主要受力点，下入后与井内坐落短节的不可通过台阶相接触。

锁块座4上端内径收缩处的45°倒角，便于C型锁紧圈5进入锁块座4内壁的C型锁紧圈凹槽16。锁块6与中心轴15上的45°倒角，使得中心轴15下移时由其外径较大部分推动锁块6沿径向伸出锁块座4，锁定上接头2和中心轴15。锁块6伸出时的外径为74.2mm。上述锁块6与井内坐落短节的凹槽相对应，锁块6伸出后卡在坐落短节的凹槽内，同时，当C型锁紧5受到向下震击的作用力时，C型锁紧圈5通过挤压变形随上接头2一起下移。当上接头2内打捞颈1一端下移至套筒3端部，上接头2停止下移，C型锁紧圈5进入C型锁紧圈凹槽16内，C型锁紧圈5释放至初始状态，此时全部锁块6同时张开，处于锁定状态；相反，当C型锁紧圈5在受到向上震击的作用力时，C型锁紧圈5被挤压变形随上接头2上移退出C型锁紧圈凹槽16，恢复至起始状态，全部锁块6同时收回，处于解锁状态。

在此基础上，连接体8下部沿径向设有平衡孔11，在堵塞器下入时提供流体流通通道，保证堵塞器可匀速下入。平衡孔11处的连接体8内侧还开有环形凹槽，凹槽内安装有阀套13，该凹槽用于限定阀套13的位置。阀套23紧贴连接体8内壁，并在凹槽内沿轴向移动，控制平衡孔11的打开与关闭。

该平衡孔11的内径为1.50-1.80mm，优选为1.80mm，打捞时如果堵塞器上下压力不平衡，该尺寸孔径可保证在平衡孔11打开的瞬间不会造成堵塞器打捞工具串被强大气流反冲上窜形成事故；且堵塞器上下压力经过一段时间后可以达到平衡。该平衡孔11优选为四个，沿径向均匀分布，在堵塞器下入过程中提供导流通道，在捞取过程中通过开启平衡孔11实现堵塞器上下压力平衡。

优选的，阀套13一端与连接体8接触面上还装有两个O型圈10，平衡孔11位于两O型圈10之间，阀套13另一端为卡瓦式开口，外径较大，但具有一定的可压缩性。当投放工具自上而下安装于堵塞器内部时，投放工具的平衡杆盲锤一21受力通过阀套13内侧，带动阀套13下移，使平衡孔11处于开启状态；当打捞工具自上而下安装于堵塞器内部时，打捞工具的平衡杆盲锤二22推动阀套13下移，使平衡孔11处于开启状态。优选的，阀帽14与连接体8的螺纹连接处也装有O型圈10。O型圈10用于对平衡孔11和丝扣进行密封。

另外，锁块座4下端沿径向均匀开有四个销钉孔7，内径为6.35mm，分别与投放工具平衡杆上的销钉槽20相对应，可安装直径为6.35mm的铜销钉对投放工具和堵塞器进行连接，该铜销钉用于堵塞器座封完成后上提剪切，验证堵塞器座封是否可靠。

同时，连接体8与锁块座4的连接处还装有密封组件9，密封组件9由多个橡胶密封圈组成。该密封组件9与井内坐落短节的密封筒相对应，对环空起双向密封作用。

本发明还提供一种用于投放上述堵塞器的投放工具，包括上提工具和投放平衡杆，如图3所示，投放平衡杆包括主杆一19和盲锤一21，盲锤一21与主杆一19底端的内螺纹连接；主杆一19顶端设有连接丝扣，如5/8-11UN连接丝扣，该丝扣与2.75"GS上提工具下端螺纹连接。主杆一19中部周向均匀设有四个轴向延伸的销钉槽20，与本发明中堵塞器上锁块座4的销钉孔7相对应，用于验证堵塞器座封是否可靠。销钉槽20深度优选为8mm，考虑到6.35mm铜销钉的强度，8mm的深度可足以验证堵塞器座封的可靠性，理论上提拉力可达1吨左右。

盲锤一21中部沿径向开有通孔一，通孔一外套有限位圈23，限位圈23沿径向对称开有两通孔二，并与通孔一相连通，用于安装3.97mm铜销钉固定限位圈23与盲锤一21。盲锤一21下端设计为锥形，其外径小于堵塞器上阀套13的内径，并小于限位圈23的外径，保证盲锤一21可紧贴阀套13内壁通过阀套13，通过阀套13卡瓦式开口时需要向外挤压通过，而限位圈23则用于限制阀套13的上移。

