CN111749643B - 一体式可钻挤注桥塞 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石油开采井下作业工具技术领域，尤其涉及一种一体式可钻挤注桥塞,包括上接头、坐封机构、卡瓦、胶筒和中心管，还包括插管以及与插管配套的密封滑套组件。本发明采用插管与桥塞一体式设计，节省了作业时间和作业费用。本发明中，丢在井下的部分完全采用可钻材料，卡瓦位于胶筒的上侧，钻除时直接接触卡瓦，便于钻除，抗下压高，使作业更安全。本发明的下端设有浮动活塞，可以辅助密封滑套组件的关闭，正常作业时，上提插管可以带动滑套强制上行关闭注入套上的过液通道，在关闭过液通道时，因桥塞的下端压力高，可以推动浮动活塞运动促进密封滑套组件的关闭。
Description
技术领域
本发明涉及石油开采井下作业工具技术领域，特别是涉及在直井、斜井的挤注水泥作业的可钻桥塞。
背景技术
目前，国内油田处于中后期开发，很多油水井经过几十年的开采，井下的套管存在大量的破损、套管外层间连通、开采层枯竭及老井封井等，进行挤注水泥是最重要的工艺手段，现有挤入水泥的方案主要有光油管挤注水泥，油管下井到层段上方，油管内进行注入水泥，工艺简单但存在高压层不能注入，层间窜不能循环注入，只适应简单的封井；对于高压注入的井，目前采用的工艺是：通过管柱下入桥塞将桥塞，在注入层上端将桥塞丢开并上提管柱，再下入插管与桥塞对接密封，采用这种工艺主要问题在于：1、需要下入两趟管柱，严重影响作业时间，浪费作业成本；2、桥塞的型式有可捞及可钻两种，可捞桥塞不能适应套外窜层挤入，容易导致油水井大修，可钻结构的桥塞通过剪钉保护桥塞不动作，下井过程中，被井壁刮碰后，剪钉容易被剪断，导致桥塞提前坐封的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种节约作业成本、节约作业时间、抗压能力高的一体式可钻挤注桥塞。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
本发明包括上接头、坐封机构、卡瓦、胶筒和中心管，还包括插管以及与插管配套的密封滑套组件；
坐封机构，包括挡环、连接套、副活塞、卡块、保护剪钉、主活塞、提解套和缸筒，其中，挡环、连接套和提解套三者由上至下依次通过螺纹连接，连接套上加工有用于安装卡块的径向通孔，所述卡块安装在该径向通孔内，卡块的一侧抵在所述主活塞上，卡块的另一侧伸入所述中心管外壁上的凹槽内，从而使连接套在卡块的作用下锁定在中心管上，所述主活塞滑动安装在所述提解套的外圆柱面上，所述副活塞滑动安装在所述连接套的外圆柱面上，副活塞的下端与主活塞的上端通过所述的保护剪钉连接，所述上接头下端的内侧通过螺纹连接在中心管上，上接头的外侧通过螺纹连接有上背帽，所述缸筒套在上接头的外侧，在上接头处，缸筒的上侧通过所述上背帽限位并锁紧，缸筒的下侧通过上接头外侧的台肩限位，所述中心管和连接套上均设置有过液孔；
所述提解套的下端连接有胶筒轴，二者通过坐封剪钉连接，所述卡瓦和胶筒均安装在胶筒轴的外侧，卡瓦的上下两侧分别设置有上锥体和下锥体，上锥体和下锥体均套装在胶筒轴上，上锥体的下端和下锥体的上端通过圆锥面楔入所述卡瓦于胶筒轴之间，上锥体的内侧加工有一个环形槽，该环形槽内安装有锁簧，锁簧的内侧和胶筒轴的外侧均设置有单向止退螺纹，所述胶筒的上端抵在所述下锥体的下端，胶筒的下端设置有下压环，下压环上端的内侧通过螺纹连接在胶筒轴的下端；
所述插管通过螺纹连接在所述中心管的下端；
所述中心管的下端与所述胶筒轴之间设置有密封结构；
密封滑套组件，包括滑套、注入套、密封环、浮动活塞和下背帽，其中，注入套的上端通过螺纹连接在所述下压环的下端，密封环夹在所述胶筒轴的下端与注入套上端之间，滑套滑动安装在胶筒轴和注入套的内侧，浮动活塞滑动安装在注入套内，下背帽通过螺纹连接在注入套的下端，浮动活塞的下侧通过下背帽限位，所述滑套和注入套上均设置有过液孔；
