專利名稱：一種新型電液一體化橋塞投放工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于井下封堵設(shè)備，特別是一種新型電液一體化橋塞投放工具，廣泛應(yīng)用于分層測試試井、壓裂、酸化等井下作業(yè)，在生產(chǎn)過程中也可以進行堵水、堵漏等作業(yè)。當需要開采、溝通橋塞以下層位時候可以將橋塞鉆除或?qū)Ｓ霉ぞ叽驌啤?br> 背景技術(shù)：
目前常用的橋塞主要分為油管傳輸液壓坐封和電纜傳輸爆炸坐封兩種形式。油管傳輸橋塞坐封時，通過油管加壓推動活塞壓縮膠筒，同時推動卡瓦張開撐在套管壁上， 卡瓦和膠筒到位后，繼續(xù)加壓，拉斷張力棒，與橋塞脫手，實現(xiàn)坐封，座封工具隨油管起出井口 ；電纜傳輸橋塞坐封時，通過電纜接通點火器引爆藥柱產(chǎn)生熱能推動活塞，活塞推動擠壓筒使卡瓦張開，壓縮膠筒，繼而拉斷張力棒，與橋塞脫手，實現(xiàn)坐封，座封工具隨電纜起出井□。這其中，油管傳輸液壓坐封的方式安全可靠、成本低廉,但作業(yè)時間長,效率低；電纜傳輸爆炸座封的方式作業(yè)比較簡單，但民爆物品貯存、運輸以及安裝都存在較大風險。因此，改變現(xiàn)有的坐封方式，研究電纜傳輸電動座封的橋塞，將大大縮短打橋賽的周期。針對電纜傳輸橋塞和油管液壓坐封橋塞的各自特點，把兩者優(yōu)點有效的結(jié)合起來，運用電纜進行傳輸、校深定位，到達預定位置后給井下動力源供電，動力源來控制液壓投放工具的工作，從而使橋塞坐封和丟手。我們設(shè)計開發(fā)出一種全新的電液一體化橋塞投放工具，能實現(xiàn)運用電纜進行傳輸，電能驅(qū)動液壓泵實現(xiàn)橋塞坐封與丟手；動力電機及傳動方式能夠適應(yīng)井下高溫高壓環(huán)境；電纜傳輸橋塞液壓投放工具與可鉆式、可撈式橋塞配套使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新型電液一體化橋塞投放工具，它采用獨特的自鎖定結(jié)構(gòu)，具有可靠的雙向承壓功能，無需上覆灰面，即可實現(xiàn)可靠密封，可進行油氣層的臨時性封堵、永久性封堵、選擇性封堵和不壓井作業(yè)等。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種新型電液一體化橋塞投放工具，其特征是投放工具下到坐封位置之后，通過電纜接通電源驅(qū)動井下液壓電泵啟動，泵注高壓液體，通過水眼進入活塞缸，推動活塞缸下行壓縮可取式橋塞坐封。所述的一種新型電液一體化橋塞投放工具，其特征是它包括可取式橋塞、液壓短節(jié)和活塞缸，所述的可取式橋塞是由上活塞、下活塞、張力棒、芯軸依次串聯(lián)構(gòu)成，上活塞后端連接液壓電泵接口，張力棒外套有膠筒，芯軸外套有卡瓦椎體、卡瓦且卡瓦椎體在卡瓦后端；所述的液壓短節(jié)是由單向閥、溢流閥、高低壓油管、壓力平衡活塞、液壓電泵、磁力耦合器、聯(lián)軸器、電機和油箱組成，所述的高低壓油管外套有壓力平衡活塞的一端分別與單向閥和溢流閥連接，另一端依次與液壓電泵、磁力耦合器、聯(lián)軸器、電機連接，并置于油箱中；整個投放工具通過電纜下入井中，電纜連接電機，電機接通電源與液壓電泵連接，液壓電泵通過液壓電泵接口與可取式橋塞連接，活塞缸通過張力棒和芯軸與上活塞和下活塞連接。所述的壓力平衡活塞外部套有增壓彈簧。所述的油箱上設(shè)置有耐壓密封插針。