阅读说明：本技术 一种可限位防沉砂堵塞器 (Can spacing prevent sand setting blanking plug ) 是由 张立娜 王玥 杨文领 张恒 陈世春 于学良 张雅静 赵鹏 王立维 刘明 于 2019-12-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种可限位防沉砂堵塞器,包括自上而下依次连接的丢手机构、定位机构、外部封堵机构、内部封堵机构和溢流机构；定位机构包括打捞筒、定位推动套、套装在打捞筒和定位推动套内侧的定位支撑套、以及沿定位推动套圆周方向均布设置的多个限位块；外部封堵机构包括定位套、套装在定位套内侧的限位支撑环、套装在限位支撑环内侧的第一连接套和第二连接套以及套装在第二连接套下部外侧的坐封机构；内部封堵机构包括套装在第三连接套内侧的封堵球座、设置在封堵球座上的坐封球以及设置在封堵球座的顶端内壁上的过流盘；该可限位防沉砂堵塞器应用于石油开采修井作业中能够堵塞需要封堵的层位同时解决了工具内部沉砂滞留的问题,保证施工效果。(The invention discloses a limitable sand setting prevention plug, which comprises a releasing mechanism, a positioning mechanism, an external plugging mechanism, an internal plugging mechanism and an overflow mechanism which are sequentially connected from top to bottom; the positioning mechanism comprises a fishing barrel, a positioning pushing sleeve, a positioning support sleeve and a plurality of limiting blocks, wherein the positioning support sleeve is sleeved on the inner sides of the fishing barrel and the positioning pushing sleeve, and the limiting blocks are uniformly distributed along the circumferential direction of the positioning pushing sleeve; the external plugging mechanism comprises a positioning sleeve, a limiting support ring sleeved on the inner side of the positioning sleeve, a first connecting sleeve and a second connecting sleeve sleeved on the inner side of the limiting support ring, and a setting mechanism sleeved on the outer side of the lower part of the second connecting sleeve; the inner plugging mechanism comprises a plugging ball seat sleeved on the inner side of the third connecting sleeve, a setting ball arranged on the plugging ball seat and a flow passing disc arranged on the inner wall of the top end of the plugging ball seat; the position that can spacing prevent sand setting blanking plug is applied to in the oil development workover can block up needs the shutoff position has solved the problem that the inside sand setting of instrument is detained simultaneously, guarantees the construction effect.)

一种可限位防沉砂堵塞器

技术领域

本发明涉及石油开采修井作业技术领域，特别涉及一种可限位防沉砂堵塞器。

背景技术

在目前的石油开采修井作业中，由于地质状况、开发效益等多种复杂状况影响，某些层位不再满足开发需求，根据生产需求，需要采用封堵工具关闭某些层位，再继续后续的开采作业。针对上述需要求，该封堵工具需要能够与外部管柱配合使用，并同时兼具封堵、限位、防沉砂和丢手功能，才能实现对特定层位的封堵。目前常规使用封堵管柱的定位工艺过于复杂、成本高、操作不便，因此有必要针对该状况设计一种封堵工具，为实现封堵作业提供条件。

发明内容

本发明的目的是提供一种兼具封堵、限位、防沉砂和丢手功能的可限位防沉砂堵塞器。

为此，本发明技术方案如下：

一种可限位防沉砂堵塞器，包括定位机构、外部封堵机构和内部封堵机构；

定位机构包括打捞筒、固定连接在打捞筒底端的定位推动套、套装在打捞筒和定位推动套内侧的定位支撑套、以及沿定位推动套圆周方向均布设置的多个限位块；在定位推动套的侧壁上沿圆周方向均布开设有多个限位安装孔，使多个限位块分别设置在每个限位安装孔内，且限位块内壁上的第二环形凸台凸出于定位推动套的内壁，使打捞筒内壁上的第一环形凸台、定位推动套内壁与多个限位块的第二环形凸台之间构成有一环形凹槽，定位支撑套外壁上的第三环形凸台设置在一环形凹槽下侧，并通过沿定位推动套圆周方向均布设置的多个定位剪钉将定位支撑套固定在定位推动套上；限位块内壁上的第二环形凸台的下端面与定位支撑套外壁上的第二环形限位台阶的上端面形成锥面配合，实现定位支撑套轴向上行时多个限位块沿径向向外侧移动；定位推动套底端内壁上设有第一限位台阶，定位支撑套底端压配在第一限位台阶的上端面上；

