CN2276554Y - 膨胀式桥塞 - Google Patents

Abstract

膨胀式桥塞属于一种油田用井下封堵工具。它由座封解封、液压膨胀、锚定、插管式滑套等机构组成,是一种可回收桥塞。通过打内压使其膨胀座封,用专用工具与其对接后可上提解封。膨胀式桥塞可以制成随管柱起下或座封丢手两种类型,并具有井下滑套开关功能,可以单级或多级组合使用。既可用于套管井又可用于裸眼井,是分层注采、试油作业、地层测试等施工作业的理想封堵工具。

Description

膨胀式桥塞

本实用新型涉及一种油田用井下封堵工具，尤其是一种液压膨胀式桥塞。

在油田勘探、开发过程中，尤其是在试油、井下作业、油气层改造、地层测试、注采层位调整等施工过程中，经常需要用井下封堵工具对油、气、水层进行临时性或永久性的封堵，膨胀式桥塞是其中一种可回收封堵工具。它可以在裸眼井中或套管井中使用，封堵施工时，先用钻杆或油管将膨胀式桥塞送到井下的预定位置，然后在地面向桥塞打压使其座封，实现对目的层的封堵。

加拿大贝克公司在它的产品介绍《贝克施工工具》(Baker Service Tools)一书中公开了一种莱茵斯膨胀式桥塞(Lynes Inflatable Bridge)主要由“J”形连接器、心轴、膨胀胶筒、单流阀等组成，使用时用钻杆或油管将其送到井下预定位置，通过管内液压使胶筒膨胀座封，再上下活动管柱脱开“J”形连接器，则桥塞座封于井下预定位置。需要解封回收时，再下入“J”形连接器进行井下对接，通过旋转管柱，解封膨胀式桥塞，该桥塞主要存在以下几个方面不足：一是解封回收时需要旋转管柱数圈，在定向井、水平井中使用时操作困难；二是它只能单级使用，不能用一趟管柱实现多层封隔；三是它主要依靠膨胀胶筒与套管壁或井壁的摩擦力进行锚定，在套管井使用时容易滑动，封堵不可靠；四是除了将其解封回收外，它的密封通道无法沟通。

本实用新型的目的在于避免现有技术中的不足，而提供一种操作简单、封堵可靠，可以多级使用，而且具有插管滑套式井下开关功能的膨胀式桥塞。

本实用新型的目的可以通过以下的技术方案实现：一种膨胀式桥塞，由座封解封机构、液压膨胀机构、锚定机构、插管式滑套机构等组成，其特征在于，包括：

(1)座封解封机构，由弹簧爪[1]、连接套[2]、滑阀[3]、剪销[4]组成，组装时，弹簧爪[1]在外力作用下套入连接套[2]内，弹簧爪[1]端部的楔形凸棱嵌入连接套[2]内壁的环形凹槽内，弹簧爪[1]由滑阀[3]限位，弹簧爪[1]与连接套[2]之间通过滑阀[3]构成刚性连接，滑阀[3]与连接套[2]之间用剪销[4]作固定连接，在滑阀[3]的上端车有供解封用的内螺纹，当向桥塞打液压使其座封时，滑阀[3]的环形不平衡面积上受到压差作用，使滑阀[3]产生一个向下的力，剪销[4]剪断滑阀下移后，弹簧爪[1]可以在外力作用下从连接套[2]中拉出，此时，桥塞座封在井下预定位置；

(2)液压膨胀机构，由上密封接头[5]、单流阀[6]、弹簧[7]、心轴[11]、膨胀胶筒[12]、下密封接头[13]等组成，环状的单流阀[6]套装在心轴[11]与上密封接头[5]之间的环形空间内，单流阀[6]采用端面密封和O形圈相结合的组合密封方式，在弹簧[7]作用下，单流阀[6]紧贴在上密封接头[5]的内密封面上，形成端面密封，心轴[11]与单流阀[6]及下密封接头[13]之间保持密封，心轴[11]上开有供桥塞座封和解封用的进、排液孔，进液通道由单流阀[6]启闭，排液通道由滑阀[3]启闭；

