CN112228005A - 一种低坐封力起井泄压的可捞桥塞 - Google Patents

一种低坐封力起井泄压的可捞桥塞 Download PDF

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Abstract

一种低坐封力起井泄压的可捞桥塞，涉及油田井下工具技术领域，包括活动锥体、卡瓦、胶筒、中心管和坐封机构，坐封机构、胶筒、活动锥体和卡瓦按照从上到下的顺序安装在所述中心管的外侧，坐封机构内设置有坐封活塞；所述活动锥体的上部的内侧设置有环形空间，所述胶筒与中心管之间设置有衬管，衬管的下端插入活动锥体与中心管之间的环形空间内并可在该环形空间内滑动；所述坐封机构包括坐封活塞、活塞筒、反向活塞、丢手套、解封套、限位套、上提滑套、打捞套、插管和上接头。本发明设置了两个坐封活塞，坐封活塞的有效承压面积是原来的二倍，大幅提高了坐封推力，从而提高了卡瓦的锚定能力和胶筒承受层间压差的能力。

Description

一种低坐封力起井泄压的可捞桥塞
技术领域
本发明属于油田井下工具技术领域，尤其涉及一种低坐封力起井泄压的可捞桥塞。
背景技术
在油田生产中，经常需要在井下某一特定深度对套管进行封堵，封堵时需要用到的核心工具是桥塞。桥塞的结构包括卡瓦、胶筒、中心管和坐封机构，使用时，向中心管内打压，坐封机构在压力的作用下沿胶筒的轴线方向压缩胶筒并间接推动卡瓦，使胶筒和卡瓦贴靠在套管的内壁上，实现桥塞的坐封。
在现有的桥塞中，坐封机构能够产生的坐封推力的大小直接影响卡瓦在套管内壁上的锚定稳定性，而坐封推力主要是由坐封机构内的坐封活塞的有效承压面积决定的，有效承压面积越大，坐封机构能产生的坐封推力越大。实践中，坐封活塞的有效承压面积是受安装空间限制的，即使将有效承压面积设置成条件允许的极限，卡瓦的锚定能力仍然难以满足很多特殊工况对桥塞性能的要求。因此，有必要设计一种锚定力更大的桥塞。
另外，现有桥塞中，坐封机构的结构较简易，坐封时，需要地面泵车提供的坐封力较大，对地面泵车的性能要求较高。因此，有必要设计一种坐封力更小的桥塞，以降低对地面泵车性能的要求。
发明内容
为了解决背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种低坐封力起井泄压的可捞桥塞。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：本发明提供了一种低坐封力起井泄压的可捞桥塞，包括活动锥体、卡瓦、胶筒、中心管和坐封机构，坐封机构、胶筒、活动锥体和卡瓦按照从上到下的顺序安装在所述中心管的外侧，坐封机构内设置有坐封活塞；
所述活动锥体的上部的内侧设置有环形空间，所述胶筒与中心管之间设置有衬管，衬管的下端插入活动锥体与中心管之间的环形空间内并可在该环形空间内滑动；
所述坐封机构包括坐封活塞、活塞筒、反向活塞、丢手套、解封套、限位套、上提滑套、打捞套、插管和上接头；
所述插管从上侧插入中心管内；
所述坐封活塞共有两个，分别称为坐封活塞A和坐封活塞B，
所述的坐封活塞上端的外侧通过螺纹连接在活塞筒的下端，所述反向活塞滑动安装在活塞筒内，坐封活塞A通过一个卡块A卡接在中心管上，坐封活塞A的上部设置有径向通孔，所述卡块A滑动安装在该径向通孔内，卡块A的内侧插入中心管外侧的卡槽内；
所述中心管通过一个卡块B卡接在所述插管上，中心管的上部设置有径向通孔，所述卡块B滑动安装在该径向通孔内，卡块B的内侧插入插管外侧的卡槽内；
