CN112177561B - 桥塞投送器、注水泥塞管柱及注水泥塞工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油气田井下工具技术领域，具体涉及一种桥塞投送器、注水泥塞管柱及注水泥塞工艺。桥塞投送器包括中心管，液压座封机构，设于中心管上的传压孔，注入管管壁上设有注入孔，球座螺纹连接或焊接或一体成型在注入管下端；注入管外周面上设有注入管凹槽，中心管上对应地径向开设有中心管穿孔，桥塞投送器包括注入管锁块，注入管锁块由外向内贯穿中心管穿孔并穿入注入管凹槽内，以将注入管和中心管上下锁止；所述注入管凹槽与注入管锁块内端斜面配合，以在注入管相对于中心管下移时将注入管锁块径向朝外顶出注入管凹槽；套体上对应于所述注入管锁块所在位置具有挡止内壁面，套体上于紧邻挡止内壁面上端位置处具有避让段。

Description

桥塞投送器、注水泥塞管柱及注水泥塞工艺

技术领域

本发明涉及油气田井下工具技术领域，具体涉及一种桥塞投送器、注水泥塞管柱及注水泥塞工艺。

背景技术

注水泥塞是一种用于封堵下部油气水层的常规工艺技术，具有操作简单方便、段塞长度可调、可永久承高压等优点，主要采用光油管或油管末端连接笔尖工具的注水泥塞管柱完成该工艺措施，但上述管柱无法直接用于封堵高压层完成高压注水泥塞工艺。目前封堵高压层需要先下入一趟桥塞投送管柱，投送、座封、丢开桥塞封堵高压层后，再下入一趟注水泥塞管柱在桥塞上方完成注水泥塞作业，施工过程较为繁琐，施工成本也较高。

为此，授权公告号为CN206439025U的中国实用新型专利公开了一种桥塞液压投送器，该桥塞液压投送器包括上端的上接头，上接头用来连接上方的油管，在上接头的下端固定有中心管，中心管的外部沿上下方向活动地套装有活塞套，在中心管上开设有径向延伸的传压孔，使用时，液体经传压孔进入到活塞套处，向下顶推活塞套，活塞套的下端设有压环。中心管的下端连接有注入管，注入管的内侧通过剪钉固定安装有球座，球座上端外侧与中心管下端内侧密封配合，注入管上于球座的下方开设有径向延伸的径向连通孔，径向连通孔用作注水泥孔。

现有技术的桥塞液压投送器在使用时，将桥塞连接在注入管下端，使用时，地面投球密封球座，井口打液压，液体经过传压孔向下推动活塞套、压环，压环顶推桥塞的压帽，压帽压缩桥塞的胶筒并使卡瓦外扩锚定在套管上。之后，继续加压，使桥塞与投送器分离，上提投送器后继续加压，剪断球座对应的剪钉，使径向连通孔与中心管连通，通过径向连通孔向套管中注水泥。

现有技术的桥塞液压投送器既能将桥塞投送并座封于套管中，也能够在桥塞座封后进行注水泥塞作业，只需下一趟管柱即可，节省了成本。但是，在实际使用时发现，管柱在下放过程中球座对应的剪钉易疲劳磨损断裂，原因在于，在下放管柱时，若下放速度过快，则球座下部受井内液体的压强较大，球座整体受向上作用力，而在下放过程中当遇卡时不可避免地会上提管柱，若上提速度过快，则球座上部受井内液体的压强较大，球座整体受向下作用力。由此可知，管柱在上提下放过程中产生的抽汲作用会对球座以及剪钉施加交变的作用力，导致剪钉疲劳磨损而断裂，剪钉断裂后，中心管内外直接连通，地面无法打压而驱使活塞套下移，导致桥塞无法座封。

发明内容

本发明的目的在于提供一种桥塞投送器，以解决现有技术中的桥塞投送器在下放时易导致球座对应的剪钉提前剪断而导致桥塞无法座封的技术问题；还提供一种使用该桥塞投送器的注水泥塞管柱，以实现桥塞可靠座封；还提供一种使用该注水泥塞管柱进行注水泥塞作业的工艺，以实现桥塞座封、投送器正常注水泥塞。

为实现上述目的，本发明桥塞投送器的技术方案是：一种桥塞投送器，包括

中心管，其上下延伸，下端用于与桥塞可丢手地相连；

液压座封机构，包括上下移动地环套于中心管外部的套体，套体下端为用于顶压桥塞的压帽的顶压端；

传压孔，设于中心管上，将中心管内的高压液体引向所述套体处以驱使套体下移；

桥塞投送器还包括注入管，注入管设于传压孔下方，其可上下移动地穿装在中心管内，其管壁上设有用于向套管中注入水泥浆的注入孔，注入管外周和中心管内周上对应地开设有可上下挡止以防止注入管向下脱出中心管的挡止结构；

球座，螺纹连接或焊接或一体成型在注入管下端，位于注入孔下方，用于与阀球配合而封堵注入管下端；

注入管外周面上设有注入管凹槽，中心管上对应地径向开设有中心管穿孔，桥塞投送器包括注入管锁块，注入管锁块由外向内贯穿中心管穿孔并穿入注入管凹槽内，以将注入管和中心管上下锁止；

所述注入管凹槽与注入管锁块内端斜面配合，以在注入管相对于中心管下移时将注入管锁块径向朝外顶出注入管凹槽；

套体上对应于所述注入管锁块所在位置具有挡止内壁面，挡止内壁面用于与注入管锁块外端径向挡止，以使注入管和中心管保持锁止；

套体上于挡止内壁面上方位置处具有避让段，避让段的内径大于挡止内壁面所在位置的内径，所述避让段在随套体下移至与注入管锁块对应位置时可供注入管锁块径向外移，注入管具有与中心管上下锁止以使液体冲击下推套体的锁止位，处于锁止位时，注入管下端或球座下端与中心管内周面对应部分之间密封配合；注入管还具有当避让段与注入管锁块对应时被液体下推而使注入孔置于中心管下方以进行注水泥浆的注入位；

