CN108150121B - 射流增压式电动液压桥塞坐封工具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种射流增压式电动液压桥塞坐封工具，包括座封推筒部件、外筒、以及设置于外筒内的动力部件和射流增压部件；动力部件通过电机带动液压泵工作，将流体输入射流增压部件；射流增压部件包括依次设置的射流元件、大活塞部件、二位三通换向阀、小活塞部件和增压活塞部件；大、小活塞杆分别设置于阀芯两侧；射流元件的底部有第一、二输出道；以大活塞的位置将活塞腔分为上、下腔体；大、小活塞腔与外筒之间分别形成环形流道、低压流道；两流道分别与二位三通换向阀的两出口连接，进口连接下腔体；外筒的末端设下端盖；增压活塞杆从中探出，连接座封推筒部件。该工具能自行完成往复运动功能，缩短座封时间，提高工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及井下桥塞坐封工具技术领域，具体为一种射流增压式电动液压桥塞坐封工具。
背景技术
目前应用在石油压裂、试油地层封闭工艺中的井下桥塞坐封工具，主要有油管传输液压式桥塞坐封工具，电缆传输爆炸式桥塞坐封工具和单纯电动液压式桥塞坐封工具三种。
油管传输液压式桥塞坐封工具工作原理是在坐封工具中心管内投球，靠液压作用使中心管与液压工具外套筒产生相对位移，拉断桥塞坐封工具与桥塞相连接的释放环，进而达到坐封桥塞的目的。这种坐封工具需要地面水泵车打压，需要油管柱连通坐封工具，通过管柱将地面液体的压力直接传送到坐封工具，施工过程中需要提下管柱，劳动强度大，作业时间长，工作效率低，且桥塞坐封位置误差大，桥塞容易中途座封。
电缆传输爆炸式桥塞坐封工具工作原理是通过电缆接通点火器引爆药柱产生的爆炸能量推动桥塞坐封工具中心管与工具底部套筒之间产生相对运动，拉断桥塞坐封工具与桥塞相连接的释放环，以达到坐封桥塞的目的。
电缆传输爆炸坐封方式作业简单，得到广泛应用。但近些年，国家安全监督管理局加大对民用爆炸物品的管控，一方面严格限制企业购进、使用民用爆炸物品，并且需要繁琐的审批手续；另一方面，火工作业方式施工组织难度大、成本高，在运输、使用和保管上也存在一定安全风险；再者，雷管火药爆炸坐封桥塞作业属于特种作业，对施工人员要求较高，必须取得爆破从业资格证方可操作，存在作业上的局限性；第四，当井底压力较高时，常规火药坐封工具产生推力不足，容易造成桥塞坐封力不足而影响坐封效果，耽误施工周期。
单纯电动液压式桥塞坐封工具虽可避免使用雷管火药的局限性，但该坐封方式对电机功率要求高，对桥塞坐封中心管的强度要求也高，对于深井或大尺寸套管的桥塞易出现由于电机故障而不能拉断释放环等诸如此类井下事故。
中国专利申请，CN 104018797 A，介绍了一种增压式电控液压桥塞投放工具，用于将小功率油泵的输出压力快速提升到桥塞坐封所需的压力，作业时间短，工作效率高。该增压式电控液压桥塞投放工具工作原理主要是由大小活塞在静压差的作用下，带动工作活塞向下移动实现增压功能，但该工具需要通过电机回位，控制液压增压系统复位后才可重复使用。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种射流增压式电动液压桥塞坐封工具，其能将小功率油泵的输出压力快速提升到桥塞坐封所需的压力，而且在井下环境中可自行完成往复运动功能，有效解决传统坐封工具坐封时间长，工作效率低，坐封误差大，使用复杂等问题。
为此，本发明的技术方案如下：
一种射流增压式电动液压桥塞坐封工具，包括座封推筒部件、外筒、以及设置于所述外筒内的动力部件和射流增压部件；
所述动力部件包括电机、传动轴、万向轴和液压泵；所述电机的输出轴依次连接传动轴、万向轴和液压泵的输入轴；所述传动轴上局部或全部设有螺纹凹槽，其外侧套装滑动开关，所述滑动开关为筒状，内表面固定设置有球体，外表面设置有密封层，所述密封层对应外筒位置设置有进液孔；或者，所述滑动开关为筒状，内表面固定设置有球体，外表面设有凸起，凸起表面设置密封层，所述密封层对应外筒位置设置有进液孔；
