CN113073958A - 一种可回收桥塞及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于油气田井下作业工具领域，特别涉及一种可回收桥塞及使用方法。包括依次连接的上接头和桥塞本体，所述的上接头包括平衡芯轴、平衡套、上芯轴，所述的平衡套在所述平衡芯轴外部，并使用剪切螺钉Ⅱ连接，所述的平衡芯轴内部贯通，依次设有上阀套、上阀套弹簧、下阀轴适配器；所述的桥塞本体包括保险杠外壳、夹头接头、提升阀壳体、连接器，所述的桥塞本体内设有下阀轴、下阀、芯轴；所述的提升阀壳体内设有提升阀、提升弹簧、延迟充气环，所述的延迟充气环与所述连接器通过剪切螺钉Ⅰ连接。本发明通过阀门与芯轴的密封与解封，使膨胀胶筒膨胀和收回，无需提出生产油管的情况下，提供一种临时桥堵，操作简单，安全可靠。

Description

一种可回收桥塞及使用方法

技术领域

本发明涉及油气田井下作业工具技术领域，确切地说涉及一种可回收桥塞及使用方法。

背景技术

公开号为CN103046896A，公开日为2013年4月17日的中国专利文献公开了一种用于套管水平井的分段压裂改造，具有快速钻除性能的压裂桥塞，申请人为四机赛瓦石油钻采设备有限公司。它包括压裂球、中心管、剪切销钉、卡瓦、卡瓦环、锥体、端胶筒、中间胶筒和引鞋等。该发明结构简单，大大节省水平井分段压裂中每个桥塞的磨铣时间，满足我国低渗透非常规油气的勘探开发的低成本要求和环境友好的要求。以上述专利文献为代表的现有技术，适于井段情况较不复杂，井段内部通径较一致的井下情况。

但是，在油气勘探开发过程中，往往会遇到需穿过上部小通径部位封堵下部大通径井段的复杂情况，以上述专利文献为代表的现有技术，由于其桥塞的膨胀比一般在1.2左右，最多不超过1.5，整体膨胀率较低，因此，在遇到需穿过上部小通径部位封堵下部大通径井段等复杂情况时，常规做法是需要采用压井作业后再进行封堵，这样的处理方式会出现以下缺陷：一是造成地层污染，产能下降，低渗气井很容易压死； 二是作业周期长，压后复产返排成本高；很多情况下存在更换采油四通的问题，更换期间，井口属于失控状态，风险极大。

而如果采用其他常规桥塞进行封堵，封堵后需要将桥塞钻除，虽然施工后可以钻除，但施工工艺复杂，钻铣周期较长，严重影响了施工周期。

发明内容

本发明旨在针对上述现有技术所存在的缺陷和不足，提供一种可回收桥塞，本发明通过阀门与芯轴的密封与解封，使膨胀胶筒膨胀和收回，膨胀率能达到3.0左右，可以实现在遇到需穿过上部小通径部位封堵下部大通径井段的复杂情况特定井段，无需提出生产油管的情况下，提供一种临时桥堵；同时， 本发明能克服现有常规桥塞封堵后需要将桥塞钻除，施工工艺复杂，钻铣周期较长的问题。

同时，本发明还提供了可回收桥塞的使用方法。

本发明是通过采用下述技术方案实现的：

一种可回收桥塞，包括依次连接的上接头和桥塞本体，其中：所述的上接头包括平衡芯轴、平衡套、上芯轴，所述的平衡套在所述平衡芯轴外部，并使用剪切螺钉Ⅱ连接，所述平衡芯轴下端连接有所述上芯轴，所述的平衡芯轴内部贯通，依次设有上阀套、上阀套弹簧、下阀轴适配器；所述的桥塞本体包括保险杠外壳、夹头接头、提升阀壳体、连接器，所述的桥塞本体内设有下阀轴、下阀、芯轴，所述的芯轴上部外侧设有芯轴套筒，中下部外侧依次设有胶筒、元件底部接头、剪切适配器；所述的提升阀壳体内设有提升阀、提升弹簧、延迟充气环，所述的延迟充气环与所述连接器通过剪切螺钉Ⅰ连接。