桥塞投送器还包括设于中心管与注入管之间、中心管与套体之间、中心管与锁块之间中至少一个处的密封结构，密封结构用于在注入管置于锁止位时防止中心管中的液体经由注入管锁块处渗出。

本发明的有益效果是：本发明提供的桥塞投送器在使用时，阀球与球座密封配合，当注入管处于锁止位时，液体经传压孔下推套体，使得套体能够顶压桥塞的压帽，使得桥塞座封。在此过程中，套体的挡止内壁面与注入管锁块的外端保持挡止配合，避免注入管下移而使注入管内、外连通，保证液体能够经传压孔进入到套体处。当套体移动至避让段与注入管锁块对应位置时，液体会驱使球座、注入管下移，而使注入管的注入孔置于中心管的下方，能够进行注水泥浆。本发明的注入管和球座通过螺纹相连或焊接相连或一体成型，且注入管通过注入管锁块固定在中心管上，与现有技术相比，注入管和球座之间不易脱开，且相比剪钉而言，注入管锁块的横向截面尺寸通常较大，不易被剪断。本发明的桥塞投送器能够保证在投阀球前注入孔处于与外部隔断的状态，使得液体能够向下推动套体，从而使桥塞座封。

进一步地，中心管上的所述挡止结构为中心管下端具有的内凸台，内凸台上具有朝上的上挡止面，注入管的所述挡止结构为注入管上具有的外凸台，外凸台上具有朝下的下挡止面，上、下挡止面挡止配合以避免注入管由中心管向下脱出。通过内凸台的上挡止面和外凸台的下挡止面之间的配合，能够保证注入管在下移并使注入孔注水泥浆时，注入管不会由中心管中脱出。

进一步地，所述注入管凹槽设于所述外凸台上，所述外凸台设于注入管中间位置处，所述密封结构包括环套于注入管外部的密封圈，密封圈包括分设在注入管凹槽上下两侧的上密封圈和下密封圈，下密封圈设于外凸台上，上密封圈设于注入管的上端，所述中心管具有与上密封圈密封配合的密封段，所述密封段具有设定长度，该设定长度用于使得当上、下挡止面挡止配合时密封段与上密封圈保持密封状态。当注入管和中心管之间的锁定被解除后，注入管会在管内外压差的作用下瞬间被快速推动注入位，中心管的密封段与上密封圈之间保持密封状态，防止注水泥浆时水泥浆从注入管的上端环空间隙中注入。

进一步地，所述注入管的下移最大行程大于所述套体的下移最大行程，以使得当注入管置于注入位时，注入孔位于中心管以及套体的下方。在注水泥浆时，注入孔位于中心管以及套体的下方，使得注入孔与套管直接对应，与现有技术中注入孔与套体直接对应的情况相比，即使注入孔与套管之间的水泥浆突然凝固，水泥也只能凝固住注入管，避免现有技术中易将套体凝固住的情况发生，减小由水泥中上提管柱所需的作用力，避免出现管柱无法上提的情况。

进一步地，所述中心管具有与套体滑动配合的中心管外凸台，所述中心管穿孔设于该中心管外凸台上。中心管穿孔设置在中心管外凸台，中心管外凸台与套体滑动配合，注入管锁块完全容纳在中心管穿孔中，避免注入管锁块悬空布置，而出现套体下移时容易与注入管锁块卡滞而折断注入管锁块。

进一步地，所述套体包括至少两级螺纹相连的活塞套，各活塞套均包括上方的大孔段和下方的小孔段，其中一对相邻的活塞套中，上一级活塞套的小孔段上设有径向贯穿的活塞套穿孔，中心管外周上对应设有中心管凹槽，液压座封机构还包括径向由外向内贯穿活塞套穿孔并延伸至中心管凹槽内的活塞套锁块，中心管凹槽和活塞套锁块斜面配合，以在活塞套相对于中心管下移时驱使活塞套锁块外移，上一级活塞套的小孔段与下一级活塞套的大孔段在径向上间隔排布，液压座封机构还包括设于该间隔中的活塞，该活塞滑动密封设于中心管与下一级活塞套之间，该活塞用于与活塞套锁块外端径向挡止配合，该活塞与上一级活塞套的小孔段之间通过剪钉相连，上一级活塞套与中心管之间具有用于连通对应传压孔与该活塞上端面的过液流道。活塞与活塞套锁块挡止配合，活塞套与中心管之间通过活塞套锁块相连，活塞能够保证在剪钉不剪断的情况下整个套体无法下移，且活塞置于套体的内部，在下放桥塞投送器的过程中，即使套体与套管内壁之间摩擦，也不会剪断活塞对应的剪钉，保证桥塞投送器能够下放至设定位置处。

进一步地，所述中心管管壁上于球座下方设有内循环孔，所述套体上对应于所述内循环孔设置有外循环孔，内、外循环孔连通中心管内外以对中心管进行循环冲洗。在下放过程中，通过内、外循环孔的配合，能够对中心管内部进行循环冲洗，将中心管内部的杂物及时冲洗出去，避免对后续作业造成影响。

进一步地，所述套体包括上方的活塞套和设于活塞套下端的压管，所述压管的下端为所述顶压端，所述压管螺纹连接于活塞套上，以实现上下位置可调，套体还包括在压管上下调整到位后同时径向穿入活塞套和压管中以防止两者相对转动的止转销。压管上下位置可调，在初始组装时，可以保证压管与桥塞的压帽直接接触，减小套体所需下移的距离，减小作业时间和作业所需液体量，而且，通过止转销能够防止压管相对于活塞套转动，从而避免压管自转脱落。

本发明注水泥塞管柱的技术方案是：一种注水泥塞管柱，包括桥塞投送器以及与桥塞投送器相连的桥塞，桥塞投送器包括

中心管，其上下延伸，下端用于与桥塞可丢手地相连；

液压座封机构，包括上下移动地环套于中心管外部的套体，套体下端为用于顶压桥塞的压帽的顶压端；

传压孔，设于中心管上，将中心管内的高压液体引向所述套体处以驱使套体下移；

桥塞投送器还包括注入管，注入管设于传压孔下方，其可上下移动地穿装在中心管内，其管壁上设有用于向套管中注入水泥浆的注入孔，注入管外周和中心管内周上对应地开设有可上下挡止以防止注入管向下脱出中心管的挡止结构；

