CN107178330A - 一种井下桥塞冲击加载装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种井下桥塞冲击加载装置，腔体外壳内自上而下依次设有的燃烧腔、高压腔、活塞加载腔，腔体外壳设于套管内；燃烧腔与高压腔之间安装有金属网隔板，高压腔的底端安装有铝合金金属隔板，铝合金金属隔板面向所述高压腔一侧刻有“十”字型凹槽；活塞加载腔的顶部自上而下依次装有活塞、金属网格板夹具、弹性橡胶圈和活塞配重，并通过螺栓固定在一起，活塞加载腔的下部通过聚合物安装夹具安装有高强度聚合物膜；燃烧腔顶部安装有点火装置，燃烧腔内装有燃烧物圆柱，活塞加载腔的下部安装有桥塞，活塞加载腔的侧壁连接有抽真空装置。可以避免使用炸药爆炸加载、坐封成功率高，冲击作用力可以控制、作用时间长。
Description
技术领域
本发明涉及一种桥塞坐封所需要的加载装置，尤其涉及一种井下桥塞冲击加载装置。
背景技术
井下桥塞坐封技术是一种能将直井和水平井进行水力压裂的必不可少的工艺之一，其特点是能够对储层进行分段压裂造缝。
现在常用的桥塞坐封采用的是利用炸药爆炸产生的冲击力对桥塞进行加载。但在实际应用中，爆炸加载存在一系列问题，导致桥塞坐封失败。存在的问题主要有以下几个方面：
(1)爆炸产生的冲击压力过高，有可能将套管破坏或爆炸后的壳体被卡住；
(2)爆炸产生的压力作用时间短，桥塞与套管未紧密相互作用，坐封成功率低。同时，用于施工过程中涉及炸药的使用，需要专业施工人员、专业仓库存储、专业车辆运输和报批手续复杂原因导致生产成本高和生产效率低。
发明内容
本发明的目的是提供一种井下桥塞冲击加载装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的井下桥塞冲击加载装置，腔体外壳内自上而下依次设有的燃烧腔、高压腔、活塞加载腔，所述腔体外壳设于套管内；
所述燃烧腔与高压腔之间安装有金属网隔板，所述高压腔的底端安装有铝合金金属隔板；
所述活塞加载腔的顶部自上而下依次装有活塞、金属网格板夹具、弹性橡胶圈和活塞配重，并通过螺栓固定在一起，所述活塞加载腔的下部通过聚合物安装夹具安装有高强度聚合物膜；
所述燃烧腔顶部安装有点火装置，所述燃烧腔内装有燃烧物圆柱，所述活塞加载腔的下部安装有桥塞，所述活塞加载腔的侧壁连接有抽真空装置。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的井下桥塞冲击加载装置，可以避免使用炸药爆炸加载、坐封成功率高，冲击作用力可以控制、作用时间长。
附图说明
图1为本发明实施例提供的井下桥塞冲击加载装置的结构示意图。
图2为本发明实施例中金属网格隔板10的结构示意图。
图3a、图3b分别为本发明实施例中铝合金金属隔板12的平面和剖面结构示意图。
图中：
1为线缆接头、2为燃烧腔、3为高压腔、4为活塞配重、5为活塞加载腔、6为桥塞、7为线缆、8点火装置、9为燃烧物圆柱体、10为金属网隔板、11为高压氧气注入口、12为铝合金金属隔板、13为活塞、14为金属网格板夹具、15为弹性橡胶圈、16为螺栓、17为套管、18为腔体外壳、19为抽真空接口、20为聚合物膜、21为聚合物安装夹具。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明的井下桥塞冲击加载装置，其较佳的具体实施方式是：
腔体外壳内自上而下依次设有的燃烧腔、高压腔、活塞加载腔，所述腔体外壳设于套管内；
所述燃烧腔与高压腔之间安装有金属网隔板，所述高压腔的底端安装有铝合金金属隔板；
所述活塞加载腔的顶部自上而下依次装有活塞、金属网格板夹具、弹性橡胶圈和活塞配重，并通过螺栓固定在一起，所述活塞加载腔的下部通过聚合物安装夹具安装有高强度聚合物膜；
所述燃烧腔顶部安装有点火装置，所述燃烧腔内装有燃烧物圆柱，所述活塞加载腔的下部安装有桥塞，所述活塞加载腔的侧壁连接有抽真空装置。
所述铝合金金属隔板面向所述高压腔一侧刻有“十”字型凹槽。
本发明的井下桥塞冲击加载装置，可以避免使用炸药爆炸加载、坐封成功率高，冲击作用力可以控制、作用时间长。
本发明利用爆燃物在高压气体内燃烧，产生更高的压力，将铝合金金属隔板鼓破，高压气体进入负压的活塞腔内，推动活塞向前做加速运动，以很高的动能撞击桥塞，将桥塞坐封在套管壁上。该装置具有不适用炸药、成本低、坐封成功率高等优点。
