CN112196492A - 一种用于油气井的桥塞 - Google Patents

Abstract

一种用于油气井的桥塞，所述桥塞包括上部分组件和下部分组件，上部分组件包括中心轴和设置在中心轴外部的圆筒状套筒，中心轴上端部设置连接件，该连接件被螺纹连接以附接到操作的工具；圆筒状套筒容纳中心轴，该中心轴在其上端具有螺纹连接件，中心轴通过螺纹连接件承载有选择工具；所述下部分组件附接到所述上部分组件，下部分组件包括下心轴，该下心轴具有装配在上心轴的下端内的第一端，下心轴由固定上心轴，选择工具和坐封中心轴的上剪切销和第二剪切销固定在适当位置。该桥塞可以从井眼取回；桥塞中包含了释放装置，如果在拆卸整个工具时遇到困难，该紧急释放装置可以取回至少一部分桥塞。

Description

一种用于油气井的桥塞

技术领域

本申请涉及一种桥塞，特别是涉及一种可取式桥塞。

背景技术

在油气井的完井中，存在各种井下作业，其中可能有必要隔离井内的特定区域。通常，这是通过在一个或多个给定点临时用桥塞堵住井套管来实现的。桥塞常用于完成诸如将井的一个部分中的孔与另一部分中的孔隔离，或将井的底部与井口隔离等操作。常规的桥塞仅仅是将井的某些部分与井的另一部分隔离。

然而，在某些情况下，桥塞不一定用于隔离，而是可以用于例如在井眼中产生水泥塞。桥塞可以是临时的，也可以是永久的。如果是临时的，则必须可移动。桥塞可以是可钻孔的或可取回的。可钻桥塞通常由脆性金属制成，例如可以钻出的铸铁。然而，常规可钻式桥塞的一个问题是，如果没有某种锁定机构，桥塞部件可能会随钻头一起旋转，这可能会导致极长的钻探时间，过度的套管磨损或两者兼而有之。较长的钻探时间会导致钻进效率变低。

现有技术中采用可取回的桥塞代替可钻取的桥塞，其可用于在将井的一部分完整地从井内部移除之前暂时隔离井的部分。可取回的桥塞通常具有锚定件和密封件，该锚定件和密封件将其接合并固定到壳体壁上。为了取回桥塞，将取回工具降低到套管中以接合取回闩锁，该取回闩锁通过取回机构使锚固件和密封元件缩回，从而允许将桥塞从井眼中拉出。可取回的桥塞的一个常见问题是在桥塞顶部积聚了碎屑，这可能使得很难或不可能接合取回闩锁以取下桥塞。这样的碎屑堆积也可能不利地影响桥塞内的各个部分的相对运动。此外，利用当前的取回工具，震动或在井筒上的摩擦可能引起取回工具的意外解锁或桥塞的重新锁定。在取下时，将回收工具与桥塞分开也可能很困难，这需要使用额外的机械。诸如此类的问题有时使得必须钻出旨在可回收的桥塞。

现有的桥塞在座封后如遇特殊情况，无法实现该桥塞紧急解封，只能先完全解封，处理完成之后再进行操作，这样费时费力，严重影响钻进的进行。

因此，在本领域中需要一种桥塞，该桥塞可以从井眼中移除或紧急移除，同时保证正常完成桥塞的作用。

发明内容

一种用于油气井的桥塞，所述桥塞包括上部分组件和下部分组件。上部分组件包括中心轴和设置在中心轴外部的圆筒状套筒，中心轴上端部设置连接件，该连接件被螺纹连接以附接到操作的工具。圆筒状套筒容纳中心轴，该中心轴在其上端具有螺纹连接件，中心轴通过螺纹连接件承载有选择工具，该选择工具具有在上端处的凹部和在下端附近的径向端口。选择工具内还包括上心轴，并且中心轴，选择工具和上心轴通过位于下端附近的上剪切销彼此固定。所述选择工具与上心轴之间设置凹槽，该凹槽围绕上心轴的圆周。

上心轴的远离上剪切销的一部分被弹簧壳体围绕。弹簧壳体容纳绕上心轴设置的螺旋弹簧。上弹簧挡块通过销钉a固定到上心轴上，同时将下弹簧挡块也通过销钉b固定到选择工具上。螺旋弹簧被轴向地限制在上、下弹簧挡块、内。在弹簧壳体下方的上部心轴中设置有径向端口。