(3)锚定机构，由水力锚体[8]、水力锚爪[9]、夹扳[10]等组成，水力锚爪[9]依靠膨胀胶筒[12]内外压差在与锚体[8]轴线相垂直的方向上自由伸缩，水力锚爪[9]的端面可制成波浪形或镶嵌硬质合金块，水力锚爪[9]借助于夹扳[10]均匀、对称地分布在水力锚体[8]上，水力锚体[8]的公母扣扣型相同，水力锚拆除后，膨胀胶筒[12]可以直接与上密封接头[5]相连接，膨胀式桥塞仍能正常工作；

(4)插管式滑套机构，由滑套外筒[14]、滑套[15]、V形密封圈组[16]、锁球[17]、复位弹簧[18]、下接头[19]等组成，V形密封圈组[16]装在滑套[15]中，滑套外筒[14]和滑套[15]上均开有相对应的导液孔，滑套[15]复位由弹簧[18]保持在上死点，锁球[17]对称地装在滑套[15]的台阶中，台阶孔的最小内径小于锁球(17)的直径，锁球[17]的直径大于滑套[15]壁厚，滑套外筒(14)内壁开有梯形截面的环形锁球槽，而且，它们之间满足以下关系：锁球直径-滑套壁厚＝锁球槽深度，当与滑套[15]内径相同的插管插入时，推动锁球[17]带动滑套[15]一起运动，锁球[17]滑入锁球槽内，滑套外筒[14]和滑套[15]的导液孔相互沟通，滑套机构开启；插管拔出后，滑套[15]在复位弹簧[18]作用下自动复位，滑套机构关闭。

本实用新型的目的还可以通过以下技术方案来实现：将所述的弹簧爪[1]、滑阀[3]、心轴[11]三个零件简化成一个零件密封心轴[20]，密封心轴[20]的上端有供桥塞送进和解封用的内螺纹，密封心轴[20]与连接套[2]之间用剪销[4]连接，密封心轴[20]上有供解封用的泄压槽，泄压槽沟通单流阀[6]上下流道，密封心轴[20]与上密封接头[5]和下密封接头[13]之间均保持密封，膨胀式桥塞通过打内压即可座封；解封时，上提管柱，密封心轴[20]剪断剪销[4]而上移，泄压槽长度大于单流阀[6]的长度，桥塞泄压解封。

本实用新型的目的还可以通过以下技术方案来实现：将所述的连接套[2]和剪销[4]分别用弹簧外筒[22]和回位弹簧[2 3]代替，弹簧外筒[22]与上密封接头[5]之间用螺纹连接，回位弹簧[23]装在密封心轴[20]与弹簧外筒[22]之间的环形空间内，膨胀式桥塞通过打内压即可座封；解封时，上提管柱，密封心轴[20]压缩回位弹簧[23]而上移，密封心轴[20]上的泄压槽沟通单流阀[6]的上下通道，桥塞泄压解封，随后，桥塞在回位弹簧[23]作用下自动复位。

本实用新型相比现有技术具有以下优点：

1.本实用新型通过打内压座封，上提管柱即可解封，不需旋转管柱，而且地面显示明显，在定向井、水平井中使用方便、可靠。

2.本实用新型可以制成随管柱起下或座封丢手两种类型，并具有井下插管滑套开关功能，能单级或多级组合使用。

3.本实用新型采用可任意拆卸的水力锚定机构，既可用于套管井又可用于裸眼井，而且锚定可靠。

附图的图面说明如下：

图1是本实用新型(实施例1)的结构示意图；

图2是本实用新型的插管式滑套机构的局部放大图；

图3是本实用新型(实施例2)的结构示意图；

图4是本实用新型(实施例3)的结构示意图；

图5是本实用新型结构简图。

图中的各标号说明如下：[1]-弹簧爪，[2]-连接套，[3]-滑阀，[4]-剪销，[5]-上密封接头，[6]-单流阀，[7]-弹簧，[8]-水力锚体，[9]-水力锚爪，[10]-夹板，[11]-心轴，[12]-膨胀胶筒，[13]-下密封接头，[14]-滑套外筒，[15]-滑套，[16]-V型密封圈组，[17]-锁球，[18]-复位弹簧，[19]-下接头，[20]-密封心轴，[21]-堵头，[22]-弹簧外筒，[23]-回位弹簧

