CN114991708B - 一种防松动自锁桥塞 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防松动自锁桥塞，包括增压中心管、丢手件机构、锚定机构和坐封机构；增压中心管包括中心管，中心管内部设有活塞；所述丢手件机构包括与中心管上端连接的丢手接头，丢手接头上端设有丢手件，丢手件内设有封堵中心管上口的安全塞；锚定机构包括上端开口的锚定主体，锚定主体开口端与中心管下端连接，锚定主体侧壁设有锚定件；坐封机构包括胶筒组和驱使胶筒组膨胀坐封的外滑块。本发明能够改变现有桥塞一次锁紧后即失去锁紧动力的现状，解决桥塞在锚定过程中出现松动或锁紧不到位的问题。
Description
技术领域
本发明涉及桥塞领域，尤其涉及一种防松动自锁桥塞。
背景技术
在油气井后期压裂过程中，常采用底封拖动无限级压裂，或采用连续油管进行底封拖动压裂，或采用桥塞连坐方式进行压裂。底封拖动为目前主流方法，但是压完一段后要放喷，再通过人工提管柱，一天能施工两层；连续油管作业底封拖动，一天可施工4-5层，但是其设备昴贵，每段施工成本高；桥塞连坐，用电缆连接，用泵送，成本低速度快，但是，现有桥塞存在以下缺点：
1、卡瓦作为桥塞的一部分，桥塞利用卡瓦实现其锚定，卡瓦的驱动机构为一个整体结构，在驱动过程中要步调高度－致，如果因加工精度或内部有微小毛刺、或小砂粒的影响，一片运动不到位，就会同时影响其它卡瓦的到位程度。
2、卡瓦的锁紧机构是双向的防止其向上或向下串动，当压裂液排注量增大，加大了向下的压力，二端相向的卡瓦结构，有一端锁紧较好，但另一端作用很小，只有一半卡瓦发挥作用。当地层涌流较大产生向上的推力，同理，也只有一半的卡瓦发挥作用。由于地层的开裂程度有很多的随机性，会导致套压忽高忽低，对桥塞造成不间断的冲击，使桥塞的锁紧机构产生松动。而且，由于卡瓦的锁紧机制为一次上锁，松动的桥塞即不能再次锁紧。
发明内容
本发明的目的是提供一种防松动自锁桥塞，能够改变现有桥塞一次锁紧后即失去锁紧动力的现状，解决桥塞在锚定过程中出现松动或锁紧不到位的问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种防松动自锁桥塞，包括增压中心管、丢手件机构、锚定机构和坐封机构；
所述增压中心管包括中心管，中心管内壁邻近上口位置设有环形凹槽，环形凹槽下端设有第一台阶，第一台阶下端设有第二台阶，第二台阶内径小于第一台阶内径；中心管内部设有活塞，活塞上端设有上端头，上端头与第一台阶滑动配合，活塞下端设有下端头，下端头与第二台阶滑动配合，活塞与上端头、下端头、第一台阶和第二台阶构成气体腔；
所述丢手件机构包括丢手件，丢手件的锁爪外套装有丢手接头，丢手接头末端与中心管上端连接，丢手件内设有防止锁爪收缩的安全塞，安全塞下端伸入中心管上口，对中心管上口进行封堵；
所述锚定机构包括锚定主体，锚定主体为上端开口的管体，锚定主体开口端与中心管下端连接，锚定主体侧壁设有至少一组放射状安装孔，安装孔内设有锚定件，锚定件的外端面设有齿状锚牙；
所述坐封机构包括胶筒组，所述中心管外壁设有外台阶，胶筒组设置在外台阶、锚定主体和中心管构成的环形槽内；坐封机构还包括套装在中心管外的外滑块，外滑块下端与外台阶滑动配合，上端与丢手接头滑动配合，外滑块内壁设有内台阶，内台阶与中心管滑动配合；外台阶、中心管、外滑块和内台阶构成空气腔，中心管、外滑块、内台阶和丢手接头构成液压腔，所述环形凹槽侧壁设有割孔，液压腔通过割孔与中心管内部连通；
安全塞上侧压力增加时，安全塞下行进入环形凹槽位置，锁爪向中心收缩，丢手件与丢手接头分离，实现丢手；丢手件与丢手接头分离时，井内液体进入中心管内腔，由于中心管与活塞间有气体腔的存在，活塞上下端面受到相同的液体静压，由于活塞上端面受力面积大于下端面的受力面积，活塞上端面受到的压力较大，活塞在该压力作用下挤压液体介质及气体腔内空气，实现位移，由于液体介质受活塞挤压从而压强变大，对锚定件内端面的压力增加，将锚定件推出，由于各锚定件独立发挥作用，即便个别锚定件受阻，仍能实现有效地锚定；在实现锚定的同时，井内液体通过割孔进入液压腔，使液压腔和空气腔之间产生压力差，形成坐封力，外滑块在坐封力作用下向胶筒组方向滑动，挤压胶筒组膨胀，实现坐封；当进入施工期后，随着井内液体压强增加，活塞位移作用力和坐封力相应增大，锚定和坐封效果更好。
