CN110821442B - 整体可捞可钻桥塞 - Google Patents

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CN110821442B CN201911213273.3A CN201911213273A CN110821442B CN 110821442 B CN110821442 B CN 110821442B CN 201911213273 A CN201911213273 A CN 201911213273A CN 110821442 B CN110821442 B CN 110821442B
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    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B33/00Sealing or packing boreholes or wells
    • E21B33/10Sealing or packing boreholes or wells in the borehole
    • E21B33/13Methods or devices for cementing, for plugging holes, crevices, or the like
    • E21B33/134Bridging plugs

Abstract

一种整体可捞可钻桥塞,涉及油田井下工具技术领域,包括丢手组件和桥塞主体,丢手组件连接在桥塞主体的上端,所述的中心管由上下两部分组成,上中心管的内侧设置有上滑管和下滑管,上滑管的下端插在下滑管上端的内侧,上滑管和下滑管之间的重合处设置有弹簧销,上中心管的侧壁上设置有径向通孔,通孔内安装有锁块,锁块的一端抵在所述锁套内侧的凹槽内,上滑管与上中心管之间设置有复位弹簧A,下滑管和下中心管的上端面之间设置有复位弹簧B。本发明在现有技术的基础上增加了以锁块为核心的全新解封机构,该机构通过上提并释放上滑管的方式启动,具有设计巧妙、动作可靠、解封力小等诸多优点。

Description

整体可捞可钻桥塞
技术领域
本发明属于油田井下工具技术领域,尤其涉及一种整体可捞可钻桥塞。
背景技术
桥塞是油田生产中常用的一种井下工具,其基础结构包括丢手组件、胶筒和卡瓦,安装时,通过油管管柱将桥塞整体下放至井下预定位置,然后通过向油管管柱内打压(注入高压水)的方式使胶筒和卡瓦坐封。胶筒坐封后将油套环空封堵,作用是将桥塞上下两侧的油套环空隔离。卡瓦坐封后向外撑起并抵在套管内壁上,作用是将桥塞锚定在套管内壁上。胶筒和卡瓦坐封后,通过旋转油管管柱等方式使丢手组件与桥塞主体分离,从而将桥塞主体留在井下,完成桥塞的安装。
在实际生产时,桥塞使用完成后需要去除,以使套管再次畅通。目前,去除桥塞的方式主要有两种:一种是钻除,这种去除方式的优点是桥塞工作可靠性高,缺点是作业成本高、效率低,另一种是通过上提解封的方式使胶筒和卡瓦解封,然后通过油管管柱将桥塞上提出井。这种去除方式的优点是作业成本低、效率高,缺点是桥塞工作的可靠性差,容易出现无法解封的问题。因此,有必要设计一种安装作业成本低、动作可靠性高的新型桥塞。
发明内容