进一步的，所述的胶筒主要由外胶筒、内胶筒、叠层钢带、压头和张力箍组成，所述的叠层钢带位于内胶筒和外胶筒之间，所述的叠层钢带是由若干个钢片经堆叠形成的空心圆柱结构，每个钢片呈渐开线形的曲面结构，所述压头为带有外台阶的空心圆柱形，压头的内壁的一端为斜面，压头的内壁一端通过所述斜面与内胶筒接触配合，压头的另一端与所述叠层钢带的端部焊接固定，所述张力箍为带有内台阶的空心圆柱形，张力箍套设在内胶筒、压头和叠层钢带的外壁，且张力箍通过所述内台阶与压头的外台阶配合进行限位固定。

进一步的，所述外胶筒为多个，多个外胶筒间隔设置，且外胶筒熔覆于所述叠层钢带上。

进一步的，所述的叠层钢带的材质是型号为Inconel 718的合金；所述胶筒的材质为高氢HNBR生胶。

进一步的，所述的芯轴下端连接有引锥，所述引锥与所述的芯轴采用螺纹连接，所述引锥下端成圆锥形。

进一步的，所述元件底部接头上设有泄压孔。

进一步的，所述的剪切适配器设有剪切螺钉Ⅲ、剪切环，所述的剪切环通过剪切螺钉Ⅲ与所述芯轴连接。

进一步的，所述的延迟充气环位于所述提升阀内腔，保持提升阀关闭。所述的提升弹簧位于所述提升阀外侧，提升弹簧下部与所述的延迟充气环连接。

进一步的，所述上阀套弹簧位于由上阀套、下阀轴适配器和平衡芯轴形成的空腔内。

进一步的，所述的保险杠外壳、夹头接头、提升阀壳体、连接器的外径与所述引锥外径相同，且大于所述平衡套的外径。

进一步的，所述的保险杠外壳、夹头接头、提升阀壳体、连接器之间采用螺纹连接。

进一步的，一种可回收桥塞使用方法，使用如上所述的任意一种可回收桥塞，具体过程如下：

S1：可回收桥塞入井前的安装；

可回收桥塞入井要进行认真的检查保养，各活动部件要涂抹润滑脂，确保灵活有效，同时检查剪切螺钉Ⅰ、剪切螺钉Ⅱ是否完好，损坏的要及时更换，检查胶筒是否处于收缩状态；

S2：可回收桥塞的入井；

可回收桥塞在地面上检查合格后，将上阀套安装在作业管柱的最前端入井，下放过程中要严格控制下钻速度不大于0.5m/s；

S3：可回收桥塞坐封；

可回收桥塞下入到位后，开始打压坐封，桥塞的上部阀门由送入工具保持打开，液体由上部阀门进入桥塞膨胀胶筒内部；当达到预定压力时，送入工具中的安全螺钉被剪切，活塞向下移动，释放将运行工具锁定到桥塞的夹头棘爪，同时提升阀受复位弹簧的上推力关闭，将进入膨胀胶筒内的液体锁定，桥塞坐封，油管中的压力下降，管柱断开；

S4：可回收桥塞解封；

作业完毕后，管柱连接回收工具，下入到桥塞位置后，下压施力使回收工具上的套筒与桥塞上的平衡套筒接触，当下压力量达到预定的值，平衡套筒上的剪切销钉被剪断，平衡套筒下移，平衡桥塞上、下部的压差，并释放膨胀胶筒内的液体，工具解封，收回。