进一步的，锚定主体内部设有防止锚定件受井内压力回缩，使其与安装孔脱离的的固定支撑。
进一步的，安装孔内设有防止锚定件提前伸出的弹性支撑。
本发明的有益效果是：
1、相对于传统桥塞，本发明对桥塞结构进行了改进，利用井口打压即可实现坐封和锚定，无需外设驱动机构，而且，坐封机构和锚定机构分别单独工作，相互不产生影响，避免出现锚定机构松动导致坐封机构同样松动的问题。
2、本发明在丢手件机构实现丢手后，利用井内液体对坐封机构、锚定机构分别产生坐封压力、增压压力，分别实现桥塞坐封、桥塞锚定。套压不变时，坐封压力、增压压力不变，套压增加时，坐封压力、增压压力适时增大，能够保证坐封和锚定效果，解决了桥塞受压力变化容易松动，以及松动后无法再次固定的问题。
3、本发明中，各锚定件独立作用，互不干涉，即便部分受阻，其他锚定件仍能实现锚定。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中A-A的剖视图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1-2所示，一种防松动自锁桥塞，包括增压中心管、丢手件机构、锚定机构和坐封机构；
所述增压中心管包括中心管11，中心管11内壁邻近上口位置设有环形凹槽12，环形凹槽12下端设有第一台阶13，第一台阶13下端设有第二台阶14，第二台阶14内径小于第一台阶13内径；中心管11内部设有活塞15，活塞15上端设有上端头16，上端头16与第一台阶13滑动配合，活塞15下端设有下端头17，下端头17与第二台阶14滑动配合，活塞15与上端头16、下端头17、第一台阶13和第二台阶14构成气体腔100。
所述丢手件机构包括丢手件21，丢手件21的锁爪外套装有丢手接头22，丢手接头22末端与中心管11上端连接，丢手件21内设有防止锁爪收缩的安全塞23，安全塞23下端伸入中心管11上口，对中心管11上口进行封堵；
所述锚定机构包括锚定主体31，锚定主体31为上端开口的管体，锚定主体31开口端与中心管11下端连接，锚定主体31侧壁设有三组放射状安装孔32，安装孔32内设有锚定件33，锚定件33的外端设有齿状锚牙34，锚定主体31内部设有防止锚定件33受井内压力回缩，使其与安装孔32脱离的的固定支撑35，支撑件35为棱柱体，棱柱体各侧面分别支撑对应锚定件33；安装孔32内设有防止锚定件33提前伸出的弹性支撑36，弹性支撑36优选为弹簧；锚定主体31与活塞15、中心管11构成的腔体内注有液体工质；
所述坐封机构包括胶筒组41，所述中心管11外壁设有外台阶18，胶筒组41设置在外台阶18、锚定主体31和中心管11构成的环形槽内；坐封机构40还包括套装在中心管11外的外滑块42，外滑块42下端与外台阶18滑动配合，上端与丢手接头22滑动配合，外滑块42内壁设有内台阶43，内台阶43与中心管11滑动配合；外台阶18、中心管11、外滑块42和内台阶43构成空气腔200，中心管11、外滑块42、内台阶43和丢手接头22构成液压腔300，所述环形凹槽12侧壁设有割孔19，液压腔300通过割孔19与中心管11内部连通。
工作原理为：安全塞上侧压力增加时，安全塞切断销钉24下行进入环形凹槽位置，锁爪向中心收缩，丢手件与丢手接头分离，实现丢手；
丢手件与丢手接头分离时，井内液体进入中心管内腔，由于中心管与活塞间有气体腔的存在，活塞上下端面受到相同的液体静压P静，由于活塞上端面受力面积S上大于下端面的受力面积S下，活塞上端面受到的压力较大，受力分析如下：
F上=S上*P静
F下=S下*P静
F上＞F下