为了解决背景技术中存在的技术问题,本发明提供一种整体可捞可钻桥塞。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现:本发明提供了一种整体可捞可钻桥塞,包括丢手组件和桥塞主体,丢手组件连接在桥塞主体的上端,丢手组件内设置有坐封活塞和推筒,所述的桥塞主体的结构包括中心管、胶筒和卡瓦,胶筒和卡瓦均安装在中心管的外侧,胶筒的上下两侧分别设置有上压环和下压环,上压环、胶筒和下压环所在区段的内侧设置有坐封滑套,上压环通过螺纹连接在坐封滑套的上端,胶筒和下压环套在坐封滑套上,所述推筒的下端抵在所述上压环上,所述卡瓦的上下两侧分别设置有上锥体和下锥体,上锥体和下锥体均通过圆锥面与卡瓦配合,上锥体的上端通过螺纹连接在下压环上,下锥体通过解封销钉连接在中心管上;
中心管的上端设置有油管接头和丢手接头,二者均通过螺纹连接在中心管的上端,油管接头的外侧设置有用于连接油管的油管螺纹,丢手接头上设置有用于连接丢手组件的螺纹;
坐封滑套的内侧设置有环形槽,该环形槽内安装有止退卡簧,所述中心管的外侧固定有与所述止退卡簧配套的锁套,止退卡簧的内侧和锁套的外侧均加工有单向止退螺纹;
所述的中心管由上下两部分组成,两部分分别称为上中心管和下中心管,上中心管和下中心管之间通过螺纹连接成一体,上中心管的内侧设置有上滑管和下滑管,上滑管的下端插在下滑管上端的内侧,上滑管和下滑管之间的重合处设置有弹簧销,弹簧销安装在下滑管上,弹簧销的末端抵在上滑管下端的外侧,上中心管的侧壁上设置有径向通孔,称为锁块安装孔,锁块安装孔内安装有锁块,锁块的一端抵在所述锁套内侧的凹槽内,从而将锁套锁定在中心管上,锁块的另一端抵在所述下滑管上端的外侧,上滑管与上中心管之间设置有复位弹簧A,上滑管在复位弹簧A的弹力作用下始终保持向下的运动趋势,下滑管和下中心管的上端面之间设置有复位弹簧B,下滑管在复位弹簧B的弹力作用下始终保持向上的运动趋势。
作为进一步的技术方案,所述的整体可捞可钻桥塞还包括解封杆,解封杆的外侧加工有导向滑道,所述上滑管的内侧固定设置有与所述导向滑道对应的导向销,导向销的末端插在导向滑道内;
导向滑道的结构包括滑道入口、上死点和下死点,解封杆在上滑管内向下滑动时,导向销先从滑道入口进入导向滑道,然后在导向滑道的导向作用下到达上死点,此时,解封杆在上滑管内向上滑动时,导向销在导向滑道的导向作用下到达下死点。
作为进一步的技术方案,所述上压环为一个组件,其结构包括安装环、翻转块和限位环,安装环通过螺纹连接在坐封滑套上,翻转块通过弧面配合结构安装在安装环上,限位环通过螺纹连接在安装环上;
在所述安装环和翻转块之间的弧面配合处,安装环上的弧面上加工有燕尾滑槽,翻转块上的圆弧面上加工有燕尾滑块,燕尾滑块滑动安装在燕尾滑槽内,从而将翻转块旋转安装在安装环上;
所述翻转块朝向胶筒所在一侧,所有翻转块沿圆周拼合成一个完整的圆环,该圆环的外侧加工有环形槽,该环形槽内安装有钢丝卡簧。
作为进一步的技术方案,所述的胶筒为一体式结构,胶筒的外侧设置有两个环形槽,该环形槽内安装有扩张环,扩张环由钢板弯折成的蛇形弹簧制成,扩张环的材质为弹簧钢。
本发明的有益效果为:
1、本发明在现有技术的基础上增加了以锁块为核心的全新解封机构,该机构通过上提并释放上滑管的方式启动,具有设计巧妙、动作可靠、解封力小等诸多优点。
2、本发明解封时,可通过钢丝绳向井内下放常规的内孔打捞工具,打捞工具抓住上滑管后实现上滑管的上提,继而实现解封,因此解封时不用打压,不用起下管柱,在保证桥塞动作可靠性的同时,降低了作业成本。考虑到常规打捞工具难以保证百分之百的打捞成功率,本发明特别设计了带有导向滑道的解封杆,通过解封杆上的导向滑道与上滑管上的导向销的配合,可保证解封杆一次下放便可钩住上滑管,从而进一步提高作业效率。
3、本发明在上压环上设置了翻转块,翻转块可在胶筒坐封后向外翻转,从而对胶筒边缘进行有效支撑,实现对胶筒上侧的限位,从而有效提高胶筒的承压能力。
