CN114458235B - 一种机械式可反复坐封桥塞 - Google Patents

Abstract

一种机械式可反复坐封暂堵桥塞，涉及油田井下工具技术领域，包括上锚定组件、胶筒密封上下锥体组件、下摩擦锚定组件、中心组件、反复滑动锁定组件、打捞坐封组件，上锚定组件由插入管、套筒和上部卡瓦组成，胶筒密封上下锥体组件套于外中心管外侧，反复滑动锁定组件以带导向滑道J型体套罩和桥塞下接头组成，由桥塞下接头上圆柱凸起与J型体套罩导向滑道组成反复滑动锁定装置，反复滑动锁定组件与中心管组件下端管螺纹连接。坐封后，胶筒的弹力是通过J行体罩导向滑道和上部弹簧反向作用力锁定的；所以本发明能够承受井底高压，坐封更加可靠。同时桥塞可在井内反复坐封，反复打捞调整桥塞位置，节省时间成本和生产成本。

Description

一种机械式可反复坐封桥塞

技术领域

本发明属于油田井下工具领域，尤其涉及一种机械式可反复坐封桥塞。

背景技术

在油田各个领域的各项井下工作中，常规桥塞下入管柱中起作用后，作业队需要取出桥塞而后继续完成作业，这阶段的作业浪费了大量的人力、物力和时间成本。本发明的出现解决现有问题一次管柱下入后可经过反复坐封桥塞来完成常规作业需要多趟管柱完成的进度，无需再次下趟管柱。

发明内容

为解决现有常规桥塞下井后作业后需要二次或多次起出管柱作业，本发明提供一种可反复井内坐封、解封、丢手、打捞桥塞可应用在油田压裂投产、防倒灌、临时封堵、防喷等油田作业项目中。

本发明提供的技术方案是：一种机械式可反复坐封桥塞，包括中心组件、上锚定组件、胶筒密封上下锥体组件、下摩擦锚定组件、反复滑动锁定组件和打捞坐封组件；所述的中心组件包括中心管、桥塞上接头和桥塞下接头，桥塞上接头螺纹连接于中心管上端外侧，桥塞下接头螺纹连接于中心管下端外侧；所述的上锚定组件包括上部卡瓦、释放卡瓦和上卡瓦套，上卡瓦套位于中心管外侧，上卡瓦套周向带有安装孔，上部卡瓦和释放卡瓦分别安装于上卡瓦套的安装孔内，上部卡瓦外侧设置有复位弹簧片A，复位弹簧片A压力迫使上部卡瓦附着在中心管外侧；所述的胶筒密封上下锥体组件包括上锥体、中间接箍、胶筒组件、外中心管和下锥体，上锥体与中间接箍螺纹连接，二者中间内侧设置有密封总成，密封总成被上锥体和中间接箍双向限制位移，坐封状态下，密封总成与中心管密封配合，胶筒组件套装于外中心管外，外中心管套装于中心管外并与中心管间隙配合，外中心管上端与中间接箍螺纹连接，胶筒组件下端与下锥体螺纹连接；所述的下摩擦锚定组件包括下部卡瓦、摩擦牵引体和摩擦块，摩擦牵引体的上部带有安装孔，下部外侧带有安装槽，下部卡瓦安装于摩擦牵引体上部的安装孔内，下部卡瓦外侧设置有复位弹簧片B，复位弹簧片B压力破使下部卡瓦附着在中心管外侧，摩擦块安装于摩擦牵引体下部的安装槽内，安装槽内还放置有弹簧片C，弹簧片C的弹力支撑摩擦块使其与井壁产生阻力起到摩擦、扶正作用；所述的反复滑动锁定组件包括J型体套罩，J型体套罩与摩擦牵引体螺纹连接，J型体套罩外侧开出双个导向轨道，相应的桥塞下接头径向双侧伸出有凸起销A，凸起销A位于导向轨道内，导向轨道的上带有坐封锁定槽和解封锁定槽，通过提放和旋转中心组件，实现凸起销A在导向轨道内坐封锁定槽和解封锁定槽的切换，当凸起销A下移转至J型体套罩下部的坐封锁定槽位置时工具坐封且锁定，当凸起销A上移转至J型体套罩上端解封锁定槽位置时工具解封且锁定。