当堵塞器进行投放时，投放工具自上而下安装固定于堵塞器内，盲锤一21从阀套13内穿过，阀套13受到限位圈23向下的作用力，并下移至阀套13凹槽的另一端，使堵塞器的平衡孔11处于开启状态。堵塞器到达预定位置后，通过震击器向下震击，投放工具的平衡杆下移，固定限位圈23的销钉被剪断，当堵塞器座封完成后，上提投放工具，平衡杆上移，盲锤一21受到阀套13下端卡瓦式开口的阻挡，拉动阀套13上移至阀套13凹槽端部，关闭平衡孔11。

本发明还提供一种用于打捞上述堵塞器的打捞工具，包括上提工具和打捞平衡杆，如图4所示，打捞平衡杆包括主杆二24和盲锤二22，盲锤二22与主杆二24底端的内螺纹连接；主杆二24顶端设有连接丝扣，如5/8-11UN连接丝扣，该丝扣与2.75"GS上提工具下端螺纹连接。主杆二24中部周向均匀设有四个轴向延伸的销钉槽20，与本发明中堵塞器上锁块座4的销钉孔7相对应，用于验证堵塞器座封是否可靠。销钉槽20深度优选为8mm，考虑到6.35mm铜销钉的强度，8mm的深度可足以验证堵塞器座封的可靠性，理论上提拉力可达1吨左右。

盲锤二22的外径大于阀套13的内径，不可通过堵塞器的阀套13。当打捞工具进入堵塞器后，盲锤二22推动阀套13下移至阀套13凹槽的另一端，从而开启平衡孔11，使得堵塞器上下压力平衡，便于打捞。

本发明中的打捞工具和投放工具采用一体化设计，分别由2.75"GS上提工具连接两个不同的平衡杆来实现不同功能。

在实际应用中，本发明中的堵塞器及其投放、打捞工具分别按照如下步骤进行：

第一步：检查投放平衡杆，确保各丝扣连接紧固，在投放平衡杆的限位圈23的通孔二内插入3.97mm铜销钉，两端用锉刀打磨光滑，准备完成后，将投放平衡杆顶端5/8-11UN丝扣与2.75"GS上提工具下端进行螺纹连接紧固，投放工具准备完成。

第二步：将第一步准备好的投放工具由上至下安装于如图1所示的堵塞器内，使2.75"GS上提工具打捞狗进入并锁定于堵塞器的内打捞颈1中。在堵塞器上相互垂直的两个销钉孔7中安装预先准备好的6.35mm铜销钉2根，并与与投放平衡杆上的销钉槽20进行连接固定，另外两个销钉孔7可不插入铜销钉。此时堵塞器四只锁块6处于初始收回状态，平衡孔11处于打开状态，检查堵塞器密封组件完好，表面清洁。

第三步：将第二步连接好的工具通过钢丝作业下入井内，速度80米/分钟，在坐落短节上部10米位置观察上提张力、下放张力、静止张力，并做好记录。

第四步：工具下放至坐落短节后，堵塞器的不可通过台阶17与井内坐落短节的不可通过台阶相接触，工具停止下行，钢丝张力下降，待链式震击器完全闭合，开始上提并向下震击，震击次数控制在5次以内即可。震击器下击过程中，堵塞器的上接头2的C型锁紧圈5受到向下的作用力，并沿轴向向下发生位移，投放平衡杆上固定限位圈23的销钉被切断，堵塞器上中心轴15的45°倒角面与锁块6的45°倒角面相接触。当上接头2内打捞颈1一端下移与套筒3端部接触后，上接头2停止下移，C型锁紧圈5进入C型锁紧圈凹槽16，C型锁紧圈5释放至初始状态，中心轴15大直径端外侧与三只锁块6内侧接触，三只锁块6张开锚定于坐落短节凹槽内，上接头2被锁定；同时堵塞器的密封组件9处于坐落短节密封筒内。下击过程中2.75"GS上提工具销钉被切断，2.75"GS上提工具打捞狗上移脱手。

第五步：完成向下震击过程后，投放工具与堵塞器仅靠二个铜销钉连接，上提验证堵塞器座封效果。上提张力迅速增加超过原始上提张力，证明堵塞器座封牢靠，采用链式震击器或弹簧震击器向上震击，震击过程中切断堵塞器上销钉孔7内安装的6.35mm铜销钉。此验证销钉切断后，投放工具盲锤一19通过阀套13的卡瓦式开口带动阀套13上移关闭堵塞器平衡孔11，上提张力下降，投放工具脱手成功，堵塞器座封完成，上起工具串。