因此，活塞在该压力作用下挤压液体介质及气体腔内空气，实现位移，由于液体介质受活塞挤压从而压强变大，对锚定件内端面的压力增加，将锚定件推出，由于各锚定件独立发挥作用，即便个别锚定件受阻，仍能实现有效地锚定；
在实现锚定的同时，井内液体通过割孔进入液压腔，使液压腔和空气腔之间产生压力差，形成坐封力，外滑块在坐封力作用下向胶筒组方向滑动，挤压胶筒组膨胀，实现坐封；当进入施工期后，随着井内液体压强增加，活塞位移作用力和坐封力相应增大，锚定和坐封效果更好。
相对于传统桥塞，本发明对桥塞结构进行了改进，利用井口打压即可实现坐封和锚定，无需外设驱动机构，而且，坐封机构和锚定机构分别单独工作，相互不产生影响，避免出现锚定机构松动导致坐封机构同样松动的问题。本发明在丢手件机构实现丢手后，利用井内液体对坐封机构、锚定机构分别产生坐封压力、增压压力，分别实现桥塞坐封、桥塞锚定。套压不变时，坐封压力、增压压力不变，套压增加时，坐封压力、增压压力适时增大，能够保证坐封和锚定效果，解决了桥塞受压力变化容易松动，以及松动后无法再次固定的问题。
在上述方案的基础上，为了保证桥塞的锚定和坐封效果，可以使液体介质的压强与井内液体压强在桥塞坐封后同比例增长，如：井内液体压强为10Mpa时，液体介质的压强为15Mpa,当井中水压上升到20Mpa时，锚定腔中的水压会上升到30Mpa。
所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。
Claims (3)
1.一种防松动自锁桥塞，其特征在于，包括增压中心管、丢手件机构、锚定机构和坐封机构；
所述增压中心管包括中心管，中心管内壁邻近上口位置设有环形凹槽，环形凹槽下端设有第一台阶，第一台阶下端设有第二台阶，第二台阶内径小于第一台阶内径；中心管内部设有活塞，活塞上端设有上端头，上端头与第一台阶滑动配合，活塞下端设有下端头，下端头与第二台阶滑动配合，活塞与上端头、下端头、第一台阶和第二台阶构成气体腔；
所述丢手件机构包括丢手件，丢手件的锁爪外套装有丢手接头，丢手接头末端与中心管上端连接，丢手件内设有防止锁爪收缩的安全塞，安全塞下端伸入中心管上口，对中心管上口进行封堵；
所述锚定机构包括锚定主体，锚定主体为上端开口的管体，锚定主体开口端与中心管下端连接，锚定主体侧壁设有至少一组放射状安装孔，安装孔内设有独立的锚定件，锚定件的外端面设有齿状锚牙；锚定主体与活塞、中心管构成的腔体内注有液体介质；
所述坐封机构包括胶筒组，所述中心管外壁设有外台阶，胶筒组设置在外台阶、锚定主体和中心管构成的环形槽内；坐封机构还包括套装在中心管外的外滑块，外滑块下端与外台阶滑动配合，上端与丢手接头滑动配合，外滑块内壁设有内台阶，内台阶与中心管滑动配合；外台阶、中心管、外滑块和内台阶构成空气腔，中心管、外滑块、内台阶和丢手接头构成液压腔，所述环形凹槽侧壁设有割孔，液压腔通过割孔与中心管内部连通；
安全塞上侧压力增加时，安全塞下行进入环形凹槽位置，锁爪向中心收缩，丢手件与丢手接头分离，实现丢手；丢手件与丢手接头分离时，井内液体进入中心管内腔，由于中心管与活塞间有气体腔的存在，活塞上下端面受到相同的液体静压，由于活塞上端面受力面积大于下端面的受力面积，活塞上端面受到的压力较大，活塞在该压力作用下挤压液体介质及气体腔内空气，实现位移，由于液体介质受活塞挤压从而压强变大，对锚定件内端面的压力增加，将锚定件推出，由于各锚定件独立发挥作用，即便个别锚定件受阻，仍能实现有效地锚定；在实现锚定的同时，井内液体通过割孔进入液压腔，使液压腔和空气腔之间产生压力差，形成坐封力，外滑块在坐封力作用下向胶筒组方向滑动，挤压胶筒组膨胀，实现坐封；当进入施工期后，随着井内液体压强增加，活塞位移作用力和坐封力相应增大，锚定和坐封效果更好。
2.如权利要求1所述的一种防松动自锁桥塞，其特征在于，锚定主体内部设有防止锚定件受井内压力回缩，使其与安装孔脱离的固定支撑。
3.如权利要求1所述的一种防松动自锁桥塞，其特征在于，安装孔内设有防止锚定件提前伸出的弹性支撑。
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