该下部分组件连接到上部分组件的下端。下部分组件包括下心轴，该下心轴优选地由复合材料构成并且具有装配在上心轴的下端内的第一端。复合材料在本领域中是众所周知的，并且通常包括含有填充例如碳或玻璃纤维的高强度塑料。下心轴由固定上心轴，选择工具和坐封中心轴的上剪切销和第二剪切销固定在适当位置。下心轴的第二端端头螺纹安装有引鞋，引鞋呈变径筒状，引鞋用来引导该桥塞顺利下至井底指定位置，与引鞋对应的位置处装有胶塞，胶塞和下心轴之间设置有密封圈，胶塞用于对下心轴端口形成封堵，将管道内的上下层分隔开，同时压住井底的压力，胶塞与引鞋之间通过丢手剪钉相互连接，丢手剪钉用来在解封前对胶塞进行固定。

在上心轴的下方围绕下心轴设置主体锁紧环壳体。主体锁紧环壳体可以由金属或复合材料形成并带有锁紧环。锁紧环包括与选择工具的下端接合并且将选择工具固定到下心轴的多个齿。

下部分组件还包括上圆锥组件、下圆锥组件和胶筒。上圆锥组件包括由复合材料形成的滑动套，并通过下剪切销固定到该滑动套。滑动套带有多个上卡瓦，每个上卡瓦包括多个齿，并且所述多个齿围绕圆锥形的上锥体的锥形端，上锥体由复合材料制成。因此，上锥体位于在上卡瓦下方向上滑动的位置。类似地形成下圆锥组件，但是其定向成与上圆锥组件相对；下圆锥组件与上圆锥组件相对。就是说，下圆锥组件的下卡瓦在下锥体下方向上滑动。上圆锥组件、下圆锥组件在纵向上间隔开，使得胶筒可以保持在上锥体和下锥体之间。

与上部分组件上端的抽油杆连接件相连的操作工具(图中未显示)被致动，以在安装工具上施加向下的力，同时向上拉起桥塞的主体，包括上卡瓦、下卡瓦和胶筒。这提供了对上心轴端部的凸出部的向上的力，其将上锥体、下移动到相应的滑动套中。当锥体、移入相应的滑动套、时，它们也被迫靠在一起，纵向压缩胶筒，从而使胶筒径向向外扩展或延伸。锥体、在滑动套、下方的行进还使卡瓦、径向向外膨胀，使得齿咬入并接合到壳体的内壁中，从而固定了胶筒处于压缩和完全展开状态。同时，将主体锁紧环壳体相对于桥塞主体向下施力，锁紧环齿咬入主体锁紧环壳体中，以防止向上运动，该向上运动可能释放所施加的向下的力。

为了允许流体流过桥塞，通过卡瓦、和胶筒以及上心轴、下心轴的一部分提供了中心管。上心轴中的径向端口可以根据需要打开或关闭而打开或关闭。上心轴和下心轴的相对轴向位置。为了打开端口，首先，向上的力施加到套筒和中心轴上，以破坏上剪切销，从而允许移除套筒，凹部因此暴露在外，以便被由电缆(未示出)支撑的打捞工具(未示出)抓握。向上拉动凹部会在上心轴上施加向上的力，从而压缩弹簧。从选择工具主体径向向内延伸的选择工具凸出部接合绕其外部圆周延伸的凹槽。因此，当上芯轴被向上拉动时，突出部与凹槽的接合引起上心轴和选择工具的相对旋转。同时，弹簧围绕着上芯轴，因此上心轴被压缩。

当释放向上的力时，弹簧放松，从而在上心轴和选择工具之间引起相对轴向运动。通过凹槽引起这些组件的同时相对旋转，从而使端口、移动。它们对齐，从而打开端口以允许流体流过工具。

为了从井眼取回桥塞，将电缆(未示出)连接到选择工具上的凹部，并施加向上的力。这施加了向上的力，该力拉动下心轴，该下心轴又拉动连接到上滑动套。从而，上滑动套被向上拉以释放径向力。卡瓦、，允许上锥体向上移动并释放在胶筒上的压缩力。类似地，下锥体从下滑动套的下方移开，使得胶筒松弛。在没有径向力迫使桥塞的部件与套管的内壁接合的情况下，可以通过向上拉动从井眼取回桥塞。

