一种大环空封堵变径式小直径桥塞

本发明涉及一种大环空封堵变径式小直径桥塞，属石油、天然气开采。

背景技术：

0、技术背景

1、中国页岩油气资源丰富，具有较好的开发前景和潜力。随着“十四五”规划的进程，水平井分段压裂技术已成为页岩油气藏开采的重要手段。桥塞工具作为页岩油气分段压裂改造的主体工具，对页岩油气井的开发具有重要意义。中国页岩油气埋藏地理条件较差，页岩油气井开采和分段压裂过程中套管变形问题频发，套变井数量增多，套变程度大，直接影响页岩油气开发的效率和效益。常规尺寸桥塞无法在严重套变井中使用，现有小直径桥塞大环空坐封问题难题解决。

2、针对以上问题，本文提出一种大环空封堵变径式小直径桥塞，该工具采用三胶桶密封结构，提高了大环空密封的可靠性，弹簧销钉的设计也解决了胶桶大变形回弹导致密封失效问题的出现；该工具采用变径胀锥结构，提高了大环空锚定的稳定性；该工具具有外径小、变径能力强、坐封可靠、结构简单、原理可靠等优点，可在绝大多数页岩气套变井中正常使用，有利于页岩油气的效益开发。

技术实现思路

1、为达到上述目的，本发明解决此问题所采用的技术方案是：一种大环空封堵变径式小直径桥塞，由连杆、销钉a、推环、弹簧销钉、上挡环、上胶桶、中间胶桶、下胶桶、下挡环、上接头、销钉b、变径公锥、变径母锥、销钉c、下接头、卡瓦、连接销、销钉d、固定接头组成，其技术特征在于，推环通过销钉a连接于连杆上端；上接头通过销钉b连接于连杆中端；下接头通过销钉c连接于连杆下端；卡瓦通过连接销与固定接头连接；固定接头通过销钉d连接于连杆末端；推环通过连杆上端一台阶定位，其下端环向开有通孔，通孔外端攻有螺纹，通孔内安装有弹簧销钉；弹簧销钉由圆柱销、弹簧、紧定螺钉组成，弹簧置于圆柱销和紧定螺钉中间，处于压缩状态，紧定螺钉与连杆通孔外端螺纹连接；上挡环利用推环下端面定位，下挡环利用上接头上端面定位；上挡环与下挡环之间依次安装有上胶桶、中间胶桶、下胶桶；变径公锥和变径母锥分别与上接头、下接头开有的滑槽配合，在其合拢过程中可沿该滑槽径向滑出；下接头与固定接头之间安装有卡瓦；所述连杆通过锥螺纹与坐封工具相连，坐封工具上的连杆提供推力；所述推环上端面受到推杆向下的推力，当推力超过销钉a的抗剪强度时，销钉a被剪断，推环继续向下移动；所述上挡环受到推力后，向下移动并挤压上胶桶、中间胶桶、下胶桶发生一定程度的变形；所述上接头受到的推力大于销钉b的抗剪强度时，销钉b被剪断，上接头在推力作用下向下移动，使变径公锥和变径母锥完全合拢，完成变径；所述下接头在推力增大至剪断销钉c时，向下移动撑开卡瓦；所述合拢后的变径公锥和变径母锥向下移动，利用较大的外径使得卡瓦嵌入套管，完成大环空锚定作业；所述上胶桶、中间胶桶、下胶桶在同时也发生较大变形，完成大环空密封；所述弹簧销钉在坐封完成时，与连杆中间开孔位置对齐，圆柱销在弹簧的作用下进入连杆中间开孔位置，防止上胶桶、中间胶桶、下胶桶的回弹变形。

2、根据权利要求1所述的一种大环空封堵变径式小直径桥塞，其特征在于：所述变径公锥和变径母锥在下井时处于未完全合拢状态，变径公锥上的滑块与变径母锥上的滑槽连接，在推力作用下变径公锥向下和向外移动完成合拢和变径，变径公锥和变径母锥的数量为个3～5个。

3、根据权利要求1所述的一种大环空封堵变径式小直径桥塞，其特征在于：所述销钉a的剪切强度为20mpa～30mpa，销钉b的剪切强度为30mpa～40mpa，销钉c的剪切强度为40mpa～50mpa，销钉d的剪切强度为80mpa～100mpa，圆柱销的剪切强度为50mpa～60mpa。

4、根据权利要求1所述的一种大环空封堵变径式小直径桥塞，其特征在于：所述连接销与卡瓦、固定接头采用过盈配合，防止卡瓦发生提前坐封和连接销掉出。

5、根据权利要求1所述的一种大环空封堵变径式小直径桥塞，其特征在于：所述上胶桶和下胶桶强度高于中间胶桶，起到一定的支撑作用，同时胶桶硬-软-硬交替，使得胶桶变形更加协调。

6、根据权利要求1所述的一种大环空封堵变径式小直径桥塞，其特征在于：所述卡瓦与固定接头采用铰链式连接，提高了卡瓦的变径能力。

7、根据权利要求1所述的一种大环空封堵变径式小直径桥塞，其特征在于：所述桥塞直径为60mm～70mm，桥塞较大的变径能力使其能够封堵的套管内径为70mm～120mm。

8、本发明与现有技术比较，其有益效果是：(1)本发明采用三胶桶密封结构和弹簧销钉的联合设计，在封堵大环空时不会出现胶桶大变形回弹导致密封失效的问题，能保证密封的可靠性；(2)本发明采用变径胀锥结构和铰链式卡瓦结构的联合设计，可以轻松解决大环空锚定难题；(3)本发明具有外径小、变径能力强、坐封可靠、结构简单、原理可靠等优点，可在绝大多数页岩气套变井中正常使用，有利于页岩油气的效益开发。

