CN101358512A - 可分别进行钻井和完井的旋转尾管悬挂器 - Google Patents

可分别进行钻井和完井的旋转尾管悬挂器 Download PDF

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Abstract

一种可分别进行钻井和完井的旋转尾管悬挂器。主要解决现有尾管悬挂器存在不能参与钻井,不能在旋转尾管条件下固井的问题。其特征在于:由空心塞机构、坐挂机构、坐封机构及送入机构组成。该尾管悬挂器在作业时不仅能参与钻井,而且还能进行旋转固井,也可以单独作为旋转条件下进行固井的尾管悬挂器完井工具来使用,具有钻井可靠、操作安全、固井质量优良的特点。

Description

可分别进行钻井和完井的旋转尾管悬挂器
技术领域:
本发明涉及油田钻井领域中尾管钻井所用的悬挂器,尤其是可分 别进行钻井和完井的旋转尾管悬挂器。 背景技术:
套管钻井技术是一项世界范围内钻井领域的革命性新技术,具有 广泛的应用前景,尾管钻井是套管钻井的一种形式。尾管悬挂器是尾 管钻井的核心技术之一,目前的尾管悬挂器不能完全满足于该技术的 需要,并且现有的尾管悬挂器固井工艺存在一定的弊端。目前国外研 制的尾管悬挂器主要应用于完井作业,应用于尾管钻井的尾管悬挂器 本身也并不参与钻井。国内目前只能用于完井、而没有用于钻井的尾 管悬挂器。用于完井的尾管悬挂器一般采用两种工艺: 一是先坐挂尾 管,然后在不旋转尾管条件下固井。二是先在旋转尾管条件下固井, 然后再坐挂尾管。前者的缺点是固井质量难以保证。后者的缺点是固 井后如果坐挂和解脱出问题,就导致送入工具拔不出来的严重井下事 故。综上所述,现有尾管悬挂器主要存在不参与钻井,不能在旋转尾 管条件下固井的问题。 发明内容:
为了克服现有尾管悬挂器主要存在不参与钻井,不能在旋转尾管 条件下固井的不足,本发明提供一种可分别进行钻井和完井的旋转尾 管悬挂器,该尾管悬挂器在作业时不仅能参与钻井,而且还能进行旋 转固井,也可以单独作为旋转条件下进行固井的尾管悬挂器这样一种 完井工具来使用,具有钻井可靠、操作安全、固井质量优良的特点。
本发明的技术方案是:该可分别进行钻井和完井的旋转尾管悬挂 器包括下接头及上接头,由空心塞机构、坐挂机构、坐封机构及送入 机构组成;
所述的送入机构包含有上接头、挡销压帽、挡销及中心管; 上述的中心管为管状,中部外有花键,中心管上端与上接头固定
连接,中心管上部外径向盲孔内螺纹连接有挡销压帽,挡销压帽内置 有挡销,挡销压帽外端内及挡销内端外分别有相配的限位凸台,挡销 后端盲孔内置有弹簧,上接头与中心管之间设置有密封圈;
所述的坐封机构包含膨胀头、膨胀管、胶筒、滑轴、主体; 上述的主体为管状,下端有外锥螺纹,主体上部有与中心管外相 配合连接的花键,主体套在中心管外,主体与中心管对应孔内分别置 有悬挂球座及悬挂球衬,悬挂球座与悬挂球衬间置有悬挂球,悬挂球 上端中心管内外设置有密封圈;
上述的胶筒置于主体上部外台阶内;
上述的滑轴为管状,上下端分别有内外锥螺纹,滑轴上端与主体 相连,滑轴下端与下接头相连;
上述的膨胀头为管状,下部外有锥形台阶,膨胀头套在中心管上 端外;
上述的膨胀管为管状,上部内有锥形台阶,膨胀管上下端分别套 在膨胀头和主体外,膨胀头下端头与膨胀管台阶间有轴向间隙; 所述的坐挂机构包含锥体、卡瓦、滑套;
上述的滑套为管状,滑套上端内有凸台,滑套套在滑轴外,并通 过坐挂螺销固定,滑套内凸台下对应的主体及中心管上径向有过液 孔,过液孔上下的滑套内设置有密封圈,过液孔上下的中心管外设置 有密封圈;
