CN105275427B - 一种复合桥塞 - Google Patents

Abstract

一种复合桥塞，其包括：内置大通径中心孔的接头组件；与所述接头组件中的所述大通径中心孔相连通的中心管单元；其中，所述中心管单元中的内部中心孔的内径和外径位置分别套设用以增加其强度的内金属管组件和外金属管组件。所述复合桥塞具有在下放过程中减少遇卡问题的优点以及在放喷过程中减少遇阻问题的优点以及压裂后可直接放喷缩短了放喷时间的优点。

Description

一种复合桥塞

技术领域

本发明涉及油气开发技术领域，尤其涉及一种复合桥塞。

背景技术

目前在油气开发过程中，经常采用桥塞在油气开发现场进行施工。现有技术中的桥塞主要由上接头、中心管、上下卡瓦、密封部分以及下接头组成。具有这种结构的桥塞在水平井套管内应用时，由于井筒处于水平状态，则需要通过泵送方式将桥塞送到井底。在泵送桥塞的过程中，泵送液流会从桥塞的中心管中喷出，使其冲不到套管下部的沉砂。因此，桥塞会受到沉砂的阻碍容易导致该桥塞在下放的过程中发生遇卡事故。此外，在桥塞坐封和压裂施工以后进行放喷的过程中，井下地层返吐砂或桥塞下部的密封球受地层产生的流体的推动。由于接头中心孔的孔径以及中心管的孔径设计的较小。因此，容易堵塞桥塞的中心孔通道，进而影响了测试数据的准确性。

现有技术中的桥塞由于只有在桥塞的内部设置了一个中心通孔并且孔径设计的较小，因此，当桥塞在放喷过程中很容易产生堵塞的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种复合桥塞，其包括具有大通径中心孔的接头组件；与所述接头组件中的所述大通径中心孔相连通的中心管单元；其中，所述中心管单元中的内部中心孔的内壁上和外壁上分别套设用以增加其强度的内金属管组件和外金属管组件。

较佳的，所述接头组件沿周向均匀设置有至少两个与所述大通径中心孔连通的周向孔。

较佳的，所述大通径中心孔的孔径小于或者等于所述中心管单元中的所述内部中心孔的内径。

较佳的，所述大通径中心孔的中心轴线与所述中心管单元的所述内部中心孔的中心轴线相重合。

较佳的，所述周向孔的中心轴线与所述大通径中心孔的中心轴线之间形成夹角。所述夹角的范围为55度至75度。

较佳的，所述周向孔的直径小于所述中心管单元中的所述内部中心孔的内径，所述周向孔的直径为12mm至20mm。

较佳的，所述周向孔的孔数与所述接头组件的外径大小成正比。

较佳的，所述周向孔的孔数为偶数个。

较佳的，所述周向孔的截面积总和为所述中心管单元中的所述内部中心孔的截面积的0.8至1.5倍。

根据本发明，所述复合桥塞通过根据不同的水平井套管组件的内径尺寸，来增大复合桥塞的内通径尺寸。优选地，当水平井套管组件的内径尺寸为5.5寸时，大通径中心孔21的尺寸范围为40毫米到45毫米。

当水平井套管组件的内径尺寸设为7寸时，所述大通径中心孔21的尺寸范围为55毫米到60毫米。由于复合桥塞的内通径尺寸增大，而水平井套管组件的内径尺寸为标准值，因此，复合桥塞中心管的壁厚会减小。则需通过中心管组件的内部中心孔的内径和外径位置分别套设内金属管组件和外金属管组件，进而在增大复合桥塞内径的同时保证了中心管单元的强度，同时有效的增强了中心管单元的抗冲刷性能。

增大复合桥塞内通径尺寸的同时，在接头组件的周向均匀设置了至少两个周向孔，因此，有效的减少了复合桥塞在下放过程中遇卡的问题。并且，由于中心管单元的内径尺寸设计的较大，进而大大的减少了复合桥塞内部的节流压差。因此，可在压裂后直接进行放喷，无需将复合桥塞磨铣掉再进行放喷。因此，减少了因磨铣掉复合桥塞对压裂段的污染，大大地缩短了放喷时间。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。在图中：

图1为本发明复合桥塞的整体结构剖视图；

图2为本发明复合桥塞的下接头开设周向孔的局部放大剖视图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例描绘。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图1，其为本发明复合桥塞的整体结构剖视图。如图所示，所述复合桥塞100包括接头组件2。接头组件2的内部设置有大通径中心孔21。所述复合桥塞100还包括与接头组件2中的大通径中心孔21相连通的中心管单元3。中心管单元3包括中心管组件31。在一个优选的实施例中，所述中心管组件31的内部设有如下所述中心孔311(见图2)，该中心孔311的内壁上套设有内金属管组件32，外壁上套设有外金属管组件33，用以增加中心管单元3的强度，并且增强了中心管单元3的抗冲刷性能。

