CN213392093U - 一种能够用于重复压裂的液压驱动自坐封桥塞 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种能够用于重复压裂的液压驱动自坐封桥塞，涉及油气田重复压裂技术领域，包括支撑轴座、胶筒、压缩杆、液压驱动组件和控制组件。液压驱动组件包括活塞、固定板、液压泵、阀门及壳体，控制组件包括电源、信号传感器和电路板。支撑轴座包括顺序连接的限位部、工作部及连杆部，胶筒及压缩杆的一端套装在工作部的外圆周上。壳体与压缩杆另一端连接，固定板、活塞安装在壳体内，液压泵和阀门安装在固定板上，电源、信号传感器和电路板进行电连接后与液压泵和阀门连接。本实用新型的有益效果包括：能够在油气田重复压裂时实现多次坐封和解封，能够实现一次下入、压裂多段的效果，能够提高压裂排量和重复压裂效率，降低重复压裂成本。

Description

一种能够用于重复压裂的液压驱动自坐封桥塞

技术领域

本实用新型涉及油气田重复压裂技术领域，具体来讲，涉及一种能够用于重复压裂的液压驱动自坐封桥塞。

背景技术

重复压裂作为一种增加油气产量的重要方法，是现在油气增产领域的重要发展方向。但基于现在作为主流的分段压裂技术，在首次压裂完成后，套管上会留有许多流体通道，因此在重复压裂时，通常只能下入封隔器管柱对储层进行分段的重复压裂，不仅效率低下，而且难以提高排量。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本实用新型提出一种远程控制的自坐封桥塞，可以根据地面压力控制桥塞的解封，无需下入任何工具即可实现分段重复压裂。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种能够用于重复压裂的液压驱动自坐封桥塞，包括支撑轴座、胶筒、压缩杆、液压驱动组件和控制组件。所述支撑轴座包括沿其轴向彼此顺序连接的具有第一外径的限位部、具有第二外径的工作部、以及从所述工作部延伸出的连杆部。所述第二外径小于所述第一外径。所述胶筒套装在所述工作部外圆周上，且所述胶筒的一端与限位部接触且被限位部限制移动。所述胶筒具有受外力而产生径向膨胀以及外力消失而恢复原先形状的能力。所述压缩杆包括具有第一内腔的一端、以及具有与第一内腔连通且内径大于第一内腔内径的第二内腔的另一端。压缩杆的所述一端因设置所述第一内腔而能够被所述连杆部穿过且套装在所述工作部上。所述液压驱动组件包括活塞、固定板、液压泵、阀门以及一端设置在所述第二内腔中的壳体。所述活塞设置在壳体的所述一端内且能够与所述第二内腔的端面接触。所述固定板沿与所述轴向垂直的方向固定设置在壳体内且能够与穿过第一内腔、第二内腔和活塞的所述连杆部固定连接。固定板的一个端面能够与壳体的所述一端和活塞构成第一液压腔，同时固定板的另一个端面能够与壳体的另一端构成第二液压腔。第一液压腔和第二液压腔中均充满液体。液压泵设置在壳体内并能够在开启状态下将第二液压腔的液体提供至第一液压腔，以驱动活塞通过所述第二内腔的接触面向压缩杆施加朝向胶筒的力。所述阀门设置在固定板上并能够在开启状态或关闭状态下相应地将第二液压腔与第一液压腔连通或阻断。所述控制组件包括电源、信号传感器和电路板。所述电源能够为电路板、信号传感器、所述液压泵以及所述阀门提供电力，所述电路板与液压泵和阀门电连接，且能够控制液压泵的开启和关闭，同时能够控制所述阀门的开启和关闭，所述信号传感器能够接收来自外界的信号并将其传递给电路板。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果可包括：能够多次坐封和解封，实现一次下入、压裂多段的功能；能够在不下入其他工具的情况下实现高效的多段重复压裂；能够有效提高压裂排量，提高重复压裂效率，降低重复压裂的成本。