作为进一步的技术方案是：所述的坐封打捞工具包括打捞工具上连接头、回收套和引鞋，打捞工具上连接头与回收套螺纹连接并通过防转钉进一步固定，回收套侧壁加工有安装槽、斜槽和回收槽，安装槽下端为阔角度的敞口，回收槽两端均位于回收套上，安装槽的顶端通过斜槽与回收槽的中部连通，引鞋设置于回收套下端外侧；所述的桥塞上接头上端连接有插入管，插入管上部径向带有凸起销B，凸起销B在安装槽、斜槽、回收槽内切换，完成丢手或对接；打捞工具上连接头内设置筒夹，其中部侧壁设有均匀间隔的通槽，通槽段对应的筒夹内部有凸台，坐封打捞工具下放时筒夹优先夹住插入管上端，保证打捞工具与桥塞的同轴度，更方便抓取桥塞，筒夹上方的打捞工具上连接头内还设置有承压补心。

作为进一步的技术方案是：所述的上锚定组件还包括锁帽、套筒和弹簧挡圈，锁帽从桥塞上接头上端套装于桥塞上接头外部，桥塞上接头下部设置有对锁帽下行限位的台阶，套筒位于中心管外侧，套筒上端与锁帽螺纹连接，套筒下端与上卡瓦套螺纹连接，弹簧挡圈被上卡瓦套和套筒双向限制位移，在锁帽与弹簧挡圈之间设置有弹簧。

作为进一步的技术方案是：中心管外表面带有圆台，解封状态下，密封总成与中心管之间留有间隙。

作为进一步的技术方案是：所述的胶筒组件包括自上而下顺序排列并相互抵靠的调整环、端胶筒、隔环、中间胶筒、隔环、端胶筒、橡胶套挡圈，调整环与中间接箍下端面抵靠，橡胶套挡圈与下锥体螺纹连接。

作为进一步的技术方案是：所述的桥塞下接头下端连接有短接，短接用来连接尾管使工具更加安全可靠。

作为进一步的技术方案是：上锥体带有旁通孔，橡胶套挡圈及外中心管也带有旁通孔。

本发明的有益效果为：

(1)本发明坐封后，外侧通过胶筒密封、密封总成密封，内侧通过插入管管螺纹封堵，内外密封均十分可靠；理由是：首先，胶筒的弹力是通过J型槽上回收槽锁定的，作用力直接作用在桥塞下接头的凸起销A上，凸起销A的直径能承受更大的压力，从而使胶筒密封更加可靠；其次，插入管为实心件其连接中心管处以管螺纹进行连接辅以密封脂，因此即便井压较大也能够可靠密封。