上述的锥体为管状,下端有外锥面,锥体通过定位球固定在主体
上;
卡瓦为圆弧片状,两侧有台阶,上端内为锥面,锥面与锥体的外 锥面配合,卡瓦外带锚牙,卡瓦设置在滑套与锥体对应豁口内;
所述的空心塞机构由护套、心管、空心塞主体、球座及内筒组成;
上述的内筒为管状,内上端有环形台阶,外上部有环形凹槽,外 下端有环形凸台,内筒上固定有固定销钉和滑动销钉,固定销钉与中 心管固定连接,滑动销钉与中心管上轴向长条孔内滑动连接,内筒外 过液孔上端设置有密封圈,;
上述的球座为管状,中下部壁上有通孔,球座通过球座销钉固定 在内筒内下部,球座与内筒之间设置有密封圈; 上述的空心塞主体为管状,上部有台阶,下部有环形凹槽,空心 塞主体设置在内筒下滑轴内,空心塞主体下部凹槽内上下端分别设置 有簧片及棘爪,簧片支撑棘爪,空心塞主体与心管之间设置有密封圈;
上述的心管为管状,上端内有环形凸台,外设置有皮碗,心管设 置在空心塞主体与内筒外,心管下端通过销钉与空心塞主体固定连 接,心管上端凸台与内筒下端对应凸台滑动连接,心管与内筒之间设 置有密封圈;
上述的护套为管状,设置在心管及空心塞主体外,护套上端通过 连接销钉与中心管及心管固定连接。
上述方案中的上接头与中心管对应孔内分别置有解卡球衬及解 卡球座,解卡球衬与解卡球座间置有解卡球,上接头内通过解卡螺销 固定连接有解卡内套,解卡内套上端有与解卡工作球相配的球面;锥 体上端与主体外台阶间设置有轴承,轴承与主体台阶间设置有扶正 套;球座上端有与工作球相配的球面;空心塞主体下端为锥形;膨胀 头上端与上接头台阶间、滑套与下接头间、胶筒与主体台阶间分别设 置有扶正套。
本发明具有的有益效果是:该可分别进行钻井和完井的旋转尾管 悬挂器由于采用了上述方案,首先,因送入机构采用悬挂球将中心管 与主体连接为一体,利用悬挂球实现连接或解脱送入机构,再利用中 心管与主体间的花键传递扭矩,实现平稳钻进。
其次,因坐挂机构采用钻井液压力剪断空心塞机构与中心管固定 连接的固定销钉,再通过钻井液压力推动滑套上行,使卡瓦外的锚牙 卡在上一级套管内,所以能够实现尾管坐挂在上一级套管内。
然后,再因空心塞机构采用钻井液压力剪断球座与内筒之间的连 接球座销钉,固井通道打开,在注水泥的同时,实现旋转固井。最后 因坐封机构采用钻井液压力剪断内筒与中心管固定连接的销钉,使中 心管上行,通过挡销卡坐在膨胀头上端,下压钻柱,挡销通过膨胀头 的锥形台阶胀开膨胀管和挤压胶筒,实现软硬双密封,最后钻柱与送 入机构同时起出,尾管钻井和固井操作完成。所以说该尾管悬挂器在 作业时不仅能参与钻井,而且还能进行旋转固井,也可以单独作为旋 转条件下进行固井的尾管悬挂器这样一种完井工具来使用,具有钻井
可靠、操作安全、固井质量优良的特点。 附图说明:
附图l是本发明的结构主视图。
图中1-上接头,2-扶正套,3-解卡球座,4-解卡球,5-膨胀头, 6-挡销压帽,7-膨胀管,8-轴承,9-定位球,10-锥体,11-悬挂球座, 12-悬挂球,13-过液孔,14-固定销钉,15-连接销钉,16-坐挂螺销, 17_护套,18-棘爪,19-下接头,20-解卡内套,21-解卡球衬,22-解卡螺销,23-挡销,24-中心管,25-胶筒上滑座,26-胶筒,27-胶 筒下滑座,28-主体,29-内筒,30-悬挂球衬,31-卡瓦,32-球座, 33-滑动销钉,34-球座销钉,35-心管,36-皮碗,37-滑套,38-空心 塞主体,39-滑轴,40-簧片。 具体实施方式:
下面结合附图将对本发明作进一步说明:
由图1所示,该可分别进行钻井和完井的旋转尾管悬挂器包括下 接头19及上接头1,由空心塞机构、坐挂机构、坐封机构及送入机 构组成;