球座，螺纹连接或焊接或一体成型在注入管下端，位于注入孔下方，用于与阀球配合而封堵注入管下端；

注入管外周面上设有注入管凹槽，中心管上对应地径向开设有中心管穿孔，桥塞投送器包括注入管锁块，注入管锁块由外向内贯穿中心管穿孔并穿入注入管凹槽内，以将注入管和中心管上下锁止；

所述注入管凹槽与注入管锁块内端斜面配合，以在注入管相对于中心管下移时将注入管锁块径向朝外顶出注入管凹槽；

套体上对应于所述注入管锁块所在位置具有挡止内壁面，挡止内壁面用于与注入管锁块外端径向挡止，以使注入管和中心管保持锁止；

套体上于挡止内壁面上方位置处具有避让段，避让段的内径大于挡止内壁面所在位置的内径，所述避让段在随套体下移至与注入管锁块对应位置时可供注入管锁块径向外移，注入管具有与中心管上下锁止以使液体冲击下推套体的锁止位，处于锁止位时，注入管下端或球座下端与中心管内周面对应部分之间密封配合；注入管还具有当避让段与注入管锁块对应时被液体下推而使注入孔置于中心管下方以进行注水泥浆的注入位；

桥塞投送器还包括设于中心管与注入管之间、中心管与套体之间、中心管与锁块之间中至少一个处的密封结构，密封结构用于在注入管置于锁止位时防止中心管中的液体经由注入管锁块处渗出。

本发明的有益效果是：本发明提供的桥塞投送器在使用时，阀球与球座密封配合，当注入管处于锁止位时，液体经传压孔下推套体，使得套体能够顶压桥塞的压帽，使得桥塞座封。在此过程中，套体的挡止内壁面与注入管锁块的外端保持挡止配合，避免注入管下移而使注入管内、外连通，保证液体能够经传压孔进入到套体处。当套体移动至避让段与注入管锁块对应位置时，液体会驱使球座、注入管下移，而使注入管的注入孔置于中心管的下方，能够进行注水泥浆。本发明的注入管和球座通过螺纹相连或焊接相连或一体成型，且注入管通过注入管锁块固定在中心管上，与现有技术相比，注入管和球座之间不易脱开，且相比剪钉而言，注入管锁块的横向截面尺寸通常较大，不易被剪断。本发明的桥塞投送器能够保证在投阀球前注入孔处于与外部隔断的状态，使得液体能够向下推动套体，从而使桥塞座封。

进一步地，中心管上的所述挡止结构为中心管下端具有的内凸台，内凸台上具有朝上的上挡止面，注入管的所述挡止结构为注入管上具有的外凸台，外凸台上具有朝下的下挡止面，上、下挡止面挡止配合以避免注入管由中心管向下脱出。通过内凸台的上挡止面和外凸台的下挡止面之间的配合，能够保证注入管在下移并使注入孔注水泥浆时，注入管不会由中心管中脱出。

进一步地，所述注入管凹槽设于所述外凸台上，所述外凸台设于注入管中间位置处，所述密封结构包括环套于注入管外部的密封圈，密封圈包括分设在注入管凹槽上下两侧的上密封圈和下密封圈，下密封圈设于外凸台上，上密封圈设于注入管的上端，所述中心管具有与上密封圈密封配合的密封段，所述密封段具有设定长度，该设定长度用于使得当上、下挡止面挡止配合时密封段与上密封圈保持密封状态。当注入管和中心管之间的锁定被解除后，注入管会在管内外压差的作用下瞬间被快速推动注入位，中心管的密封段与上密封圈之间保持密封状态，防止注水泥浆时水泥浆从注入管的上端环空间隙中注入。

进一步地，所述注入管的下移最大行程大于所述套体的下移最大行程，以使得当注入管置于注入位时，注入孔位于中心管以及套体的下方。在注水泥浆时，注入孔位于中心管以及套体的下方，使得注入孔与套管直接对应，与现有技术中注入孔与套体直接对应的情况相比，即使注入孔与套管之间的水泥浆突然凝固，水泥也只能凝固住注入管，避免现有技术中易将套体凝固住的情况发生，减小由水泥中上提管柱所需的作用力，避免出现管柱无法上提的情况。

进一步地，所述中心管具有与套体滑动配合的中心管外凸台，所述中心管穿孔设于该中心管外凸台上。中心管穿孔设置在中心管外凸台，中心管外凸台与套体滑动配合，注入管锁块完全容纳在中心管穿孔中，避免注入管锁块悬空布置，而出现套体下移时容易与注入管锁块卡滞而折断注入管锁块。

进一步地，所述套体包括至少两级螺纹相连的活塞套，各活塞套均包括上方的大孔段和下方的小孔段，其中一对相邻的活塞套中，上一级活塞套的小孔段上设有径向贯穿的活塞套穿孔，中心管外周上对应设有中心管凹槽，液压座封机构还包括径向由外向内贯穿活塞套穿孔并延伸至中心管凹槽内的活塞套锁块，中心管凹槽和活塞套锁块斜面配合，以在活塞套相对于中心管下移时驱使活塞套锁块外移，上一级活塞套的小孔段与下一级活塞套的大孔段在径向上间隔排布，液压座封机构还包括设于该间隔中的活塞，该活塞滑动密封设于中心管与下一级活塞套之间，该活塞用于与活塞套锁块外端径向挡止配合，该活塞与上一级活塞套的小孔段之间通过剪钉相连，上一级活塞套与中心管之间具有用于连通对应传压孔与该活塞上端面的过液流道。活塞与活塞套锁块挡止配合，活塞套与中心管之间通过活塞套锁块相连，活塞能够保证在剪钉不剪断的情况下整个套体无法下移，且活塞置于套体的内部，在下放桥塞投送器的过程中，即使套体与套管内壁之间摩擦，也不会剪断活塞对应的剪钉，保证桥塞投送器能够下放至设定位置处。