所述射流增压部件包括射流元件、大活塞、大活塞杆、小活塞、小活塞杆、二位三通换向阀、增压活塞和增压活塞杆；所述射流元件安装在所述液压泵的液体输出端，所述射流元件的顶部设有锥形流道，其底部设有第一输出道和第二输出道；所述射流元件的下侧依次设置有大活塞腔、二位三通换向阀、小活塞腔和增压活塞腔；所述大活塞安装在所述大活塞腔内，大活塞杆安装在大活塞上；所述小活塞安装在所述小活塞腔内，小活塞杆安装在小活塞上；所述增压活塞安装在所述增压活塞腔内，增压活塞杆安装在增压活塞上；以大活塞在大活塞腔内的位置将大活塞腔分为上腔体和下腔体，所述大活塞杆处于下腔体；所述大活塞腔与外筒之间形成有环形流道，所述第一输出道与环形流道连通；所述第二输出道与上腔体连通；所述大活塞杆、二位三通换向阀的阀芯、小活塞杆连为一体；所述小活塞腔与所述增压活塞腔连通；所述小活塞腔及增压活塞腔与外筒之间形成有低压流道；所述二位三通换向阀的进口连接下腔体，两个出口分别连接环形流道和低压流道；所述外筒的末端安装下端盖；所述增压活塞杆从所述下端盖的中部探出，连接所述座封推筒部件，用于向所述座封推筒部件施加压力。
具体来说，大活塞趋近于大活塞腔上下两端面时，二位三通换向阀完成换向。
进一步，所述座封推筒部件包括坐封推筒、桥塞脱手、桥塞中心管和桥塞；
所述座封推筒包括本体、内连接筒和推力板；所述增压活塞杆与所述推力板固定连接；所述内连接筒螺接在所述下端盖上，且其侧壁上设置有滑道，所述推力板上设置有与所述滑道相匹配的凸台，推力板插装在内连接筒上；所述推力板与本体固定连接，带动本体沿内连接筒的纵向滑动；
所述桥塞中心管螺接在所述座封推筒的下部，所述桥塞脱手设置于桥塞中心管上，承压至极限后断裂；所述桥塞套装在桥塞中心管外侧。
进一步，所述内连接筒上设有有一条、两条或多条滑道。
进一步，所述增压活塞杆与下端盖、内连接筒之间还设置有导向套。
该射流增压式电动液压桥塞坐封工具采用单作用两级活塞缸并联，再串联柱塞增压的结构，连通两级活塞的二位三通阀与射流元件的组合能切换活塞缸流体流动的方向，实现活塞缸中两活塞、柱塞的往复运动；射流元件的输出道与排空道之间会产生较高压力差，此压力差即为射流元件作为强功率执行元件的直接动力直接驱动两活塞与柱塞在活塞缸中往复运动，从而实现射流增压的目的。
附图说明
图1为本发明提供的射流增压式电动液压桥塞坐封工具的结构示意图；
图2为动力部件的放大结构示意图；
图3为射流增压部件的放大结构示意图；
图4为二位三通换向阀一种状态的射流增压部件的放大结构示意图；
图5为二位三通换向阀另一状态的射流增压部件的放大结构示意图；
图6为座封推筒部件的放大结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案进行详细描述。
一种射流增压式电动液压桥塞坐封工具，包括座封推筒部件2、外筒1、以及设置于外筒1内的动力部件3和射流增压部件4；
动力部件3包括电机301、传动轴302、万向轴303和液压泵304；电机301的输出轴依次连接传动轴302、万向轴303和液压泵304的输入轴；传动轴302上局部或全部设有螺纹凹槽，其外侧套装滑动开关305，滑动开关305为筒状，内表面固定设置有球体，外表面设置有密封层，密封层对应外筒1位置设置有进液孔101；或者，滑动开关305为筒状，内表面固定设置有球体，外表面设有凸起，凸起表面设置密封层，密封层对应外筒1位置设置有进液孔101；
射流增压部件4包括射流元件401、大活塞402、大活塞杆403、小活塞404、小活塞杆405、二位三通换向阀406、增压活塞407和增压活塞杆408；射流元件401安装在液压泵304的液体输出端，射流元件401的顶部设有锥形流道410，其底部设有第一输出道411和第二输出道412；射流元件401的下侧依次设置有大活塞腔409、二位三通换向阀406、小活塞腔413和增压活塞腔414；大活塞402安装在大活塞腔409内，大活塞杆403安装在大活塞402上；小活塞404安装在小活塞腔413内，小活塞杆405安装在小活塞404上；增压活塞407安装在增压活塞腔414内，增压活塞杆408安装在增压活塞407上；以大活塞402在大活塞腔409内的位置将大活塞腔409分为上腔体415和下腔体416，大活塞杆403处于下腔体416；大活塞腔409与外筒1之间形成有环形流道417，第一输出道411与环形流道417连通；第二输出道412与上腔体415连通；大活塞杆403、二位三通换向阀406的阀芯、小活塞杆405连为一体；小活塞腔413与增压活塞腔414连通；小活塞腔413及增压活塞腔414与外筒1之间形成有低压流道418；二位三通换向阀406的进口连接下腔体416，两个出口分别连接环形流道417和低压流道418；外筒1的末端安装下端盖419；增压活塞杆408从下端盖419的中部探出，连接座封推筒部件2，用于向座封推筒部件2施加压力。
