專利名稱：：可取式壓裂橋塞的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種用于油、氣井分層壓裂的橋塞。由于油田油層埋藏深，地層滲透率低，水力壓裂是一項不可缺少的增產措施。由于井段長，油層多而厚，籠統壓裂效果較差，特別重復性壓裂效果更差。為了解決這一矛盾，必須采取分層壓裂工藝。目前國內各油田使用的分層壓裂管柱主要由水力擴張式和水力壓縮式封隔器，這兩種封隔器座封工藝較簡單，可多級進行分層壓裂，依次將各層壓開。但是當隔層較厚時，配封隔器比較困難。同時這兩種分壓管柱都必須采用噴砂器才能使封隔器密封，因此帶來了一些不可克服的缺點對水基壓裂液剪切嚴重，使壓裂液粘度降低由于噴砂作用，易將套管刺薄，甚至刺斷;由于噴砂，使砂粒互相撞擊，砂粒易碎，易造成砂卡，封隔器不能解封等。如采用填砂的方法進行分層壓裂，其壓裂前后作業工藝復雜，耗時費工，一旦不慎易出現砂堵，砂卡等事故。目前國外如哈里伯頓、貝克等公司主要采用水力錨與卡瓦式封隔器為上封隔器，丟手裝置與橋塞作為下封隔器組成壓裂管柱。哈里伯頓3型可取橋塞采取機械方式，座封需右旋管柱，然后施加管柱重量座封，解封時反轉管柱后上提即可解封，丟手時也要旋轉管柱。其適應方位較廣，但對于深井作業不大適用，因其座封、解封和丟手都要旋轉管柱，這樣不但操作困難，也不容易判斷是否座封或解封，有時反復多次還座不住，其鎖定機構采用“S”型軌道槽，對工具座封的負荷要求比較嚴，如達不到預定座封負荷，鎖緊機構便不起作用，橋塞也不能座封，對于不同直徑套管的井很難掌握。作業時，封隔器要分多次下入井中，其座封、解封都必須采用專用投撈工具。貝克公司雖有一種分壓管柱可以一次下入井中，但其座封、解封均采用旋轉管柱方式，同樣帶來不便。以上兩種橋塞的卡瓦錨的主要設計參數都未達到優化值，使其承載能力低，在高壓壓裂過程中易擠毀套管。本發明的目的就是考慮以上壓裂橋塞的缺點，提供一種靠液壓座封、丟手，解封方便可靠，承受壓差大，受力均勻的可取式壓裂橋塞。特別是提供新型結構的卡瓦錨和鎖緊機構，以及開式N型軌道槽，改善套管受力狀態，防止卡瓦的斷裂與脫落，提高分層壓裂的成功率，減少工人的勞動強度。本發明提供一種新型結構的卡瓦錨，并將其整體組裝形式改變為逐片組裝形式，以保證卡瓦的主要設計參數同時達到優化設計值，同時為了限定卡瓦錨的位置，在卡瓦托的擋塊與限位接頭處設計裝有一個限位套;還設計了新型的防砂皮碗機構，靠丟手活塞、鎖塊、上承載體和護套的聯動控制防砂皮碗的張開與收回;在解封裝置中設計了扇形結構的鎖塊，增大了受力面，承受載荷大;為防止擠壞套管，在座封活塞上設計了限位環，同時設計了新型的開式N型結構的軌道槽。圖1、為可取式壓裂橋塞的結構圖。圖2、為可取式壓裂橋塞扇形鎖塊的組裝剖面圖。圖3、為可取式壓裂橋塞的N型軌道槽示意圖。本發明可取式壓裂橋塞如圖1-3所示，由丟手、防砂、解封、密封、卡瓦錨、鎖緊、座封機構組裝而成。丟手和防砂機構由上接頭1和與其連接的投撈筒2、二個軌道銷4、開有如圖3所示的兩個對稱的N型滑槽的投撈芯軸3、丟手活塞6、上承載體7和其內的四塊鎖塊8、防砂皮碗9及其下部的支撐環11、護套10、連接護套和丟手活塞的限位銷釘12和二個丟手剪釘13組成。