如果卡瓦、和胶筒如上所述不能释放，则可以将其钻出。如果施加预定量的力不足以释放卡瓦、，则提供紧急释放以将下部分组件与桥塞工具的其余部分断开。该释放包括下剪切销，当施加足够大的力时会断裂。如上所述，可以取回上心轴和上部分组件。其余的工具组件(下心轴，卡瓦、，圆锥体、和封隔器元件)都包含复合材料，因此可以将钻头放到井中以钻出剩余的材料。因此，在最坏的情况下，桥塞工具是可回收的，从而减少了钻孔时间和成本。可能无法回收的材料由可钻孔材料制成，占整个工具材料的一小部分，从而也将复杂性和拆卸成本降至最低。

若上述的解封操作还无法使桥塞顺利解封，可进一步进行打压，使得压力作用于胶塞，使丢手剪钉在压力下被剪断，胶塞失去支撑直接掉落，使管道内的上下层连通，从而实现紧急解封。

本申请具有如下优点：

该桥塞可以从井眼取回；

桥塞中包含了释放装置，如果在拆卸整个工具时遇到困难，该紧急释放装置可以取回至少一部分桥塞。

部分采用复合可钻孔材料，在钻取后清理井眼同时不会破坏套管和堵塞井眼。

如果常规操作还是无法解封，则通过紧急解封结构，实现解封。

附图说明

图1是本申请的桥塞上部分组件的纵向剖视图；

图2是本申请的桥塞下部分组件的纵向剖视图。

具体实施方式

本申请提供了一种可取回的桥塞，其具有多个可钻的部件，优选地由复合材料制成，因此，可以根据需要将其取回，钻孔或两者取下。

一种用于油气井的桥塞，所述桥塞包括上部分组件和下部分组件。如图1所示，上部分组件包括中心轴101和设置在中心轴101外部的圆筒状套筒102，中心轴101上端部设置连接件103，该连接件103被螺纹连接以附接到操作的工具。圆筒状套筒102容纳中心轴101，该中心轴101在其上端具有螺纹连接件104，中心轴101通过螺纹连接件104承载有选择工具112，该选择工具112具有在上端113处的凹部114和在下端附近的径向端口116。选择工具112内还包括上心轴118，并且中心轴101，选择工具112和上心轴118通过位于下端附近的上剪切销120彼此固定。所述选择工具112与上心轴118之间设置凹槽124，该凹槽围绕上心轴118的圆周。

上心轴118的远离上剪切销120的一部分被弹簧壳体126围绕。弹簧壳体126容纳绕上心轴118设置的螺旋弹簧128。上弹簧挡块130通过销钉132a固定到上心轴118上，同时将下弹簧挡块134也通过销钉132b固定到选择工具112上。螺旋弹簧128被轴向地限制在上、下弹簧挡块130、134内。在弹簧壳体126下方的上部心轴118中设置有径向端口136。

如图2所示，该下部分组件连接到上部分组件的下端。下部分组件包括下心轴138，该下心轴138优选地由复合材料构成并且具有装配在上心轴118的下端内的第一端140。复合材料在本领域中是众所周知的，并且通常包括含有填充例如碳或玻璃纤维的高强度塑料。下心轴138由固定上心轴118，选择工具112和坐封中心轴101的上剪切销122和第二剪切销141固定在适当位置。下心轴138的第二端142端头螺纹安装有引鞋166，引鞋166呈变径筒状，引鞋166用来引导该桥塞顺利下至井底指定位置，与引鞋166对应的位置处装有胶塞164，胶塞164和下心轴138之间设置有密封圈，胶塞164用于对下心轴138端口形成封堵，将管道内的上下层分隔开，同时压住井底的压力，胶塞164与引鞋166之间通过丢手剪钉165相互连接，丢手剪钉165用来在解封前对胶塞164进行固定。

在上心轴118的下方围绕下心轴138设置主体锁紧环壳体146。主体锁紧环壳体146可以由金属或复合材料形成并带有锁紧环148。锁紧环148包括与选择工具112的下端接合并且将选择工具112固定到下心轴138的多个齿150。