进一步地，所述中心管管壁上于球座下方设有内循环孔，所述套体上对应于所述内循环孔设置有外循环孔，内、外循环孔连通中心管内外以对中心管进行循环冲洗。在下放过程中，通过内、外循环孔的配合，能够对中心管内部进行循环冲洗，将中心管内部的杂物及时冲洗出去，避免对后续作业造成影响。

进一步地，所述套体包括上方的活塞套和设于活塞套下端的压管，所述压管的下端为所述顶压端，所述压管螺纹连接于活塞套上，以实现上下位置可调，套体还包括在压管上下调整到位后同时径向穿入活塞套和压管中以防止两者相对转动的止转销。压管上下位置可调，在初始组装时，可以保证压管与桥塞的压帽直接接触，减小套体所需下移的距离，减小作业时间和作业所需液体量，而且，通过止转销能够防止压管相对于活塞套转动，从而避免压管自转脱落。

本发明注水泥塞工艺的技术方案是：一种注水泥塞工艺，其特征在于：包括以下步骤：

1)下放注水泥塞管柱至套管内设定位置，向中心管内投阀球，使阀球与球座密封配合，地面打液压，液体经传压孔驱使套体下移并顶压桥塞的压帽，使得桥塞座封；

2)继续打压使桥塞丢手；

3)上提桥塞投送器设定距离，继续打液压，驱使套体下移至避让段与注入管锁块对应位置处，球座和注入管被液体下推而使注入孔置于中心管下方以进行注水泥塞作业。

本发明的有益效果是：本发明在使用时，阀球与球座密封配合，当注入管处于锁止位时，液体下推套体，使得套体能够顶压桥塞的压帽，使得桥塞座封。在此过程中，套体的挡止内壁面与注入管锁块的外端保持挡止配合，避免注入管下移而使注入管内、外连通，保证液体能够经传压孔进入到套体处。桥塞丢手、桥塞投送器上提后，继续打压，当套体移动至避让段与注入管锁块对应位置时，液体会驱使球座、注入管下移，而使注入管的注入孔置于中心管的下方，能够进行注水泥浆作业。本发明的注入管和球座通过螺纹相连或焊接相连或一体成型，且注入管通过注入管锁块固定在中心管上，与现有技术相比，注入管和球座之间不易脱开，且相比剪钉而言，注入管锁块的横向截面尺寸通常较大，不易被剪断。本发明的桥塞投送器能够保证在投阀球前注入孔处于与外部隔断的状态，使得液体能够向下推动套体，从而使桥塞座封。

附图说明

图1为本发明注水泥塞管柱实施例中下入套管后的示意图；

图2为图1中桥塞投送器第一部分的示意图；

图3为图1中桥塞投送器第二部分的示意图；

图4为图1中桥塞的示意图；

图5为本发明注水泥塞管柱实施例中桥塞座封、桥塞投送器上提后注水泥塞作业时的第一部分示意图；

图6为本发明注水泥塞管柱实施例中桥塞座封、桥塞投送器上提后注水泥塞作业时的第二部分示意图；

图7为本发明注水泥塞管柱实施例中桥塞座封、桥塞投送器上提后注水泥塞作业时的第三部分示意图；

图8为本发明注水泥塞管柱实施例中桥塞座封、桥塞投送器上提后注水泥塞作业时的第四部分示意图；

图9为图7中A处的放大图；

图10为图8中B处的放大图；

附图标记说明：100-油管；200-套管；300-桥塞投送器；31-液压座封机构；32-中心管；33-注入管；34-球座；35-油管接头；36-外缸套；37-第一活塞；38-第一传压孔；39-第一泄压孔；310-第一中心管段；311-第一活塞套；312-第二传压孔；313-第二泄压孔；314-第二中心管段；315-第二活塞套；316-第三传压孔；317-第三中心管段；318-活塞套锁块；319-第二活塞；320-第三活塞套；321-止转销；322-压管；323-避让段；324-第四中心管段；325-注入管锁块；326-阀球；327-注入孔；328-内循环孔；329-外循环孔；330-剪钉孔；331-剪钉安装孔；332-中心管内凸台；333-中心管外凸台；334-注入管外凸台；335-上密封圈；336-下密封圈；400-桥塞；41-芯轴；42-锁紧机构；421-压帽；422-锁环块；423-锁环块外套；43-胶筒总成；431-端胶筒；432-中胶筒；44-卡瓦总成；441-锥体；442-卡瓦分块；443-卡瓦牙；444-箍环；45-导头；500-高压层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

本发明的注水泥塞管柱的具体实施例，如图1至图10所示，注水泥塞管柱包括桥塞投送器300和桥塞400，桥塞投送器300和桥塞400通过剪钉相连，桥塞投送器300上接油管100，桥塞投送器300能够将桥塞400送至井内设定位置并使桥塞座封于套管200中，在桥塞400座封后能够将剪钉剪断而将桥,丢手在井内，通过桥塞400封堵高压层500，上提桥塞投送器300并通过桥塞投送器300进行注水泥塞作业。

如图2和图3所示，首先介绍桥塞投送器300的结构，桥塞投送器300包括油管接头35、中心管32、液压座封机构31、注入管33和球座34。中心管32连在油管接头35下端，下端用来连接桥塞400；液压座封机构31套装在中心管32外部，用来向下顶推桥塞400的压帽421；注入管33上有注入孔327，用来向套管200中注水泥浆；球座34与注入管33相连，用来与阀球326配合，实现打压。