外部封堵机构包括定位套、套装在定位套内侧的限位支撑环、自上而下依次套装在限位支撑环内侧的第一连接套和第二连接套、以及自上而下依次套装在第二连接套下部外侧的坐封液缸套、坐封剪钉套、橡胶推动套、橡胶胶筒、橡胶支撑套和第三连接套；定位套由套筒和自套筒的顶端端面沿轴向向上延伸形成的4～6个沿圆周方向均布设置的定位爪构成；限位支撑环套装在定位套的套筒内侧，且其上部内壁设有第四环形凸台，使第一连接套的底端抵在第四环形凸台的上端面上并与限位支撑环连接固定，第一连接套的内壁与定位支撑套的外壁之间通过单向马牙螺纹活动固定，使第一连接套只能相对于定位支撑套轴向上行；第二连接套的顶端抵在第四环形凸台的下端面上且在第二连接套的侧壁上开设有第一进液通孔组，第一进液通孔组与由限位支撑环、第二连接套和定位套之间围成的环空空间相连通；第二连接套外壁上设有第五环形凸台，使定位套的底端固定在第二连接套的第五环形凸台处；坐封液缸套上部固定在第二连接套的第五环形凸台处，坐封剪钉套顶端设置在坐封液缸套与第二连接套之间，并通过沿坐封剪钉套圆周方向均布设置的多个坐封剪钉将坐封剪钉套固定在第二连接套上；在位于坐封剪钉套上方的第二连接套的侧壁上开设有第二进液通孔组，第二进液通孔组与由第二连接套、坐封液缸套和坐封剪钉套之间围成的环空空间相连通；橡胶推动套顶端固定在坐封剪钉套上，橡胶胶筒的顶端设置在第二连接套与橡胶推动套之间，橡胶支撑套抵在橡胶胶筒的底端端面上；第三连接套的顶端固定在橡胶支撑套与第二连接套之间；

内部封堵机构包括套装在第三连接套内侧的封堵球座、设置在封堵球座上的第一坐封球、以及设置在封堵球座的顶端内壁上的过流盘；封堵球座内壁加工为自上而下内径逐渐减小的锥面，封堵球座通过沿第三连接套圆周方向均布设置的多个单流阀剪钉固定在第三连接套上；在位于封堵球座下方的第三连接套的侧壁上开设有第三进液通孔组。

进一步地，该可限位防沉砂堵塞器还包括设置在第三连接套底端的溢流机构；溢流机构包括溢流阀球座、固定在溢流阀球座底端的导引管、以及自上而下依次套装在溢流阀球座内的第二坐封球和坐封球支撑套；其中，溢流阀球座上部内径自上而下逐渐增大形成与第二坐封球相配合的锥面，坐封球支撑套顶端外壁上设有第六环形凸台，使套装在坐封球支撑套外侧的弹簧的底端压配在导引管内壁上的第二环形限位台阶上；在溢流阀球座的下部侧壁上开设有第四进液通孔组。

进一步地，在封堵球座的底端内壁向内侧凹陷形成有第三环形限位台阶，且在第三环形限位台阶的底端外壁上设有与溢流阀球座顶端内壁上开设的环形凹槽相适应的锁环。

进一步地，橡胶支撑套顶端加工为厚度自上而下逐渐增大的锥形端，且自橡胶胶筒底面沿轴向向上开设有与橡胶支撑套顶端相适应的锥形凹槽，使橡胶支撑套顶端设置在橡胶胶筒的锥形凹槽内。