解封機構由解封剪釘5、浮動式結構的上中心管14、上部與上承載體連接下部與鎖套連接的接頭15、中承載體18和其內裝配的6-8個扇形鎖塊17、與接頭15連接的鎖套16組成。密封部分由外中心管23和套在其外面的3-5個膠筒24、與鎖套和外中心管連接的接頭22組成。該卡瓦錨由階梯形楔形體25、六片階梯形卡瓦26、六個擋塊和限位接頭30相互嚙合并用限位螺釘28固定的卡瓦托27和限位套29組成。鎖緊部分由4塊鎖瓦31、連接套32和其內部的下中心管19組成。其座封機構由與下中心管連接的限位環33、座封活塞35、釋放活塞36、下承載體38和其內裝的四塊鎖塊37、與下承載體靠鎖塊連接的鎖套34、二個座封剪釘39和下接頭40組成。本發明可取式壓裂橋塞適用套管內徑為118.62-127.3mm，工作壓差80MPa，工作溫度130℃。本發明可取式壓裂橋塞的卡瓦錨由楔形體25、卡瓦26、卡瓦托27、限位螺釘28、限位套29、限位接頭30組成，楔形體25和卡瓦26都為階梯形結構，這樣的結構具有限位功能，使卡瓦26和楔形體25之間有固定間隙，保證卡瓦錨動作靈活。為了使卡瓦錨的15項設計參數達到優化值，并將整體卡瓦托改為組合結構，卡瓦托27由六塊擋塊與環狀限位接頭30相互齒合，并在齒合處裝有內徑為102-106mm，外徑為110-114mm，高為48-52mm的環形限位套29定位，同時用6個限位螺釘將卡瓦托緊固成一個整體。為了滿足大型水力壓裂的需要，卡瓦26的主要設計參數同時達到優化值當使用內徑為118-127mm的套管時，卡瓦片數為6片，卡瓦楔角為15°，卡瓦牙面長度為118-122mm，卡瓦厚度為20-24mm，卡瓦寬度為28-34mm。這樣就增加了卡瓦與套管的接觸面積，增加了卡瓦的強度，大大減小了卡瓦與套管壁的接觸應力。其主要設計參數的實施例與國內外同類產品比較，詳見附表1。(附表1)</tables>本發明的丟手和防砂機構由投撈筒2、投撈芯軸3、軌道銷4、丟手活塞6、上承載體7、四個鎖塊8、防砂皮碗9、護套10、支撐環11、四個限位銷釘12和兩個丟手剪釘13組成。本發明的防砂皮碗9固定在上承載體7下端，下部由支撐環11支撐，防砂皮碗的防護套10由四個限位銷釘12與丟手活塞6連為一體。防砂皮碗與丟手活塞6、鎖塊8、上承載體7、護套10組成一個聯動結構，這一結構控制防砂皮碗的張開與收回。在丟手時，當一定壓力作用在丟手活塞6上端，活塞下行，剪斷丟手剪釘13，并帶動護套10下行到一定位置，鎖塊8解鎖，同時防砂皮碗張開。本發明橋塞的解封機構由兩個解封銷釘5、上中心管14、接頭15、鎖套16、4-8個扇形鎖塊17、中承載體18組成。上中心管14上端與投撈芯軸3以絲扣連接，下部與中承載體18為浮動連接，在正常狀態下，不承受任何負荷，只起定位作用。解封剪釘5將投撈芯軸3與上承載體7固定在一起。在中承載體18的圓周上均布4-8個扇形鎖塊17，如圖2所示，鎖塊17的橫截面為扇形結構，最大弧面半徑為40-50mm，在弧面上有4-6個鋸齒形牙齒，鎖塊的長度為30-50mm，這樣增大了接觸面積，改善了受力狀態，在承受高壓壓裂過程中橋塞的全部軸向載荷，不但滿足了強度要求，也使機構更合理緊湊。本發明橋塞的座封機構主要由限位環33、鎖套34、座封活塞35、釋放活塞36、4個鎖塊37、下承載體38、2個座封剪釘39組成。