所述滑套的上端加工有弹性爪A，弹性爪A的末端设置有卡接部，在径向上，卡接部的外侧通过胶筒轴的内壁限位，在轴向上，卡接部的下侧通过加工于胶筒轴内壁上的台肩限位，所述插管下端的外侧设置有用于从内侧卡住所述卡接部的台肩。
作为进一步的技术方案，所述主活塞的上端加工有弹性爪B，弹性爪B的末端设置有卡接部，在径向上，卡接部的外侧通过副活塞的内壁限位，卡接部的内侧通过加工于连接套外壁上的台肩限位，在轴向上，卡接部的下侧也通过上述的台肩限位。
作为进一步的技术方案，所述上锥体的上端加工有弹性爪C，弹性爪C的末端设置有卡接部，在径向上，卡接部的外侧通过主活塞的内壁限位，卡接部的内侧通过加工于提解套外壁上的台肩限位，在轴向上，卡接部的下侧也通过上述的台肩限位。
本发明的有益效果为：
1、本发明采用插管与桥塞一体式设计，节省了作业时间和作业费用。
2、坐封部分的主活塞及副活塞坐封部分在完成工具坐封后处于自平衡，不上顶管柱，保证了插管的可靠密封。
3、本发明中，丢在井下的部分完全采用可钻材料，卡瓦位于胶筒的上侧，钻除时直接接触卡瓦，便于钻除，抗下压高，使作业更安全。
4、本发明的下端设有浮动活塞，可以辅助密封滑套组件的关闭，正常作业时，上提插管可以带动滑套强制上行关闭注入套上的过液通道，在关闭过液通道时，因桥塞的下端压力高，可以推动浮动活塞运动促进密封滑套组件的关闭。
5、桥塞的插管与中心管连接，工作打压坐封后，坐封剪钉剪断，主活塞与副活塞相向运动并通过提解套和连接套连接限位，使挤注过程的高压力不上顶油管，避免插管脱离开胶筒轴内腔，插管与坐封部分直接连接并带有密封套，坐封后，可直接上提管柱或管柱不动，可直接进行下步挤注作业，完成后上提管柱，插管等提出井外。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是图1中A处的局部放大图；
图3是图1中B处的局部放大图；
图4是图1中C处的局部放大图；
图5是主活塞的结构示意图；
图6是上锥体的结构示意图；
图7是密封滑套的结构示意图；
图8是图5中D处、图6中E处或图7中F处的截面图；
图9是图1中G处的局部放大图；
图10是本发明中胶筒的另一种实施例的结构示意图；
图11是支撑套的结构示意图；
图12是图11中H处的剖视图；
图13是图11所示角度时支撑套的剖视图。
图中，上接头1、上背帽2、缸筒3、中心管4、挡环5、连接套6、副活塞7、卡块8、保护剪钉9、弹性爪A10、主活塞11、提解套12、坐封剪钉13、上锥体14、锁簧15、隔环16、密封套17、卡瓦18、插管19、下锥体20、胶筒21、胶筒轴22、滑套23、下压环24、密封环25、注入套26、浮动活塞27、下背帽28，台肩29，卡接部30，弹性爪B31，弹性爪C32，过液孔33，隔环34，胶筒外环槽35，支撑套36，割缝37，支撑套内环槽38。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步说明：
如图1所示，本实施例包括上接头1、坐封机构、卡瓦18、胶筒21和中心管4，以上为现有技术中普遍使用的结构，在此不再赘述。
本发明的创新之处在于：还包括插管19以及与插管19配套的密封滑套组件。通过将插管19有机结合在桥塞工具上，本发明在挤注水泥时只需下入一趟管柱，而现有工艺需要下两趟管柱才能完成，因此，通过应用本发明可大幅节省作业时间和作业费用。