进一步地，在打捞筒的第一环形凸台上设置有至少一道密封圈，使打捞筒与定位支撑套之间形成密封；在定位支撑套底端外壁上设置有至少一道密封圈，使定位支撑套与定位推动套之间形成密封；在定位推动套底端内壁上设置有至少一道密封圈，使定位推动套与第一连接套之间形成密封；在第一连接套的底端外壁上设置有外壁上设置有至少一道密封圈，使第一连接套与限位支撑环之间形成密封；在限位支撑环的外壁和内壁上各设置有至少一道密封圈，使限位支撑环与定位套之间形成密封，限位支撑环与和第二连接套之间形成密封；在第二连接套的第五环形凸台上部和下部各设置有至少一道密封圈，使第二连接套的第五环形凸台与定位套之间形成密封，第二连接套的第五环形凸台与坐封液缸套之间形成密封；在坐封剪钉套的顶端内壁和顶端外壁上各设置有至少一道密封圈，使坐封剪钉套与坐封液缸套之间形成密封，坐封剪钉套与第二连接套之间形成密封；在坐封剪钉套的底端外壁上设置有至少一道密封圈，使坐封剪钉套与橡胶推动套之间形成密封；在橡胶支撑套的顶端内壁和底端内壁上各设置有至少一道密封圈，使橡胶支撑套与第二连接套之间形成密封，橡胶支撑套与第三连接套之间形成密封；在封堵球座的顶端外壁和底端外壁上设置有至少一道密封圈，使封堵球座与第三连接套之间形成密封；在溢流阀球座的顶端外壁上设置有至少一道密封圈，使溢流阀球座与第三连接套之间形成密封。

进一步地，该可限位防沉砂堵塞器还包括连接在打捞筒顶端的丢手机构；丢手机构包括棘爪联接套和支撑套；棘爪联接套由套筒和自套筒的底端端面沿轴向向下延伸形成的4～6个沿圆周方向均布设置的棘爪构成；套筒上部内壁向内侧凹陷形成有第四环形限位台阶，支撑套的顶端外壁上设有环形凸台，使支撑套的环形凸台的下端面压配在棘爪联接套的第四环形限位台阶的上端面上，且支撑套通过沿棘爪联接套圆周方向均布设置的多个丢手剪钉固定在棘爪联接套下部内侧；在位于第四环形限位台阶下方的棘爪联接套的内壁上设有单向马牙外螺纹，在位于环形凸台下方的支撑套外壁上设有与棘爪联接套的单向马牙内螺纹相互配合的单向马牙外螺纹，使活塞套只能相对于棘爪联接套沿轴向向上运动。

进一步地，在棘爪联接套顶端螺纹连接有上接头，上接头内壁上设有限制支撑套上行距离的第五环形限位台阶。

进一步地，在支撑套外壁上且位于丢手剪钉两侧各设置有一个环形密封圈。

与现有技术相比，该可限位防沉砂堵塞器结构简单，设计合理，且组装便捷，操作方面，其应用于石油开采修井作业中，连接在修井管柱的最下端，堵塞需要封堵的层位，且封堵作业结束后，启动丢手，封堵工具被留在井底，送入管柱提出；其在结构设计上避免了复杂结构引发的不稳定性，同时在定位机构、外部封堵机构和内部封堵机构的相互配合下，在实现有效且稳定封堵的同时，解决了工具内部沉砂滞留的问题，保证了施工效果

附图说明

图1为本发明的可限位防沉砂堵塞器的上部结构示意图；

图2为本发明的可限位防沉砂堵塞器的下部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。

如图1和图2所示，该可限位防沉砂堵塞器包括自上而下依次连接的丢手机构、定位机构、外部封堵机构、内部封堵机构和溢流机构。其中，

丢手机构包括上接头1、棘爪联接套2和支撑套4；具体地，上接头1螺纹连接在棘爪联接套2顶端，且在上接头1内壁上设有限制支撑套4上行距离的第五环形限位台阶；棘爪联接套2由套筒和自套筒的底端端面沿轴向向下延伸形成的4～6个沿圆周方向均布设置的棘爪构成；套筒上部内壁向内侧凹陷形成有第四环形限位台阶；支撑套4的顶端外壁上设有第七环形凸台，使支撑套4的第七环形凸台的下端面压配在棘爪联接套2的第四环形限位台阶的上端面上，且支撑套4通过沿棘爪联接套2圆周方向均布设置的4～6个丢手剪钉3固定在棘爪联接套2下部内侧；在位于第四环形限位台阶下方的棘爪联接套2的内壁上设有单向马牙外螺纹，在位于第七环形凸台下方的支撑套4外壁上设有与棘爪联接套2的单向马牙内螺纹相互配合的单向马牙外螺纹，使活塞套5只能相对于棘爪联接套2沿轴向向上运动；为保证装置的密封性，在支撑套4外壁上且位于丢手剪钉3两侧各设置有一个环形密封圈；