结合附图详细说明本实用新型的实施例(实施例1)：参见图1，一种膨胀式桥塞由座封解封机构、液压膨胀机构、锚定机构、插管式滑套机构组成，各部分的主要作用及结构特点如下：

1.座封、解封机构，主要作用是完成桥塞的座封丢手和解封过程。弹簧爪[1]套装在连接套[2]内，其端部的楔形凸棱嵌入连接套[2]内壁的环形凹槽内，弹簧爪[1]端部的内表面由滑阀[3]支承，与连接套[2]之间构成了刚性连接，滑套[3]的上端车有供解封用的内螺纹，用剪销[4]将滑阀[3]固定在连接套[2]上，当从管柱内打内压座封膨胀式桥塞时，滑套的环形不平衡面积上受到管柱内外压差的作用，产生向下的力剪断销钉[4]而使滑阀[3]下移，弹簧爪[1]可以在外力作用下从连接套[2]上端拉出，完成座封丢手过程，桥塞座封于井下预定位置，同时给出地面显示。

2.液压膨胀机构，主要作用是将胶筒膨胀封隔井筒。环状的单流阀[6]套装在心轴[11]与上密封接头[5]之间的环形空间内，单流阀[6]采用端面密封和O形圈密封相结合的组合密封方式，用弹簧[7]使其紧贴在密封面上，心轴[11]上开有进、排液孔，形成了膨胀系统的进、排液通道，进液通道由单流阀启闭，排液通道由滑阀[3]启闭。解封桥塞时，用油管或钻杆下入专用工具对上滑阀[3]的内螺纹，上提管柱，滑阀[3]上移，排液孔开启，膨胀系统泄压，桥塞解封。

3.锚定机构，主要作用是确保桥塞在套管井中使用时锚定牢固可靠。水力锚爪[9]借助于夹板[10]均匀对称地固定在水力锚体[8]上，水力锚爪[9]在膨胀胶筒的内外压差作用下，沿垂直于锚体轴线的方向伸出，压差消失后，在弹簧作用下，水力锚爪[9]自动复位，水力锚爪[9]的端面可制成波浪形或镶嵌硬质合金块，水力锚体[8]的公母扣扣型相同，水力锚拆除后，膨胀胶筒[12]可以直接与上密封接头[5]相连，膨胀式桥塞仍可正常工作。

4.插管式滑套机构，主要作用是：在桥塞座封丢手后，与插管配合，起到井下滑套开关的作用，滑套外筒[14]和滑套[15]上均开有相对应的导液孔，滑套[15]内装有V形密封圈组[16]，参见图2，滑套[15]由复位弹簧[18]保持在上死点，锁球[17]对称地装在滑套[15]的台阶孔中，台阶孔底部的最小内径小于锁球[17]的直径，锁球[17]的直径大于滑套[15]的壁厚。在滑套外筒[14]内壁开有梯形截面的环形锁球槽，它们之间满足以下关系：锁球直径-滑套壁厚＝锁球槽深度。当与滑套[15]内径相同的插管插入时，推动锁球[17]带动滑套[15]一起向下运动，直至锁球[17]滑入锁球槽内，滑套外筒[14]和滑套[15]的导液孔相互沟通，滑套开关打开，插管拔出后，滑套[15]在复位弹簧[18]的作用下自动复位，滑套开关关闭。

本实用新型还可以这样来实施(实施例2)：参见图3，将弹簧爪[1]、滑阀[3]、心轴[11]三个零件简化成一个零件密封心轴[20]，密封心轴[20]的上端车有供桥塞送进和解封用的内螺纹，直接与油管或钻杆相连，密封心轴[20]与连接套[2]之间用剪销[4]封接，密封心轴[20]上有供解封用的泄压槽，密封心轴[20]与上密封接头[5]和下密封接头[13]之间均保持密封。桥塞下至预定位置时，通过打内压即可座封；解封时，上提管柱，密封心轴[20]剪断剪销[4]而上移，泄压槽沟通单流阀[6]的上下流道，桥塞泄压解封。这种桥塞可以单级、多级使用或与本实用新型的实施例1、3配合使用。