下部分组件还包括上圆锥组件152、下圆锥组件154和胶筒156。上圆锥组件152包括由复合材料形成的滑动套158，并通过下剪切销160固定到该滑动套158。滑动套158带有多个上卡瓦162，每个上卡瓦162包括多个齿170，并且所述多个齿170围绕圆锥形的上锥体172的锥形端173，上锥体172由复合材料制成。因此，上锥体172位于在上卡瓦162下方向上滑动的位置。类似地形成下圆锥组件154，但是其定向成与上圆锥组件152相对；下圆锥组件154与上圆锥组件152相对。就是说，下圆锥组件154的下卡瓦176在下锥体174下方向上滑动。上圆锥组件152、下圆锥组件154在纵向上间隔开，使得胶筒156可以保持在上锥体172和下锥体174之间。

与上部分组件上端的抽油杆连接件103相连的操作工具(图中未显示)被致动，以在安装工具上施加向下的力，同时向上拉起桥塞的主体，包括上卡瓦162、下卡瓦176和胶筒156。这提供了对上心轴118端部的凸出部的向上的力，其将上锥体172、下174移动到相应的滑动套中。当锥体172、174移入相应的滑动套158、178时，它们也被迫靠在一起，纵向压缩胶筒156，从而使胶筒156径向向外扩展或延伸。锥体172、174在滑动套158、178下方的行进还使卡瓦162、176径向向外膨胀，使得齿170咬入并接合到壳体的内壁中，从而固定了胶筒156处于压缩和完全展开状态。同时，将主体锁紧环壳体146相对于桥塞主体向下施力，锁紧环齿150咬入主体锁紧环壳体146中，以防止向上运动，该向上运动可能释放所施加的向下的力。

为了允许流体流过桥塞，通过卡瓦162、176和胶筒156以及上心轴118、下心轴138的一部分提供了中心管。上心轴118中的径向端口136可以根据需要打开或关闭而打开或关闭。上心轴118和下心轴138的相对轴向位置。为了打开端口136，首先，向上的力施加到套筒102和中心轴101上，以破坏上剪切销120，从而允许移除套筒，凹部114因此暴露在外，以便被由电缆(未示出)支撑的打捞工具(未示出)抓握。向上拉动凹部114会在上心轴118上施加向上的力，从而压缩弹簧128。从选择工具主体112径向向内延伸的选择工具凸出部122接合绕其外部圆周延伸的凹槽124。因此，当上芯轴118被向上拉动时，突出部122与凹槽124的接合引起上心轴118和选择工具112的相对旋转。同时，弹簧128围绕着上芯轴118，因此上心轴118被压缩。

当释放向上的力时，弹簧128放松，从而在上心轴118和选择工具112之间引起相对轴向运动。通过凹槽124引起这些组件的同时相对旋转，从而使端口116、136移动。它们对齐，从而打开端口以允许流体流过工具。

为了从井眼取回桥塞，将电缆(未示出)连接到选择工具112上的凹部114，并施加向上的力。这施加了向上的力，该力拉动下心轴138，该下心轴又拉动连接到上滑动套158。从而，上滑动套158被向上拉以释放径向力。卡瓦162、176，允许上锥体172向上移动并释放在胶筒156上的压缩力。类似地，下锥体174从下滑动套178的下方移开，使得胶筒156松弛。在没有径向力迫使桥塞的部件与套管的内壁接合的情况下，可以通过向上拉动从井眼取回桥塞。

如果卡瓦162、176和胶筒156如上所述不能释放，则可以将其钻出。如果施加预定量的力不足以释放卡瓦162、176，则提供紧急释放以将下部分组件与桥塞工具的其余部分断开。该释放包括下剪切销160，当施加足够大的力时会断裂。如上所述，可以取回上心轴118和上部分组件。其余的工具组件(下心轴138，卡瓦162、176，圆锥体172、174和封隔器元件156)都包含复合材料，因此可以将钻头放到井中以钻出剩余的材料。因此，在最坏的情况下，桥塞工具是可回收的，从而减少了钻孔时间和成本。可能无法回收的材料由可钻孔材料制成，占整个工具材料的一小部分，从而也将复杂性和拆卸成本降至最低。