4、本发明采用了一体式胶筒,并在胶筒外侧设置了扩张环,胶筒坐封时,扩张环的直径随胶筒直径的增大而增大,从而相当于在胶筒内镶嵌了刚性的骨架,进一步提高了胶筒的承压能力。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图;
图2是丢手组件的结构示意图;
图3是桥塞主体的结构示意图;
图4是解封杆的结构示意图;
图5是解封杆外侧的导向滑道的平面展开结构示意图;
图6是上压环的结构示意图;
图7是图6的右视图;
图8是翻转块的结构示意图;
图9是图8的左视图;
图10是图9中A处的截面图;
图11是图9中B处的截面图;
图12是胶筒的优选结构示意图;
图13是图12中C处的截面图;
图14是图3中以锁块为核心的解封机构处的局部放大图。
图中:1-坐封活塞,2-推筒,3-上压环,4-胶筒,5-下压环,6-上锥体,7-卡瓦,8-下锥体,9-上滑管,10-油管接头,11-丢手接头,12-上中心管,13-复位弹簧A,14-止退卡簧,15-锁块,16-弹簧销,17-锁套,18-复位弹簧B,19-下滑套,20-解封销钉,21-下中心管,22-导向销,23-钢丝绳,24-解封杆,25-滑道入口,26-上死点,27-下死点,28-限位环,29-安装环,30-翻转块,31-燕尾区段,32-无燕尾区段,33-钢丝卡簧,34-扩张环,35-坐封滑套。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步描述:
如图1所示,本发明包括丢手组件和桥塞主体,丢手组件连接在桥塞主体的上端,丢手组件内设置有坐封活塞1和推筒2,所述的桥塞主体的结构包括中心管、胶筒4和卡瓦7,胶筒4和卡瓦7均安装在中心管的外侧。坐封时,将丢手组件的上端连接在油管管柱的下端,然后向管柱内打压,坐封活塞1连接在坐封活塞1上的推筒2在压力作用下向下滑动,从而为胶筒4和卡瓦7的坐封提供动力。
如图3所示,在本发明中,胶筒4的上下两侧分别设置有上压环3和下压环5,上压环3、胶筒4和下压环5所在区段的内侧设置有坐封滑套35,上压环3通过螺纹连接在坐封滑套35的上端,胶筒4和下压环5套在坐封滑套35上,所述推筒2的下端抵在所述上压环3上,所述卡瓦7的上下两侧分别设置有上锥体6和下锥体8,上锥体6和下锥体8均通过圆锥面与卡瓦7配合,上锥体6的上端通过螺纹连接在下压环5上,下锥体8通过解封销钉20连接在中心管上。坐封时,丢手组件内的推筒2给上压环3施加压力并推动上压环3向下滑动,在上压环3滑动过程中,上压环3向环5靠近,从而在轴向挤压胶筒4,使胶筒直径增大,从而实现胶筒的坐封。在上压环3滑动过程中,上锥体6向下锥体8靠近,靠近过程中,卡瓦7在圆锥面作用下沿桥塞主体的径向向外滑动,从而实现卡瓦7的坐封。解封时,可通过上提中心管的方式将解封销钉20剪断,从而实现桥塞的解封。
如图3所示,中心管的上端设置有油管接头10和丢手接头11,二者均通过螺纹连接在中心管的上端,油管接头10的外侧设置有用于连接油管的油管螺纹。通过油管螺纹连接油管管柱,可实现对中心管的强力上提,以便将解封销钉20剪断,实现解封。丢手接头11上设置有用于连接丢手组件的螺纹,该处螺纹需采用反扣(即左旋螺纹),桥塞坐封后,通过顺时针旋转油管管柱便可将丢手组件从桥塞主体上拆离,从而完成丢手。