本发明主要包括四个单元，分别为燃烧腔、高压腔、活塞加载腔和桥塞；在燃烧腔安装金属网隔板，金属网隔板的位置要根据燃烧物圆柱体的高度确定；在燃烧腔的底端安装铝合金金属隔板，该铝合金金属隔板面向燃烧腔一侧刻有“十”字型凹槽，其中可根据需求的高压选择不同的厚度和铝合金金属板的刻画深度；将活塞主要配重部分活塞加载腔顶装入活塞加载腔内，并在加载活塞腔顶部安装弹性橡胶圈，橡胶圈有弧度方向朝上；将活塞加载腔缓慢倾斜倒置使活塞与弹性橡胶圈接触，通过螺栓安装活塞圆盘，使其与弹性橡胶圈紧密结合；在活塞加载腔底部通过夹具安装高强度聚合物膜；将活塞加载腔和燃烧腔联接，同时安装在燃烧腔顶部安装点火装置，并连上输送电缆；将桥塞安装在活塞加载腔的顶部，桥塞的受撞击的部分顶住聚合物膜；利用加压装置对燃烧腔进行加压，加压气体为氧气；利用抽真空装置将活塞加载腔的气体抽出至一定的负压值；利用输送电缆将整个装置吊起，缓慢输送至井下需要坐封的位置。通电后，点火装置引燃燃烧物圆柱，产生高压鼓破铝合金金属隔板，推动活塞做加速运动，撞击桥塞进行坐封。桥塞作封时，活塞加载腔与桥塞脱离，通过输送电缆从井中提出装置。
上述的在高压腔内加压是利用加压装置对燃烧腔进行氧气加压，其压力值需要结合铝合金金属隔板和燃烧物性质确定；
上述的活塞加载腔内降低压力值，是利用抽真空装置将活塞加载腔内的压力降至一定压力值，但不能由内外压力差导致聚合物膜张拉破坏；
上述的铝合金金属隔板安装必须将有“十”字型凹槽面向高压腔一侧。
本发明的优点和积极效果：
实现利用高压气体冲击活塞高速冲击加载桥塞作用力，具有撞击作用力大，撞击持续时间长等优点，桥塞坐封成功率高。本发明装置与利用炸药爆炸产生的冲击力加载相比，可以避免爆炸产生的冲击力使装置炸裂，破坏套管等情况发生。由于利用炸药施工，申请手续繁琐，并且储存、运输、施工作业成本极高，所以本发明装置具有成本优势。
具体实施例：
如图1、图2、图3a、图3b所示，本发明装置主要由燃烧腔2、高压腔3、活塞加载腔5和桥塞6组成；首先安装井下桥塞加载装置内燃烧腔的内部结构，即安装金属网格板10和燃烧物圆柱体9，后将加工过的铝合金金属隔板12安装在燃烧腔的底部；而后将活塞主要配重部分4装入活塞加载腔内，并在加载活塞腔顶部安装弹性橡胶圈15，弹性橡胶圈15有弧度方向朝上；在弹性橡胶圈15固定后将活塞加载腔5缓慢倾斜倒置使活塞配重4与弹性橡胶圈15接触，通过螺栓16安装活塞圆盘13，使其与弹性橡胶圈15紧密结合。在整个活塞安装完成后在活塞加载腔底部通过夹具21安装高强度聚合物膜20；将燃烧腔2和活塞加载腔联接起来，同时在燃烧腔顶端安装点火装置8；在安装点火装置8后，连接电缆，将通电线与点火装置相连，并利用线缆接头1固定；将桥塞6安装在活塞加载腔5底部，其中桥塞受撞击部位与聚合物膜尽量接触；利用加压装置对高压腔3进行加压氧气，同时利用抽真空装置将活塞加载腔5内的压力降至一定压力值。
在安装整个井下桥塞冲击加载装置后将其下放到井下需要坐封的位置，然后接通电源点火装置8引燃燃烧物，高压腔3和燃烧腔2内的压力急剧增大，当压力增大到一定程度，将鼓破带有“十”字型铝合金金属隔板12。高压气流会进入活塞加载腔5，在一个压差的作用下活塞将克服弹性橡胶圈15障碍推动活塞配重4部分做加速运动，整个活塞将以高速撞击桥塞6，整个桥塞坐封在套管17上。
本发明的施工过程有以下几个步骤：
(1)将铝合金金属隔板12进行凹槽加工，可根据需求的压力确定凹槽的加工深度，加工后将铝合金金属隔板12进行通过夹具固定；
(2)将金属网隔板10通过焊接方式固定加载装置的圆柱形外壳内，位置根据燃烧物柱体9的高度确定；
(3)通过活塞4装入活塞加载腔4中，安装易变性弹性橡胶圈15，将装置倒置，通过螺栓16与活塞另一部分13联接；
(4)将燃烧腔2和活塞加载腔5联接；
(5)在活塞加载腔5底端利用夹具21安装聚合物膜；
(6)将桥塞与活塞加载腔联接；
(7)通过注入口11将高压腔1内注入高压氧气至一定压力值，其最大压力值根据燃烧物9和铝合金金属隔板12确定；
(8)将活塞加载腔通过接口19抽真空；
(9)将电缆7与安全接头1与井下桥塞冲击加载装置联接固定，在安全接头1内电缆与点火装置8连接；
(10)将整个井下桥塞冲击加载装置通过电缆7下放到需要坐封的井段，连通电源后桥塞将卡在套管17上；
(11)桥塞6坐封时，桥塞与活塞加载腔5脱离，通过输送电缆提起井下桥塞加载装置。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (2)
1.一种井下桥塞冲击加载装置，其特征在于，腔体外壳内自上而下依次设有的燃烧腔、高压腔、活塞加载腔，所述腔体外壳设于套管内；
所述燃烧腔与高压腔之间安装有金属网隔板，所述高压腔的底端安装有铝合金金属隔板；
所述活塞加载腔的顶部自上而下依次装有活塞、金属网格板夹具、弹性橡胶圈和活塞配重，并通过螺栓固定在一起，所述活塞加载腔的下部通过聚合物安装夹具安装有高强度聚合物膜；
所述燃烧腔顶部安装有点火装置，所述燃烧腔内装有燃烧物圆柱，所述活塞加载腔的下部安装有桥塞，所述活塞加载腔的侧壁连接有抽真空装置。
2.根据权利要求1所述的井下桥塞冲击加载装置，其特征在于，所述铝合金金属隔板面向所述高压腔一侧刻有“十”字型凹槽。
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