所述的可取式橋塞、液壓短節(jié)和活塞缸適用溫度為150°C，壓力為70Mpa。所述的液壓短節(jié)和活塞缸可以通過電纜與可鉆式或可撈式橋塞配套使用。所述的一種新型電液一體化橋塞投放工具，其特征是橋塞坐封時，通過電纜接通電源驅(qū)動井下液壓電泵，并且液壓電泵自帶液壓油；通過液壓電泵加壓將高壓液體入上活塞和下活塞，在上活塞和下活塞的作用下，壓縮膠筒，使其擴張，密封套管環(huán)空；同時推動卡瓦椎體向下移動，卡瓦椎體推動卡瓦張開撐在套管壁上，卡瓦和膠筒到位后，繼續(xù)加壓，拉 斷張力棒直徑最小的地方，坐封工具和張力棒上截與橋塞芯軸脫手，實現(xiàn)橋塞的坐封，坐封工具隨電纜起出井口，可撈式橋塞卡在井下預定位置。本發(fā)明的有益效果是I)采用液壓座封工具送進、座封，投放工具的脫手由丟手棒控制，通過加壓拉斷丟手棒，保證橋塞座封安全可靠，同時，確保座封工具在復雜情況下能安全起出井筒。2)卡瓦部分采用內(nèi)置式卡瓦結(jié)構(gòu)，橋塞在井筒中起下時不易遇阻遇卡，可以在任意斜度的井中安全使用。3)利用卡瓦的雙向錨牙，具有良好的雙向承壓能力，可適用于各種級別的套管。4)可取式橋塞是一種安全可靠、成本低廉、功能齊全，適用范圍廣的井下封堵工具，可進行油氣層的臨時性封堵、永久性封堵、選擇性封堵和不壓井作業(yè)等。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。圖I為本發(fā)明實施例的可取式橋塞；
圖2為現(xiàn)有橋塞送封工具不意 圖3為本發(fā)明實施例的液壓短節(jié)結(jié)構(gòu) 圖4為本發(fā)明實施例的液壓系統(tǒng)原理圖。圖中1、液壓電泵接口；2、上活塞；3、下活塞；4、張力棒；5、膠筒；6、芯軸；7、卡瓦椎體；8、卡瓦；9、高壓液體；10、水眼；11、中心管；12、活塞；13、活塞缸；14、單向閥；15、溢流閥；16、高低壓油管；17、增壓彈簧；18、壓力平衡活塞；19、液壓電泵；20、磁力耦合器；20-1、磁力稱合器內(nèi)圈；20-2、磁力稱合器外圈；21、聯(lián)軸器；22、電機；23、耐壓密封插針；24、進口油濾；25、油箱。
具體實施例方式實施例I
一種新型電液一體化橋塞投放工具，其特征是它包括可取式橋塞、液壓短節(jié)和活塞缸13，所述的可取式橋塞是由上活塞2、下活塞3、張力棒4、芯軸6依次串聯(lián)構(gòu)成，上活塞2后端連接液壓電泵接口 1，張力棒4外套有膠筒5，芯軸6外套有卡瓦椎體7、卡瓦8且卡瓦椎體7在卡瓦8后端；所述的液壓短節(jié)是由單向閥14、溢流閥15、高低壓油管16、壓力平衡活塞18、液壓電泵19、磁力耦合器20、聯(lián)軸器21、電機22和油箱25組成，所述的高低壓油管16外套有壓力平衡活塞18的一端分別與單向閥14和溢流閥15連接，另一端依次與液壓電泵19、磁力耦合器20、聯(lián)軸器21、電機22連接，并置于油箱25中；整個投放工具通過電纜下入井中，電纜連接電機22，電機22接通電源與液壓電泵19連接，液壓電泵19通過液壓電泵接口 I與可取式橋塞連接，活塞缸13通過張力棒4和芯軸6與上活塞2和下活塞3連接。該投放工具下到坐封位置之后，通過電纜接通電源驅(qū)動井下液壓電泵19啟動，泵注高壓液體9，通過水眼10進入活塞缸13，推動活塞缸13下行壓縮可取式橋塞坐封。實施例2