(2)本发明坐封后，可通过上提和回放管柱的方法进行锚定的可靠性验证，通过观察的方式进行封堵有效性判定，确保万无一失。

(3)本发明打捞时，通过携带工具下放管柱的方法，可一次性顺利实现对接、解封和上提，即可顺利实现打捞。

(4)本发明可在井内反复使用。

(5)本发明只需右旋1/4圈即可实现工具的坐封和解封，坐封、解封繁琐性降低。

附图说明

图1是本发明坐封前的结构示意图。

图2是本发明打捞坐封工具结构示意图。

图3是本发明坐封时的结构示意图。

图4是本发明解封封后的结构示意图。

图5是本发明上锚定组件的结构示意图。

图6是本发明胶筒密封上下锥体组件结构示意图。

图7是本发明下摩擦锚定组件的结构示意图。

图8是本发明中心管组件的全剖面视图。

图9是本发明反复滑动锁定组件的全剖面视图。

图10是本发明中打捞坐封工具的内表面展开图。

图中：1、插入管；2、桥塞上接头；3、锁帽；4、套筒；5、弹簧；6、上卡瓦套；7、释放卡瓦；8、复位弹簧片A；9、上部卡瓦；10、中心管；11、上锥体；12、中间接箍；13、橡胶密封圈；14、密封总成；15、调整环；16、端胶筒；17、隔环；18、中间胶筒；19、橡胶套挡圈；20、外中心管；21、下锥体；22、下部卡瓦；23、复位弹簧片B；24、摩擦牵引体；25、弹簧片C；26、摩擦块；27、牵引体支撑套；28、防转钉；29、凸起销B；30、桥塞下接头；31、J型体套罩；32、短接；33、弹簧挡圈；34、凸起销A；35、解封锁定槽；36、导向轨道；37、坐封锁定槽；38、阔角敞口导向边；39、回收槽下端点；40、回收槽上端点；41、打捞工具上连接头；42、承压补心；43、筒夹；44、回收套；45、引鞋。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本实施例的结构包括中心组件、上锚定组件、胶筒密封上下锥体组件、下摩擦锚定组件、反复滑动锁定组件和打捞坐封组件。

所述中心组件包括中心管10、桥塞上接头2和桥塞下接头30，桥塞上接头2螺纹连接于中心管10上端外侧，桥塞下接头30螺纹连接于中心管10下端外侧。中心组件是整套工具的力量核心，起到承上启下作用，其承载了坐封前整套管柱在其身上作用的拉力，坐封后井内给予的上、下压力，管柱转动时候扭矩，中心管10的材质要选择高品质的合金为基础，辅以高水平热处理工艺对其优化达到最好的产品质量。

如图5所示，所述上锚定组件，以中心管10为轴心套装在其上部，以管螺纹连接在整体工具中起到上锚定、打捞、丢手、连接管柱作用。上锚定组件包括锁帽3、套筒4、弹簧挡圈33、上部卡瓦9、释放卡瓦7和上卡瓦套6，锁帽3从桥塞上接头2上端套装于桥塞上接头2外部，桥塞上接头2下部设置有对锁帽3下行限位的台阶，上卡瓦套6位于中心管10外侧，上卡瓦套6带有周向设置的安装孔，安装孔有三个，上卡瓦套6安装孔处设置两件上部卡瓦9，两件上部卡瓦9内斜面与上锥体11斜面作用时，上部卡瓦9伸出上卡瓦套6锚定管柱壁，内锚定完成；另一侧安装孔则设置释放卡瓦7，当上部卡瓦9锚定时释放卡瓦7起到支撑作用，根据设计释放卡瓦7牙顶设计为平面，释放卡瓦7为无向性卡瓦，使得其它卡瓦回收变得比较容易，桥塞更易取出，上部卡瓦9其牙型设计为向上单向性锚定，锚定后工具不会因井下传递上的压力向上产生位移，安全可靠。上部卡瓦9外侧设置有复位弹簧片A8，复位弹簧片A8压力迫使上部卡瓦9和释放卡瓦7附着在中心管10上。套筒4位于中心管10外侧，套筒4上端与锁帽3螺纹连接，套筒4下端与上卡瓦套6螺纹连接，弹簧挡圈33被上卡瓦套6和套筒4双向限制位移，在锁帽3与弹簧挡圈33之间设置有弹簧5。

所述图6为胶筒密封上下锥体组件，上锥体11与中间接箍12螺纹连接，密封总成14在中间接箍12和中心管10内部空间进行密封保证中间密封性，调整环15、端胶筒16、隔环17、中间胶筒18、隔环17、端胶筒16、橡胶套挡圈19以自上而下的顺序依次排列并相互抵靠构成胶筒组件,下锥体21以螺纹连接在橡胶套挡圈19上，锁住整体形成一套机构，该组件上部套装于中心组件外侧，下部则套于外中心管20外侧，通过调整环15保证其坐封效果。上锥体11、下锥体21保证工具上部卡瓦9、下部卡瓦22的锚定状态保证整体工具在井内不会产生位移，更好的承受上、下井内压力保证工具的密封性及可靠性。