如图3所示,坐封滑套35的内侧设置有环形槽,该环形槽内安装有止退卡簧14,所述中心管的外侧固定有与所述止退卡簧14配套的锁套17,止退卡簧14的内侧和锁套17的外侧均加工有单向止退螺纹。桥塞坐封后,止退卡簧14卡在锁套17的外侧使坐封滑套35无法后退(无法向上滑动)。通过止退卡簧14和单向止退螺纹实现单向逆止这一方案在现有的封隔器、桥塞等井下工具中广泛使用,其结构与原理已经被所述领域的技术人员所熟知,故在此不再赘述。
所述的中心管由上下两部分组成,两部分分别称为上中心管12和下中心管21,上中心管12和下中心管21之间通过螺纹连接成一体,上中心管12的内侧设置有上滑管9和下滑管19,上滑管9的下端插在下滑管19上端的内侧,上滑管9和下滑管19之间的重合处设置有弹簧销16,弹簧销16安装在下滑管19上,弹簧销16的末端抵在上滑管9下端的外侧,上中心管12的侧壁上设置有径向通孔,称为锁块安装孔,锁块安装孔内安装有锁块15,锁块15的一端抵在所述锁套17内侧的凹槽内,从而将锁套17锁定在中心管上,锁块15的另一端抵在所述下滑管19上端的外侧,上滑管9与上中心管12之间设置有复位弹簧A13,上滑管9在复位弹簧A13的弹力作用下始终保持向下的运动趋势,下滑管19和下中心管21的上端面之间设置有复位弹簧B18,下滑管19在复位弹簧B18的弹力作用下始终保持向上的运动趋势。
本发明在现有技术的基础上增加了以锁块15为核心的全新解封机构,该机构通过上提并释放上滑管9的方式启动,具有设计巧妙、动作可靠、解封力小等诸多优点。解封时,可通过钢丝绳23向井内下放常规的内孔打捞工具,打捞工具抓住上滑管9后上提钢丝绳23,使上滑管9上行,上行过程中,当上滑管9的下端到达弹簧销16上侧时,上滑管9对弹簧销16的限位作用解除,弹簧销16弹出,此时,松开释放钢丝绳23使其处于松弛状态,上滑管9便会在复位弹簧A13的弹力及自身重力作用下下滑,下滑过程中,上滑管9的下端被已经弹出的弹簧销16阻挡,从而使下滑管19被上滑管9推动向下滑动,下滑管19下滑至锁块15的下侧时,下滑管19对锁块15的限位作用解除。坐封后的锁套17在胶筒4的弹性回复力的作用下始终保持向上的运动趋势,当下滑管19对锁块15的限位作用解除后,锁块15必然向桥塞主体的中心滑动,使锁块15对锁套17的锁定作用解除,锁套17得以向上滑动,继而实现解封。基于上述的解封原理,以锁块15为核心的全新解封机构解封时只需通过绞车下放钢丝绳,而不用打压,不用起下管柱,在保证桥塞动作可靠性的同时,降低了作业成本。
考虑到常规打捞工具难以保证百分之百的打捞成功率,本发明特别设计了带有导向滑道的解封杆24作为新型的专用打捞工具(如图4所示),通过解封杆24上的导向滑道与上滑管9上的导向销22的配合,可保证解封杆24一次下放便可钩住上滑管9,从而进一步提高作业效率。作为与本发明中的桥塞主体配套的专用打捞工具的解封杆24,其外侧加工有导向滑道,导向滑道可通过铣削的方式加工在解封杆24上,所述上滑管9的内侧固定设置有与所述导向滑道对应的导向销22,导向销22的末端插在导向滑道内。如图5所示,导向滑道的结构包括滑道入口25、上死点26和下死点27,解封杆24在上滑管9内向下滑动时,导向销22先从滑道入口25进入导向滑道,然后在导向滑道的导向作用下到达上死点26,此时,解封杆24在上滑管9内向上滑动时,导向销22在导向滑道的导向作用下到达下死点27。通过导向销22的上述滑动过程,导向销22被解封杆24牢牢钩住。
目前,桥塞上胶筒4的承压能力大多在20MPa以内,难以满足压差大于20MPa时的使用需求。经过分析,胶筒4承压能力差的原因在于:油井内层套管的内径最少为124mm,而桥塞的最大直径不能超过114mm,这使得桥塞下井后,胶筒4需要密封的单边直径至少为5mm,而胶筒4是由软性的橡胶制成的,当胶筒4承受较大压差后,胶筒4会被压入套管与桥塞之间的缝隙内,由于缝隙较大,在大压差作用下,胶筒4的密封非常容易失效。而在本发明中,在上压环3设置了起支撑作用的翻转块30,通过使翻转块30在胶筒4坐封时向外扩张,可大幅缩小桥塞主体与套管之间的缝隙,从而达到提高胶筒4承压能力的目的。