本实用新型还可以这样来实施(实施例3)：参见图4，将连接套[2]和剪销[4]分别用弹簧外筒[22]和回位弹簧[23]代替，弹簧外筒[22]与上密封接头[5]之间用螺纹连接，回位弹簧[23]装在密封心轴[20]与弹簧外筒[22]之间的环形空间内。用油管或钻杆将膨胀式桥塞下至预定位置，通过打内压即可座封。解封时，上提管柱，密封心轴[20]压缩回位弹簧[23]而上移，密封心轴[20]上的泄压槽沟通单流阀[6]的上下通道，桥塞泄压解封，随后，桥塞在回位弹簧[23]作用下自动复位。这种桥塞可以在井下不同位置重复使用，而且它可以单级、多级使用或者与本实用新型的实施例1、2配合使用。

Claims (3)

1.一种膨胀式桥塞，其特征在于，包括：

(1)座封、解封机构，由弹簧爪[1]、连接套[2]、滑阀[3]、剪销[4]等组成，弹簧爪[1]套装在连接套[2]内，其端部的楔形凸棱嵌入连接套[2]内壁的环形凹槽内，弹簧爪[1]端部的内表面由滑阀[3]支承，与连接套[2]之间构成刚性连接，滑阀[3]与连接套[2]之间用剪销[4]作固定连接，滑阀[3]的上端车有供解封用的内螺纹，当滑阀[3]下移剪断剪销[4]后，弹簧爪[1]可以在外力作用下从连接套[2]上端拉出；

(2)液压膨胀机构，由上密封接头[5]、单流阀[6]、弹簧[7]、心轴[11]、膨胀胶筒[12]、下密封接头[13]等组成，环状的单流阀[6]套装在心轴[11]与上密封接头[5]之间的环形空间内，单流阀[6]采用端面密封和O形圈相结合的组合密封方式，心轴[11]上开有进、排液孔，进液通道由单流阀[6]启闭，排液通道由滑阀[3]启闭；

(3)锚定机构，由水力锚体[8]、水力锚爪[9]、夹板[10]等组成，水力锚爪[9]依靠膨胀胶筒内外压差在与锚体轴线相垂直的方向上自由伸缩，水力锚爪[9]的端面可制成波浪形或镶嵌硬质合金块，水力锚爪[9]借助于夹扳[10]均匀、对称地固定在水力锚体[8]上；

(4)插管式滑套机构，由滑套外筒[14]、滑套[15]、V形密封圈组[16]、锁球[17]、复位弹簧[18]、下接头[19]等组成，V形密封圈组[16]装在滑套[15]中，滑套外筒[14]和滑套[15]上均开有相对应的导液孔，滑套[15]由复位弹簧[18]保持在上死点，锁球[17]对称地装在滑套[15]的台阶中，台阶孔的最小内径小于锁球[17]的直径，而且，锁球[17]的直径大于滑套[15]壁厚，滑套外筒[14]内壁开有梯形截面的环形锁球槽，满足以下关系：锁球直径-滑套壁厚＝锁球槽深度，当与滑套[15]内径相同的插管插入时，推动锁球[17]带动滑套[15]一起运动，锁球[17]滑入锁球槽内，插管拔出后，滑套[15]在复位弹簧[18]作用下自动复位。

2.根据权利要求1所述的膨胀式桥塞，其特征在于：所述的弹簧爪[1]、滑阀[3]、心轴[11]三个零件可以简化成一个零件密封心轴[20]，密封心轴[20]与连接套[2]之间用剪销[4]连接，密封心轴[20]上有供解封用的泄压槽，泄压槽的长度大于单流阀[6]的长度，密封心轴[20]与上密封接头[5]和下密封接头[13]之间均保持密封，膨胀式桥塞通过打内压即可座封，上提密封心轴即可解封。

3.根据权利要求2所述的膨胀式桥塞，其特征在于：所述的连接套[2]和剪销[4]可分别用弹簧外筒[22]和回位弹簧[23]代替，弹簧外筒[22]与上密封接头[5]之间用螺纹连接，回位弹簧[23]装在密封心轴[20]与弹簧外筒[22]之间的环形空间内，膨胀式桥塞通过打内压座封，上提管柱解封，弹簧自动复位。

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