中心管10外表面带有圆台，解封状态下，密封总成14与中心管10之间留有间隙，在坐封与解封切换过程中，避免密封总成14卡死在中心管10上，导致无法重复坐封。

所述图7为下摩擦锚定组件，其结构包括下部卡瓦22、摩擦牵引体24和摩擦块26，摩擦牵引体24的上部带有安装孔，下部外侧带有安装槽，下部卡瓦22安装于摩擦牵引体24上部的安装孔内，下部卡瓦22外侧设置有复位弹簧片B23，复位弹簧片B23压力破使下部卡瓦22附着在中心管10外侧。摩擦块26安装于摩擦牵引体24下部的安装槽内，摩擦块26下部由牵引体支撑套27限位，牵引体支撑套27下面由J型体套罩31以螺纹连接摩擦牵引体24，下部挤压牵引体支撑套27空间形成限位。安装槽内还放置有弹簧片C25，弹簧片C25的弹力支撑摩擦块26使其与井壁产生阻力起到摩擦、扶正作用。摩擦组件是以摩擦块26外壁接触井壁以弹簧片C25的弹力支撑力在井壁上，当工具旋转坐封或解封时，在这种特性能下摩擦锚定组件和其他组件产生相对运动，下摩擦锚定组件接近静止状态，这样能使图9反复滑动组件里桥塞下接头30的凸起销A34能进行往复运动，从而实现工具的坐封、解封动作。所述下锚定组件，共有四个下部卡瓦22，下部卡瓦22以牙块的形式锚定在井壁上，其牙型设计为向下单向性锚定，锚定后工具不会因压力和重力向下产生位移，安全可靠。

所述图9为反复滑动锁定组件，其结构包括J型体套罩31，J型体套罩31与摩擦牵引体24螺纹连接，J型体套罩31外侧开出两个导向轨道36，相应的桥塞下接头30径向双侧伸出有凸起销A34，凸起销A34位于导向轨道36内，导向轨道36的上带有坐封锁定槽37和解封锁定槽35，通过提放和旋转中心组件，实现凸起销A34在导向轨道36内坐封锁定槽37和解封锁定槽35的切换，当凸起销A34下移转至J型体套罩31下部的坐封锁定槽37位置时工具坐封且锁定，当凸起销A34上移转至J型体套罩31上端解封锁定槽35位置时工具解封且锁定。桥塞下接头30下端设有短接32用来连接尾管使工具更加安全可靠。

所述图10为打捞坐封工具的内表面展开图，以缠绕形式缠绕在回转体。

如图2所示，所述的坐封打捞工具包括打捞工具上连接头41、回收套44和引鞋45，打捞工具上连接头41与回收套44螺纹连接并通过防转钉28进一步固定，回收套44侧壁加工有安装槽、斜槽和回收槽，安装槽下端为阔角度的敞口，回收槽两端均位于回收套44上，安装槽的顶端通过斜槽与回收槽的中部连通，引鞋45设置于回收套44下端外侧；所述的桥塞上接头2上端连接有插入管1，插入管1上部径向带有凸起销B，凸起销B29在安装槽、斜槽、回收槽内切换，完成丢手或对接；打捞工具上连接头41内设置筒夹43，其中部侧壁设有均匀间隔的通槽，通槽段对应的筒夹43内部有凸台，坐封打捞工具下放时筒夹43优先夹住插入管1上端，保证打捞工具与桥塞的同轴度，更方便抓取桥塞，筒夹43上方的打捞工具上连接头41内还设置有承压补心42。

引鞋45下端以回转体波浪的形式来进行找正井下工具中心，找正后回收套44下放，当阔角敞口导向边38接触插入管1的凸起销B29时，工具下放阔角敞口导向边38辅助打捞工具转动使插入管1的凸起销B29滑入回收槽上端点40内，下压工具对工具施加一个向右旋转的扭矩，工具旋转1/4圈后，然后上提工具插入管1的凸起销B29滑入回收槽下端点39，上提打捞工具带动整体工具回收完成。

上锥体11带有旁通孔，橡胶套挡圈19及外中心管20也带有旁通孔。桥塞内部的大旁通孔设计可减少在下放和回收时的抽汲效应，并在工具坐封时自动关闭。当桥塞解封时，首先打开旁通孔，平衡上下压力上部卡瓦9释放。可取式桥塞上卡瓦释放装置可减少回收工具时的阻力。首先由一块无向性卡瓦释放，使得其它卡瓦回收变得比较容易。