与公开号为公开号为CN103046896A所代表的现有技术相比，本发明所达到的有益效果如下：

1、采用本发明所述的上接头和桥塞本体特定的结构形式，阀门与芯轴的密封与解封，使膨胀胶筒膨胀和收回，膨胀率能达到3.0左右，可以实现在遇到需穿过上部小通径部位封堵下部大通径井段的复杂情况特定井段，无需提出生产油管的情况下，提供一种临时桥堵。不需要采用压井作业后再进行封堵，不会造成地层污染，产能得到极大提高，作业周期缩短，无需频繁更换采油四通因而能有效保证安全生产。同时，相对于常规桥塞封堵，本发明施工工艺简单，钻铣周期较短。

2、需要特别说明的是，采用本发明所述的“胶筒主要由外胶筒、内胶筒、叠层钢带、压头和张力箍组成，特别是叠层钢带是由若干个钢片经堆叠形成的空心圆柱结构，每个钢片呈渐开线形的曲面结构，以及通过台阶、斜面进行限位固定”特定的结构形式，一方面，能保证钢片间在叠加时能完全贴合，不留间隙，受力状态最好，耐压性能最高；另一方面，结构紧凑，牢固，胶筒膨胀率较好，经过实际试验验证，能实现膨胀率达到2.5的技术效果，尤其适用于需穿过上部小通径部位封堵下部大通径井段的复杂情况特定井段。同时，本发明采用的“所述的叠层钢带的材质是型号为Inconel 718的合金；所述胶筒的材质为高氢HNBR生胶”的技术方案，老化后其伸长率变化率预期为400%，尤其适于在高温环境下执行高膨胀高压密封作业，与叠层钢带的结构形式相结合使用，经过实际试验验证，外径63.5mm的桥塞可以封堵内径195mm的套管，因而能实现膨胀率达到3.0的技术效果。

3、芯轴下端连接有引锥，所述引锥下端成圆锥形，在实际使用过程中，这样的结构形式保证了工具的安全下入，防止与井壁造成阻卡。

4、元件底部接头上设有泄压孔，在实际使用过程中，泄压孔可以释放桥塞上下压差，防止工具在释放时被井底压差冲出。

5、所述的延迟充气环位于所述提升阀内腔，保持提升阀关闭，以防止膨胀胶筒过早进液坐封。当达到预定压力时，延迟充气环中的安全螺钉将被剪切，从而使提升阀打开，膨胀胶筒充满液体。

6、所述的保险杠外壳、夹头接头、提升阀壳体、连接器的外径与所述引锥外径相同，且大于所述平衡套的外径。这样的结构形式保证了工具的安全下入，保险杠外壳、夹头接头、提升阀壳体、连接器之间采用螺纹连接，提高了工具连接的稳定性。

7、采用本发明所述的使用方法，特别适用于针对需穿过上部小通径部位封堵下部大通径井段等复杂情况时桥塞封堵，使用方法简单，膨胀率能达到3.0左右，无需提出生产油管的情况下，能提供一种临时桥堵；同时， 本方法能克服现有常规桥塞封堵后需要将桥塞钻除，施工工艺复杂，钻铣周期较长的问题。

附图说明

下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，其中：

图1为可回收桥塞的结构示意图；

图2为图1中A部放大示意图；

图3为图1中B部放大示意图；

图4为胶筒结构示意图。

附图标记：15、剪切螺钉Ⅰ，17、剪切螺钉Ⅱ，20、保险杠外壳，24、夹头接头，25、提升阀，29、连接器，30、上芯轴，31、提升弹簧，32、胶筒，33、元件底部接头，34、泄压孔，36、芯轴，37、延迟充气环，40、提升阀壳体，42、引锥，56、剪切螺钉Ⅲ，57、剪切适配器，58、剪切环，61、上阀套，64、平衡芯轴，65、平衡套，66、上阀套弹簧，67、下阀轴适配器，68、下阀轴，69、下阀，70、芯轴套筒，71、内胶筒，72、外胶筒，73、叠层钢带，74、压头，75、外台阶和内台阶接触处，76、焊接，77、斜面，78、张力箍。