具体来说，大活塞402趋近于大活塞腔409的上下两端面时，二位三通换向阀406完成换向。
进一步，座封推筒部件2包括坐封推筒201、桥塞脱手202、桥塞中心管203和桥塞204；
座封推筒201包括本体205、内连接筒206和推力板207；增压活塞杆408与推力板207固定连接；内连接筒206螺接在下端盖419上，且其侧壁上设置有滑道，推力板207上设置有与滑道相匹配的凸台，推力板207插装在内连接筒206上；推力板207与本体205固定连接，带动本体205沿内连接筒206的纵向滑动；
桥塞中心管203螺接在座封推筒201的下部，桥塞脱手202设置于桥塞中心管203上，承压至极限后断裂；桥塞204套装在桥塞中心管203外侧。
进一步，内连接筒206上设有有一条、两条或多条滑道。
进一步，增压活塞杆408与下端盖419、内连接筒206之间还设置有导向套420。
使用时，电机301驱动传动轴302旋转，滑动开关305内侧的球体沿传动轴302的螺纹凹槽移动，将转动转化成直线运动，滑动开关305的纵向位置改变，漏出外筒1上的进液孔101，井底高压流体经进液孔101流入动力部件3的内腔；同时，传动轴302带动万向轴303，进而带动液压泵304工作，将动力部件3的内腔内的液体加压后输送至射流元件401。
二位三通换向阀406可形成两个流道，分别为：流道①第一输出道411、环形流道417、下腔体416；流道②下腔体416、低压流道418。
当阀芯处于上位时，流道①关闭，流道②贯通；当阀芯处于下位时，流道②关闭，流道①贯通。具体工作状态如下：
1)大活塞402处于上死点，即阀芯上位时，射流元件401由于第一输出道411封闭，背压上升，射流切换到第二输出道412；此时，大活塞402在上腔体415一侧承受射流元件第二输出道412射出流体的压力，在下腔体416一侧流道②贯通，承受来自低压流道418的流体的压力；大活塞402在上腔体415一侧承受的压力大于在下腔体416一侧承受的压力，大活塞402下行；
2)大活塞402下行接近下死点时，二位三通换向阀406换向；流道②关闭，流道①贯通；大活塞402运动到下死点，大活塞腔的上腔体415压力上升，射流元件401在背压与控制流作用下，由第二输出道412向第一输出道411切换；大活塞402在下腔体416承受来第一输出道411流体的压力；大活塞402在下腔体416一侧承受的压力大于在上腔体415一侧承受的压力，大活塞402上行；
3)大活塞402上行复位，此时阀芯仍处于下位。流道②关闭；射流从射流元件401从第二输出道412切换到第一输出道411，第一输出道411与下腔体416相通，大活塞402在下腔体416一侧承受的压力大于在上腔体415一侧承受的压力，大活塞402上行；
4)大活塞402接近上死点，二位三通换向阀406换向；当大活塞402运动到接近上死点位置时，小活塞404与二位三通换向阀406的阀芯相切，推动二位三通换向阀406换向，下腔体416流动发生滞止，射流由第一输出道411向第二输出道412切换，流道①关闭，流道②打开；
5)完成换向后，大活塞402运动到大活塞腔的上死点，增压活塞407完成一个运动周期，继续向下运动，开始一个新的运动周期，增压活塞407不断输出高压流体。
增压原理如下：大、小活塞经二位三通换向阀406同步移动实现一级增压，并经增压活塞407向下移动实现二级增压，增压活塞杆408向下移动经导向套420由下端盖419伸出，通过内连接筒206上两侧对称滑道推动推力板207向下移动，推动坐封推筒201压缩桥塞204的胶筒进而发生轴向压缩径向膨胀，从而实现桥塞204的坐封。当作用在桥塞204上的向下推力达到一定值时，可将桥塞204内的桥塞中心管203在桥塞脱手202处拉断，使坐封推筒201与桥塞204脱离，便可取出该坐封工具。