附图说明

图1示出了本实用新型的液压驱动自坐封桥塞的一个示例性实施例处于未坐封状态时的剖面示意图。

图2示出了本实用新型的液压驱动自坐封桥塞的一个示例性实施例处于坐封状态时的剖面示意图。

附图标记说明如下：

1-信号传感器，2-电源，3-外壳，4-壳体，5-液压泵，6-卡瓦，7-密封盖， 8-电路板，9-电线，10-电接头，11-坐封推杆，12-胶筒，13-支撑轴座，14-卡瓦连接件，15-固定板，16-阀门，17-密封圈，18-活塞，19-压缩杆，20-第二液压腔，21-第一液压腔。

具体实施方式

在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本实用新型的液压驱动自坐封桥塞。

本文中，“第一”、“第二”等仅仅是为了方便描述和便于区分，而不能理解为指示或暗示相对重要性或具有严格的顺序性。

实施例1

在本实用新型的一个示例性实施例中，所述液压驱动自坐封桥塞包括支撑轴座、胶筒、压缩杆、液压驱动组件和控制组件。

所述支撑轴座包括沿其轴向(例如，从下往上方向)彼此顺序连接的具有第一外径的限位部、具有第二外径的工作部、以及从所述工作部延伸出的连杆部。所述第二外径小于所述第一外径。例如，限位部、工作部和连杆部可以配置为沿同一中轴线呈逐渐缩径且彼此连接的三级圆柱形。进一步地，连杆部与工作部连接的一端可以被配置为圆台形或是圆台连接圆柱形，以使得连杆部更加稳定牢固。

所述胶筒套装在所述工作部的外圆周上，其一端(例如，下端)与支撑轴座的所述限位部接触且被限位部限制而不能朝向限位部移动(例如，不能突破限位部而发生向下移动)。所述胶筒在受到轴向(例如，上下方向)挤压力时能够产生径向(例如，垂直于上下方向的左右方向)的膨胀变形，其径向厚度增加、轴向厚度减小；在受到的轴向挤压力减小至逐渐消失时能够逐渐恢复原形，即其增加的径向厚度逐渐减小至原形时的径向厚度，其减小的轴向厚度逐渐增加至原形时的轴向厚度。并且所述胶筒在膨胀变形时或恢复原形时其径向厚度的变化与轴向厚度的变化是同步进行的。

所述压缩杆一端(例如，下端)具有第一内腔(例如，下内腔)，另一端具有第二内腔(例如，上内腔)，第一内腔与第二内腔连通，第二内腔的内径大于第一内腔，因此第二内腔与第一内腔的交界处存在一个沿所述径向(例如，左右方向)的端面(以下可称为压缩杆的中间端面)。压缩杆的所述一端借助所述第一内腔套装在支撑轴座的所述工作部上并与胶筒的另一端(例如，上端)直接或间接接触，以便与支撑轴座的限位部一起配合从而向胶筒施加挤压力。

所述液压驱动组件包括活塞、固定板、液压泵、阀门以及壳体。

具体来讲，所述壳体的一端(例如，下端)设置在压缩杆的所述第二内腔中。

所述活塞设置在壳体的所述一端内且能够进行轴向移动(例如，上下移动)。所述活塞的一端(例如，下端)与压缩杆的所述中间端面的至少一部分接触，从而使得活塞在沿所述轴向朝向压缩杆的第一内腔移动(例如，朝下移动)时，能够推动压缩杆沿轴向朝向胶筒移动(例如，朝下移动)。所述活塞可以配置为中心具有能够供支撑轴座的连接部的另一端(例如，上端)恰好穿过的通孔的扁平形。