所述的送入机构主要是通过花键起传递扭矩作用,同时,通过解 卡球4与上接头1和中心管24分离时起到紧急脱手的作用。送入机 构主要包含有上接头l、挡销压帽6、挡销23及中心管24。中心管 24主要起连接作用,中心管24为管状,中部外有花键,花键主要起 传递扭矩作用,上接头1与中心管24对应孔内分别置有解卡球衬21 及解卡球座3,解卡球衬21与解卡球座3间对应半球凹槽置有解卡 球4,解卡球衬21和解卡球座3起固定解卡球4作用,上接头1内 通过解卡螺销22固定连接有解卡内套20,解卡内套20起限止解卡 球衬21作用,解卡内套20上端有与解卡工作球相配的球面,球面是 是为了增强与解卡球的密封作用。中心管24上部外径向盲孔内螺纹 连接有挡销压帽6,挡销压帽6外端内带环形限位凸台,挡销压帽6 内置有挡销23,挡销23内端外带环形限位凸台,挡销23后端盲孔 内置有弹簧,挡销压帽6是起限止挡销23作用,通过挡销23能够将 钻柱重量作用在膨胀头5上,上接头1与中心管24之间设置有密封 圈。为了防止完钻后出现无法脱开的现象,使得钻柱无法提出,所以
采用了上接头1与中心管24通过解卡球衬21、解卡球座3及解卡球 4这样的连接结构,如果,在完钻后出现无法脱开的现象,通过投入 解卡球,钻井液升压,使上接头1与解卡内套20的连接解卡螺销22 剪断,解卡内套20再不对解卡球4限止,解卡球4向内移动,上接 头1与中心管24脱开,从而有效的防止钻柱无法提出现象产生,保 证钻井和固井的安全运行。在心管35与中心管24固定连接的销钉 15剪断后,上提钻柱后,中心管24上行,膨胀头5不在对挡销23 限位,挡销23弹出一部分,挡销23卡坐在膨胀头5上端,在中心管 24下落的过程中挡销23通过膨胀头5的锥形台阶胀开膨胀管7,实 现硬密封,同时,再通过膨胀管7及胶筒上滑座25挤压胶筒26,再 实现软密封。
所述的坐封机构主要作用是通过悬挂球12将坐封机构与送入机 构悬挂成一体,同时,通过膨胀管7和胶筒26完成固井后的密封。 坐封机构包含膨胀头5、膨胀管7、胶筒26、滑轴39、主体28。主 体28主要起送入机构连接和脱开作用,主体28为管状,下端有外锥 螺纹,主体28上部有与中心管24外相配合连接的花键,主体28套 在中心管24外,主体28上部外台阶内置有胶筒上滑座25及胶筒下 滑座27,胶筒上滑座25及胶筒下滑座27是起压縮和保护胶筒26作 用的,主体28与中心管24对应孔内分别置有悬挂球座11及悬挂球 衬30,悬挂球座11与悬挂球衬30间对应半球凹槽置有悬挂球12, 悬挂球座11和悬挂球衬30是起固定悬挂球12作用,通过悬挂球12 实现主体28与中心管24的悬挂连接,悬挂球12上端中心管24内外 设置有密封圈。胶筒26置于胶筒上滑座25与胶筒下滑座27间台阶 内,通过胶筒26实现软密封,胶筒26上下端有与胶筒上滑座25及 胶筒下滑座27固定连接的胶筒护套,胶筒护套是起固定和保护胶筒 26作用的,胶筒下滑座27与主体28台阶间设置有扶正套2。滑轴 39主要起连接作用,滑轴39为管状,上下端分别有内外锥螺纹,滑 轴39上端通过螺纹与主体28下端相连,滑轴39下端通过螺纹与下 接头19相连。膨胀头5主要作用是胀开膨胀管7和推动膨胀管7压 縮胶筒26,膨胀头5为管状,下部外有锥形台阶,膨胀头5套在中 心管24上端外,膨胀头5上端与上接头1台阶间设置有扶正套2。
膨胀管7主要作用是硬密封和推动胶筒26压縮,膨胀管7为管状, 上部内有锥形台阶,膨胀管7上下端分别套在膨胀头5和主体28夕卜, 下端并与胶筒上滑座25接触,膨胀头5下端头与膨胀管7台阶间有 轴向间隙,轴向间隙的大小根据膨胀管7和胶筒26膨胀情况设计。
