CN108316885B - 一种带有组合胶筒的桥塞 - Google Patents

Abstract

本发明属于油田井下工具领域，尤其涉及一种带有组合胶筒的桥塞，包括丢手组件、坐封机构组件、胶筒组件、锚定机构组件和中心管，坐封机构组件包括上接头、转接体、滑套和限位套，上接头和限位套之间通过螺纹连接，滑套设置在上接头和限位套的中央，并可在上接头和限位套的轴向限位作用下在固定范围内滑动，限位套的下端设置有可将限位套锁定在转接体上的弹簧爪，滑套下端的外侧与所述的弹簧爪对应设置有用于防止弹簧爪收拢的凸缘，所述的胶筒组件由非膨胀橡胶和膨胀橡胶两种材料组合制成。本发明采用上提坐封的方式进行坐封，坐封时不必借助坐封工具，使桥塞安装时的工具段大大缩短，从而降低了对作业车起吊高度的要求。

Description

一种带有组合胶筒的桥塞

技术领域

本发明属于油田井下工具领域，尤其涉及一种带有组合胶筒的桥塞。

背景技术

桥塞是油田生产过程中常用的一种井下工具，通过桥塞可对井下的某些层位进行长期或永久封堵，以达到相关的作业要求。桥塞的结构通常包括丢手组件、坐封机构组件、胶筒组件、锚定机构组件和中心管，其中，丢手组件连接在中心管的上端，坐封机构组件、胶筒组件和锚定机构组件套装在中心管上。桥塞通常具有两大功能：一是通过胶筒组件实现油套环空的密封，二是通过锚定机构组件实现油管管柱在套管上的锚定。井下安装时，将桥塞下放至井下的预定位置后，通过向中心管内打压使胶筒和卡瓦坐封才能完成桥塞在井下的安装。

现有的桥塞具有较大缺陷，主要体现为：

1、现有技术中安装桥塞时需要在桥塞上方连接桥塞专用的坐封工具，坐封工具与桥塞连接成一体构成的工具段的长度较长，在下井过程中容易发生卡滞的问题。同时，较长的工具段对作业车的起吊高度提出了更高的要求，使得很多常规井下作业使用的起吊高度较小的作业车不能满足施工要求。

2、现有的桥塞总采用的胶筒均为常规的压缩坐封胶筒，这种胶筒的承压上限通常不会超过25兆帕，而在很多施工条件下，胶筒的承压需求常常高至三四十兆帕，常规的胶筒难以满足承压需求。

3、现有的桥塞在需要取出时，需要借助专门定制的打捞工具进行打捞，且一次打捞的成功率较低，因此，打捞的工具成本和施工成本均比较高。

另外，现有技术中存在一种采用膨胀橡胶制成的胶筒，膨胀橡胶遇水膨胀后可将油套环空封堵，且承压能力很强，但这种胶筒只能通过上提管柱将胶筒撕裂的方式解封，摩擦系数大，在解封时需要较大的上提解封力，对作业车的性能提出了较高要求，使得很多常规井下作业使用的起吊重量较小的作业车不能满足施工要求。同时，膨胀橡胶的抗撕裂性能较差，在下井时容易受到套管内壁刮擦而损坏。

发明内容

本发明提供一种带有组合胶筒的桥塞，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

本发明包括丢手组件、坐封机构组件、胶筒组件、锚定机构组件和中心管，其中，丢手组件连接在中心管的上端，坐封机构组件、胶筒组件和锚定机构组件套装在中心管上，所述的坐封机构组件包括上接头、转接体、滑套和限位套，上接头和限位套之间通过螺纹连接，滑套设置在上接头和限位套的中央，并可在上接头和限位套的轴向限位作用下在固定范围内滑动，所述的限位套的下端设置有可将限位套锁定在转接体上的弹簧爪，所述的滑套下端的外侧与所述的弹簧爪对应设置有用于防止弹簧爪收拢的凸缘，所述的上接头的侧面通过螺纹安装有一组沿圆周排列的剪钉，所述的滑套的外表面上设置有一上一下两组与丢手剪钉匹配的钉孔，所述的剪钉的末端插在其中一组钉孔内，所述的滑套的外侧设置有用于容纳弹簧的环形空腔；