具体实施方式

实施例1

为了克服现有常规桥塞封堵后需要将桥塞钻除，施工工艺复杂，钻铣周期较长的问题，本发明提供了如图1所示的一种可回收桥塞及使用方法，本发明通过阀门与芯轴的密封与解封，使膨胀胶筒膨胀和收回，可以实现在选定井段，无需提出生产油管的情况下，提供一种临时桥堵，操作简单，安全可靠。

如图1所示，一种可回收桥塞，一种可回收桥塞，包括依次连接的上接头和桥塞本体，其中：所述的上接头包括平衡芯轴64、平衡套65、上芯轴30，所述的平衡套65在所述平衡芯轴64外部，并使用剪切螺钉Ⅱ17连接，所述平衡芯轴64下端连接有所述上芯轴30，所述的平衡芯轴64内部贯通，依次设有上阀套61、上阀套弹簧66、下阀轴适配器67；所述的桥塞本体包括保险杠外壳20、夹头接头24、提升阀壳体40、连接器29，所述的桥塞本体内设有下阀轴68、下阀69、芯轴36，所述的芯轴36上部外侧设有芯轴套筒70，中下部外侧依次设有胶筒32、元件底部接头33、剪切适配器57；所述的提升阀壳体40内设有提升阀25、提升弹簧31、延迟充气环37，所述的延迟充气环37与所述连接器29通过剪切螺钉Ⅰ15连接。

实际使用过程中，桥塞的上部阀门61由送入工具保持打开。当打开时，上部阀门提供了一条液体进入桥塞膨胀胶筒32的通道。当送入工具从桥塞上断开时，上部阀门61关闭并锁定，防止桥塞上方的压力进入桥塞膨胀胶筒内。下部阀门33密封桥塞的芯轴，以便膨胀胶筒32进液膨胀。下部阀门33在坐封过程中关闭，并在工具解封时打开，用于在解封回收过程中进行排出膨胀胶筒32内部的液体。提升阀25提供了一种将液体锁定在膨胀胶筒32内的机构。液体被泵入提升阀周围的内部，送入工具从桥塞上断开，油管中的压力下降时，提升阀25关闭膨胀胶筒32的内部压力。延迟充气环37位于提升阀25内腔，保持提升阀25关闭，以防止膨胀胶筒32过早进液坐封。当达到预定压力时，延迟充气环37中的安全螺钉15将被剪切，从而使提升阀25打开，膨胀胶筒32充满液体。平衡套筒65提供了一种平衡桥塞上压力的方法，用于释放桥塞。通过平衡套筒65将释放桥塞上下压差，防止工具在释放时被井底压差冲出。本发明通过阀门与芯轴的密封与解封，使膨胀胶筒膨胀和收回，可以实现在选定井段，无需提出生产油管的情况下，提供一种临时桥堵，操作简单，安全可靠，操作简单，安全可靠。

实施例2

优选的，在实施例1的基础上，所述的芯轴36下端连接有引锥42，所述引锥42与所述的芯轴36采用螺纹连接，所述引锥42下端成圆锥形。

实际使用过程中，引锥42保证了工具的安全下入，防止与井壁造成阻卡。

优选地，所述元件底部接头33上设有泄压孔34。

实际使用过程中，泄压孔34可以释放桥塞上下压差，防止工具在释放时被井底压差冲出。

优选地，所述的剪切适配器57设有剪切螺钉Ⅲ56、剪切环58，所述的剪切环58通过剪切螺钉Ⅲ56与所述芯轴36连接。优选地，延迟充气环37位于所述提升阀25内腔，保持提升阀25关闭。

实际使用过程中，所述的延迟充气环37位于所述提升阀25内腔，保持提升阀25关闭。以防止膨胀胶筒32过早进液坐封。当达到预定压力时，延迟充气环37中的安全螺钉15将被剪切，从而使提升阀25打开，膨胀胶筒32充满液体。