本发明的坐封过程：本发明随打捞投送工具(图2)一同下到达指定位置后，由于摩擦组件的摩擦块26与套管之间存在较大摩擦力，所以在旋转管柱时中心组件图8转动，摩擦组件不跟随中心组件转动，工具下，上提管柱一米左右，并使桥塞向右旋1/4圈(如果井深，则可适当多旋转几圈，一般三千米损失一圈)，然后下放管柱，胶筒密封上下锥体21组件下行，下锥体21撑开下部卡瓦22，上部卡瓦9、释放卡瓦7锥体被上锥体11撑开，工具锚定，然后上提管柱以压缩胶筒，再下放管柱，然后反复上提、下放管柱几次确保桥塞完全坐封。桥塞完全坐封后，下放管柱至管柱原悬重，给管柱输出一个持续向左旋的扭矩，缓慢上提当插入管1的凸起销B29，随着扭矩顺着打捞坐封工具阔角敞口导向边38滑出轨道，然后缓慢上提管柱，指示表负荷无增加则丢手成功。

本发明的解封、打捞过程：下入带有打捞坐封工具(图2)的打捞管柱，打捞坐封工具内设置有回收套44，管柱随工具下探，当回收套44阔角敞口导向边38接触插入管1的凸起销B29时，工具下放，阔角敞口导向边38辅助打捞工具转动使插入管1的凸起销B29滑入回收槽上端点40内，下压工具，插入管1的凸起销B29滑入回收槽下端点39，同时桥塞下接头30的凸起销A34滑出J型体套罩31下端的坐封锁定槽37，然后对工具施加向右扭矩，工具右旋1/4圈后，桥塞下接头30凸起销A34进入J型体套罩31侧面滑道，上提提打捞工具。插入管1的凸起销B29滑入回收槽上端点40内，工具带动桥塞上移，工具解封同时打捞完毕。

综上所述，本发明坐封后，外侧通过胶筒密封、密封总成14密封，内侧通过插入管1管螺纹封堵，内外密封均十分可靠；理由是：首先，胶筒的弹力是通过J型体套罩31上坐封锁定槽锁定的，作用力直接作用在桥塞下接头30的凸起销A34上，凸起销A34的直径能承受更大的压力，从而使胶筒密封更加可靠；其次，插入管1为实心件其连接中心管10处以管螺纹进行连接辅以密封脂，因此即便井压较大也能够可靠密封。本发明坐封后，可通过上提和回放管柱的方法进行锚定的可靠性验证，通过观察的方式进行封堵有效性判定，确保万无一失。本发明打捞时，通过携带工具下放管柱的方法，可一次性顺利实现对接、解封和上提，即可顺利实现打捞。本发明可重复坐封解封。

Claims (7)

1.一种机械式可反复坐封桥塞，其特征在于：包括中心组件、上锚定组件、胶筒密封上下锥体组件、下摩擦锚定组件、反复滑动锁定组件和打捞坐封组件；

所述的中心组件包括中心管（10）、桥塞上接头（2）和桥塞下接头（30），桥塞上接头（2）螺纹连接于中心管（10）上端外侧，桥塞下接头（30）螺纹连接于中心管（10）下端外侧；

所述的上锚定组件包括上部卡瓦（9）、释放卡瓦（7）和上卡瓦套（6），上卡瓦套（6）位于中心管（10）外侧，上卡瓦套（6）周向带有安装孔，上部卡瓦（9）和释放卡瓦（7）分别安装于上卡瓦套（6）的安装孔内，两个卡瓦外侧设置有复位弹簧片A（8），复位弹簧片A（8）压力迫使两个卡瓦附着在中心管（10）外侧；

所述的胶筒密封上下锥体组件包括上锥体（11）、中间接箍（12）、胶筒组件、外中心管（20）和下锥体（21），上锥体（11）与中间接箍（12）螺纹连接，二者中间内侧设置有密封总成（14），密封总成（14）被上锥体（11）和中间接箍（12）双向限制位移，在坐封状态下，密封总成（14）与中心管（10）密封配合；胶筒组件套装于外中心管（20）外，外中心管（20）套装于中心管（10）外并与中心管（10）间隙配合，外中心管（20）上端与中间接箍（12）螺纹连接并通过橡胶密封圈（13）密封，胶筒组件下端与下锥体（21）螺纹连接；