所述的胶筒组件由非膨胀橡胶和膨胀橡胶两种材料组合制成。

所述的胶筒组件的结构包括两个边胶筒和一个中胶筒，两个边胶筒之间的中心管上套有钢套，钢套的最大直径与边胶筒的直径相同，钢套的外侧设置有环形槽，所述的中胶筒设置在该环形槽内并将环形槽填满，边胶筒由非膨胀橡胶制成，中胶筒由膨胀橡胶制成。

所述的胶筒组件的结构包括外胶筒和内胶筒，内胶筒含在外胶筒内侧，并与外胶筒共同拼合构成一个筒状结构，外胶筒由非膨胀橡胶制成，内胶筒由膨胀橡胶制成，所述的外胶筒与中心管的结合面上设置有过液槽，过液槽的长度方向与中心管的长度方向相同，过液槽至少有三条，各过液槽在中心管的周围均匀布置。

所述的外胶筒与内胶筒的配合面为圆弧面。

本发明的有益效果为：

1、本发明采用上提坐封的方式进行坐封，坐封时不必借助坐封工具，使桥塞安装时的工具段大大缩短，从而降低了对作业车起吊高度的要求。

2、本发明从采用了由非膨胀橡胶和膨胀橡胶两种橡胶材料制成的组合式胶筒结构，与常规的胶筒相比，抗压能力大大增强，与膨胀式胶筒相比，抗损坏能力大大提升。

3、本发明中采用丢手组件在具备丢手功能同时，又可以在需要起出桥塞时作为打捞工具使用，避免了另外设计专用打捞工具所消耗的成本，也有利于保证打捞的成功率。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是丢手前丢手组件的结构示意图；

图3是打捞前丢手组件的结构示意图；

图4是胶筒组件的一个实施例的结构示意图；

图5是胶筒组件的另一个实施例的结构示意图。

图中：1-丢手组件，2-坐封机构组件，3-胶筒组件，4-锚定机构组件，5-上接头，6-钢球，7-滑套，8-限位套，9-转接体，10-弹簧爪，11-凸缘，12-环形空腔，13-剪钉，14-钉孔，15-弹簧，16-引鞋，17-中心管，18-边胶筒，19-中胶筒，20-钢套，21-外胶筒，22-内胶筒，23-过液槽。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步描述：

实施例一：

本发明包括丢手组件1、坐封机构组件2、胶筒组件3、锚定机构组件4和中心管17，其中，丢手组件1连接在中心管17的上端，坐封机构组件2、胶筒组件3和锚定机构组件4套装在中心管17上。以上为现有技术中的常见结构，在此不再赘述。

在本发明中，所述的坐封机构组件2包括上接头5、转接体9、滑套7和限位套8，上接头5和限位套8之间通过螺纹连接，从而构成丢手组件1的外部结构。滑套7设置在上接头5和限位套8的中央，并可在上接头5和限位套8的轴向限位作用下在固定范围内滑动，上接头5和限位套8的轴向限位作用保证滑套7不会掉出。所述的限位套8的下端设置有可将限位套8锁定在转接体9上的弹簧爪10，所述的滑套7下端的外侧与所述的弹簧爪10对应设置有用于防止弹簧爪10收拢的凸缘11。由于凸缘11对弹簧爪10聚拢的阻碍作用，弹簧爪10外侧的凸起部分得以钩住转接体9的内壁，从而可使上接头5、滑套7和限位套8三者连接成的组件与转接体9实现高强度的稳定连接。

所述的上接头5的侧面通过螺纹安装有一组沿圆周排列的剪钉13，所述的滑套7的外表面上设置有一上一下两组与剪钉13匹配的钉孔14，所述的剪钉13的末端插在其中一组钉孔14内，所述的滑套7的外侧设置有用于容纳弹簧15的环形空腔12。

下井时，将剪钉13插在位于上面的一组钉孔14内，此时，滑套7的下端和限位套8的下端平齐，此时弹簧爪10钩在转接体9的内壁上，打压坐封后，向油管内投入钢球6，钢球6将滑套7的上端封堵，然后向油管内打压，滑套7在压力的推动下下行并将剪钉13剪断，当滑套7上的凸缘11完全从限位套8的下端伸出后，弹簧爪10得以向中间聚拢，从而解除与转接体9之间的连接，上接头5、滑套7和限位套8三者连接成的组件与转接体9脱离，完成丢手过程。