如图2所示，油管接头35有内螺纹，使用时与上方的油管100相连，中心管32上端螺纹连接在油管接头35的下端内壁上。本实施例中的中心管32为多段对接的形式，中心管32包括由上到下相连的第一中心管段310、第二中心管段314、第三中心管段317和第四中心管段324，由图2和图3中可以看出，任意相邻的两个中心管段之间螺纹相连，第一、第二中心管段包括上端的小径段和下方的大径段，第二中心管段的小径段连接在第一中心管段的大径段上，大径段上安装有两道密封圈，用来与活塞套的大孔段密封配合。由图2和图3可以看出，第三中心管段317为直管结构，第四中心管段324的上端位置处一体成型有中心管外凸台333，下端朝外折弯，第四中心管段324的下端用来连接桥塞400的芯轴41。在第四中心管段324的下端由上到下依次开设有内循环孔328和剪钉孔330，内循环孔328用来过液，剪钉孔330用来安装芯轴剪钉。

如图2和图3所示，本实施例中的液压座封机构31包括螺纹连接在油管接头35外部的外缸套36，为避免液体经由外缸套36和油管接头35之间的缝隙中渗出，在外缸套36和油管接头35之间设置有密封圈。在油管接头35的下方依次布置有第一活塞套311、第二活塞套315和第三活塞套320，各活塞套之间螺纹相连，各活塞套均可沿上下方向导向移动，第一活塞套311插入外缸套36的下端中。活塞套(包括第一、第二、第三活塞套)包括上方的大孔段和下方的小孔段，第一、第二活塞套的大孔段用来与对应中心管段的大径段滑动密封配合。

由图2中可以看出，第一活塞套311的小孔段与中心管32之间设有密封圈，使得第一活塞套311的下方与中心管32之间滑动密封配合；第二活塞套315和第三活塞套320的小孔段与中心管32之间均有间隔(其中第二活塞套315和中心管32之间的间隔要小于第三活塞套320和中心管32之间的间隔)，第二活塞套315和中心管32之间的间隔用于过液而形成过液流道，第三活塞套320的大、小孔段之间形成台阶，用来承托第二活塞319。

如图2所示，第二活塞套315下端的小孔段外周面与第三活塞套320的内周面之间沿径向间隔，第二活塞套315下端的小孔段上沿周向均布有至少两个沿径向贯穿的活塞套穿孔(图中未标记)，而对应地，在第三中心管段317的外周面上开设有中心管凹槽(图中未标记)，组装时，活塞套锁块318沿径向由外向内贯穿活塞套穿孔并穿入中心管凹槽内，通过活塞套锁块318能够将第三中心管段317和第二活塞套315锁止在设定的位置处。

本实施例中，为了在使用时使第二活塞套315能够带着压管322向下顶压桥塞的压帽421，需要第二活塞套315能够相对于第三中心管段317向下移动，将活塞套锁块318的内端端面设计为外大内小的斜面，在第二活塞套315向下移动且活塞套锁块318外端未被挡止时，活塞套锁块318被中心管凹槽的槽壁顶推而径向向外移动，使得第二活塞套315和第三中心管段317脱离锁止。

如图2所示，本实施例中的液压座封机构31还包括第一活塞37和第二活塞319，其中第一活塞37位于外缸套36和中心管32之间，第一活塞37与第一活塞套311固定相连，第一活塞37内、外周面上均安装有密封圈，实现与中心管32、外缸套36的对应滑动密封配合。而第二活塞319的存在主要是为了能够对活塞套锁块318进行挡止限位，使第二活塞套315和第三中心管段317在下放至套管设定位置前保持锁止，具体地，第二活塞319的上端插套在第二活塞套315和第三活塞套320之间的环空中，第二活塞319的上端与第二活塞套315的下端之间通过活塞套剪钉固定相连，当第二活塞319的上端位于该环空中时，第二活塞319能够与活塞套锁块318径向挡止配合，防止活塞套锁块318径向外移，从而将第二活塞套315和第三中心管段317保持在锁止的位置。本实施例中，第二活塞319的下端内、外周面上均安装有密封圈，使得第二活塞319与第三中心管段317、第三活塞套320之间均滑动密封配合。本实施例中，第三中心管段317与第二活塞套315之间的过流通道与第二活塞319的顶面连通。本实施例中，第二活塞319向下移动后可落在第三活塞套320的台阶上，第二活塞319的最大移动距离(即第二活塞319下端端面至台阶的距离)大于活塞套锁块318下侧面至第二活塞319上端端面的距离，使得第二活塞319下移后能够让开活塞套锁块318。

由图2和图3中可以看出，本实施例中，在中心管32的管壁上由上至下依次开设有第一传压孔38、第二传压孔312和第三传压孔316，其中，第一传压孔38设置在第一中心管段310上，第一传压孔38与第一活塞37对应，能够将中心管32内的液体引向第一活塞37的上端面而驱使第一活塞37下移。第二传压312设置在第二中心管段314上，第二传压312与第一活塞套311的小孔段对应且位于小孔段上密封圈的上方，第二传压312能够将中心管内的液体影响第一活塞套的小径段上端面而驱使第一活塞套311下移。第三传压孔316设置在第三中心管段上，第三传压孔316与第二活塞套315的小孔段上端面相连；且第三传压孔316与第二活塞319的上端面相连，具体地，通过第二活塞套315与第三中心管段317之间的过流通道与第二活塞319相连，从而能够驱使第二活塞319以及第二活塞套315向下移动。本实施例中，为了进行泄压，在第一活塞套311上开设有第一泄压孔39，对第一活塞37、第一中心管段310和第一活塞套311形成的空腔进行泄压。在第二活塞套315上开设有第二泄压孔313，对第一活塞套311、第二中心管段314和第二活塞套315形成的空腔进行泄压。而由第二活塞319、第三活塞套320、第三中心管段317和第四中心管段324形成的空腔，在使用时通过第四中心管段324与压管322之间的间隙进行泄压。

本实施例中，在第三活塞套320的下端螺纹连接有压管322，压管322上端螺纹连接在第三活塞套320上，且上下位置可调，为避免第三活塞套和压管在下放时相对转动，在第三活塞套320上开设有上下延伸的长槽，在压管322上对应开孔，在将压管322转动调整到位时，用止转销321穿过压管322并穿入长槽中，实现周向止转。