其中，内金属管组件32和外金属管组件33的壁厚设置为1mm到2mm。由于复合桥塞100水平设置在水平井套管组件1中，并且水平井套管组件1的内径尺寸为标准值。当增加复合桥塞100的内通径尺寸时，即分别增加大通径中心孔21和内部中心孔311的尺寸。则复合桥塞100的壁厚会变薄，因此，复合桥塞100的强度会降低。因此，通过内金属管组件32和外金属管组件33分别套设在内部中心孔311的内径和外径位置。由于大通径中心孔21的中心轴线与内部中心孔311的中心轴线相重合。因此，当液流流过复合桥塞100的内部空间时，会准确地流经内部中心孔311，并在内部中心孔311和周向孔22的交汇处，分别沿着周向孔22以及大通径中心孔21流出，进而有效的避免了液流堵塞复合桥塞100的问题。

若内金属管组件32和外金属管组件33的壁厚设置为小于1mm，则不能起到增加中心管单元3的管壁强度的作用。若内金属管组件32和外金属管组件33的壁厚设置为大于2mm，则当需要磨铣掉复合桥塞100时，大大的增大了磨铣的难度。

在一个优选的实施例中，沿所述接头组件2的周向均匀设置至少两个周向孔22。其中，所述周向孔22与设置在所述接头组件2的内部的大通径中心孔21相连通。

在一个优选的实施例中，大通径中心孔21的孔径小于或者等于中心管单元3中的内部中心孔311的内径。进而有效的防止流经复合桥塞100的液流在内部中心孔311处发生堵塞。

在一个优选的实施例中，由于复合桥塞100的内通径尺寸随着水平井套管组件1的内径尺寸的增大而增大。比如当水平井套管组件1的内径尺寸设为5.5寸时，所述大通径中心孔21的尺寸范围为40mm到45mm。当水平井套管组件1的内径尺寸设为7寸时，所述大通径中心孔21的尺寸范围为55mm到60mm。

所述复合桥塞100还包括卡瓦组件、胶筒组件以及上接头部分组件。其中，所述胶筒组件设置在中心管单元3的外径位置。所述胶筒组件设置在沿所述中心管单元3外径的轴向位置。所述胶筒组件由设置在中心管单元3的外径位置，并将具体设置在所述胶筒组件的两端的所述卡瓦组件进行限定。由于这些结构都是本领域的技术人员所熟知的。因此，在本发明中不再赘述。

根据本发明，当所述复合桥塞10纵向被下放到垂直放置的套管的井底而将进入水平井套管组件1中时，需要凭借流经中心管单元3内部的水流的冲击力，而使得所述复合桥塞100在水平井套管组件1中前进。当将复合桥塞100被送入到水平井套管组件1中的指定位置时，由专用桥塞坐封工具对该所述复合桥塞100进行坐封。所述坐封具体为：通过分别对设置在所述胶筒组件两端的所述卡瓦组件，給予沿所述中心管单元3的轴向力，从而使所述胶筒组件进行压缩。因此，所述胶筒组件会因为在中心管单元3的纵向产生变形而将该胶筒组件与所述水平井套管组件1之间的间隙封隔。因此，将已经发生变形的胶筒组件作为分界处，将水平井套管组件1的内部分隔成密封的两部分。通过对中心管单元3上部的套管进行射孔，并将所述套管与地层连通，并将该中心管单元3的端部通过由地面上下放球体，而将中心管单元3的端部堵住。然后，从地面沿着垂直井套管向井筒注入液体。在液流的压力的作用下，会将射孔地层压开裂缝，由此进行压裂施工。

请参阅图2，其为本发明复合桥塞的下接头开设周向孔的局部放大剖视图。如图所示，所述接头组件2沿周向均匀设置有至少两个周向孔22，所述周向孔22的内部空间分别与大通径中心孔21和中心管单元3中的内部中心孔311的内部空间相连通。此外，所述周向孔22的中心轴线与所述大通径中心孔21的中心轴线之间形成夹角。

根据本发明，经过大量的实验以及有限元计算得出，所述夹角的最优范围为55度至75度。若所述夹角为90度，则所述周向孔22将垂直对准所述水平井套管组件1(见图1)。因此，起不到冲洗复合桥塞100外部土砂的作用。进而导致复合桥塞100(见图1)将在水平井套管组件1中可能会发生遇卡问题。因此，无法顺利的完成复合桥塞100的下放过程。若所述夹角过小，则沿水平井套管组件1的轴向水平分力较大，进而影响投球式快钻桥塞的下放。因此，也无法顺利完成复合桥塞100的下放过程。