所述的坐挂机构的主要作用是通过卡瓦31将尾管悬挂在上一级 套管内下端。坐挂机构包含锥体IO、卡瓦31、滑套37。滑套37起 动力作用,推动卡瓦31上行。滑套37为管状,滑套37上端内有凸 台,滑套37套在滑轴39外,并通过坐挂螺销16固定,滑套37内凸 台下对应的主体28及中心管24上径向有过液孔13,过液孔13上下 的滑套37内设置有密封圈,过液孔13上下的中心管24外设置有密 封圈。锥体10起胀开卡瓦31作用,锥体10为管状,下端有外锥面, 锥体10通过定位球9固定在主体28外台阶内,锥体10上端与主体 28外台阶间依次设置有轴承8和扶正套2。卡瓦31主要起锚定作用, 卡瓦31为圆弧片状,两侧有台阶,上端内为锥面,锥面与锥体10 的外锥面配合,卡瓦31外带锚牙,卡瓦31设置在滑套37与锥体10 对应豁口内。
所述的空心塞机构的主要作用是通过球座32和内筒29密封憋 压,剪断销钉,开通过液孔13和注水泥通道。空心塞机构包含有护 套17、心管35、空心塞主体38、球座32及内筒29组成。内筒29 主要作用是对连接中心管24和主体28的悬挂球12进行限位,并与 实心塞进行复合。内筒29为管状,内上端有环形台阶,外上部有环 形凹槽,外下端有环形凸台,内筒29上固定有1个固定销钉14和1 个滑动销钉33,固定销钉14与中心管24固定连接,滑动销钉33与 中心管24上轴向长条孔内滑动连接,长条孔的长度以内筒29能够使 内筒29上端和中心管24内的密封圈失去密封作用为准,内筒29外 过液孔13上端设置有密封圈。球座32主要起密封憋压作用,球座 32为管状,球座32上端有与工作球相配的球面,中下部壁上有通孔, 球座32通过球座销钉34固定在内筒29内下部,球座32与内筒29 之间设置有密封圈。空心塞主体38主要起反向限止作用,空心塞主 体38为管状,上部外有台阶,下部外有环形凹槽,空心塞主体38 下端为锥形。空心塞主体38设置在内筒29下滑轴39内,空心塞主体38下部环形凹槽内下端铰链有棘爪18,空心塞主体38下部环形 凹槽内上端固定有簧片40,簧片40置于棘爪18内,簧片40用于支 撑棘爪18,棘爪18通过与尾管下部连接的花篮式胶筒座内的台阶相 卡,使空心塞机构和内筒29不能上行,空心塞主体38与心管35之 间设置有密封圈。心管35起清除尾管内水泥浆作用,心管35为管状, 上端内有环形凸台,外有皮碗36,心管35设置在空心塞主体38与 内筒29外,心管35下端通过销钉与空心塞主体38固定连接,心管 35上端凸台与内筒29下端对应凸台滑动连接,心管35与内筒29之 间设置有密封圈。护套17为管状,设置在心管35及空心塞主体38 外,护套17上端通过连接销钉15与中心管24及心管35固定连接, 护套17是起保护心管35上皮碗36作用,防止皮碗36损坏。
实际使用时,在完成上一级套管完井后,将该可分别进行钻井和 完井的旋转尾管悬挂器连接在钻铤下端,再将尾管连接在该可分别进 行钻井和完井的旋转尾管悬挂器下端,即可正常钻进。在钻井时,因 中心管24与主体28之间采用悬挂球12连接为一体,利用中心管24 与主体28间的花键传输动力,所以钻铤能够通过上接头1、中心管 24、主体28、滑轴39及下接头19带动尾管下的钻头旋转,实现平 稳钻进。