在本发明中,所述上压环3为一个组件,如图6和图7所示,上压环3的结构包括安装环29、翻转块30和限位环28,安装环29通过螺纹连接在坐封滑套35上,翻转块30通过弧面配合结构安装在安装环29上,弧面配合结构可在安装空间受限的情况下使安装环29强有力地支撑翻转块30,使翻转块30可承受住胶筒4承压后产生的巨大挤压力。限位环28通过螺纹连接在安装环29上,限位环28边缘的内侧加工有与翻转块30贴合的斜面,该斜面限制了翻转块30的最大翻转角度,防止翻转块30从安装环29上脱落。
如图8和图9所示,在所述安装环29和翻转块30之间的弧面配合处,安装环29上的弧面上加工有同样为圆弧形的燕尾滑槽,翻转块30上的圆弧面上加工有圆弧形的燕尾滑块,燕尾滑块滑动安装在燕尾滑槽内,从而将翻转块30旋转安装在安装环29上。这种安装结构使得所有翻转块30得以沿圆周拼合成一个完整的圆环,在保证胶筒4承压能力方面,翻转块30能够拼合成一个完整的圆环具有重要意义:这种结构可最大程度上增大胶筒4被翻转块30支撑的面积,并可使各翻转块30之间的缝隙大小一致,从而最大程度发挥翻转块30对胶筒4承压能力的促进作用。
各翻转块30的外侧安装有钢丝卡簧33,通过钢丝卡簧33可在解封后将各翻转块30收拢,防止翻转块30对作业造成妨碍。
如图8、9、10和11所示,在本发明中,所述的燕尾滑块分为燕尾区段31和无燕尾区段32,两个区段的长度各为90°圆弧,其中燕尾区段31的横截面为等腰梯形,以便与所述的燕尾滑槽相匹配,无燕尾区段32的横截面为矩形,无燕尾区段32的宽度不大于所述燕尾滑槽的槽口宽度,向安装环29上安装翻转块30时,先使无燕尾区段32进入燕尾滑槽,然后通过转动翻转块30使燕尾区段31滑入燕尾滑槽内,翻转块30装配完成后,再将限位环28安装在安装环29上,限位环28的限位作用可防止装配过程中翻转块30脱落。
需要说明的是,翻转块30不止可以设置在上压环3上,还可设置在下压环5上,从而使胶筒4上下两侧的承压能力均得到提高。
作为进一步的技术方案,所述的胶筒4为一体式结构,胶筒4的外侧设置有两个环形槽,该环形槽内安装有扩张环34,扩张环34由钢板弯折成的蛇形弹簧制成,扩张环34的材质为弹簧钢。胶筒4坐封时,扩张环34的直径随胶筒4直径的增大而增大,从而相当于在胶筒4内镶嵌了刚性的骨架,进一步提高了胶筒4的承压能力。同时,蛇形弹簧制成的扩张环34可在胶筒4直径增大的同时均匀扩张,不会出现局部缝隙过大的问题,从而最大程度发挥扩张环34对胶筒4承压能力的促进作用。
具体实施时,可采用球墨铸铁来加工各主要结构件,从而在其他手段失效的极端情况下,可通过钻除的方式来将桥塞去除。

Claims (4)

1.一种整体可捞可钻桥塞,包括丢手组件和桥塞主体,丢手组件连接在桥塞主体的上端,丢手组件内设置有坐封活塞(1)和推筒(2),所述的桥塞主体的结构包括中心管、胶筒(4)和卡瓦(7),胶筒(4)和卡瓦(7)均安装在中心管的外侧,其特征在于:胶筒(4)的上下两侧分别设置有上压环(3)和下压环(5),上压环(3)、胶筒(4)和下压环(5)所在区段的内侧设置有坐封滑套(35),上压环(3)通过螺纹连接在坐封滑套(35)的上端,胶筒(4)和下压环(5)套在坐封滑套(35)上,所述推筒(2)的下端抵在所述上压环(3)上,所述卡瓦(7)的上下两侧分别设置有上锥体(6)和下锥体(8),上锥体(6)和下锥体(8)均通过圆锥面与卡瓦(7)配合,上锥体(6)的上端通过螺纹连接在下压环(5)上,下锥体(8)通过解封销钉(20)连接在中心管上;