如图1和图2所示，本发明中的坐封机构包括挡环5、连接套6、副活塞7、卡块8、保护剪钉9、主活塞11、提解套12和缸筒3，其中，挡环5、连接套6和提解套12三者由上至下依次通过螺纹连接，连接套6上加工有用于安装卡块8的径向通孔，所述卡块8安装在该径向通孔内，卡块8的一侧抵在所述主活塞11上，卡块8的另一侧伸入所述中心管4外壁上的凹槽内，从而使连接套6在卡块8的作用下锁定在中心管4上，所述主活塞11滑动安装在所述提解套12的外圆柱面上，所述副活塞7滑动安装在所述连接套6的外圆柱面上，副活塞7的下端与主活塞11的上端通过所述的保护剪钉9连接，所述上接头1下端的内侧通过螺纹连接在中心管4上，上接头1的外侧通过螺纹连接有上背帽2，所述缸筒3套在上接头1的外侧，在上接头1处，缸筒3的上侧通过所述上背帽2限位并锁紧，缸筒3的下侧通过上接头1外侧的台肩29限位，所述中心管4和连接套6上均设置有过液孔33。
本发明的坐封机构中采用了双活塞的结构，坐封部分的主活塞11及副活塞7坐封部分在完成工具坐封后处于压力自平衡状态，压力不会作用于中心管4，因此不会上顶管柱，保证了插管19的可靠密封。具体而言，桥塞的插管19与中心管4连接，工作打压坐封后，坐封剪钉13剪断，主活塞11与副活塞7相向运动并通过提解套12和连接套6连接限位，使挤注过程的高压力不上顶油管，避免插管19脱离开胶筒轴22内腔，插管19与坐封部分直接连接并带有密封结构，坐封后，可直接上提管柱或管柱不动，可直接进行下步挤注作业，完成后上提管柱，插管等提出井外。
所述提解套12的下端连接有胶筒轴22，二者通过坐封剪钉13连接，所述卡瓦18和胶筒21均安装在胶筒轴22的外侧，卡瓦18的上下两侧分别设置有上锥体14和下锥体20，上锥体14和下锥体20均套装在胶筒轴22上，上锥体14的下端和下锥体20的上端通过圆锥面楔入所述卡瓦18于胶筒轴22之间，上锥体14的内侧加工有一个环形槽，该环形槽内安装有锁簧15，锁簧15的内侧和胶筒轴22的外侧均设置有单向止退螺纹，所述胶筒21的上端抵在所述下锥体20的下端，胶筒21的下端设置有下压环24，下压环24上端的内侧通过螺纹连接在胶筒轴22的下端；
所述插管19通过螺纹连接在所述中心管4的下端；
所述中心管4的下端与所述胶筒轴22之间设置有密封结构，具体实施时，该密封结构可包括一个钢制的隔环16和两个由橡胶材料制成的密封套17，两个密封套17分别设置在隔环16的两侧。
密封滑套组件，包括滑套23、注入套26、密封环25、浮动活塞27和下背帽28，其中，注入套26的上端通过螺纹连接在所述下压环24的下端，密封环25夹在所述胶筒轴22的下端与注入套26上端之间，滑套23滑动安装在胶筒轴22和注入套26的内侧，浮动活塞27滑动安装在注入套26内，下背帽28通过螺纹连接在注入套26的下端，浮动活塞27的下侧通过下背帽28限位，所述滑套23和注入套26上均设置有过液孔33。本发明的下端设有浮动活塞27，可以辅助密封滑套组件的关闭，正常作业时，上提插管19可以带动滑套23强制上行关闭注入套26上的过液通道，在关闭过液通道时，因桥塞的下端压力高，可以推动浮动活塞27运动促进密封滑套组件的关闭。
所述滑套23的上端加工有弹性爪A10，弹性爪A10的末端设置有卡接部30，在径向上，卡接部30的外侧通过胶筒轴22的内壁限位，在轴向上，卡接部30的下侧通过加工于胶筒轴22内壁上的台肩29限位，所述插管19下端的外侧设置有用于从内侧卡住所述卡接部30的台肩29。
本发明的使用过程如下：
1、通过油管管柱将一体式可捞可钻挤注桥塞下入井下预定位置；
2、在地面向油管管柱内打压，使一体式可捞可钻挤注桥塞上的卡瓦18和胶筒21坐封，并使中心管4与连接套6之间的连接解除；
3、再次下放油管管柱，与油管管柱连接的中心管4带动插管向下滑动，使插管19的下端***所述弹性爪A10的内侧并推动滑套23向下移动，继而使密封滑套组件内的两个过液孔33连通，从而打开过液通道；
4、向油管管柱内注入水泥浆，水泥浆经过密封滑套组件内的过液通道到达注入套26外部，实现水泥浆的挤注，水泥挤注完成后，在水泥浆的顶部注入驱替液，从而将水泥浆从油管管柱及一体式可捞可钻挤注桥塞中排出；