采用本发明所述的“胶筒32主要由外胶筒32、内胶筒32、叠层钢带、压头和张力箍组成，特别是叠层钢带是由若干个钢片经堆叠形成的空心圆柱结构，每个钢片呈渐开线形的曲面结构，以及通过台阶、斜面进行限位固定”特定的结构形式，一方面，能保证钢片间在叠加时能完全贴合，不留间隙，受力状态最好，耐压性能最高；另一方面，结构紧凑，牢固，胶筒32膨胀率较好，经过实际试验验证，能实现膨胀率达到2.5的技术效果，尤其适用于需穿过上部小通径部位封堵下部大通径井段的复杂情况特定井段。

实施例3

优选的，在实施例2的基础上，进一步的，所述外胶筒32为多个，多个外胶筒32间隔设置，且外胶筒32熔覆于所述叠层钢带上。通过分析现有胶筒32原料以及胶筒32的制作工艺，适合高温高膨胀比要求的胶筒32原料为以改性HNBR为主的胶筒32，优选进口高氢HNBR生胶、粘接剂、填充体系、硫化体系、吸酸剂，老化后其伸长率变化率预期为400%，适于在高温环境下执行高膨胀高压密封作业的高分子弹性体材料。叠层钢带优选了高韧性高强度钢带材料Inconel 718。高氢HNBR生胶与叠层钢带的结构形式相结合使用，经过实际试验验证，外径63.5mm的桥塞可以封堵内径195mm的套管，因而能实现膨胀率达到3.0的技术效果。

实施例4

在实施例2、3的基础上，一种可回收桥塞使用方法，使用如上所述的任意一种可回收桥塞，具体过程如下：

S1：可回收桥塞入井前的安装；

可回收桥塞入井要进行认真的检查保养，各活动部件要涂抹润滑脂，确保灵活有效，同时检查剪切螺钉Ⅰ15、剪切螺钉Ⅱ17是否完好，损坏的要及时更换，检查胶筒32是否处于收缩状态；

S2：可回收桥塞的入井；

可回收桥塞在地面上检查合格后，将上阀套61安装在作业管柱的最前端入井，下放过程中要严格控制下钻速度不大于0.5m/s；

S3：可回收桥塞坐封；

可回收桥塞下入到位后，开始打压坐封，桥塞的上部阀门61由送入工具保持打开，液体由上部阀门61进入桥塞膨胀胶筒32内部；当达到预定压力时，送入工具中的安全螺钉被剪切，活塞向下移动，释放将运行工具锁定到桥塞的夹头棘爪，同时提升阀25受复位弹簧66的上推力关闭，将进入膨胀胶筒32内的液体锁定，桥塞坐封，油管中的压力下降，管柱断开；

S4：可回收桥塞解封；

作业完毕后，管柱连接回收工具，下入到桥塞位置后，下压施力使回收工具上的套筒与桥塞上的平衡套筒65接触，当下压力量达到预定的值，平衡套筒65上的剪切销钉17被剪断，平衡套筒65下移，平衡桥塞上、下部的压差，并释放膨胀胶筒32内的液体，工具解封，收回。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可回收桥塞，其特征在于：包括依次连接的上接头和桥塞本体，其中：

所述的上接头包括平衡芯轴（64）、平衡套（65）、上芯轴（30），所述的平衡套（65）在所述平衡芯轴（64）外部，并使用剪切螺钉Ⅱ（17）连接，所述平衡芯轴（64）下端连接有所述上芯轴（30），所述的平衡芯轴（64）内部贯通，依次设有上阀套（61）、上阀套弹簧（66）、下阀轴适配器（67）；

所述的桥塞本体包括保险杠外壳（20）、夹头接头（24）、提升阀壳体（40）、连接器（29），所述的桥塞本体内设有下阀轴（68）、下阀（69）、芯轴（36），所述的芯轴（36）上部外侧设有芯轴套筒（70），中下部外侧依次设有胶筒（32）、元件底部接头（33）、剪切适配器（57）；所述的提升阀壳体（40）内设有提升阀（25）、提升弹簧（31）、延迟充气环（37），所述的延迟充气环（37）与所述连接器（29）通过剪切螺钉Ⅰ（15）连接。