釋放活塞36下端有一環槽，由兩個座封剪釘39將鎖套34和釋放活塞36固定起來，在下承載體38的圓周上裝有4個鎖塊37′，在座封活塞的上端裝一限位環33，其內徑為102-106mm，外徑為110-114mm，高度為48-52mm的金屬環，它與下中心管19以螺紋連接，其主要控制座封活塞35，使壓裂過程中無論壓力如何變化，橋塞的座封負荷始終維持在一定設計值內。本發明的開式N型軌道槽，見圖3，其特征是在投撈芯軸3上開出的兩個對稱N滑槽，其開口43和直槽的寬度為21-25mm，其直槽的長度230-260mm，其斜面44的夾角42-48°，斜面45的夾角為38-45°，斜面47的夾角為75-85°，其上死點46的端面為平面。該軌道槽上死點的端面與軌道銷4的平面部相接觸，其承載能力大。在座封、丟手、解封時均不要旋轉油管。在下井時，軌道銷4在軌道槽的42位置;在丟手時，上提管柱，軌道銷經直槽滑入出口而脫離;在打撈時，下放油管，軌道銷4自動滑入盲槽46，上提油管即可打撈。如果因某種原因需再次脫手，可邊右旋轉邊下放管柱，就可使打撈筒再次脫開。本發明可取式壓裂橋塞的主要優點如下1、本發明橋塞通過優選卡瓦錨的主要設計參數，提供了新型的卡瓦錨，解決了卡瓦擠毀套管和卡瓦斷裂、脫落的關鍵問題。卡瓦錨在錨定后，改善套管內的受力狀態，達到提高套管抗擠毀的最大安全座封載荷的目的，使壓裂施工得以順利進行，并取得比較理想的經濟效益。2、本發明橋塞采用了座封活塞、丟手活塞和開式N型軌道槽的結構，改善了以往旋轉管柱的復雜過程，使座封、丟手和打撈方便可靠，一次成功，操作簡便，易于掌握。3、本發明橋塞由于采用了防砂機構，砂粒不能進入皮碗以下，防止了砂卡事故的發生。4、本發明的壓裂橋塞解決了作業時封隔器要分多次下入的問題，實現了一趟管柱一次下入井中，分步座封，簡化了操作程序。本發明的可取式壓裂橋塞是這樣實施的本發明可取式壓裂橋塞在壓裂時可以和水力錨、上封隔器等一起組成壓裂管柱進行封下壓上、封兩頭壓中間或壓裂任一層的壓裂施工。在橋塞下井過程中，軌道銷4在軌道槽的直滑槽42的位置上，鎖塊8將投撈筒2與上承載體7鎖在一起。當橋塞下至設計井深的座封高度，從油管內打壓10MPa，壓力通過下部通道作用在釋放活塞36上端和座封活塞下端，由于下部鎖塊的作用，座封活塞不能上行，只有釋放活塞，在壓力的作用下剪斷座封剪釘39，釋放活塞下行到一定位置，使鎖塊37解鎖。在壓力的作用下，座封活塞35開始上行，推動卡瓦托27，使卡瓦26撐開牢牢地錨定在套管上。同時，裝在卡瓦托內帶鋸齒形扣的鎖瓦31隨上行與中心管上的鋸齒形扣齒合，然后下放管柱，靠管柱自重壓縮膠筒24封隔油套環形空間，這時，帶鋸齒形扣鎖瓦31繼續上行，并將這一狀態鎖定在相應位置上，保持封隔狀態。然后繼續打壓22MPa，液力通過上通道作用在丟手活塞6上端使之剪斷丟手剪釘13，下行到一定位置，鎖定投撈筒2的鎖塊8解鎖。在丟手活塞下行過程中，通過限位銷釘12帶動保護防砂皮碗9的護套10下行，防砂皮碗自動打開，呈傘狀貼在套管壁上。同時丟手丟開，在完成上部工具的座封后即可開始壓裂施工。在壓裂完成后，壓力一經釋放，解封上部工具，然后邊下放油管柱邊反沖，直沖至可取式壓裂橋塞魚頂，固定在投撈筒2上的軌道銷4自動導入投撈芯軸3上的軌道槽中，并沿43換入盲槽上死點46，再上提管柱，通過投撈筒2上的軌道銷4帶動投撈芯軸3，剪斷解封剪釘5、與投撈芯軸連接的上中心管14也同時上行，上行到一定位置時，解封裝置中的鎖緊機構自動解鎖，上中心管14再通過鎖套16等部件帶動楔形體上行，卡瓦回收，同時封隔密封件復位，橋塞解封。