卡块A和卡块B的外侧均抵在所述反向活塞的内侧；
所述插管上设置有一个用于连通插管内外两侧空间的过液孔A，过液孔A位于插管上与所述卡块B对应的卡槽的槽底；
所述丢手套的上部通过丢手销钉连接在所述插管上，丢手套的下端通过螺纹连接在中心管的上端；
所述解封套滑动安装在活塞筒内并通过分别加工在解封套下端外侧和活塞筒上端内侧的两个台肩限位；
所述限位套通过螺纹连接在解封套下端的内侧；
所述上提滑套滑动安装在所述解封套的内侧，上提滑套的上下两侧分别通过解封套上端内侧的台肩和限位套的上端面限位，在所述上提滑套在解封套内处于下极限位置的状态下，解封套和上提滑套之间通过解封销钉连接；
所述打捞套的下端通过螺纹连接在所述上提滑套的上端，打捞套上端的内外两侧均加工有供打捞作业用的螺纹；
所述上接头的下端通过螺纹连接在所述插管的上端；
所述坐封活塞B的上端与所述坐封活塞A的下端滑动配合，坐封活塞B的下端通过螺纹连接在所述衬管的上端；
所述坐封活塞A的下端面上加工有阶梯孔，阶梯孔内插装有阶梯轴，阶梯轴的结构包括大直径区段和小直径区段，两个区段分别与阶梯孔的内壁滑动配合，所述大直径区段的外侧加工有退位槽，所述坐封活塞A上与所述大直径区段的外侧对应设置有锁块A和锁块B，锁块A位于所述退位槽的下侧，所述坐封活塞B的内壁上与锁块A对应设置有锁槽，锁块A的内端抵靠在所述大直径区段的外壁上，锁块A的外端插在坐封活塞B内壁上的锁槽内，所述锁块B位于所述退位槽的上侧，所述中心管的外壁上与锁块B对应设置有锁槽，锁块B的外端抵靠在所述大直径区段的外壁上，锁块B的内端插在中心管外壁上的锁槽内；
所述中心管和插管上与坐封活塞A的内侧对应设置有过液孔B和过液孔C，过液孔B和过液孔C的轴线重合，插管内部空间通过过液孔B和过液孔C与所述阶梯孔的上端连通；
所述坐封活塞B与中心管之间的环形空间内设置有密封座、弹簧和滑环，密封座通过螺纹连接在中心管上，弹簧夹在密封座和滑环之间，滑环夹在弹簧和所述阶梯轴之间，滑环在弹簧弹力作用下始终保持向阶梯轴靠近的运动趋势，中心管的外侧加工有用于对滑环的下侧进行限位的台肩；
所述中心管和插管上与坐封活塞B的内部空间对应设置有过液孔D和过液孔E，过液孔D和过液孔E的轴线重合，过液孔D和过液孔E的位置位于所述密封座的上侧。
作为进一步的技术方案，所述中心管上设置有用于连通中心管内外两侧空间的平衡孔，平衡孔的位置与所述活动锥体内侧的环形空间对应，在所述插管下端的外侧，与所述平衡孔上下两侧对应设置有密封圈。
本发明的有益效果为：
1、本发明设置了两个坐封活塞，中心管内的压力可分别通过两个过液孔进入两个坐封活塞内并同时推动两个坐封活塞向靠近胶筒的方向运动，通过采用这种结构，坐封活塞的有效承压面积是原来的二倍，大幅提高了坐封推力，从而提高了卡瓦的锚定能力和胶筒承受层间压差的能力。
2、在本发明中，两个坐封活塞产生的推力叠加后作用于胶筒，这种情况下，在坐封销钉剪断瞬间，坐封活塞B8对胶筒的冲击力加倍，这无疑对胶筒的强度、韧性等机械性能提出了更高的要求，普通胶筒难以满足使用要求。为了解决这一问题，本发明通过设置以所述阶梯轴和两个锁块为核心的活塞释放机构，使坐封活塞B可以在中心管打压过程中随压力升高逐步释放，当压力达到坐封销钉的极限时，坐封销钉剪断，坐封活塞A便可以较小的冲击力冲击坐封活塞B，并将冲击力传递至胶筒，与单纯使两个坐封活塞固定连接相比，这种结构既能保证较大的坐封推力，又能防止胶筒承受过大的冲击，从而降低了对胶筒性能的要求。