所述的下摩擦锚定组件包括下部卡瓦（22）、摩擦牵引体（24）和摩擦块（26），摩擦牵引体（24）的上部带有安装孔，下部外侧带有安装槽，下部卡瓦（22）安装于摩擦牵引体（24）上部的安装孔内，下部卡瓦（22）外侧设置有复位弹簧片B（23），复位弹簧片B（23）压力迫使下部卡瓦（22）附着在中心管（10）外侧；摩擦块（26）安装于摩擦牵引体（24）下部的安装槽内，安装槽内还放置有弹簧片C（25），弹簧片C（25）的弹力支撑摩擦块（26）使其与井壁产生阻力，起到摩擦、扶正作用；

所述的反复滑动锁定组件包括J型体套罩（31），J型体套罩（31）与摩擦牵引体（24）螺纹连接，J型体套罩（31）外侧开出两个导向轨道（36），相应的桥塞下接头（30）径向双侧伸出有凸起销A（34），凸起销A（34）位于导向轨道（36）内，导向轨道（36）上带有坐封锁定槽（37）和解封锁定槽（35），通过提放和旋转中心组件，实现了凸起销A（34）在坐封锁定槽（37）和解封锁定槽（35）之间的切换，当凸起销A（34）下移转至J型体套罩（31）下部的坐封锁定槽（37）位置时工具坐封且锁定，当凸起销A（34）上移转至J型体套罩（31）上端解封锁定槽（35）位置时工具解封且锁定。

2.根据权利要求1所述的机械式可反复坐封桥塞，其特征在于：所述的打捞坐封组件包括打捞工具上连接头（41）、回收套（44）和引鞋（45），打捞工具上连接头（41）与回收套（44）螺纹连接并通过防转钉（28）进一步固定，回收套（44）侧壁加工有安装槽、斜槽和回收槽，安装槽下端为阔角度的敞口，回收槽两端均位于回收套（44）上，安装槽的顶端通过斜槽与回收槽的中部连通，引鞋（45）设置于回收套（44）下端外侧；所述的桥塞上接头（2）上端连接有插入管（1），插入管（1）上部径向带有凸起销B（29），凸起销B（29）在安装槽、斜槽、回收槽内切换，完成丢手或对接；打捞工具上连接头（41）内设置筒夹（43），其中部侧壁设有均匀间隔的通槽，通槽段对应的筒夹（43）内部有凸台，坐封打捞工具下放时筒夹（43）优先夹住插入管（1）上端，保证打捞工具与桥塞的同轴度，更方便抓取桥塞，筒夹（43）上方的打捞工具上连接头（41）内还设置有承压补心（42）。

3.根据权利要求1所述的机械式可反复坐封桥塞，其特征在于：所述的上锚定组件还包括锁帽（3）、套筒（4）和弹簧挡圈（33），锁帽（3）从桥塞上接头（2）上端套装于桥塞上接头（2）外部，桥塞上接头（2）下部设置有对锁帽（3）下行限位的台阶，套筒（4）位于中心管（10）外侧，套筒（4）上端与锁帽（3）螺纹连接，套筒（4）下端与上卡瓦套（6）螺纹连接，弹簧挡圈（33）被上卡瓦套（6）和套筒（4）双向限制位移，在锁帽（3）与弹簧挡圈（33）之间设置有弹簧（5）。

4.根据权利要求1所述的机械式可反复坐封桥塞，其特征在于：中心管（10）外表面带有圆台，解封状态下，密封总成（14）与中心管（10）之间留有间隙。

5.根据权利要求1所述的机械式可反复坐封桥塞，其特征在于：所述的胶筒组件包括自上而下顺序排列并相互抵靠的调整环（15）、端胶筒（16）、隔环（17）、中间胶筒（18）、隔环（17）、端胶筒（16）、橡胶套挡圈（19），调整环（15）与中间接箍（12）下端面抵靠，橡胶套挡圈（19）与下锥体（21）螺纹连接。

6.根据权利要求1所述的机械式可反复坐封桥塞，其特征在于：所述的桥塞下接头（30）下端连接有短接（32），短接（32）用来连接尾管使工具更加安全可靠。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的机械式可反复坐封桥塞，其特征在于：上锥体（11）带有旁通孔，橡胶套挡圈（19）及外中心管（20）也带有旁通孔。

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