在尺寸设计上，支撑套4的轴向长度与棘爪联接套2的轴向长度相配合，使处于初始状态下的支撑套4的底端端面与棘爪末端端面齐平或低于棘爪联接套2的棘爪端，且在活塞套5上行至其顶端抵在第一环形限位台阶的下端面上时，支撑套4的底端端面与棘爪联接套2的套筒底端端面齐平或高于棘爪联接套2的套筒底端端面，以保证释放棘爪联接套2的棘爪的径向收缩空间；该丢手机构在结构设计上能够有效避免采用惯常的旋转螺纹实现丢手功能的不可靠性。

定位机构包括打捞筒5、固定连接在打捞筒5底端的定位推动套6、套装在打捞筒5和定位推动套6内侧的定位支撑套7、以及沿定位推动套6圆周方向均布设置的四个限位块9；具体地，

打捞筒5上部套装在棘爪联接套2的套筒外侧，且其顶端抵在棘爪联接套2外壁上的第八环形凸台的下端面上，并通过设置在第八环形凸台下方的棘爪联接套2外壁上设有一环形密封圈，使打捞筒5与棘爪联接套2之间形成密封；

定位推动套6螺纹连接在打捞筒5底端外壁上，并通过沿定位推动套6圆周方向均布设置的紧固螺钉将定位推动套6与打捞筒5进行加固连接；

在定位推动套6的侧壁上沿圆周方向均布开设有四个限位安装孔，使四个限位块9分别设置在每个限位安装孔内，且限位块9内壁上的第二环形凸台凸出于定位推动套6的内壁，使打捞筒5内壁上的第一环形凸台、定位推动套6内壁与四个限位块9的第二环形凸台之间构成有一环形凹槽，定位支撑套7外壁上的第三环形凸台设置在一环形凹槽下侧，并通过沿定位推动套6圆周方向均布设置的4～6个定位剪钉8将定位支撑套7固定在定位推动套6上；限位块9内壁上的第二环形凸台的下端面与定位支撑套7外壁上的第二环形限位台阶的上端面形成锥面配合，实现定位支撑套7轴向上行时四个限位块9沿径向向外侧移动；定位推动套6底端内壁上设有第一限位台阶，定位支撑套7底端压配在第一限位台阶的上端面上；

另外，为保证该限位封堵机构的密封性，在打捞筒5的第一环形凸台上设置有一道密封圈，使打捞筒5与定位支撑套7之间形成密封；在定位支撑套7底端外壁上设置有一道密封圈，使定位支撑套7与定位推动套6之间形成密封；在定位推动套6底端内壁上设置有一道密封圈，使定位推动套6与第一连接套10之间形成密封；

外部封堵机构包括定位套11、套装在定位套11内侧的限位支撑环12、自上而下依次套装在限位支撑环12内侧的第一连接套10和第二连接套13、以及自上而下依次套装在第二连接套13下部外侧的坐封液缸套14、坐封剪钉套15、橡胶推动套17、橡胶胶筒18、橡胶支撑套19和第三连接套20；具体地，

定位套11由套筒和自套筒的顶端端面沿轴向向上延伸形成的4～6个沿圆周方向均布设置的定位爪构成；限位支撑环12套装在定位套11的套筒内侧且间隔设置在定位推动套6下方，限位支撑环12的上部内壁设有第四环形凸台，使第一连接套10螺纹连接在限位支撑环12顶端的内壁上且底端抵在第四环形凸台的上端面上，第一连接套10顶端外壁上和定位支撑套7的内壁上分别设有相配合的单向马牙外螺纹和单向马牙内螺纹，使第一连接套10与定位支撑套7相连接，且第一连接套10只能相对于定位支撑套7沿轴向上行；