3、本发明中，所述中心管上设置有用于连通中心管内外两侧空间的平衡孔，平衡孔的位置与所述活动锥体内侧的环形空间对应，在所述插管下端的外侧，与所述平衡孔上下两侧对应设置有密封圈。坐封前，平衡孔的上下两侧被密封圈封堵，坐封后，插管不动，中心管受力向下滑动，使平衡孔从插管的下端露出，进而使管柱内外压力平衡，从而防止管柱在井下压力作用下向上飞窜，防止造成安全事故。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是图1上半部分的结构示意图；
图3图1下半部分的结构示意图；
图4是阶梯轴的结构示意图。
图中：1-中心管，2-卡瓦，3-活动锥体，4-密封圈，5-平衡孔，6-衬管，7-胶筒，8-坐封活塞B，9-密封座,10-弹簧，11-滑环，12-锁块A，13-阶梯轴，14-锁块B，15-坐封活塞A，16-活塞筒，17-反向活塞，18-丢手套，19-解封套，20-限位套，21-上提滑套，22-打捞套,23-插管，24-上接头,25-过液孔A，26-过液孔B,27-过液孔C，28-过液孔D，29-过液孔E，30-解封销钉，31-丢手销钉，32-卡块A，33-卡块B，34-退位槽。
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，本发明包括活动锥体3、卡瓦2、胶筒7、中心管1和坐封机构，坐封机构、胶筒7、活动锥体3和卡瓦2按照从上到下的顺序安装在所述中心管1的外侧，坐封机构内设置有坐封活塞。以上为现有技术中的常见结构，故在此不再赘述。
如图1和图3所示，所述活动锥体3的上部的内侧设置有环形空间，所述胶筒7与中心管1之间设置有衬管6，衬管6的下端插入活动锥体3与中心管1之间的环形空间内并可在该环形空间内滑动；
具体实施时，所述中心管1上设置有用于连通中心管1内外两侧空间的平衡孔5，平衡孔5的位置与所述活动锥体3内侧的环形空间对应，在所述插管23下端的外侧，与所述平衡孔5上下两侧对应设置有密封圈4。坐封前，平衡孔5外侧的上下两侧被密封圈4封堵，平衡孔5内侧被衬管6的下端封堵，从而保证作业程序的顺利进行。丢手并解封后，平衡孔5内外两侧的密封均解除，进而使管柱内外压力平衡，从而防止管柱在井下压力作用下向上飞窜，防止造成安全事故。
如图1和图2所示，所述坐封机构包括坐封活塞、活塞筒16、反向活塞17、丢手套18、解封套19、限位套20、上提滑套21、打捞套22、插管23和上接头24；所述插管23从上侧插入中心管1内。
所述坐封活塞共有两个，分别称为坐封活塞A15和坐封活塞B8。本发明设置了两个坐封活塞，中心管1内的压力可分别通过过液孔进入两个坐封活塞内并同时推动两个坐封活塞向靠近胶筒7的方向运动，通过采用这种结构，坐封活塞的有效承压面积是原来的二倍，大幅提高了坐封推力，从而提高了卡瓦2锚定的能力和胶筒7承受层间压差的能力。
如图1和图2所示，所述的坐封活塞A15上端的外侧通过螺纹连接在活塞筒16的下端，所述反向活塞17滑动安装在活塞筒16内，坐封活塞A15通过一个卡块A32卡接在中心管1上，坐封活塞A15的上部设置有径向通孔，所述卡块A32滑动安装在该径向通孔内，卡块A32的内侧插入中心管1外侧的卡槽内；所述中心管1通过一个卡块B33卡接在所述插管23上，中心管1的上部设置有径向通孔，所述卡块B33滑动安装在该径向通孔内，卡块B33的内侧插入插管23外侧的卡槽内；卡块A32和卡块B33的外侧