根据本发明，周向孔22的孔数取决于接头组件2外径的大小，具体是成正比例关系。根据本发明，周向孔22的孔数可设为偶数并沿着接头组件2的周向均匀设置，具体地周向孔22的孔数最优个数可为2个、4个、6个或8个。若周向孔22的孔数设为奇数并且不是均匀设置，则当液流沿着周向孔22射出时，复合桥塞100将在水平井套管组件1中偏向水平井套管组件1内壁的某一侧，无法保证居中，进而会发生遇卡问题。若周向孔22的孔数设为偶数并且均匀设置，则液流沿着周向孔22射出时，复合桥塞100将在水平井套管组件1前进的过程中不偏向水平井套管组件1内壁的任何一侧，保证了居中。进而有效的避免了遇卡问题、大大降低了复合桥塞100与水平井套管组件1之间的摩擦力，进而有利于复合桥塞100泵送入井。

根据本发明，所述周向孔22的直径小于所述中心管单元3(见图1)的内部中心孔直径，所述周向孔22的直径具体为12mm至20mm。周向孔22的截面积总和为中心管单元3的内部中心孔的截面积的0.8至1.5倍。若周向孔22的截面积过大，则当液流流过该周向孔22的截面积时，液流的流速会大大的降低。因此，当液流射出时，会由于冲击力的大大减小而无法冲洗复合桥塞100与水平井套管组件1之间的土砂。进而，复合桥塞100可能会发生遇卡问题。若周向孔22的截面积过小，则当液流流过该周向孔22的截面积时，液流的流速会大大的增大。因此，当液流射出时，冲击力会大大的增加，进而，可能会对复合桥塞100造成损坏。

在一个优选的实施例中，当复合桥塞100完成坐封以及完成压裂施工后进行放喷时，注入到复合桥塞100中的液流会分别沿着接头前置中心孔2以及周向均匀设置的周向孔22流出。由于大通径中心孔21以及中心管单元3中的内部中心孔311的内径尺寸设计的较大，进而大大的减少了复合桥塞100内部的节流压差。因此，可在压裂后直接进行放喷，无需将复合桥塞100磨铣掉再进行放喷。因此减少了因磨铣掉复合桥塞100对压裂段的污染，大大地缩短了放喷时间。若当接头组件2中的大通径中心孔21发生堵塞时，液流会通过周向孔22流出。若部分周向孔22发生堵塞时，则液流会通过接头组件2中的大通径中心孔21以及其它周向孔22流出。由此可见，本发明中的复合桥塞100在放喷过程中，有效的消除了液流堵塞复合桥塞100的问题。

根据本发明，由于复合桥塞100只是对接头组件2以及对中心管单元3中的中心管组件31作了改进而并未对其它结构做出改进。因此，复合桥塞100与现有技术中的桥塞坐封工具具有相容性，不影响与桥塞坐封工具的连接。因此，不需要对桥塞坐封工具进行改进，节约了额外的经济成本。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (7)

1.一种复合桥塞，其包括：

具有大通径中心孔的接头组件；

与所述接头组件中的所述大通径中心孔相连通的中心管单元；

其中，所述中心管单元中的内部中心孔的内壁上和外壁上分别套设用以增加其强度的内金属管组件和外金属管组件；

所述大通径中心孔的孔径小于或者等于所述中心管单元中的所述内部中心孔的内径；

所述接头组件沿周向均匀设置有至少两个与所述大通径中心孔连通的周向孔；

所述周向孔的中心轴线与所述大通径中心孔的中心轴线之间形成夹角。

2.根据权利要求1所述的复合桥塞，其特征在于，所述大通径中心孔的中心轴线与所述中心管单元的所述内部中心孔的中心轴线相重合。

3.根据权利要求1所述的复合桥塞，其特征在于，所述夹角的范围为55度至75度。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的复合桥塞，其特征在于，所述周向孔的直径小于所述中心管单元中的所述内部中心孔的内径，所述周向孔的直径为12毫米至20毫米。

5.根据权利要求1所述的复合桥塞，其特征在于，所述周向孔的孔数与所述接头组件的外径大小成正比。

6.根据权利要求5所述的复合桥塞，其特征在于，所述周向孔的孔数为偶数个。

7.根据权利要求1所述的复合桥塞，其特征在于，所述周向孔的截面积总和为所述中心管单元中的所述内部中心孔的截面积的0.8至1.5倍。