第五步：起出工具串后，将打捞平衡杆顶端5/8-11UN丝扣与另一准备好的2.75"GS上提工具下端进行螺纹连接紧固，确保各丝扣连接紧固，打捞工具准备完成。

第六步：将第五步连接好的工具通过钢丝作业下入井内，速度80米/分钟，在井内堵塞器上部10米位置观察上提张力、下放张力、静止张力，并做好记录。

第六步：继续匀速下放打捞工具至堵塞器位置，张力下降，待链式震击器闭合，试上提工具串，当上提张力发生明显变化后，证明打捞工具打捞狗成功进入堵塞器的内打捞颈1内，2.75"GS上提工具完成对堵塞器内打捞颈1的锁定。打捞平衡杆的盲锤二22推动阀套13下移打开平衡孔11，捞取成功，此时可停止作业等待井筒上下压力平衡。

第七步：待井筒压力平衡后，可采用链式震击器或弹簧震击器向上震击；若地层未打开，井筒内无气体压力存在，在捞取成功后可直接向上震击。震击过程中，堵塞器的上接头2受到向上的作用力，C型锁紧圈5沿轴向向上发生位移，中心轴15的小直径端进入锁块6内侧位置，堵塞器的三只锁块6全部收回，完成解锁，起出工具串，施工结束。

本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (9)

1.一种预置式堵塞器，其特征在于，包括依次螺纹连接的锁定心轴、锁块座、连接体和阀帽，所述锁定心轴包括上接头、中心轴和套筒，所述上接头上部为内打捞颈，下部外径收缩，并有一圈外凸棱；所述中心轴与上接头下部螺纹连接，连接部位套有一C型锁紧圈，位于中心轴端部与上接头凸棱之间，中心轴外表紧贴锁块座内壁；所述套筒与锁块座螺纹连接，套筒顶端内侧卡接有一挡圈；所述中心轴下部外径收缩处设有45°倒角；所述锁块座上端内径较大，并于C型锁紧圈贴合，锁块座上端的内径收缩处设有45°倒角，锁块座中部沿径向均匀设有至少三个锁块，所述锁块内侧设有与中心轴上倒角相对应的45°倒角；所述锁块上方的锁块座内壁开有一圈C型锁紧圈凹槽，锁块上方的锁块座外壁上设有不可通过台阶。

2.根据权利要求1所述的预置式堵塞器，其特征在于，所述内打捞颈的外径为69.34mm，内径为58.75mm，所述锁块伸出后的外径为74.2mm。

3.根据权利要求2所述的预置式堵塞器，其特征在于，所述连接体下部沿径向设有平衡孔，平衡孔处的连接体内侧还开有环形凹槽，凹槽内安装有阀套，所述阀套紧贴连接体内壁，并在凹槽内沿轴向移动。

4.根据权利要求3所述的预置式堵塞器，其特征在于，所述平衡孔沿径向均匀设有四个，内径为1.50-1.80mm。

5.根据权利要求4所述的预置式堵塞器，其特征在于，所述阀套一端与连接体接触面上还装有两个O型圈，所述平衡孔位于两O型圈之间，阀套另一端为卡瓦式开口；所述阀帽与连接体的螺纹连接处也装有O型圈。

6.根据权利要求5所述的预置式堵塞器，其特征在于，所述锁块座下端沿径向均匀开有四个销钉孔，内径为6.35mm。

7.根据权利要求6所述的预置式堵塞器，其特征在于，所述连接体与锁块座的连接处还装有密封组件，所述密封组件由多个橡胶密封圈组成。

8.用于投放权利要求6或7所述堵塞器的投放工具，其特征在于，包括上提工具和投放平衡杆，所述投放平衡杆包括主杆一和盲锤一，盲锤一与主杆一底端的内螺纹连接；所述主杆一顶端设有连接丝扣，主杆一中部周向均匀设有四个轴向延伸的销钉槽；所述盲锤一中部沿径向开有通孔一，通孔一外套有限位圈，所述限位圈沿径向对称开有两通孔二，并与通孔一相连通；所述盲锤一的外径小于阀套的内径，并小于限位圈的外径。

9.用于打捞权利要求6或7所述堵塞器的打捞工具，其特征在于，包括上提工具和打捞平衡杆，所述打捞平衡杆包括主杆二和盲锤二，盲锤二与主杆二底端的内螺纹连接；所述主杆二顶端设有连接丝扣，主杆二中部周向均匀设有四个轴向延伸的销钉槽；所述盲锤二的外径大于阀套的内径。

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