5、上提油管管柱，插管19下端的台肩29从内侧卡住弹性爪A10上的卡接部30，并带动滑套23向上移动，从而将密封滑套组件内的过液通道关闭，继续上提油管管柱，插管19与滑套23脱开；
6、向中心管4内打压，压力达到坐封剪钉13的抗剪极限，坐封剪钉13被剪断，然后通过起出油管管柱将胶筒轴22以上部分以及插管19一同上提至地面。需要说明的是，丢在井下的部分可完全采用可钻材料(优选球墨铸铁)，便于在无法打捞的情况下钻除留在井下的组件，卡瓦18位于胶筒21的上侧，钻除时直接接触卡瓦18，便于钻除，抗下压高，使作业更安全。
作为进一步的技术方案，所述主活塞11的上端加工有弹性爪B31，弹性爪B31的末端设置有卡接部30，在径向上，卡接部30的外侧通过副活塞7的内壁限位，卡接部30的内侧通过加工于连接套6外壁上的台肩29限位，在轴向上，卡接部30的下侧也通过上述的台肩29限位。上述结构中，弹性爪B31可将主活塞11牢固锁定在连接套6上。
作为进一步的技术方案，所述上锥体14的上端加工有弹性爪C32，弹性爪C32的末端设置有卡接部30，在径向上，卡接部30的外侧通过主活塞11的内壁限位，卡接部30的内侧通过加工于提解套12外壁上的台肩29限位，在轴向上，卡接部30的下侧也通过上述的台肩29限位。通过弹性爪C32可使上锥体14在坐封前始终保持锁定状态，并在坐封过程启动后释放，从而使卡瓦18在本发明运输和下井过程中始终处于最靠近胶筒轴22的状态(即外径最小状态)，防止卡瓦18在下井过程中受外力损坏或脱落。
如图10-13所示，作为进一步的技术方案，所述胶筒还可采用另一种实施方式：在本实施方式中，胶筒21与胶筒轴22之间设置了支撑套，胶筒21的两端面被压缩时，支撑套36的端面也被同步压缩，并向外***，从而在胶筒21的内侧提供支撑力，增加了胶筒21与套管内壁的接触压力，而接触压力的增加意味着胶筒21承压能力的大幅增加。
如图11-13所示，所述支撑套36上设置有若干长度方向沿支撑套36轴线方向的割缝37，且任意相邻两条割缝37均是沿相反的轴向进刀方向切割而成，这种结构不但能保证支撑套36的两个端面承压后顺利***，而且使支撑套36仍然为一个整体。具体实施时，一个胶筒21内的支撑套36的数量可以为一个，也可以为两个，三个或更多，相邻两个支撑套36之间通过隔环36隔开，支撑套36的数量意味着胶筒21外侧被支撑套36撑起的***的数量。理论上，其他因素一定的情况下，***的数量越多，胶筒21的承压能力越强。另外，当胶筒21的轴向尺寸一定的情况下，每个支撑套36的轴向尺寸越小，支撑套36的支撑强度会更高。
为了使支撑套36被压缩时发生定向的形变，可在支撑套36的内侧加工支撑套内环槽38，支撑套内环槽38的横截面为圆弧形。
还可在胶筒21的外侧与所述隔环34对应的位置设置胶筒外环槽35，胶筒外环槽35的横截面为圆弧形。
具体实施时，支撑套36可采用弹簧钢来制造，弹簧钢材料既能保证支撑套36可提供足够的支撑力，同时又能有效防止支撑套36被压溃或发生不可逆的塑性变形。
Claims (2)
1.一种一体式可钻挤注桥塞，包括上接头(1)、坐封机构、卡瓦(18)、胶筒(21)和中心管(4)，其特征在于：还包括插管(19)以及与插管(19)配套的密封滑套组件；