第二连接套13的顶端抵在第四环形凸台的下端面上且在第二连接套13的侧壁上开设有第一进液通孔组13a，第一进液通孔组13a与由限位支撑环12、第二连接套13和定位套11之间围成的第一环空空间相连通；第二连接套13外壁上设有第五环形凸台，使定位套11的底端螺纹连接在第二连接套13的第五环形凸台外侧壁面上部，并通过沿定位套11底端圆周方向设置在4～6个紧固螺钉将定位套11加固固定在第二连接套13上；第一进液通孔组13a由沿圆周方向开设在第二连接套13的上部侧壁上的四个过流孔构成；

坐封液缸套14上部螺纹连接固定在第二连接套13的第五环形凸台处，并通过沿坐封液缸套14圆周方向设置4～6个紧固螺钉将坐封液缸套14固定在第二连接套13上；坐封剪钉套15顶端设置在坐封液缸套14与第二连接套13之间，并通过沿坐封剪钉套15圆周方向均布设置的4～6个坐封剪钉16将坐封剪钉套15固定在第二连接套13上；在位于坐封剪钉套15上方的第二连接套13的侧壁上开设有第二进液通孔组13b，第二进液通孔组13b与由第二连接套13、坐封液缸套14和坐封剪钉套15之间围成的第二环空空间相连通；橡胶推动套17顶端固定在坐封剪钉套15上；橡胶胶筒18的顶端设置在第二连接套13与橡胶推动套17之间，使橡胶胶筒18的顶端抵在橡胶推动套17底端内壁上的环形台阶的下端面上；橡胶支撑套19抵在橡胶胶筒18的底端端面上，具体地，橡胶支撑套19顶端加工为厚度自上而下逐渐增大的锥形端，且自橡胶胶筒18底面沿轴向向上开设有与橡胶支撑套19顶端相适应的锥形凹槽，使橡胶支撑套19顶端设置在橡胶胶筒18的锥形凹槽内；橡胶支撑套19的上部内径小于下部内径，使第三连接套20的顶端插装在橡胶支撑套19与第二连接套13之间并螺纹连接固定在橡胶支撑套19的内壁上；第二进液通孔组13b由沿圆周方向开设在第二连接套13的下部侧壁上的四个过流孔构成；

为保证该外部封堵机构的密封性，在第一连接套10的底端外壁上设置有外壁上设置有一道密封圈，使第一连接套10与限位支撑环12之间形成密封；在限位支撑环12的外壁和内壁上各设置有一道密封圈，使限位支撑环12与定位套11之间形成密封，限位支撑环12与和第二连接套13之间形成密封；在第二连接套13的第五环形凸台上部和下部各设置有一道密封圈，使第二连接套13的第五环形凸台与定位套11之间形成密封，第二连接套13的第五环形凸台与坐封液缸套14之间形成密封；在坐封剪钉套15的顶端内壁和顶端外壁上各设置有一道密封圈，使坐封剪钉套15与坐封液缸套14之间形成密封，坐封剪钉套15与第二连接套13之间形成密封；在坐封剪钉套15的底端外壁上设置有一道密封圈，使坐封剪钉套15与橡胶推动套17之间形成密封；在橡胶支撑套19的顶端内壁和底端内壁上各设置有一道密封圈，使橡胶支撑套19与第二连接套13之间形成密封，橡胶支撑套19与第三连接套20之间形成密封；

内部封堵机构包括套装在第三连接套20内侧的球座21a、设置在封堵球座21a上的第一坐封球21c、以及设置在封堵球座21a的顶端内壁上的过流盘21b；球座21a内壁加工为自上而下内径逐渐减小的锥面，封堵球座21a通过沿第三连接套20圆周方向均布设置的4～6个单流阀剪钉22固定在第三连接套20上；在位于封堵球座21a下方的第三连接套20的侧壁上开设有第三进液通孔组21d；第三进液通孔组21d由沿圆周方向开设在第三连接套20的下部侧壁上的四个过流孔构成；