技术特征：

1.一种大环空封堵变径式小直径桥塞，由连杆(1)、销钉a(2)、推环(3)、弹簧销钉(4)、上挡环(5)、上胶桶(6)、中间胶桶(7)、下胶桶(8)、下挡环(9)、上接头(10)、销钉b(11)、变径公锥(12)、变径母锥(13)、销钉c(14)、下接头(15)、卡瓦(16)、连接销(17)、销钉d(18)、固定接头(19)组成，其技术特征在于，推环(3)通过销钉a(2)连接于连杆(1)上端；上接头(10)通过销钉b(11)连接于连杆(1)中端；下接头(15)通过销钉c(14)连接于连杆(1)下端；卡瓦(16)通过连接销(17)与固定接头(19)连接；固定接头(19)通过销钉d(18)连接于连杆(1)末端；推环(3)通过连杆(1)上端一台阶定位，其下端环向开有通孔，通孔外端攻有螺纹，通孔内安装有弹簧销钉(4)；弹簧销钉(4)由圆柱销(401)、弹簧(402)、紧定螺钉(403)组成，弹簧(402)置于圆柱销(401)和紧定螺钉(403)中间，处于压缩状态，紧定螺钉(403)与连杆(1)通孔外端螺纹连接；上挡环(5)利用推环(3)下端面定位，下挡环(9)利用上接头(10)上端面定位；上挡环(5)与下挡环(9)之间依次安装有上胶桶(6)、中间胶桶(7)、下胶桶(8)；变径公锥(12)和变径母锥(13)分别与上接头(10)、下接头(15)开有的滑槽配合，在其合拢过程中可沿该滑槽径向滑出；下接头(15)与固定接头(19)之间安装有卡瓦(16)；所述连杆(1)通过锥螺纹与坐封工具相连，坐封工具上的连杆提供推力；所述推环(3)上端面受到推杆向下的推力，当推力超过销钉a(2)的抗剪强度时，销钉a(2)被剪断，推环(3)继续向下移动；所述上挡环(5)受到推力后，向下移动并挤压上胶桶(6)、中间胶桶(7)、下胶桶(8)发生一定程度的变形；所述上接头(10)受到的推力大于销钉b(11)的抗剪强度时，销钉b(11)被剪断，上接头(10)在推力作用下向下移动，使变径公锥(12)和变径母锥(13)完全合拢，完成变径；所述下接头(15)在推力增大至剪断销钉c(14)时，向下移动撑开卡瓦(16)；所述合拢后的变径公锥(12)和变径母锥(13)向下移动，利用较大的外径使得卡瓦嵌入套管，完成大环空锚定作业；所述上胶桶(6)、中间胶桶(7)、下胶桶(8)在同时也发生较大变形，完成大环空密封；所述弹簧销钉(4)在坐封完成时，与连杆(1)中间开孔位置对齐，圆柱销(401)在弹簧(402)的作用下进入连杆(1)中间开孔位置，防止上胶桶(6)、中间胶桶(7)、下胶桶(8)的回弹变形。

2.根据权利要求1所述的一种大环空封堵变径式小直径桥塞，其特征在于：所述变径公锥(12)和变径母锥(13)在下井时处于未完全合拢状态，变径公锥(12)上的滑块与变径母锥(13)上的滑槽连接，在推力作用下变径公锥(12)向下和向外移动完成合拢和变径，变径公锥(12)和变径母锥(13)的数量为3个～5个。

3.根据权利要求1所述的一种大环空封堵变径式小直径桥塞，其特征在于：所述销钉a(2)的剪切强度为20mpa～30mpa，销钉b(11)的剪切强度为30mpa～40mpa，销钉c(14)的剪切强度为40mpa～50mpa，销钉d(18)的剪切强度为80mpa～100mpa，圆柱销(401)的剪切强度为50mpa～60mpa。

4.根据权利要求1所述的一种大环空封堵变径式小直径桥塞，其特征在于：所述上胶桶(6)和下胶桶(8)强度高于中间胶桶(7)，起到一定的支撑作用。

5.根据权利要求1所述的一种大环空封堵变径式小直径桥塞，其特征在于：所述卡瓦(16)与固定接头(19)采用铰链式连接，提高了卡瓦(16)的变径能力。

6.根据权利要求1所述的一种大环空封堵变径式小直径桥塞，其特征在于：所述桥塞直径为60mm～70mm，桥塞较大的变径能力使其能够封堵的套管内径为70mm～120mm。

技术总结本发明为一种大环空封堵变径式小直径桥塞。主要由连杆、销钉A、推环、弹簧销钉、上挡环、上胶桶、中间胶桶、下胶桶、下挡环、上接头、销钉B、变径公锥、变径母锥、销钉C、下接头、卡瓦、销钉D、固定接头组成，其特征在于：所述推环移动，先后剪断销钉A、销钉B和销钉C，使上胶桶、中间胶桶和下胶桶发生压缩变形封堵套管大环空，使变径公锥、和变径母锥合拢后支撑卡瓦嵌入套管，完成坐封作业。本发明采用的三胶桶密封和弹簧销钉结构，变径胀锥和铰链式卡瓦结构，可以解决大环空坐封难题，具有外径小、变径能力强、坐封可靠、结构原理简单可靠等优点，可在绝大多数页岩气套变井中正常使用，有利于页岩油气的效益开发。技术研发人员：石昌帅,王澳,祝效华受保护的技术使用者：西南石油大学技术研发日：技术公布日：2024/7/15