坐封机构，包括挡环(5)、连接套(6)、副活塞(7)、卡块(8)、保护剪钉(9)、主活塞(11)、提解套(12)和缸筒(3)，其中，挡环(5)、连接套(6)和提解套(12)三者由上至下依次通过螺纹连接，连接套(6)上加工有用于安装卡块(8)的径向通孔，所述卡块(8)安装在该径向通孔内，卡块(8)的一侧抵在所述主活塞(11)上，卡块(8)的另一侧伸入所述中心管(4)外壁上的凹槽内，从而使连接套(6)在卡块(8)的作用下锁定在中心管(4)上，所述主活塞(11)滑动安装在所述提解套(12)的外圆柱面上，所述副活塞(7)滑动安装在所述连接套(6)的外圆柱面上，副活塞(7)的下端与主活塞(11)的上端通过所述的保护剪钉(9)连接，所述上接头(1)下端的内侧通过螺纹连接在中心管(4)上，上接头(1)的外侧通过螺纹连接有上背帽(2)，所述缸筒(3)套在上接头(1)的外侧，在上接头(1)处，缸筒(3)的上侧通过所述上背帽(2)限位并锁紧，缸筒(3)的下侧通过上接头(1)外侧的台肩(29)限位，所述中心管(4)和连接套(6)上均设置有过液孔(33)；
所述提解套(12)的下端连接有胶筒轴(22)，二者通过坐封剪钉(13)连接，所述卡瓦(18)和胶筒(21)均安装在胶筒轴(22)的外侧，卡瓦(18)的上下两侧分别设置有上锥体(14)和下锥体(20)，上锥体(14)和下锥体(20)均套装在胶筒轴(22)上，上锥体(14)的下端和下锥体(20)的上端通过圆锥面楔入所述卡瓦(18)与 胶筒轴(22)之间，上锥体(14)的内侧加工有一个环形槽，该环形槽内安装有锁簧(15)，锁簧(15)的内侧和胶筒轴(22)的外侧均设置有单向止退螺纹，所述胶筒(21)的上端抵在所述下锥体(20)的下端，胶筒(21)的下端设置有下压环(24)，下压环(24)上端的内侧通过螺纹连接在胶筒轴(22)的下端；
所述插管(19)通过螺纹连接在所述中心管(4)的下端；
所述中心管(4)的下端与所述胶筒轴(22)之间设置有密封结构；
密封滑套组件，包括滑套(23)、注入套(26)、密封环(25)、浮动活塞(27) 和下背帽(28)，其中，注入套(26)的上端通过螺纹连接在所述下压环(24)的下端，密封环(25)夹在所述胶筒轴(22)的下端与注入套(26)上端之间，滑套(23)滑动安装在胶筒轴(22)和注入套(26)的内侧，浮动活塞(27)滑动安装在注入套(26)内，下背帽(28)通过螺纹连接在注入套(26)的下端，浮动活塞(27)的下侧通过下背帽(28)限位，所述滑套(23)和注入套(26)上均设置有过液孔(33)；
所述滑套(23)的上端加工有弹性爪A(10)，弹性爪A(10)的末端设置有卡接部(30)，在径向上，卡接部(30)的外侧通过胶筒轴(22)的内壁限位，在轴向上，卡接部(30)的下侧通过加工于胶筒轴(22)内壁上的台肩(29)限位，所述插管(19)下端的外侧设置有用于从内侧卡住所述卡接部(30)的台肩(29)；
所述上锥体(14)的上端加工有弹性爪C(32)，弹性爪C(32)的末端设置有卡接部(30)，在径向上，卡接部(30)的外侧通过主活塞(11)的内壁限位，卡接部(30)的内侧通过加工于提解套(12)外壁上的台肩(29)限位，在轴向上，卡接部(30)的下侧也通过台肩(29)限位；
胶筒(21)与胶筒轴(22)之间设置了支撑套(36)，胶筒(21)的两端面被压缩时，支撑套(36)的端面也被同步压缩，并向外***，从而在胶筒(21)的内侧提供支撑力，增加了胶筒(21)与套管内壁的接触压力；
所述支撑套(36)上设置有若干长度方向沿支撑套(36)轴线方向的割缝(37)，且任意相邻两条割缝(37)均是沿相反的轴向进刀方向切割而成，这种结构不但能保证支撑套(36)的两个端面承压后顺利***，而且使支撑套(36)仍然为一个整体。
2.根据权利要求1所述的一种一体式可钻挤注桥塞，其特征在于：所述主活塞(11)的上端加工有弹性爪B(31)，弹性爪B(31)的末端设置有卡接部(30)，在径向上，卡接部(30)的外侧通过副活塞(7)的内壁限位，卡接部(30)的内侧通过加工于连接套(6)外壁上的台肩(29)限位，在轴向上，卡接部(30)的下侧也通过台肩(29)限位。
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