所述固定板沿与所述轴向垂直的方向(例如，左右方向)固定设置在所述壳体内。所述固定板的一个端面(例如，下端面)能够与壳体的所述一端和活塞构成第一液压腔(例如，下液压腔)，第一液压腔内充满液体，所述活塞的另一端(例如，上端)与第一液压腔内的液体接触。所述固定板的另一个端面(例如，上端面)能够与壳体的另一端(例如，上端)构成第二液压腔(例如，上液压腔)，所述第二液压腔内充满液体。

支撑轴座的所述连杆部依次穿过所述第一腔体、所述第二腔体以及所述活塞并与固定板连接，连接方式可以是如螺纹等可拆卸的方式。所述连杆部不会影响活塞的轴向移动。

所述液压泵设置在壳体内，并能够在开启状态下将第二液压腔的液体提供至第一液压腔，以产生驱动活塞轴向移动(例如，向下移动)的液压力。活塞能够在液压力的驱动下通过与压缩杆的所述中间端面的至少一部分接触向压缩杆施加朝向胶筒的力。

进一步地，可以在活塞与所述第一液压腔的接触面设置第一密封件进行密封，以防止液体泄漏，如在活塞与所述第一液压腔的接触面设置若干凹槽，在每个凹槽内设置密封圈。进一步地，还可以在连杆部与活塞接触的部位设置第二密封件进行密封。

所述阀门设置在固定板上，阀门开启时，第一液压腔与第二液压腔连通，若第一液压腔与第二液压腔内存在液压差，液体将会从压力高的液压腔流动至压力低的液压腔，并逐渐达到压力平衡；阀门关闭时，第一液压腔与第二液压腔阻断，液体仅能通过液压泵从第二液压腔转移至第一液压腔。阀门可以为电磁阀门。

所述控制组件包括电源、信号传感器和电路板。

其中，所述电源能够为信号传感器、电路板、所述液压泵以及所述阀门提供电力，例如，所述电源可以为电池组。

所述信号传感器与电源和电路板电连接，并能够将接收到的信号传递给电路板。

所述电路板与液压泵和阀门电连接。例如，使用电接头将所述液压泵和阀门与电路板电连接。所述电路板可具有内置的可编程计时逻辑电路。所述电路板能够接收来自信号传感器的信号，并通过考虑所述信号和/或可编程计时逻辑电路的计时结果或阶段来选择执行施压坐封状态抑或泄压解封状态。所述施压坐封状态为开启液压泵同时关闭阀门；所述泄压解封状态为关闭液压泵同时开启阀门。信号传感器可以是压力传感器。在本实用新型中，若液压泵处于开启，则阀门一定处于关闭状态。

进一步地，所述电源、电路板和信号传感器除感应部分外的部分均可以被封装在外壳内，所述外壳的一端(例如，下端)与壳体所述另一端(例如，上端)连接。

当本实施例的液压驱动自坐封桥塞开始坐封动作时，电路板传递电信号关闭阀门并使液压泵开始工作。液压泵将第二液压腔内的液体泵送至第一液压腔内，使得第一液压腔内产生液压力并逐渐增大。液压力推动活塞朝向胶筒运动。活塞推动压缩杆朝向胶筒运动，压缩杆挤压胶筒，胶筒受到轴向挤压力产生径向变形扩张，扩张过程中，其轴向厚度逐渐减小、径向厚度逐渐增加。扩张完成后胶筒径向厚度能够充填所述工作部与外层套管之间的环空间隙，桥塞实现完全坐封，处于坐封状态。液压力的产生和增大、活塞和压缩杆的朝向胶筒运动以及胶筒的膨胀变形过程是几乎同步进行的，即同步开始并同步结束。

当本实施例的液压驱动自坐封桥塞开始解封动作时，电路板传递电信号打开阀门并使液压泵停止工作。由于液压力，第一液压腔内的液体会通过阀门流向第二液压腔。液压力逐渐减小最后归零。在液压力减小的过程中，胶筒逐渐恢复原形，其轴向厚度逐渐增加、径向厚度逐渐减小。胶筒轴向厚度的增加使得压缩杆背离胶筒运动，进而推动活塞背离胶筒运动。胶筒恢复原形，桥塞实现完全解封，处于未坐封状态。液压力的减小至归零、胶筒的恢复原形以及压缩杆和活塞的背离胶筒运动过程是几乎同步进行的。