在钻进到预定深度后,不用起钻柱,直接将工作球从钻柱投 入到该可分别进行钻井和完井的旋转尾管悬挂器的球座32的上端, 工作球与球座32上端的球面产生密封,升高压力,当压力达到5兆 帕时,使内筒29与中心管24固定连接的固定销钉14剪断,内筒29 下行,内筒29通过悬挂球衬30还对悬挂球12限位,内筒29上端的 密封圈失效,钻井液从过液孔13进入滑套37上端凸台内,推动滑套 37剪断滑套37与滑轴39之间的坐挂螺销16,滑套37上行,推动卡 瓦31沿锥体10下端外锥面上行,在锥体10锥面的作用下卡瓦31 向外膨胀,使卡瓦31外的锚牙卡在上一级套管内,坐挂机构实现坐 挂。坐挂后,继续升压到8兆帕,使内筒29与中心管24连接的滑动 销钉33剪断,内筒29不再对悬挂球12进行限位,悬挂球12向内移 出,中心管24与主体28的悬挂脱开,这时主体28通过花键能够与 中心管24同步旋转,但中心管24不再承载主体28及其下部的载荷, 实现送入机构与坐挂机构的脱开。脱开后,继续升压到15兆帕,球
座32与内筒29之间的连接球座销钉34被剪断,工作球与球座32 一同脱落,固井通道打开,可进行注水泥,在注水泥的同时,可通过 钻铤带动中心管24旋转,再通过中心管24与主体28间的花键带动 主体28及其以下钻具组合旋转,实现旋转固井。注水泥结束后,将 实心塞从钻柱投入到该可分别进行钻井和完井的旋转尾管悬挂器的 内筒29的上端,实心塞与内筒29上端产生密封,这时升高压力,当 压力达到15兆帕时,使心管35与中心管24固定的连接销钉15剪断, 内筒29及心管35—同脱落,上提钻柱,实现钻柱与送入机构的彻底 脱开,在中心管24上行过程中,膨胀头5不再对挡销23限位,挡销 23弹出,挡销23卡坐在膨胀头5上端,下压钻具,在中心管24下 落的过程中挡销23通过膨胀头5的锥形台阶胀开膨胀管7,实现硬 密封,同时,再通过膨胀管7及胶筒上滑座25挤压胶筒26,再实现 软密封,最终达到双坐封。最后钻杆与送入机构同时起出,尾管钻井 和固井操作完成。
综上所述,不难看出该可分别进行钻井和完井的旋转尾管悬挂器 不仅可以参与钻井,而且可先坐挂,然后旋转固井,实现双重密封, 从而简化了尾管钻井工艺,提高了尾管钻井效率和质量,降低尾管钻 井的成本,而且钻井可靠,操作安全。所以说该尾管悬挂器在作业时 不仅能参与钻井,而且还能进行旋转固井,也可以单独作为旋转条件 下进行固井的尾管悬挂器这样一种完井工具来使用,具有钻井可靠、 操作安全、固井质量优良的特点。

Claims (6)

1、一种可分别进行钻井和完井的旋转尾管悬挂器,包括下接头(19)及上接头(1),其特征在于:由空心塞机构、坐挂机构、坐封机构及送入机构组成; 所述的送入机构包含有上接头(1)、挡销压帽(6)、挡销(23)及中心管(24); 上述的中心管(24)为管状,中部外有花键,中心管(24)上端与上接头(1)固定连接,中心管(24)上部外径向盲孔内螺纹连接有挡销压帽(6),挡销压帽(6)内置有挡销(23),挡销压帽(6)外端内及挡销(23)内端外分别有相配的限位凸台,挡销(23)后端盲孔内置有弹簧,上接头(1)与中心管(24)之间设置有密封圈; 所述的坐封机构包含膨胀头(5)、膨胀管(7)、胶筒(26)、滑轴(39)、主体(28); 上述的主体(28)为管状,下端有外锥螺纹,主体(28)上部有与中心管(24)外相配合连接的花键,主体(28)套在中心管(24)外,主体(28)与中心管(24)对应孔内分别置有悬挂球座(11)及悬挂球衬(30),悬挂球座(11)与悬挂球衬(30)间置有悬挂球(12),悬挂球(12)上端中心管(24)内外设置有密封圈; 上述的胶筒(26)置于主体(28)上部外台阶内; 上述的滑轴(39)为管状,上下端分别有内外锥螺纹,滑轴(39)上端与主体(28)相连,滑轴(39)下端与下接头(19)相连; 