均抵在所述反向活塞17的内侧；所述插管23上设置有一个用于连通插管23内外两侧空间的过液孔A25，过液孔A25位于插管23上与所述卡块B33对应的卡槽的槽底；所述丢手套18的上部通过丢手销钉31连接在所述插管23上，丢手套18的下端通过螺纹连接在中心管1的上端；所述解封套19滑动安装在活塞筒16内并通过分别加工在解封套19下端外侧和活塞筒16上端内侧的两个台肩限位；所述限位套20通过螺纹连接在解封套19下端的内侧；所述上提滑套21滑动安装在所述解封套19的内侧，上提滑套21的上下两侧分别通过解封套19上端内侧的台肩和限位套20的上端面限位，在所述上提滑套21在解封套19内处于下极限位置的状态下，解封套19和上提滑套21之间通过解封销钉30连接；所述打捞套22的下端通过螺纹连接在所述上提滑套21的上端，打捞套22上端的内外两侧均加工有供打捞作业用的螺纹；所述上接头24的下端通过螺纹连接在所述插管23的上端。
除了坐封功能外，本发明还具有丢手和可打捞功能，丢手时，通过向管柱内打压的方式使管柱丢手销钉31剪断，继而将上接头24连同插管23一同上提出井，实现丢手。打捞时，通过管柱向井内下放螺纹打捞工具，打捞工具抓住打捞套22上端的螺纹后上提管柱，使解封销钉30剪断，将桥塞的解封，然后上提管柱便可将本发明打捞出井。
所述坐封活塞B8的上端与所述坐封活塞A15的下端滑动配合，坐封活塞B8的下端通过螺纹连接在所述衬管6的上端；
所述坐封活塞A8的下端面上加工有阶梯孔，阶梯孔内插装有阶梯轴13，阶梯轴13的结构包括大直径区段和小直径区段，两个区段分别与阶梯孔的内壁滑动配合，所述大直径区段的外侧加工有退位槽34，所述坐封活塞A8上与所述大直径区段的外侧对应设置有锁块A12和锁块B14，锁块A12的作用是锁住坐封活塞B8，使坐封活塞B8的位置状态在坐封前保持稳定，锁块B14的作用是防止坐封活塞A15在作风阶段的前期启动。
锁块A12位于所述退位槽34的下侧，所述坐封活塞B8的内壁上与锁块A12对应设置有锁槽，锁块A12的内端抵靠在所述大直径区段的外壁上，锁块A12的外端插在坐封活塞B8内壁上的锁槽内，所述锁块B14位于所述退位槽34的上侧，所述中心管1的外壁上与锁块B14对应设置有锁槽，锁块B14的外端抵靠在所述大直径区段的外壁上，锁块B14的内端插在中心管1外壁上的锁槽内；
所述中心管1和插管23上与坐封活塞A15的内侧对应设置有过液孔B26和过液孔C27，过液孔B26和过液孔C27的轴线重合，插管23内部空间通过过液孔B26和过液孔C27与所述阶梯孔的上端连通。
本发明的工作过程如下：
坐封时，向中心管1内打压，中心管1内的压力逐渐上升，压力从各过液孔进入坐封活塞A15和坐封活塞B8的上侧，从而使两个坐封活塞具有向下(即向胶筒7靠近)的运动趋势，同时，压力还经过液孔到达阶梯轴13的上侧，并推动阶梯轴13向下移动，继而使锁块A12和锁块B14的锁定作用解除，锁块A12的锁定作用解除后，坐封活塞B8得以在压力作用下向下压缩胶筒7，但坐封活塞A15在卡块A32的作用下仍然静止。当压力上升至足以将坐封销钉剪断时，坐封销钉剪断，反向活塞17与坐封活塞A15分离，卡块A32对坐封活塞A15的锁定作用解除，坐封活塞A15也开始向下移动，进而产生双倍的坐封推力。卡瓦2在坐封推力的作用下沿径向移动，从而实现坐封。
丢手时，向中心管1内打压并使压力大于坐封压力，继而使丢手销钉31剪断，丢手销钉31剪断后，上接头24和插管23可随管柱一同上提出井。