打捞桥塞时，需要现对提至井上的组件进行改装三项改装：1)将已经剪断的剪钉13更换为一个完好的剪钉13，并使剪钉的末端插在位于下面的一组钉孔14内；2)在所述的环形空腔12内装入一个弹簧15，弹簧15安装后即呈压缩状态；3)在滑套7的下端安装起引导作用的引鞋。打捞时，将改装后的组件下井，此时滑套7上的凸缘11完全从限位套8的下端伸出，从而保证滑套7和限位套8三者连接成的组件与转接体9可以重新顺利对接。对接后，向油管内投入钢球6，钢球6将滑套7的上端封堵，然后向油管内打压，滑套7在压力的推动下下行并将剪钉13剪断，剪钉13剪断后，滑套7在弹簧15的弹性回复力的作用下上行，继而使滑套7的下端和限位套8的下端平齐，此时，凸缘11再次对弹簧爪10聚拢起阻碍作用，从而使弹簧爪10外侧的凸起部分得以钩住转接体9的内壁，继而达到上提打捞的目的。

在上述结构中，一上一下两组钉孔14的设置，对丢手和打捞两个功能的转换起了决定性作用，这一结构的设计虽然简单，但直接解决了丢手和打捞两个功能转换的核心问题，因此是属于本发明的一大创新点。

所述的胶筒组件3由非膨胀橡胶和膨胀橡胶两种材料组合制成。非膨胀橡胶具有强度高、韧性好、耐撕裂的优点(注意：本发明中的非膨胀橡胶是为了与膨胀橡胶做出区分，具体是指传统胶筒中广泛采用的橡胶，而不泛指所有的非膨胀橡胶)，但其承压能力较差。而膨胀橡胶吸水或油后可膨胀数倍至数十倍，从而对套管内壁施加强大的接触压力，因此具有良好的密封效果，但其强度低、耐撕裂性能较差。本发明将这两种橡胶材料结合，利用膨胀橡胶来改善胶筒组件3的承压能力，利用非膨胀橡胶来保护膨胀橡胶，防止膨胀橡胶受外力损伤，实现了材料的优势互补，改善了胶筒组件的密封性能。

所述的胶筒组件3的结构包括两个边胶筒18和一个中胶筒19，两个边胶筒18之间的中心管17上套有钢套20，钢套20的最大直径与边胶筒18的直径相同，钢套20的外侧设置有环形槽，所述的中胶筒19设置在该环形槽内并将环形槽填满，边胶筒18由非膨胀橡胶制成，中胶筒19由膨胀橡胶制成。

这种结构的优点在于：

1、位于两边的两个边胶筒18可保证桥塞的基础密封作用，同时也能对中胶筒19进行保护，防止其刮伤，但在承受25兆帕以上的高压时，边胶筒18可能因为随着压力发生形变而产生漏失问题，一旦边胶筒18漏失，进入两个边胶筒之间的液体与中胶筒19发生接触使其膨胀，膨胀后的中胶筒19会从内侧对边胶筒18进行支撑，并从内侧向外适度挤压边胶筒18以抵消边胶筒18承压后发生的形变，从而改善胶筒组件3的整体承压性能。需要强调的是，此处的中胶筒19的体积不可过大，因为一旦体积过大，中胶筒19便会对边胶筒18造成过渡挤压，从而对边胶筒18的密封效果产生负面影响。

2、膨胀后的中胶筒19同样会抵在套管上，形成新的密封面，从而进一步提高胶筒组件3的整体承压性能。

3、将中胶筒19设置在钢套20上的环形槽内，可避免中胶筒19在两个边胶筒18压缩坐封时受到挤压，从而避免边胶筒18将体积较小的中胶筒19埋没，即避免边胶筒18阻断漏失的液体与中胶筒19的接触。同时，环形槽的侧壁可在下井过程中对中胶筒19进行更直接、更有效的保护，防止中胶筒19损坏。