若上述的解封操作还无法使桥塞顺利解封，可进一步进行打压，使得压力作用于胶塞164，使丢手剪钉165在压力下被剪断，胶塞164失去支撑直接掉落，使管道内的上下层连通，从而实现紧急解封。

因此，本申请代表了油气钻探和桥塞技术领域的重大进步。提供了一种桥塞，该桥塞很大程度上可以从井眼取回。但是，设计中包含了紧急释放装置，如果在拆卸整个工具时遇到困难，该紧急释放装置可以取回至少一部分桥塞。在这种情况下，保留在井眼中的那些部件由可铣削的复合材料可钻孔材料形成，以清理井眼。如果常规操作还是无法解封，则通过紧急解封结构，实现解封。因此，解决了常见的现有可回收桥塞遇到的拆卸困难。通过仅使桥塞的一部分可钻孔，并且仅在移除困难使得整个工具的取回不可行或不可能的情况下进行钻孔，才显着减少了钻孔的时间和成本。

Claims (9)

1.一种用于油气井的桥塞，所述桥塞包括上部分组件和下部分组件，上部分组件包括中心轴(101)和设置在中心轴(101)外部的圆筒状套筒(102)，中心轴(101)上端部设置连接件(103)，该连接件(103)被螺纹连接以附接到操作的工具；圆筒状套筒(102)容纳中心轴(101)，该中心轴(101)在其上端具有螺纹连接件(104)，中心轴(101)通过螺纹连接件(104)承载有选择工具(112)；选择工具(112)内还包括上心轴(118)，并且中心轴(101)，选择工具(112)和上心轴(118)通过位于下端附近的上剪切销(120)彼此固定；其特征是：所述下部分组件附接到所述上部分组件，下部分组件包括下心轴(138)，该下心轴(138)具有装配在上心轴(118)的下端内的第一端(140)，下心轴(138)由固定上心轴(118)，选择工具(112)和坐封中心轴(101)的上剪切销(122)和第二剪切销(141)固定在适当位置。

2.一种如权利要求1所述的桥塞，其特征是：下心轴(138)的第二端142端头螺纹安装有引鞋(166)，引鞋(166)呈变径筒状，引鞋(166)用来引导该桥塞顺利下至井底指定位置，与引鞋(166)对应的位置处装有胶塞(164)，胶塞(164)和下心轴(138)之间设置有密封圈，胶塞(164)用于对下心轴(138)端口形成封堵，将管道内的上下层分隔开，同时压住井底的压力，胶塞(164)与引鞋(166)之间通过丢手剪钉(165)相互连接，丢手剪钉(165)用来在解封前对胶塞(164)进行固定。

3.一种如权利要求2所述的桥塞，其特征是：下心轴(138)由复合材料构成并且具有装配在上心轴(118)的下端内的第一端(140)。

4.一种如权利要求3所述的桥塞，其特征是：所述复合材料包括含有填充碳或玻璃纤维的高强度塑料。

5.一种如权利要求2所述的桥塞，其特征是：所述上心轴(118)的远离上剪切销(120)的一部分被弹簧壳体(126)围绕；弹簧壳体(126)容纳绕上心轴(118)设置的螺旋弹簧(128)；上弹簧挡块(130)通过销钉132a固定到上心轴(118)上，同时将下弹簧挡块(134)也通过销钉132b固定到选择工具(112)上。

6.一种如权利要求5所述的桥塞，其特征是：在上心轴(118)的下方围绕下心轴(138)设置主体锁紧环壳体(146)；主体锁紧环壳体(146)由金属或复合材料形成并带有锁紧环(148)。

7.一种如权利要求2所述的桥塞，其特征是：所述锁紧环(148)包括与选择工具(112)的下端接合并且将选择工具(112)固定到下心轴(138)的多个齿(150)。

8.一种如权利要求2所述的桥塞，其特征是：下部分组件还包括上圆锥组件(152)、下圆锥组件(154)和胶筒(156)。

9.一种如权利要求8所述的桥塞，其特征是：上圆锥组件(152)包括由复合材料形成的滑动套(158)，并通过下剪切销160固定到该滑动套(158)；滑动套(158)带有多个上卡瓦(162)，每个上卡瓦(162)包括多个齿(170)，并且所述多个齿(170)围绕圆锥形的上锥体(172)的锥形端(173)，上锥体(172)由复合材料制成。

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