上述的膨胀头(5)为管状,下部外有锥形台阶,膨胀头(5)套在中心管(24)上端外; 上述的膨胀管(7)为管状,上部内有锥形台阶,膨胀管(7)上下端分别套在膨胀头(5)和主体(28)外,膨胀头(5)下端头与膨胀管(7)台阶间有轴向间隙; 所述的坐挂机构包含锥体(10)、卡瓦(31)、滑套(37); 上述的滑套(37)为管状,滑套(37)上端内有凸台,滑套(37)套在滑轴(39)外,并通过坐挂螺销(16)固定,滑套(37)内凸台下对应的主体(28)及中心管(24)上径向有过液孔(13),过液孔(13)上下的滑套(37)内设置有密封圈,过液孔(13)上下的中心管(24)外设置有密封圈; 上述的锥体(10)为管状,下端有外锥面,锥体(10)通过定位球(9)固定在主体(28)上; 卡瓦(31)为圆弧片状,两侧有台阶,上端内为锥面,锥面与锥体(10)的外锥面配合,卡瓦(31)外带锚牙,卡瓦(31)设置在滑套(37)与锥体(10)对应豁口内; 所述的空心塞机构由护套(17)、心管(35)、空心塞主体(38)、球座(32)及内筒(29)组成; 上述的内筒(29)为管状,内上端有环形台阶,外上部有环形凹槽,外下端有环形凸台,内筒(29)上固定有固定销钉(14)和滑动销钉(33),固定销钉(14)与中心管(24)固定连接,滑动销钉(33)与中心管(24)上轴向长条孔内滑动连接,内筒(29)外过液孔(13)上端设置有密封圈; 上述的球座(32)为管状,中下部壁上有通孔,球座(32)通过球座销钉(34)固定在内筒(29)内下部,球座(32)与内筒(29)之间设置有密封圈; 上述的空心塞主体(38)为管状,上部有台阶,下部有环形凹槽,空心塞主体(38)设置在内筒(29)下滑轴(39)内,空心塞主体(38)下部凹槽内上下端分别设置有簧片(40)及棘爪(18),簧片(40)支撑棘爪(18),空心塞主体(38)与心管(35)之间设置有密封圈; 上述的心管(35)为管状,上端内有环形凸台,外设置有皮碗(36),心管(35)设置在空心塞主体(38)与内筒(29)外,心管(35)下端通过销钉与空心塞主体(38)固定连接,心管(35)上端凸台与内筒(29)下端对应凸台滑动连接,心管(35)与内筒(29)之间设置有密封圈; 上述的护套(17)为管状,设置在心管(35)及空心塞主体(38)外,护套(17)上端通过连接销钉(15)与中心管(24)及心管(35)固定连接。
2、根据权利要求1所述的可分别进行钻井和完井的旋转尾管悬 挂器,其特征在于:上接头(1)与中心管(24)对应孔内分别置有解卡 球衬(21)及解卡球座(3),解卡球衬(21)与解卡球座(3)间置有解卡球 (4),上接头(1)内通过解卡螺销(22)固定连接有解卡内套(20),解卡 内套(20)上端有与解卡工作球相配的球面。
3、 根据权利要求1所述的可分别进行钻井和完井的旋转尾管悬 挂器,其特征在于:锥体(10)上端与主体(28)外台阶间设置有轴承 (8),轴承(8)与主体(28)台阶间设置有扶正套(2)。
4、 根据权利要求1所述的可分别进行钻井和完井的旋转尾管悬 挂器,其特征在于:球座(32)上端有与工作球相配的球面。
5、 根据权利要求1所述的可分别进行钻井和完井的旋转尾管悬 挂器,其特征在于:空心塞主体(38)下端为锥形。
6、 根据权利要求1所述的可分别进行钻井和完井的旋转尾管悬 挂器,其特征在于:膨胀头(5)上端与上接头(1)台阶间、滑套(37) 与下接头间、胶筒(26)与主体(28)台阶间分别设置有扶正套(2)。
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