电路板可以通过内置的可编程计时逻辑电路进行预先设置的倒计时来触发坐封信号，即打开液压泵并关闭阀门的电信号。例如，从桥塞下井开始计时，计时结束后电路板触发坐封信号，在这段计时时间内，桥塞通过流体泵送入井，流体泵通过计时时间和需要泵送的长度来确定排量。再如，从桥塞解封时刻开始计时，计时结束后电路板触发坐封信号，在这段计时时间内，桥塞通过流体泵从第N段送入第N+1段井，N为自然数。桥塞的解封可以通过按照一定规律调节井筒压力，信号传感器接收到这个压力信号并将其传给电路板，电路板对比此压力信号，若与预先设定的解封信号一致，则电路板触发解封信号，即控制液压泵关闭并控制阀门打开。如此，桥塞可以通过定时坐封和接收到信号解封来实现坐封解封的循环，从而对需要进行重复压裂的井进行多段的坐封和和解封，实现一次下入，即可压裂多段的重复压裂作业。

实施例2

在本示例性实施例中，所述液压驱动自坐封桥塞包括支撑轴座、胶筒、压缩杆、卡瓦、坐封推杆、卡瓦连接件、液压驱动组件和控制组件。也就是说，在上述实施例1的结构基础上，本示例性实施例的液压驱动自坐封桥塞进一步包括卡瓦、坐封推杆和卡瓦连接件，并将压缩杆的所述一端的外表面设置为呈外径朝向胶筒逐渐缩小的锥面(以下简称为外锥面)。

所述坐封推杆套装在所述工作部的外圆周上，并能够在所述工作部的外圆周上进行轴向移动。所述坐封推杆的一端(例如，下端)与胶筒的所述另一端(例如，上端)接触，所述坐封推杆的另一端(例如，上端)与压缩杆的所述一端(例如，下端)接触。所述坐封推杆还具有沿所述轴向方向设置的能够供卡瓦连接件穿过的长槽。此外，坐封推杆的所述一端的截面积还可大于其所述另一端的截面积，从而既便于更好地向胶筒施加压力，也能够便于在坐封推杆的外圆周上套装卡瓦。

所述卡瓦套装在所述坐封推杆的外圆周以及压缩杆的外锥面的一部分上，且能够在压缩杆朝向胶筒移动时发生径向膨胀，其完全膨胀后能够坐挂在外层套管上。进一步地，所述卡瓦与压缩杆所述外锥面接触的地方可以设置内锥面作为使所述卡瓦发生径向膨胀的配合。

所述卡瓦连接件穿过所述长槽固定在所述工作部上，以达到使坐封推杆的轴向移动不会对卡瓦的轴向位置造成改变的目的。

进一步地，所述坐封推杆和所述压缩杆可以设置为一个整体。

然而，本实用新型不限于此，若本实用新型的另一个示例性实施例包括卡瓦和卡瓦连接件，而不包括坐封推杆，则压缩杆的所述一端(例如，下端) 可沿所述轴向设置有供卡瓦连接件穿过的长槽，以避免卡瓦连接件对压缩杆轴向运动的干扰和限制。

实施例3

如图1和图2所示，在本示例性实施例中，胶筒12、坐封推杆11以及压缩杆19依次套装在支撑轴座13的工作部上。卡瓦6设置在坐封推杆11外圆周上，并通过卡瓦连接件14穿过坐封推杆11与所述工作部固定连接，其连接方式可以是螺纹、旋扣等可拆卸方式。坐封推杆11与胶筒12和压缩杆 19接触，卡瓦6与压缩杆19的下端的外表面的锥面(以下简称为外锥面) 接触，并设有内径朝向胶筒逐渐缩小的内锥面与压缩杆的外锥面配合。液压驱动组件的壳体4的下端位于压缩杆19的第二内腔内。第二内腔的部分端面与活塞18接触。支撑轴座13的连杆部穿过压缩杆19的第一内腔和活塞18 与固定板15通过螺纹连接，且支撑轴座13的连杆部与活塞18接触部分设有密封件密封。