如圖I和圖3所示，一種新型電液一體化橋塞投放工具包括可取式橋塞、液壓短節(jié)和活塞缸13，所述的可取式橋塞是由上活塞2、下活塞3、張力棒4、芯軸6依次串聯(lián)構(gòu)成，上活塞2后端連接液壓電泵接口 1，張力棒4外套有膠筒5，芯軸6外套有卡瓦椎體7、卡瓦8且卡瓦椎體7在卡瓦8后端；所述的液壓短節(jié)是由單向閥14、溢流閥15、高低壓油管16、壓力平衡活塞18、液壓電泵19、磁力耦合器20、聯(lián)軸器21、電機22和油箱25組成，所述的高低壓油管16外套有壓力平衡活塞18的一端分別與單向閥14和溢流閥15連接，另一端依次與液壓電泵19、磁力耦合器20、聯(lián)軸器21、電機22連接，并置于油箱25中；整個投放工具通 過電纜下入井中，電纜連接電機22，電機22接通電源與液壓電泵19連接，液壓電泵19通過液壓電泵接口 I與可取式橋塞連接，活塞缸13通過張力棒4和芯軸6與上活塞2和下活塞3連接。所述的壓力平衡活塞18外部套有增壓彈簧17，所述的油箱25上設(shè)置有耐壓密封插針23，所述的磁力耦合器20是由磁力耦合器內(nèi)圈20-1和磁力耦合器外圈20-2組成。如圖2為現(xiàn)有橋塞送封工具示意圖，本發(fā)明將圖中的中心管11上的活塞12替換成本發(fā)明的可取式橋塞，電纜通過液壓短節(jié)與可取式橋塞連接，可取式橋塞連接活塞缸13。當所述的投放工具下到坐封位置之后，通過電纜接通電源驅(qū)動井下液壓電泵19啟動，泵注高壓液體9，通過水眼10進入活塞缸13，推動活塞缸13下行壓縮可取式橋塞坐封；
本發(fā)明的橋塞坐封時，通過電纜接通電源驅(qū)動井下液壓電泵19，并且液壓電泵19自帶液壓油；通過液壓電泵19加壓將高壓液體9入上活塞2和下活塞3，在上活塞2和下活塞3的作用下，壓縮膠筒5，使其擴張，密封套管環(huán)空；同時推動卡瓦椎體7向下移動，卡瓦椎體7推動卡瓦8張開撐在套管壁上，卡瓦8和膠筒5到位后，繼續(xù)加壓，拉斷張力棒4直徑最小的地方，坐封工具和張力棒4上截與橋塞芯軸6脫手，實現(xiàn)橋塞的坐封，坐封工具隨電纜起出井口，可撈式橋塞卡在井下預定位置。所述的可取式橋塞、液壓短節(jié)和活塞缸13適用溫度為150°C，壓力為70Mpa。所述的液壓短節(jié)和活塞缸13可以通過電纜與可鉆式或可撈式橋塞配套使用。可取式橋塞是一種油田用井下封堵工具，由上活塞2、下活塞3組成了坐封機構(gòu)，通過中心管水眼進行加壓推動活塞下移，下移到位直至橋塞坐封完成后，可通過活塞外鋼套下部水眼泄壓；由卡瓦椎體7、推動卡瓦8組成了錨定機構(gòu)，采用雙向卡瓦，可雙向承受壓力，實現(xiàn)橋塞的上下錨定。由橋塞芯軸6、膠筒5組成了密封機構(gòu)，膠筒壓縮擴張，實現(xiàn)環(huán)空封堵，芯軸上裝有密封圈封堵橋塞內(nèi)部，無需上覆灰面，即可實現(xiàn)井筒的可靠密封。電纜與圖I可取式橋塞之間的連接部分，稱之為液壓短節(jié)，主要就是實現(xiàn)泵注高壓液體至圖I中橋塞送封工具。液壓短節(jié)的系統(tǒng)原理如圖4所示，工作原理如下需要進行井下封堵作業(yè)時，用電纜將橋塞工具下放到預定深度后，在地面啟動直流可調(diào)穩(wěn)壓電源，220V交流電變換成高壓直流電通過電纜傳輸?shù)骄乱簤合到y(tǒng)，調(diào)節(jié)輸出電流至額定電流，此時電機通過磁力耦合器拖動液壓電泵19按照設(shè)計轉(zhuǎn)速進行工作，液壓電泵19輸出油液經(jīng)過單向閥后給后端的坐封機構(gòu)供油。當丟手成功后，井上供電電流會突然變小，因此可通過監(jiān)測井上供電電流的突變情況判斷是否丟手成功。