Claims (5)
1.一种射流增压式电动液压桥塞坐封工具，其特征在于：包括座封推筒部件(2)、外筒(1)、以及设置于所述外筒(1)内的动力部件(3)和射流增压部件(4)；
所述动力部件(3)包括电机(301)、传动轴(302)、万向轴(303)和液压泵(304)；所述电机(301)的输出轴依次连接传动轴(302)、万向轴(303)和液压泵(304)的输入轴；所述传动轴(302)上局部或全部设有螺纹凹槽，其外侧套装滑动开关(305)，所述滑动开关(305)为筒状，内表面固定设置有球体，外表面设置有密封层，所述密封层对应外筒(1)位置设置有进液孔(101)；或者，所述滑动开关(305)为筒状，内表面固定设置有球体，外表面设有凸起，凸起表面设置密封层，所述密封层对应外筒(1)位置设置有进液孔(101)；
所述射流增压部件(4)包括射流元件(401)、大活塞(402)、大活塞杆(403)、小活塞(404)、小活塞杆(405)、二位三通换向阀(406)、增压活塞(407)和增压活塞杆(408)；所述射流元件(401)安装在所述液压泵(304)的液体输出端，所述射流元件(401)的顶部设有锥形流道(410)，其底部设有第一输出道(411)和第二输出道(412)；所述射流元件(401)的下侧依次设置有大活塞腔(409)、二位三通换向阀(406)、小活塞腔(413)和增压活塞腔(414)；所述大活塞(402)安装在所述大活塞腔(409)内，大活塞杆(403)安装在大活塞(402)上；所述小活塞(404)安装在所述小活塞腔(413)内，小活塞杆(405)安装在小活塞(404)上；所述增压活塞(407)安装在所述增压活塞腔(414)内，增压活塞杆(408)安装在增压活塞(407)上；以大活塞(402)在大活塞腔(409)内的位置将大活塞腔(409)分为上腔体(415)和下腔体(416)，所述大活塞杆(403)处于下腔体(416)；所述大活塞腔(409)与外筒(1)之间形成有环形流道(417)，所述第一输出道(411)与环形流道(417)连通；所述第二输出道(412)与上腔体(415)连通；所述大活塞杆(403)、二位三通换向阀(406)的阀芯、小活塞杆(405)连为一体；所述小活塞腔(413)与所述增压活塞腔(414)连通；所述小活塞腔(413)及增压活塞腔(414)与外筒(1)之间形成有低压流道(418)；所述二位三通换向阀(406)的进口连接下腔体(416)，两个出口分别连接环形流道(417)和低压流道(418)；所述外筒(1)的末端安装下端盖(419)；所述增压活塞杆(408)从所述下端盖(419)的中部探出，连接所述座封推筒部件(2)，用于向所述座封推筒部件(2)施加压力。
2.如权利要求1所述射流增压式电动液压桥塞坐封工具，其特征在于：大活塞(402)趋近于大活塞腔(409)上下两端面时，二位三通换向阀(406)完成换向。
3.如权利要求1所述射流增压式电动液压桥塞坐封工具，其特征在于：所述座封推筒部件(2)包括座 封推筒(201)、桥塞脱手(202)、桥塞中心管(203)和桥塞(204)；
所述座封推筒(201)包括本体(205)、内连接筒(206)和推力板(207)；所述增压活塞杆(408)与所述推力板(207)固定连接；所述内连接筒(206)螺接在所述下端盖(419)上，且其侧壁上设置有滑道，所述推力板(207)上设置有与所述滑道相匹配的凸台，推力板(207)插装在内连接筒(206)上；所述推力板(207)与本体(205)固定连接，带动本体(205)沿内连接筒(206)的纵向滑动；
所述桥塞中心管(203)螺接在所述座封推筒(201)的下部，所述桥塞脱手(202)设置于桥塞中心管(203)上，承压至极限后断裂；所述桥塞(204)套装在桥塞中心管(203)外侧。
4.如权利要求3所述射流增压式电动液压桥塞坐封工具，其特征在于：所述内连接筒(206)上设有一条、两条或多条滑道。
5.如权利要求1所述射流增压式电动液压桥塞坐封工具，其特征在于：所述增压活塞杆(408)与下端盖(419)、内连接筒(206)之间还设置有导向套(420)。
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