壳体4的下端、固定板15与活塞18组成第一液压腔21(即图2中下液压腔)，壳体4的上端与固定板15组成第二液压腔20(即图2中上液压腔)。活塞18与第一液压腔21之间设有密封圈17进行密封配合，使得活塞18在轴向移动时第一液压腔21内的液体不会发生泄漏。进一步地，密封件可以设置为多个以达到更好的密封效果。

液压泵5与阀门16安装在固定板15上，且均同时与第二液压腔20、第一液压腔21接触。

信号传感器1、电源2和电路板8使用电线进行电连接，电路板8和液压泵5、阀门16之间通过电线9和电接头10连接。

信号传感器1除感应部分外的部分、电源2和电路板8均封装在外壳3 内。外壳3的上端可以设置密封盖7，以方便密封同时便于安装信号传感器的感应部。

当本示例性实施例的液压驱动自坐封桥塞开始坐封动作时，电路板8传递电信号关闭阀门16并使液压泵5开始工作。液压泵5将第二液压腔20内的液体泵送至第一液压腔21内，使得第一液压腔21内产生液压力并逐渐增大。液压力推动活塞18朝下运动。活塞18推动压缩杆19朝下运动，压缩杆 19推动坐封推杆11朝向胶筒12运动。压缩杆19的外锥面挤压卡瓦6的内锥面，卡瓦6产生径向变形，坐封推杆11挤压胶筒12，胶筒12受到轴向挤压力产生径向变形扩张，扩张过程中，其轴向厚度逐渐减小、径向厚度逐渐增加。当活塞18、压缩杆19以及坐封推杆11朝向胶筒12移动到一定程度后，卡瓦6坐挂在外层套管上，胶筒12的径向厚度能够充填满所述工作部与外层套管之间的环空间隙，桥塞实现完全坐封，处于坐封状态，如图2所示。液压力的产生和增大、活塞18和压缩杆19的朝向胶筒12运动、卡瓦6的径向变形扩张以及胶筒12的膨胀变形过程是几乎同步进行的。

当本示例性实施例的液压驱动自坐封桥塞开始解封动作时，电路板8传递电信号打开阀门16并使液压泵5停止工作。由于液压力，第一液压腔21 内的液体会通过阀门16流向第二液压腔20。液压力逐渐减小最后归零。在液压力减小的过程中，胶筒12逐渐恢复原形，其轴向厚度逐渐增加、径向厚度逐渐减小。胶筒12轴向厚度的增加使得坐封推杆11背离胶筒12运动，进而推动压缩杆19以及活塞18背离胶筒12运动。卡瓦6失去压缩杆19的外锥面约束，逐渐恢复原形，从外层套管上松开。在胶筒12和卡瓦6恢复原形后，桥塞实现完全解封，处于未坐封状态，如图1所示。液压力的减小至归零、胶筒12和卡瓦6的恢复原形以及坐封推杆11、压缩杆19和活塞18背离胶筒12的运动过程是几乎同步进行的。

进一步地，压缩杆19和坐封推杆11可以被设置为一个整体。

电路板8发出的坐封信号，即关闭阀门16并使液压泵5开始工作的电信号，以及电路板8发出的解封信号，即打开阀门16并使液压泵5停止工作的电信号，均可以通过预先定时设置或是通过对比信号传感器1接收到信号与预先设置的信号是否一致来实现。

如此，只需将所述桥塞下入到井中需要坐封的位置，即可在其坐封后进行重复压裂作业，作业结束后，将其解封送入下一段需要坐封的位置，即可进行下一段重复压裂。进而，本实用新型的桥塞只需下井一次即可实现对储层进行分段的重复压裂。

尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本实用新型，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。

Claims (7)

1.一种能够用于重复压裂的液压驱动自坐封桥塞，其特征在于，所述液压驱动自坐封桥塞包括支撑轴座、胶筒、压缩杆、液压驱动组件和控制组件，其中，

所述支撑轴座包括沿其轴向彼此顺序连接的具有第一外径的限位部、具有第二外径的工作部、以及从所述工作部延伸出的连杆部，所述第二外径小于所述第一外径；

所述胶筒套装在所述工作部外圆周上，且所述胶筒的一端与限位部接触且被限位部限制移动，所述胶筒具有受外力而产生径向膨胀以及外力消失而恢复原先形状的能力；

所述压缩杆包括具有第一内腔的一端、以及具有与第一内腔连通且内径大于第一内腔内径的第二内腔的另一端，压缩杆的所述一端因设置所述第一内腔而能够被所述连杆部穿过且套装在所述工作部上；

所述液压驱动组件包括活塞、固定板、液压泵、阀门以及一端设置在所述第二内腔中的壳体，所述活塞设置在壳体的所述一端内且能够与所述第二内腔的端面接触，所述固定板沿与所述轴向垂直的方向固定设置在壳体内且能够与穿过第一内腔、第二内腔和活塞的所述连杆部固定连接，所述固定板的一个端面能够与壳体的所述一端和活塞构成第一液压腔，所述固定板的另一个端面能够与壳体的另一端构成第二液压腔，第一液压腔和第二液压腔中均充满液体，液压泵设置在壳体内并能够在开启状态下将第二液压腔的液体提供至第一液压腔，以驱动活塞通过与所述第二内腔的接触面向压缩杆施加朝向胶筒的力，所述阀门设置在固定板上并能够在开启状态或关闭状态下相应地将第二液压腔与第一液压腔连通或阻断；

所述控制组件包括电源、信号传感器和电路板，所述电源能够为电路板、信号传感器、所述液压泵以及所述阀门提供电力，所述电路板与液压泵和阀门电连接，且能够控制液压泵的开启和关闭，同时能够控制所述阀门的开启和关闭，所述信号传感器能够接收来自外界的信号并将其传递给电路板。

2.根据权利要求1所述的液压驱动自坐封桥塞，其特征在于，所述液压驱动自坐封桥塞还包括卡瓦和卡瓦连接件，且压缩杆的所述一端的外表面呈外径朝向胶筒逐渐缩小的锥面，所述卡瓦套装在所述工作部外圆周以及压缩杆的所述锥面的一部分上，所述卡瓦连接件能够将卡瓦连接至所述工作部并且能够在压缩杆朝向胶筒运动情况下使卡瓦与所述锥面配合的一端实现径向扩张且卡瓦不沿所述轴向发生移动。

3.根据权利要求2所述的液压驱动自坐封桥塞，其特征在于，所述液压驱动自坐封桥塞还包括具有沿所述轴向设置的长槽的坐封推杆，所述坐封推杆能够设置在压缩杆的所述一端与胶筒的另一端之间，并且位于卡瓦与所述工作部之间。

4.根据权利要求1所述的液压驱动自坐封桥塞，其特征在于，所述控制组件还包括能够容纳所述电源、电路板和信号传感器除感应部外的部分的外壳，所述外壳的一端与壳体的所述另一端连接。

5.根据权利要求1所述的液压驱动自坐封桥塞，其特征在于，所述信号传感器为压力传感器。

6.根据权利要求1所述的液压驱动自坐封桥塞，其特征在于，所述液压驱动组件包括设置在活塞与壳体之间的第一密封件。

7.根据权利要求6所述的液压驱动自坐封桥塞，其特征在于，所述液压驱动自坐封桥塞还包括设置在活塞与所述连杆部之间的第二密封件。

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