液壓電泵19出口的單向閥防止液壓短節(jié)不工作時油液外泄以及井下封堵完成后防止泥漿倒灌。旁路上設(shè)置溢流閥起到限制系統(tǒng)壓力、排出系統(tǒng)多余油液的作用。在液壓電泵19的入口端設(shè)置油濾，對進入系統(tǒng)油液進行過濾。其中電機不浸油，用磁力耦合器來實現(xiàn)隔離狀態(tài)下的扭矩傳遞，磁力耦合器外圈與電機相連接，裝于空氣腔，磁力耦合器內(nèi)圈與液壓電泵19相連接，裝于液壓油腔。液壓電泵19為浸油式，油液從液壓電泵19側(cè)部進入，由軸心處往外輸出高壓油液。液壓電泵19出油口與液壓節(jié)頭部則通過高壓油管相連。油箱內(nèi)部安裝有活塞式壓力平衡及油液補償裝置，當液壓短節(jié)工作時，油箱內(nèi)的油液被輸往外部，此時可取式橋塞右移，起到油液補償作用，同時也能將外部泥漿壓力傳遞進油箱內(nèi)部作為液壓電泵19入口壓力。工作壓力28MPa，流量。由于液壓短節(jié)的結(jié)構(gòu)空間有限，所用到的元器件均為小型化產(chǎn)品。 液壓短節(jié)中需要引入外部泥漿的壓力作為液壓電泵的入口壓力。另外液壓短節(jié)工作過程中液壓電泵為執(zhí)行機構(gòu)供油量達到I. 2L，油液補償總量較大。另外該裝置還需要在油液熱脹冷縮時起到平衡作用。本方案采用平衡活塞式，這種結(jié)構(gòu)能滿足油液的熱脹冷縮、平衡油箱內(nèi)外壓力，還能有效的對輸送出去的油液空間進行補償。對液壓短節(jié)的流量、壓力特性進行測試，確保系統(tǒng)的各項參數(shù)滿足指標要求。為滿足井下工作時的高溫環(huán)境，液壓短節(jié)需進行高溫性能測試。試驗方法按照石油行業(yè)SY/T5218-91標準A4組要求進行高溫性能試驗。液壓短節(jié)中所需元器件及技術(shù)參數(shù)要求
I、技術(shù)參數(shù)要求
1)電機主要參數(shù)如表I所示 表I電機主要參數(shù)
額定轉(zhuǎn)速額定電壓額定電流額定功率輸出扭矩4500rpm KOOVDC K 6. 185A |2500ff3. 68Nm
2)液壓電泵主要參數(shù)如表2所示。表2液壓電泵主要參數(shù)
排量I額定轉(zhuǎn)速 I最大壓力
O. 75ml/r 4500rpm 35MPa
3)溢流閥主要參數(shù)如表3所示。表3溢流閥主要參數(shù)
_最小開啟壓力I最小關(guān)閉壓力I關(guān)閉時泄漏量-29. 4MPa丨25· 9MPaO. 5ml/min
4)出口單向閥主要參數(shù)如表4所示。表4單向閥主要參數(shù)
安裝方式I開啟壓力 I全開流量—
螺紋插裝 O. 05bar101/min
5)聯(lián)軸器米用鈦合金加工訂做。6)磁力稱合器額定傳遞扭矩9Nm。7 )密封元件選用TRELLEB0RG氟橡膠產(chǎn)品。
根據(jù)以上元器件選型，本方案中液壓短節(jié)的技術(shù)指標滿足情況如下表5所示
表5技術(shù)指標滿足情況統(tǒng)計
序號I項目I要求指標I設(shè)計指標I滿足情況~~|￥￥
1_輸出壓力 MPa_25. 9~29· 4MPa 滿足__
2輸出流量 3. 33L/min 3. 34L/min滿足
3環(huán)境壓力 50MPa 50MPa滿足
4~環(huán)境溫度 _150°C ' 150°C滿足一
5~-油液補償量i.2L~4L滿足 6 外徑尺寸 < 101.4mm IOOmm滿足