为保证该外部封堵机构的密封性，在球座21a的顶端外壁和底端外壁上设置有一道密封圈，使球座21a与第三连接套20之间形成密封；在溢流阀球座24的顶端外壁上设置有一道密封圈，使溢流阀球座24与第三连接套20之间形成密封；

溢流机构包括溢流阀球座24、固定在溢流阀球座24底端的导引管26、以及自上而下依次套装在溢流阀球座24内的第二坐封球27和坐封球支撑套28；其中，溢流阀球座24上部内径自上而下逐渐增大形成与第二坐封球27相配合的锥面，坐封球支撑套28顶端外壁上设有第六环形凸台，使套装在坐封球支撑套28外侧的弹簧30的底端压配在导引管26内壁上的第二环形限位台阶上；在溢流阀球座25的下部侧壁上开设有第四进液通孔组29；第四进液通孔组29由沿圆周方向开设在溢流阀球座25的下部侧壁上的四个过流孔构成；

封堵球座21a的底端内壁向内侧凹陷形成有第三环形限位台阶，且在第三环形限位台阶的底端外壁上设有与溢流阀球座25顶端内壁上开设的环形凹槽相适应的锁环23，使单流阀剪钉22剪断后，封堵球座21a在重力作用下下行至压配在溢流阀球座24的顶端端面上时，锁环23刚好进入至溢流阀球座25顶端内壁上的环形凹槽内，使外部封堵机构稳定设置在该位置处，第三进液通孔组21d被封堵球座21a封堵。

在该可限位防沉砂堵塞器中，多个单流阀剪钉22的剪断压力、多个坐封剪钉16的剪断压力和多个丢手剪钉3的剪断压力依次设置为呈倍数增长，使各机构之间相互配合，并实现在液压控制下依次剪断，完成内部封堵作业、外部封堵作业和丢手作业。

该可限位防沉砂堵塞器的工作原理：

使用时，首先将堵塞器连接在送入管柱底端，并下入到井底设计位置以上3米；打压至单流阀剪钉22的剪断压力，使单流阀剪钉22被剪断，单流阀21轴向下移，使锁环23进入到溢流阀球座24的限位槽中，完成内部通道封堵；与此同时，管柱内液体自开设在第二连接套13上的第一进液孔13a进入至由定位套11、限位支撑环12和第二连接套13围成的环空空间内，使液压作用在限位支撑环12的力自限位支撑环12向第一连接套10、定位支撑套7依次传递，定位支撑套7因受到轴向向上力的作用，推动定位剪钉8在定位支撑套7的力的作用下被剪断，定位支撑套7得到释放并轴向上行，使与其相配合的限位块9沿着定位支撑套7的坡面径向伸出，外径增大；

继续下放工具，由于限位块9的外径限制作用，位于限位块9以下的管柱部分能够全部进入需要封堵的管柱中，而其余部分被限制在封堵管柱外部；继续增大管柱下方压力，以确保工具到位；

继续打压并增大打压压力至坐封剪钉16的剪断压力，坐封剪钉16被剪断，使剪钉套15在自第二进液孔13b进入至由第二连接套13、坐封液缸套14和剪钉套15围成的环空空间内的液体压力作用下推动橡胶推动套17轴向向下运动压缩橡胶胶筒18，使压缩橡胶胶筒18沿径向扩张至封堵在井筒内壁上，完成外部通道封堵；与此同时，由于定位支撑环7轴向上行的同时带动第一连接套10轴向向上运动，使定位套11顶端的4～6个定位爪套装在定位推动套6底端外侧，定位爪的径向运动空间受到限制，卡装在开设于定位推动套6外壁上的凹槽内，确保限位效果；

继续打压并增大打压压力至丢手剪钉3的剪断压力，使第一连接套10连同定位支撑套7继续上行的同时推动支撑套4，丢手剪钉3被剪断，解除对丢手支撑套4的限制，丢手支撑套4上行，解除对丢手头2的径向限制，为丢手头2上的弹性爪结构径向变形提供空间；此时，上提送入管柱，上接头1、棘爪联接套2和支撑套4一同被提出井底，其余部分则留在井底封堵层位。