2.根据权利要求1所述的一种可回收桥塞，其特征在于：所述的胶筒（32）主要由外胶筒（32）、内胶筒（32）、叠层钢带、压头和张力箍组成，所述的叠层钢带位于内胶筒（32）和外胶筒（32）之间，所述的叠层钢带是由若干个钢片经堆叠形成的空心圆柱结构，每个钢片呈渐开线形的曲面结构，所述压头为带有外台阶的空心圆柱形，压头的内壁的一端为斜面，压头的内壁一端通过所述斜面与内胶筒（32）接触配合，压头的另一端与所述叠层钢带的端部焊接固定，所述张力箍为带有内台阶的空心圆柱形，张力箍套设在内胶筒（32）、压头和叠层钢带的外壁，且张力箍通过所述内台阶与压头的外台阶配合进行限位固定。

3.根据权利要求2所述的一种可回收桥塞，其特征在于：所述的叠层钢带的材质是型号为Inconel 718的合金；所述胶筒（32）的材质为高氢HNBR生胶。

4.根据权利要求1所述的一种可回收桥塞，其特征在于：所述的芯轴（36）下端连接有引锥（42），所述引锥（42）与所述的芯轴（36）采用螺纹连接，所述引锥（42）下端成圆锥形。

5.根据权利要求1所述的一种可回收桥塞，其特征在于：所述元件底部接头（33）上设有泄压孔（34）。

6.根据权利要求1所述的一种可回收桥塞，其特征在于：所述的剪切适配器（57）设有剪切螺钉Ⅲ（56）、剪切环（58），所述的剪切环（58）通过剪切螺钉Ⅲ（56）与所述芯轴（36）连接。

7.根据权利要求1所述的一种可回收桥塞，其特征在于：所述的延迟充气环（37）位于所述提升阀（25）内腔，保持提升阀（25）关闭；所述的提升弹簧（31）位于所述提升阀（25）外侧，提升弹簧（31）下部与所述的延迟充气环（37）连接。

8.根据权利要求1所述的一种可回收桥塞，其特征在于：所述上阀套弹簧（66）位于由上阀套（61）、下阀轴适配器（67）和平衡芯轴（64）形成的空腔内。

9.根据权利要求1所述的一种可回收桥塞，其特征在于：所述的保险杠外壳（20）、夹头接头（24）、提升阀壳体（40）、连接器（29）的外径与所述引锥（42）外径相同，且大于所述平衡套（65）的外径；所述的保险杠外壳（20）、夹头接头（24）、提升阀壳体（40）、连接器（29）之间采用螺纹连接。

10.根据权利要求1-9任一项所述的可回收桥塞的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：可回收桥塞入井前的安装；

可回收桥塞入井前先检查保养，各活动部件涂抹润滑脂，检查剪切螺钉Ⅰ（15）、剪切螺钉Ⅱ（17）是否完好，检查胶筒（32）是否处于收缩状态；

S2：可回收桥塞的入井；

可回收桥塞在地面上检查合格后，将上阀套（61）安装在作业管柱的最前端入井；

S3：可回收桥塞坐封；

可回收桥塞下入到位后，开始打压坐封，桥塞的上部阀门（61）由送入工具保持打开，液体由上部阀门（61）进入桥塞膨胀胶筒（32）内部；当达到预定压力时，送入工具中的安全螺钉被剪切，活塞向下移动，释放将运行工具锁定到桥塞的夹头棘爪，同时提升阀（25）受复位弹簧（66）的上推力关闭，将进入膨胀胶筒（32）内的液体锁定，桥塞坐封，油管中的压力下降，管柱断开；

S4：可回收桥塞解封；

作业完毕后，管柱连接回收工具，下入到桥塞位置后，下压施力使回收工具上的套筒与桥塞上的平衡套筒（65）接触，当下压力量达到预定的值，平衡套筒（65）上的剪切销钉（17）被剪断，平衡套筒（65）下移，平衡桥塞上、下部的压差，并释放膨胀胶筒（32）内的液体，工具解封，收回。

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