解封时，通过打捞工具捞住打捞套22的上端，然后上提管柱使解封销钉30剪断，从而实现解封。
需要注意的是，打压过程中，坐封活塞B16上下两侧的压力不能经由所述阶梯孔连通，否则会导致坐封活塞A15失去作用，为了避免这一问题，阶梯轴13和其所在的阶梯孔之间必须始终保持密封，该密封点由小直径区段外侧的密封圈来保证。同时，为了防止阶梯轴13完全从阶梯孔内脱出，本实施例中特别设置了滑环11，目的是对阶梯轴13的上侧进行限位。滑环11的上侧通过中心管1上的台肩限位。滑环11通过弹簧10进行支撑，滑环11夹在弹簧10和所述阶梯轴13之间，滑环11在弹簧10弹力作用下始终保持向阶梯轴13靠近的运动趋势。弹簧10和滑环11可使阶梯轴13始终处于阶梯孔内。
所述中心管1和插管23上与坐封活塞B8的内部空间对应设置有过液孔D28和过液孔E29，过液孔D28和过液孔E29的轴线重合，过液孔D28和过液孔E29的位置位于所述密封座9的上侧。
在本发明中，两个坐封活塞产生的推力叠加后作用于胶筒7，这种情况下，在坐封销钉剪断瞬间，坐封活塞B8对胶筒7的冲击力加倍，这无疑对胶筒7的强度、韧性等机械性能提出了更高的要求，普通胶筒7难以满足使用要求。为了解决这一问题，本发明通过设置以所述阶梯轴13和两个锁块为核心的活塞释放机构，使坐封活塞B8可以在中心管1打压过程中随压力升高逐步释放，当压力达到坐封销钉的极限时，坐封销钉剪断，坐封活塞A15便可以较小的冲击力冲击坐封活塞B8，并将冲击力传递至胶筒7，与单纯使两个坐封活塞固定连接相比，这种结构既能保证较大的坐封推力，又能防止胶筒7承受过大的冲击，从而降低了对胶筒7性能的要求。
本发明中，坐封销钉安装于反向活塞17上，反向活塞17和坐封活塞A15之间通过坐封销钉连接。坐封销钉是桥塞等井下工具中的常规结构，另外，其结构与安装方式与所述解封销钉30相同，故在此不再赘述。

Claims (2)

1.一种低坐封力起井泄压的可捞桥塞，包括活动锥体(3)、卡瓦(2)、胶筒(7)、中心管(1)和坐封机构，坐封机构、胶筒(7)、活动锥体(3)和卡瓦(2)按照从上到下的顺序安装在所述中心管(1)的外侧，坐封机构内设置有坐封活塞，
所述活动锥体(3)的上部的内侧设置有环形空间，所述胶筒(7)与中心管(1)之间设置有衬管(6)，衬管(6)的下端插入活动锥体(3)与中心管(1)之间的环形空间内并可在该环形空间内滑动；
所述坐封机构包括坐封活塞、活塞筒(16)、反向活塞(17)、丢手套(18)、解封套(19)、限位套(20)、上提滑套(21)、打捞套(22)、插管(23)和上接头(24)；
所述插管(23)从上侧插入中心管(1)内；
所述坐封活塞共有两个，分别称为坐封活塞A(15)和坐封活塞B(8)，
所述的坐封活塞A(15)上端的外侧通过螺纹连接在活塞筒(16)的下端，所述反向活塞(17)滑动安装在活塞筒(16)内，坐封活塞A(15)通过一个卡块A(32)卡接在中心管(1)上，坐封活塞A(15)的上部设置有径向通孔，所述卡块A(32)滑动安装在该径向通孔内，卡块A(32)的内侧插入中心管(1)外侧的卡槽内；
所述中心管(1)通过一个卡块B(33)卡接在所述插管(23)上，中心管(1)的上部设置有径向通孔，所述卡块B(33)滑动安装在该径向通孔内，卡块B(33)的内侧插入插管(23)外侧的卡槽内；
卡块A(32)和卡块B(33)的外侧均抵在所述反向活塞(17)的内侧；