上提管柱即提出井口。權利要求1.一種用于油，氣井分層壓裂的可取式壓裂橋塞，它是由丟手、防砂、解封、密封、卡瓦錨、鎖緊、座封機構組裝而成，其特征在于所述的卡瓦錨的卡瓦26和楔形體25都為階梯形結構，其卡瓦26的厚度、寬度、牙面長度和卡瓦楔角等主要設計參數都達到優化設計值，并在卡瓦托外面裝有限位套29，所述的丟手和防砂機構的防砂皮碗9與丟手活塞6、上承載體7、鎖塊8、護套10組成聯動機構，該解封機構中的鎖塊17為扇形結構，所述的座封活塞35上端裝有一限位環33，所述的軌道槽為開式N形結構。2.根據權利要求1所述的壓裂橋塞，其特征在于所述的卡瓦錨由楔形體25、卡瓦26、卡瓦托27、限位螺釘28、限位套29、限位接頭30組裝而成，所說的卡瓦26和楔形體25都為階梯形結構，卡瓦26的主要設計參數同時達到優化值，當使用內徑為118-127mm的套管時，卡瓦片數為6片，卡瓦厚度為20-24mm，卡瓦寬度為28-34mm，卡瓦牙面長度為118-122mm，卡瓦楔角為15°，在卡瓦托27和限位接頭30齒合處裝有內徑為102-106mm，高為48-52mm的環形限位套29。3.根據權利要求1所述的壓裂橋塞，其特征在于，所述的丟手和防砂機構中的防砂皮碗9固定在上承載體7下端，下部由支撐環11支撐，防砂皮碗的防護套10由四個限位銷釘12與丟手活塞6連為一體，并與丟手活塞6、鎖塊8、上承載體7、護套10組成一個聯動結構。4.根據權利要求1所述的壓裂橋塞，其特征在于，所述的解封機構中的鎖塊17的橫截面為扇形結構，最大弧面半徑為40-50mm，在弧面上有4-6個鋸齒形牙齒，鎖塊的長度為30-50mm。5.根據權利要求1所述的橋塞，其特征在于，所述的座封活塞35上端裝有一限位環33，其是內徑為102-106mm，外徑為110-114mm，高為48-52mm的金屬環，它與下中心管19以螺紋連接。6.根據權利要求1所述的橋塞，其特征在于所述的開式N型滑槽，其開口43和直槽的寬度為21-25mm，其直槽的長度為230-260mm，其斜面44的夾角為42-48°，斜面45的夾角為38-45°，斜面47的夾角為75-85°，其上死點46的端面為平面。全文摘要本發明公開了一種用于油、氣井分層壓裂的可取式壓裂橋塞。本發明適用于套管內徑為118.62-127.3mm的井，可對任意一個層段進行分層壓裂，可以承受壓差80MPa以上，工作溫度130℃。本發明由丟手、防砂、解封、密封、卡瓦錨、鎖緊、座封機構組裝而成，特別是采用了階梯形的卡瓦，其厚度、寬度、長度和卡瓦楔角等主要設計參數都達到了優化值，同時采用了扇形鎖塊解封機構，保證了壓裂橋塞承載能力大，對套管的損壞最小，不易擠毀套管，同時設計了獨特的N型軌道槽，采用液壓方式進行座封、丟手，其座封、丟手、打撈、解封動作靈活可靠。文檔編號E21B43/26GK1046777SQ8910255公開日1990年11月7日申請日期1989年4月26日優先權日1989年4月26日發明者趙遠綱,付建偉,魯鐵嶺,李志義,韓進,李志生,劉學榮申請人:中原石油勘探局采油工藝研究所