实施例二：

作为本发明的而另一种实施例，胶筒组件3的结构可以设置成另外一种结构，这种胶筒组件3的结构包括外胶筒21和内胶筒22，内胶筒22含在外胶筒21内侧，并与外胶筒21共同拼合构成一个筒状结构，外胶筒21由非膨胀橡胶制成，内胶筒22由膨胀橡胶制成。所述的外胶筒21与中心管17的结合面上设置有过液槽23，过液槽23的长度方向与中心管17的长度方向相同，过液槽23至少有三条，各过液槽23在中心管17的周围均匀布置。

这种结构的优点在于：

1、在这种结构中，胶筒的坐封分为两步，第一步是通过压缩胶筒进行第一次坐封，经过第一次坐封后，胶筒组件可达到常规胶筒的承压密封效果。第一次坐封后，井下液体经过所述的过液槽23后与内胶筒22接触，内胶筒22充分膨胀后实现二次坐封，二次坐封可将胶筒组件3的承压能力提升一个层级，从而大大提高了胶筒的密封性能。

2、将非膨胀橡胶，将膨胀橡胶设在内层，可对强度较差的膨胀橡胶形成有效保护，同时又充分发挥了膨胀橡胶的性能优势，达到了两种橡胶材料优势互补的效果。

3、解封时，先解除胶筒坐封时承受的坐封力，然后再上提解封，与传统的膨胀胶筒相比，解封力大大降低。

Claims (4)

1.一种带有组合胶筒的桥塞，包括丢手组件(1)、坐封机构组件(2)、胶筒组件(3)、锚定机构组件(4)和中心管(17)，其中，丢手组件(1)连接在中心管(17)的上端，坐封机构组件(2)、胶筒组件(3)和锚定机构组件(4)套装在中心管(17)上，其特征在于：所述的丢手组件(1)包括上接头(5)、转接体(9)、滑套(7)和限位套(8)，上接头(5)和限位套(8)之间通过螺纹连接，滑套(7)设置在上接头(5)和限位套(8)的中央，并可在上接头(5)和限位套(8)的轴向限位作用下在固定范围内滑动，所述的限位套(8)的下端设置有可将限位套(8)锁定在转接体(9)上的弹簧爪(10)，所述的滑套(7)下端的外侧与所述的弹簧爪(10)对应设置有用于防止弹簧爪(10)收拢的凸缘(11)，所述的上接头(5)的侧面通过螺纹安装有一组沿圆周排列的剪钉(13)，所述的滑套(7)的外表面上设置有一上一下两组与剪钉(13)匹配的钉孔(14)，所述的剪钉(13)的末端插在其中一组钉孔(14)内，所述的滑套(7)的外侧设置有用于容纳弹簧(15)的环形空腔(12)；

所述的胶筒组件(3)由非膨胀橡胶和膨胀橡胶两种材料组合制成。

2.根据权利要求1所述的一种带有组合胶筒的桥塞，其特征在于：所述的胶筒组件(3)的结构包括两个边胶筒(18)和一个中胶筒(19)，两个边胶筒(18)之间的中心管(17)上套有钢套(20)，钢套(20)的最大直径与边胶筒(18)的直径相同，钢套(20)的外侧设置有环形槽，所述的中胶筒(19)设置在该环形槽内并将环形槽填满，边胶筒(18)由非膨胀橡胶制成，中胶筒(19)由膨胀橡胶制成。

3.根据权利要求1所述的一种带有组合胶筒的桥塞，其特征在于：所述的胶筒组件(3)的结构包括外胶筒(21)和内胶筒(22)，内胶筒(22)含在外胶筒(21)内侧，并与外胶筒(21)共同拼合构成一个筒状结构，外胶筒(21)由非膨胀橡胶制成，内胶筒(22)由膨胀橡胶制成，所述的外胶筒(21)与中心管(17)的结合面上设置有过液槽(23)，过液槽(23)的长度方向与中心管(17)的长度方向相同，过液槽(23)至少有三条，各过液槽(23)在中心管(17)的周围均匀布置。

4.根据权利要求3所述的一种带有组合胶筒的桥塞，其特征在于：所述的外胶筒(21)与内胶筒(22)的配合面为圆弧面。