本实施例中，如图3所示，在压管322的下方由上到下依次开设有外循环孔329和剪钉安装孔331，外循环孔329用来与中心管的内循环孔328对应，以实现液体循环冲洗，剪钉安装孔331与中心管的剪钉孔330对应，以安装芯轴剪钉。

如图2和图3所示，在中心管32的内部还安装有注入管33，具体地，注入管33的中间位置处一体成型有注入管外凸台334，在注入管外凸台334的外周面上沿周向均布有至少两个注入管凹槽，在注入管外凸台334上安装有下密封圈336，下密封圈336位于注入管凹槽的下方。在注入管的上端外部还安装有上密封圈335，上密封圈335位于第三传压孔的下方。本实施例中，上密封圈335与中心管外凸台333上端面的轴向距离大于注入管外凸台334下端面与中心管内凸台332上端面的轴向距离，以使得上密封圈335持续与中心管保持密封，而中心管中与上密封圈335的密封配合的一段称为密封段。

本实施例中，第四中心管段324有朝内的中心管内凸台332，内循环孔328设置在中心管内凸台332上，中心管内凸台332位于注入管外凸台334的下方，中心管内凸台332的内径小于注入管外凸台334的外径，使得当注入管33下移时，注入管外凸台334能够挡止在中心管内凸台332上。

本实施例中，在注入管33的管壁上开设有注入孔327，注入孔327能够供水泥浆通过。注入孔327设置在注入管33的下端。

如图3所示，球座34安装在注入管33的下端，球座34的上端螺纹连接在注入管33的下端内部，球座34的下端外周面上设有密封圈，球座34下端与中心管内凸台332的内周面之间密封配合。

本实施例中，为了防止管柱在下放过程中注入孔327置于中心管的下方而导致中心管内外连通，从而无法进行打压，必须保证管柱在下放时注入管以及球座保持在图3所示的位置处，具体实现方式如下。

在中心管外凸台333上径向开设有中心管穿孔，中心管穿孔与注入管凹槽对应。组装时，将注入管锁块325沿径向由外向内贯穿中心管穿孔并使注入管锁块的内端延伸入注入管凹槽内，以将注入管33和中心管32锁止在图3所示的位置处。其中，注入管锁块325的结构与活塞锁块3113的结构一致，在此不再赘述，当注入管33相对于中心管32下移时，注入管33能够径向外推注入管锁块325，使得注入管33和中心管32脱离锁止。而在下放过程中，为保证注入管33和中心管32处于锁止状态，本实施例中，用压管322对注入管锁块325进行挡止，具体地，压管322的内壁上具有挡止内壁面，挡止内壁面能够与注入管锁块325的外端挡止配合，防止注入管锁块325径向外移，而在挡止内壁面的上方还具有避让段323，避让段323的内径要大于挡止内壁面处的内径，使得注入管锁块325能够伸入到该避让段323中，从而使得注入管锁块325可外移。

以下介绍桥塞400的结构，如图4所示，本发明的桥塞400包括上下延伸的芯轴41，芯轴41的上端外周面上开设有剪钉槽411，该剪钉槽411的尺寸与中心管上剪钉孔的尺寸一致。在芯轴41上由上到下依次套装有锁紧机构42、胶筒总成43和卡瓦总成44，在芯轴41的最下端连接有导头45。本实施例中，导头45上端外径由上到下逐渐增大而形成了锥面。

本实施例中的锁紧机构42包括与芯轴41通过限位销钉连接的压帽421，限位销钉的剪断作用力小于芯轴剪钉的剪断作用力，在压帽421的壳体上对称开设有两个槽孔，两个槽孔内装有锁环块422，其中，锁环块422的下端端面为锥面。本实施例中，锁环块422在径向上的尺寸和轴向上的尺寸均小于槽孔径向和轴向上的尺寸。在压帽421上螺纹装配有锁环块外套423，锁环块外套423与压帽421中槽孔以上的部分螺纹相连。锁环块外套423的下端顶压在压帽421的下端端面上。在锁环块外套423的内腔中设置有与锁环块422的下端锥角相同的向下收缩的锥面，通过该锥面能够向上且径向向内顶推锁环块422。

本实施例中，芯轴41的中部以及锁环块422的内壁上均设置有可互相配合的锁紧螺纹，芯轴41的锁紧螺纹包括多个锁牙，锁牙上端面为斜面，下端面为直面，而锁环块422的锁紧螺纹也包括多个锁牙，锁牙上端面为直面，下端面为斜面。芯轴41的上端外径略小于压管322的下端内径。

本实施例中的胶筒总成43包括两个端胶筒431和中胶筒432，两个端胶筒431安装在中胶筒432的两边。本实施例中的卡瓦总成44包括锥体441，锥体441的下端锥面上套装有卡瓦，卡瓦包括多个周向分体布置的卡瓦分块442，各卡瓦分块442通过箍环444连接在一起。每个卡瓦分块442的外周面上均内嵌有卡瓦牙443，本实施例中，同一卡瓦分块442上沿上下方向设置有四排卡瓦牙443，上两排的卡瓦牙443朝上延伸，下两排的卡瓦牙443朝下延伸。卡瓦的上端内壁面为与锥体441外周面适配的锥面，下端内壁面为与导头45上的锥面适配的锥面。

本实施例中，端胶筒431的硬度大于中胶筒432的硬度，对中胶筒432进行保护。

卡瓦牙443为陶瓷材质，卡瓦牙443的轴线与芯轴41的轴向面之间的夹角为8-15°。本实施例中，胶筒总成43采用可溶解的橡胶材料，如水基可降解橡胶材料，此外，除卡瓦牙443外，桥塞中其余零部件采用可溶解的合金材料，如镁基、铝基合金材料。