所述插管(23)上设置有一个用于连通插管(23)内外两侧空间的过液孔A(25)，过液孔A(25)位于插管(23)上与所述卡块B(33)对应的卡槽的槽底；
所述丢手套(18)的上部通过丢手销钉(31)连接在所述插管(23)上，丢手套(18)的下端通过螺纹连接在中心管(1)的上端；
所述解封套(19)滑动安装在活塞筒(16)内并通过分别加工在解封套(19)下端外侧和活塞筒(16)上端内侧的两个台肩限位；
所述限位套(20)通过螺纹连接在解封套(19)下端的内侧；
所述上提滑套(21)滑动安装在所述解封套(19)的内侧，上提滑套(21)的上下两侧分别通过解封套(19)上端内侧的台肩和限位套(20)的上端面限位，在所述上提滑套(21)在解封套(19)内处于下极限位置的状态下，解封套(19)和上提滑套(21)之间通过解封销钉(30)连接；
所述打捞套(22)的下端通过螺纹连接在所述上提滑套(21)的上端，打捞套(22)上端的内外两侧均加工有供打捞作业用的螺纹；
所述上接头(24)的下端通过螺纹连接在所述插管(23)的上端；
所述坐封活塞B(8)的上端与所述坐封活塞A(15)的下端滑动配合，坐封活塞B(8)的下端通过螺纹连接在所述衬管(6)的上端；
所述坐封活塞A(8)的下端面上加工有阶梯孔，阶梯孔内插装有阶梯轴(13)，阶梯轴(13)的结构包括大直径区段和小直径区段，两个区段分别与阶梯孔的内壁滑动配合，所述大直径区段的外侧加工有退位槽(34)，所述坐封活塞A(8)上与所述大直径区段的外侧对应设置有锁块A(12)和锁块B(14)，锁块A(12)位于所述退位槽(34)的下侧，所述坐封活塞B(8)的内壁上与锁块A(12)对应设置有锁槽，锁块A(12)的内端抵靠在所述大直径区段的外壁上，锁块A(12)的外端插在坐封活塞B(8)内壁上的锁槽内，所述锁块B(14)位于所述退位槽(34)的上侧，所述中心管(1)的外壁上与锁块B(14)对应设置有锁槽，锁块B(14)的外端抵靠在所述大直径区段的外壁上，锁块B(14)的内端插在中心管(1)外壁上的锁槽内；
所述中心管(1)和插管(23)上与坐封活塞A(15)的内侧对应设置有过液孔B(26)和过液孔C(27)，过液孔B(26)和过液孔C(27)的轴线重合，插管(23)内部空间通过过液孔B(26)和过液孔C(27)与所述阶梯孔的上端连通；
所述坐封活塞B(8)与中心管(1)之间的环形空间内设置有密封座(9)、弹簧(10)和滑环(11)，密封座(9)通过螺纹连接在中心管(1)上，弹簧(10)夹在密封座(9)和滑环(11)之间，滑环(11)夹在弹簧(10)和所述阶梯轴(13)之间，滑环(11)在弹簧(10)弹力作用下始终保持向阶梯轴(13)靠近的运动趋势，中心管(1)的外侧加工有用于对滑环(11)的下侧进行限位的台肩；
所述中心管(1)和插管(23)上与坐封活塞B(8)的内部空间对应设置有过液孔D(28)和过液孔E(29)，过液孔D(28)和过液孔E(29)的轴线重合，过液孔D(28)和过液孔E(29)的位置位于所述密封座(9)的上侧。
2.根据权利要求1所述的一种低坐封力起井泄压的可捞桥塞，其特征在于：所述中心管(1)上设置有用于连通中心管(1)内外两侧空间的平衡孔(5)，平衡孔(5)的位置与所述活动锥体(3)内侧的环形空间对应，在所述插管(23)下端的外侧，与所述平衡孔(5)上下两侧对应设置有密封圈(4)。
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