7~電氣接口 -~—滿足
8 I機械接ΠI滿足 —
2、尺寸要求
O液壓短節(jié)從前端的電機尾部到后端的高壓油出口，全長共1050mm，總質(zhì)量約為38kg，其中
2)電機外徑Φ80mm,長度220mm ；
3)磁力稱合器外徑Φ76_,長度150_(暫定,根據(jù)詳細的磁力計算結(jié)果后再行確定)；
4)液壓電泵外徑Φ52mm,長度120mm ；
5)油箱部分腔體內(nèi)徑Φ80mm，長度385mm ；
6)高低壓油管外徑Φ18mm，含高壓、低壓兩個油道，內(nèi)徑均為Φ4πιπι，高壓油道內(nèi)徑最小壁厚3. 5mm，低壓油道最小壁厚2mm，油管總長436. 5mm，前端與油泵出油口處采用直螺紋連接，紫銅墊密封，后端與集成閥塊連接，采用直接插入式的徑向密封。在油管的前端設(shè)有突起部分，與油箱內(nèi)部的支承環(huán)相配合，保證油管外圓與油箱內(nèi)壁的同軸度。7)壓力平衡活塞內(nèi)、外圓表面均有兩道格來圈密封圈，外圓與油箱內(nèi)壁貼緊，內(nèi)圓與高低壓輸油管道貼緊，后端設(shè)置增壓彈簧，克服部分摩擦阻力。增壓活塞的行程最大可達300mm，因此油液補償總量可達I. 43L。增壓彈簧有效圈數(shù)15，總?cè)?shù)17，簧絲直徑Φ 2mm，中徑47mm，自由狀態(tài)高度280臟，橋塞零位時工作高度40mm，剛度O. lN/mm。增壓彈簧主要起到輔助增壓作用，克服部分增壓活塞右移時的阻力，減弱和消除液壓電泵的吸空。8)安全閥外徑Φ 8mm,長35mm,為插裝式結(jié)構(gòu)。9)單向閥外徑Φ 10mm，軸向長度9mm，螺紋式插裝結(jié)構(gòu)。10)電纜為單芯電纜，具體型號為5/16"型號的電纜長度5140米，阻值小于115Ω，絕緣大于50ΜΩ ;7/32"型號的電纜長度6120米，阻值小于135 Ω，絕緣大于50M Ω。電源220VAC/50HZ；
功率245KW
抗拉強度5. 6MM電纜最大拉力是700公斤，8· 4MM的最大拉力是I. 4噸。本實施例沒有詳細敘述的部件和結(jié)構(gòu)屬本行業(yè)的公知部件和常用結(jié)構(gòu)或常用手段，這里不一一敘述。
權(quán)利要求
1.一種新型電液一體化橋塞投放工具，其特征是投放工具下到坐封位置之后，通過電纜接通電源驅(qū)動井下液壓電泵(19)啟動，泵注高壓液體(9)，通過水眼(10)進入活塞缸(13)，推動活塞缸(13)下行壓縮可取式橋塞坐封。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種新型電液一體化橋塞投放工具，其特征是它包括可取式橋塞、液壓短節(jié)和活塞缸(13)，所述的可取式橋塞是由上活塞(2)、下活塞(3)、張力棒(4)、芯軸(6)依次串聯(lián)構(gòu)成，上活塞(2)后端連接液壓電泵接口(1)，張力棒(4)外套有膠筒(5)，芯軸(6)外套有卡瓦椎體(7)、卡瓦⑶且卡瓦椎體(7)在卡瓦⑶后端；所述的液壓短節(jié)是由單向閥(14)、溢流閥(15)、高低壓油管(16)、壓力平衡活塞(18)、液壓電泵(19)、磁力耦合器(20)、聯(lián)軸器(21)、電機(22)和油箱(25)組成，所述的高低壓油管(16)外套有壓力平衡活塞(18)的一端分別與單向閥(14)和溢流閥(15)連接，另一端依次與液壓 