中心管的上端设置有油管接头(10)和丢手接头(11),二者均通过螺纹连接在中心管的上端,油管接头(10)的外侧设置有用于连接油管的油管螺纹,丢手接头(11)上设置有用于连接丢手组件的螺纹;
坐封滑套(35)的内侧设置有环形槽,该环形槽内安装有止退卡簧(14),所述中心管的外侧固定有与所述止退卡簧(14)配套的锁套(17),止退卡簧(14)的内侧和锁套(17)的外侧均加工有单向止退螺纹;
所述的中心管由上下两部分组成,两部分分别称为上中心管(12)和下中心管(21),上中心管(12)和下中心管(21)之间通过螺纹连接成一体,上中心管(12)的内侧设置有上滑管(9)和下滑管(19),上滑管(9)的下端插在下滑管(19)上端的内侧,上滑管(9)和下滑管(19)之间的重合处设置有弹簧销(16),弹簧销(16)安装在下滑管(19)上,弹簧销(16)的末端抵在上滑管(9)下端的外侧,上中心管(12)的侧壁上设置有径向通孔,称为锁块安装孔,锁块安装孔内安装有锁块(15),锁块(15)的一端抵在所述锁套(17)内侧的凹槽内,从而将锁套(17)锁定在中心管上,锁块(15)的另一端抵在所述下滑管(19)上端的外侧,上滑管(9)与上中心管(12)之间设置有复位弹簧A(13),上滑管(9)在复位弹簧A(13)的弹力作用下始终保持向下的运动趋势,下滑管(19)和下中心管(21)的上端面之间设置有复位弹簧B(18),下滑管(19)在复位弹簧B(18)的弹力作用下始终保持向上的运动趋势。
2.根据权利要求1所述的一种整体可捞可钻桥塞,其特征在于:所述的整体可捞可钻桥塞还包括解封杆(24),解封杆(24)的外侧加工有导向滑道,所述上滑管(9)的内侧固定设置有与所述导向滑道对应的导向销(22),导向销(22)的末端插在导向滑道内;
导向滑道的结构包括滑道入口(25)、上死点(26)和下死点(27),解封杆(24)在上滑管(9)内向下滑动时,导向销(22)先从滑道入口(25)进入导向滑道,然后在导向滑道的导向作用下到达上死点(26),此时,解封杆(24)在上滑管(9)内向上滑动时,导向销(22)在导向滑道的导向作用下到达下死点(27)。
3.根据权利要求1所述的一种整体可捞可钻桥塞,其特征在于:所述上压环(3)为一个组件,其结构包括安装环(29)、翻转块(30)和限位环(28),安装环(29)通过螺纹连接在坐封滑套(35)上,翻转块(30)通过弧面配合结构安装在安装环(29)上,限位环(28)通过螺纹连接在安装环(29)上;
在所述安装环(29)和翻转块(30)之间的弧面配合处,安装环(29)上的弧面上加工有燕尾滑槽,翻转块(30)上的圆弧面上加工有燕尾滑块,燕尾滑块滑动安装在燕尾滑槽内,从而将翻转块(30)旋转安装在安装环(29)上;
所述翻转块(30)朝向胶筒(4)所在一侧,所有翻转块(30)沿圆周拼合成一个完整的圆环,该圆环的外侧加工有环形槽,该环形槽内安装有钢丝卡簧(33)。
4.根据权利要求1所述的一种整体可捞可钻桥塞,其特征在于:所述的胶筒(4)为一体式结构,胶筒(4)的外侧设置有两个环形槽,该环形槽内安装有扩张环(34),扩张环(34)由钢板弯折成的蛇形弹簧制成,扩张环(34)的材质为弹簧钢。
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