本发明中，采用注水泥塞管柱进行注水泥塞的工艺过程如下：

1)在油管接头35上连接油管100，桥塞投送器300的中心管32上通过芯轴剪钉连接桥塞400的芯轴41，将连接好的管柱下放到指定位置。

2)地面从井口向管柱内投入阀球326，阀球326落到球座34内腔的锥面上后，井口打压，液体经过第三传压孔316传递到第二活塞319上，推动第二活塞319剪断剪钉下行，解除对活塞套锁块318的径向移动限制，液体通过第一传压孔38、第二传压孔312和第三传压孔316形成三级活塞力传递推动活塞和活塞套，以及与活塞套相连的压管322。压管322向下顶推压帽421，压帽421剪断芯轴41与压帽421之间的剪断销钉后推动桥塞的锁紧机构42、胶筒总成43和卡瓦总成44下行，促使卡瓦分块442沿锥体441和导头45的锥面向外张卡锚定到套管内壁上，然后液压座封力作用到胶筒总成43上使端胶筒431和中胶筒432轴向压缩径向扩张密封到套管内壁上，完成桥塞座封。

3)液压座封力继续作用，剪断芯轴剪钉，完成桥塞400丢手。

4)上提管柱，上提的距离应当满足以下条件，能够使得注入管33能够被下推到中心管内凸台332和注入管外凸台334挡止配合，该距离为设定距离。井口继续打压，推动桥塞投送器的各活塞、活塞套以及压管322继续下行至活塞套行程结束，解除对注入管锁块325的径向外移限制，液体驱动注入管33以及球座34继续下行至极限位置，此时注入孔327露在套管内，可进行注水泥塞作业。此时的管柱的状态如图5至图10所示，由图可以看出，注入孔327位于中心管以及压管的下方，直接与套管对应，避免现有技术中注入孔与压管对应，而导致当水泥突然凝固后，压管和注入管均被凝固而无法上提的风险存在。

本实施例中，在下入过程中，通过内循环孔328和外循环孔329进行循环洗井，防止管柱内的污垢堵塞桥塞投送器的内腔，将污垢及时返至地面上。

本实施例中，桥塞400在被丢手后，胶筒总成43会发生一定的回弹，回弹时，胶筒总成43上端向上移动，推动锁环块外套423以及压帽421上行，上行时会带动锁环块422向上且向内移动，使得锁环块422向内收紧，锁环块422内的锁紧螺纹与芯轴41上的锁紧螺纹相互锁紧，使得压帽421无法上行，保持座封状态。

注水泥塞作业时，桥塞若受到上压差力，相当于施加座封力，有利于桥塞400密封卡定；若受到下压差力，在胶筒总成43回弹力作用下，锁环块422加剧收紧，使压帽421无法上移。本实施例中，在桥塞400座封后，芯轴41向上受卡瓦分块442的作用力无法上行，向下受锁环块422的作用力无法下行，减小上下移动幅度，保证芯轴41与胶筒总成43的密封。

本实施例中，压管322与各活塞套一起共同构成了套体，压管322为套体的一部分，其他实施例中，可以取消压管，将最下一级的活塞套向下延伸，通过最下一级的活塞套来顶压桥塞的压帽，最下一级活塞套的下端构成顶压端。此时，挡止内壁面以及避让段需设置在最下一级活塞套的内壁上。

本实施例中，中心管具有中心管外凸台，将中心管穿孔设置在中心管外凸台上，避免注入管锁块悬空而被折断，在其他实施例中，当注入管锁块的强度足够大时，也可以使注入管锁块外端悬空布置。

本实施例中，当注入孔进行注水泥浆时，注入孔位于中心管和套体的下方，这是为了避免出现“插旗杆”的现象，即管柱被水泥固定在套管内而无法上提，当注入孔位于中心管和套体的下方时，即使水泥浆突然凝固，则水泥将仅能够将注入管凝固住。而现有技术中，当注入孔进行注水泥浆作业时，套体环绕在注入孔外部，一旦水泥浆开始凝固，则会将套体和注入管全部进行固定，这就会导致上提管柱所需的作用力会比较大，甚至无法提出而只能进行大修。

本实施例中，当注入管和中心管被注入管锁块锁止时，注入管所处的位置为锁止位，当注入孔进行注水泥浆作业时，注入管所处的位置为注入孔。

本实施例中，上密封圈和下密封圈设置在注入管和中心管之间，形成了密封结构，密封结构的存在是为了保证当注入管处于锁止位时，避免液体经注入管锁止块处流向套体中，进而导致内、外连通，从而无法实现桥塞座封。当然，为实现该目的，其他实施例中，可以在中心管和套体之间设置密封结构，该密封结构可以包括分设在注入管锁止块上下两侧的上、下密封圈。当然，其他实施例中，密封结构可以设置在注入管锁止块和中心管之间，即在注入管锁止块和中心管穿孔孔壁之间设置密封圈。当然，在其他实施例中，为了增强密封效果，可以在其中的任意两处设置密封结构，也可以在三处均设置密封结构。

本实施例中，中心管内凸台的环形上端面构成上挡止面，注入管外凸台的环形下端面构成下挡止面。

本实施例中，球座和注入管螺纹相连，其他实施例中，球座和注入管之间可以焊接相连，或一体成型。本实施例中，当注入管处于锁止位时，球座与中心管密封配合，其它实施例中，可以将球座完全置于注入管内部，中心管与注入管配合实现密封即可。

本实施例中，中心管的下端设置剪钉孔，通过芯轴剪钉与桥塞可丢手的相连，其他实施例中，当桥塞自带拉断杆时，可以采用螺纹连接的方式与桥塞相连。

其他实施例中，与桥塞投送器配合的桥塞可以采用现有技术中的桥塞。另外，桥塞投送器中的液压座封机构也可以选用背景技术中的液压座封机构。

本发明中，选用锁块来锁止注入管和套体，相比剪钉而言，锁块的横向尺寸更大，通常情况下不会被剪断，以此来保证可靠锁止。

本实施例中，锁块的内端为锥形段，具有锥形面，能够与对应的中心管或注入管斜面配合，其他实施例中，可以将与锁块对应的凹槽的槽壁设计为锥形槽壁。

本实施例中，当中心管内凸台332和注入管外凸台334挡止配合时，注入管所处的位置为注入位，当注入管锁块325插在注入管中时，注入管所处的位置为锁止位。

本发明桥塞投送器的具体实施例，桥塞投送器的结构与上述实施例中的一致，其内容不再赘述。

本发明注水泥塞工艺的具体实施例，其步骤与上述实施例中的一致，其内容不再赘述。

Claims (10)