電泵(19)、磁力耦合器(20)、聯(lián)軸器(21)、電機(22)連接，并置于油箱(25)中；整個投放工具通過電纜下入井中，電纜連接電機(22)，電機(22)接通電源與液壓電泵(19)連接，液壓電泵(19)通過液壓電泵接口( I)與可取式橋塞連接，活塞缸(13)通過張力棒(4)和芯軸(6)與上活塞⑵和下活塞(3)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種新型電液一體化橋塞投放工具，其特征是所述的壓力平衡活塞(18)外部套有增壓彈簧(17)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種新型電液一體化橋塞投放工具，其特征是所述的油箱(26)上設(shè)置有耐壓密封插針(23)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種新型電液一體化橋塞投放工具，其特征是所述的可取式橋塞、液壓短節(jié)和活塞缸(13)適用溫度為150°C，壓力為70Mpa。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種新型電液一體化橋塞投放工具，其特征是所述的液壓短節(jié)和活塞缸(13)可以通過電纜與可鉆式或可撈式橋塞配套使用。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種新型電液一體化橋塞投放工具，其特征是橋塞坐封時，通過電纜接通電源驅(qū)動井下液壓電泵(19)，并且液壓電泵(19)自帶液壓油；通過液壓電泵(19)加壓將高壓液體(9)入上活塞(2)和下活塞(3)，在上活塞(2)和下活塞(3)的作用下，壓縮膠筒(5)，使其擴張，密封套管環(huán)空；同時推動卡瓦椎體(7)向下移動，卡瓦椎體(7)推動卡瓦(8)張開撐在套管壁上，卡瓦(8)和膠筒(5)到位后，繼續(xù)加壓，拉斷張力棒(4)直徑最小的地方，坐封工具和張力棒(4)上截與橋塞芯軸(6)脫手，實現(xiàn)橋塞的坐封，坐封工具隨電纜起出井口，可撈式橋塞卡在井下預定位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型電液一體化橋塞投放工具，該工具下到坐封位置之后，通過電纜接通電源驅(qū)動井下液壓電泵啟動，泵注高壓液體，通過水眼進入活塞缸，推動活塞缸下行壓縮可取式橋塞坐封；投放工具包括可取式橋塞、液壓短節(jié)，可取式橋塞是由上活塞、下活塞、張力棒、芯軸依次串聯(lián)構(gòu)成，上活塞后端連接液壓電泵接口，張力棒外套有膠筒，芯軸外套有卡瓦椎體、卡瓦且卡瓦椎體在卡瓦后端；液壓短節(jié)是由單向閥、溢流閥、高低壓油管、壓力平衡活塞、液壓電泵、磁力耦合器、聯(lián)軸器、電機和油箱組成。該工具結(jié)合電纜傳輸橋塞和油管液壓坐封橋塞的各自特點，運用電纜進行傳輸、校深定位，到達預定位置后給井下動力源供電，電能驅(qū)動液壓泵實現(xiàn)橋塞坐封與丟手。
文檔編號E21B23/06GK102966328SQ20121048217
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月25日
發(fā)明者蘇敏文, 韓虎成, 鄧小強, 許建偉, 梁隴霞, 張宏波, 侯俊耀, 田軍 申請人:中國石油集團川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術(shù)作業(yè)公司