1.一种桥塞投送器，包括

中心管，其上下延伸，下端用于与桥塞可丢手地相连；

液压座封机构，包括上下移动地环套于中心管外部的套体，套体下端为用于顶压桥塞的压帽的顶压端；

传压孔，设于中心管上，将中心管内的高压液体引向所述套体处以驱使套体下移；

其特征在于：桥塞投送器还包括注入管，注入管设于传压孔下方，其可上下移动地穿装在中心管内，其管壁上设有用于向套管中注入水泥浆的注入孔，注入管外周和中心管内周上对应地开设有可上下挡止以防止注入管向下脱出中心管的挡止结构；

球座，螺纹连接或焊接或一体成型在注入管下端，位于注入孔下方，用于与阀球配合而封堵注入管下端；

注入管外周面上设有注入管凹槽，中心管上对应地径向开设有中心管穿孔，桥塞投送器包括注入管锁块，注入管锁块由外向内贯穿中心管穿孔并穿入注入管凹槽内，以将注入管和中心管上下锁止；

所述注入管凹槽与注入管锁块内端斜面配合，以在注入管相对于中心管下移时将注入管锁块径向朝外顶出注入管凹槽；

套体上对应于所述注入管锁块所在位置具有挡止内壁面，挡止内壁面用于与注入管锁块外端径向挡止，以使注入管和中心管保持锁止；

套体上于挡止内壁面上方位置处具有避让段，避让段的内径大于挡止内壁面所在位置的内径，所述避让段在随套体下移至与注入管锁块对应位置时可供注入管锁块径向外移，注入管具有与中心管上下锁止以使液体冲击下推套体的锁止位，处于锁止位时，注入管下端或球座下端与中心管内周面对应部分之间密封配合；注入管还具有当避让段与注入管锁块对应时被液体下推而使注入孔置于中心管下方以进行注水泥浆的注入位；

桥塞投送器还包括设于中心管与注入管之间、中心管与套体之间、中心管与锁块之间中至少一个处的密封结构，密封结构用于在注入管置于锁止位时防止中心管中的液体经由注入管锁块处渗出。

2.根据权利要求1所述的桥塞投送器，其特征在于：中心管上的所述挡止结构为中心管下端具有的内凸台，内凸台上具有朝上的上挡止面，注入管的所述挡止结构为注入管上具有的外凸台，外凸台上具有朝下的下挡止面，上、下挡止面挡止配合以避免注入管由中心管向下脱出。

3.根据权利要求2所述的桥塞投送器，其特征在于：所述注入管凹槽设于所述外凸台上，所述外凸台设于注入管中间位置处，所述密封结构包括环套于注入管外部的密封圈，密封圈包括分设在注入管凹槽上下两侧的上密封圈和下密封圈，下密封圈设于外凸台上，上密封圈设于注入管的上端，所述中心管具有与上密封圈密封配合的密封段，所述密封段具有设定长度，该设定长度用于使得当上、下挡止面挡止配合时密封段与上密封圈保持密封状态。

4.根据权利要求1或2或3所述的桥塞投送器，其特征在于：所述注入管的下移最大行程大于所述套体的下移最大行程，以使得当注入管置于注入位时，注入孔位于中心管以及套体的下方。

5.根据权利要求1或2或3所述的桥塞投送器，其特征在于：所述中心管具有与套体滑动配合的中心管外凸台，所述中心管穿孔设于该中心管外凸台上。

6.根据权利要求1或2或3所述的桥塞投送器，其特征在于：所述套体包括至少两级螺纹相连的活塞套，各活塞套均包括上方的大孔段和下方的小孔段，其中一对相邻的活塞套中，上一级活塞套的小孔段上设有径向贯穿的活塞套穿孔，中心管外周上对应设有中心管凹槽，液压座封机构还包括径向由外向内贯穿活塞套穿孔并延伸至中心管凹槽内的活塞套锁块，中心管凹槽和活塞套锁块斜面配合，以在活塞套相对于中心管下移时驱使活塞套锁块外移，上一级活塞套的小孔段与下一级活塞套的大孔段在径向上间隔排布，液压座封机构还包括设于该间隔中的活塞，该活塞滑动密封设于中心管与下一级活塞套之间，该活塞用于与活塞套锁块外端径向挡止配合，该活塞与上一级活塞套的小孔段之间通过剪钉相连，上一级活塞套与中心管之间具有用于连通对应传压孔与该活塞上端面的过液流道。

7.根据权利要求1或2或3所述的桥塞投送器，其特征在于：所述中心管管壁上于球座下方设有内循环孔，所述套体上对应于所述内循环孔设置有外循环孔，内、外循环孔连通中心管内外以对中心管进行循环冲洗。

8.根据权利要求1或2或3所述的桥塞投送器，其特征在于：所述套体包括上方的活塞套和设于活塞套下端的压管，所述压管的下端为所述顶压端，所述压管螺纹连接于活塞套上，以实现上下位置可调，套体还包括在压管上下调整到位后同时径向穿入活塞套和压管中以防止两者相对转动的止转销。

9.一种注水泥塞管柱，包括桥塞投送器以及与桥塞投送器相连的桥塞，其特征在于：所述桥塞投送器为权利要求1至权利要求8中任意一项所述的桥塞投送器。

10.一种采用权利要求9所述的注水泥塞管柱进行注水泥塞的工艺，其特征在于：包括以下步骤：

1)下放注水泥塞管柱至套管内设定位置，向中心管内投阀球，使阀球与球座密封配合，地面打液压，液体经传压孔驱使套体下移并顶压桥塞的压帽，使得桥塞座封；

2)继续打压使桥塞丢手；

3)上提桥塞投送器设定距离，继续打液压，驱使套体下移至避让段与注入管锁块对应位置处，球座和注入管被液体下推而使注入孔置于中心管下方以进行注水泥塞作业。

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