CN101718170B - 预成型六级分支井系统工具 - Google Patents

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Abstract

石油完井用的预成型六级分支井系统工具,由送入工具短节、主井筒膨胀密封短节、中心杆、膨胀锥、膨胀发射腔、承力插座、丝堵、通液孔、内衬管、滑动槽、滑动键、滑动定向帽、铁裤上腰部、铁裤臀部、两裤支结合部、分支引导管、主支腿、分支腿、分支出口扶正块、分支引子、上定位套、分支井筒、基础套管、附胶套膨胀割缝管柱组成,该工具采用可膨胀割缝管预成型人形铁裤分支机构、主井筒膨胀悬挂密封系统工具、送入机构、坐挂定向机构共同实现窗口搭接处与井筒间的压力完整,完成主井与分支井的整井密封。该工具解决了现有技术中存在的由于在分支井眼与主井眼窗口联接处均为多管的搭接无法清除缝隙,搭接部位与井筒压力不一致的问题。可用于石油完井作业中。

Description

预成型六级分支井系统工具
技术领域:
[0001] 本发明涉及石油完井用的预成型六级分支井系统工具。
背景技术:
[0002] 分支井的关键技术是分支井与主井在窗口连接处如何实现接口支撑、接口密封和支井重入。目前采用的预开孔套管、套管回接与开窗套管之间多管搭接形成的三级、四级多底分支井提供了连通性和可及性,但是,这种搭接方式不能保证窗口压力的完整性,分支的预开孔套管与主井筒的匹配无论多完美均有间隙,不能实现与井筒压力一致,接口的机械支撑也是整个系统工具中受力最弱的部分,如专利:2005100420704,预开窗分支井完井装置及方法所采用预开窗的方式连接主井眼和分支井眼;200510136587x,分支井窗口连接装置及其连接方法中采用的在窗口连接器中设置主井眼和分支井重入导向套实现主井和分支井眼的重进入功能;以及采用套管回接及套管开窗联接方式的连接主井眼和分支井眼;美国专利5944108所采用的窗口钩式悬挂器等都有一个共同的特点,窗口处联接均为多管的搭接方式,接口的支撑是整个系统工具中受力最弱的部分,这种搭接的分支井完井工具无法清除缝隙,搭接部位压力无法实现与井筒压力一致。
发明内容:
[0003] 本发明的目的是提供一种预成型六级分支井系统工具,该工具解决了现有技术中存在的由于在分支井眼与主井眼窗口联接处均为多管的搭接无法清除缝隙,搭接部位与井筒压力不一致的问题。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种预成型六级分支井系统工具,由送入工具短节、主井筒膨胀密封短节、中心杆、膨胀锥、膨胀发射腔、承力插座、丝堵、通液孔、内衬管、滑动槽、滑动键、滑动定向帽、铁裤上腰部、铁裤臀部、两裤支结合部、分支引导管、主支腿、分支腿、分支出□扶正块、分支引子、上定位套、分支井筒、基础套管、附胶套膨胀割缝管柱组成,预成型六级分支井系统工具是在现有分支井完井系统工具的基础上,采用可膨胀割缝管预成型人形铁裤分支机构、主支井筒膨胀悬挂密封机构,送入机构、坐挂定向机构共同实现窗口搭接处与井筒间的压力完整,完井后主井眼与各分支井眼直径仍保持一致。该系统工具送入机构、主支井筒膨胀悬挂密封机构,由送入工具短节、主井筒膨胀密封短节、中心杆、膨胀锥、膨胀发射腔、承力插座、丝堵构成;系统工具坐挂定向机构,由内衬管、滑动槽、滑动键、滑动定向帽构成;系统工具可膨胀割缝管预成型人形铁裤分支机构,由预制铁裤上腰部、铁裤臀部、两裤支结合部、主支腿、分支腿构成;送入工具短节上部设有钻杆扣,下部设有内螺纹,下部外部尺寸与主井筒膨胀密封短节的内径相匹配,中间凸出部分直接搭在膨胀密封短节的顶部;中心杆与送入工具短节螺纹连接,中心杆中间部分外径大于两端,中间凸出部分设有通液孔,中心杆两端外径光滑,其下端与丝堵螺纹连接,丝堵外径大于承力插座内孔直径;用工具钢制成上端为锥状,锥度9-20度,内腔设有密封槽的膨胀锥,内径与中心杆上部尺寸相匹配,依靠中心杆的中间凸起固定在主井筒膨胀密封短节内;膨胀发射腔的外径不大于上部主井套管的通径;用具有良好塑性的可膨胀材料16Mn、不锈钢合金材料制成内有锥面,下有内丝扣的主井筒膨胀密封短节并与内衬管螺纹连接;承力插座为圆环形,内外均设有密封槽,外环上设有防转槽,可通过膨胀密封短节外设销钉与之紧固防转,也可通过内衬管上口设凸起紧固防转,该插座还没有边孔,此边孔须将分支引导管密封并固定其内;内衬管为一圆形钢管,其上端与膨胀密封短节螺纹连接,外径一侧或相对应的两侧设有滑动槽,长度不小于椭圆形分支管的长度,滑动定向帽下端设有20-60度的斜面,通过剪切与滑动键固定在内衬管上,最大外径不大于基础套管通径;预制人形铁裤:铁裤上腰部、铁裤臀部、两裤支结合部、主支腿、分支腿机构的外部均硫化或涂刷有耐磨蚀耐高温橡胶;主支腿、分支腿为椭圆形,且主支腿比分支腿长,可预制成型后进行割缝,也可先割缝再成型,割缝后交错排列,组合后的最大外径小于三级或四级完井管柱内通径;在分支腿中设有分支引导管,分支腿下端设有分支出口扶正块和分支引子,分支引子外径小于主支腿或分支腿的短轴长度,在三级或四级分支井完井管柱中,管柱的上端设有上定位套,管柱的下端设有分支井筒、主支井筒和基础套管;基础套管本体为中空常规套管,分支井筒为预开孔中空分支井筒,预开孔处为椭圆形,椭圆长轴直径与主支井筒上设有导斜器斜面长度相当,短轴直径略小于开孔套管通径。
[0005] 将该系统工具组装后,送入工具短节上与钻杆螺纹连接并送入井下分支窗口,坐挂定向机构的滑动定向帽自动找正主井预留的上定位套并坐其上,此时人形铁裤的分支腿与分支井筒方位一致,分支腿尾部上翘的分支引子自动进入分支井筒内,现场施工者可根据情况判断之后,利用钻具的重量下压系统工具,使主支腿与分支腿分开,直致两裤支结合部骑在窗口的底沿上,完成预成型筛管的送入后,地面开泵打压,当压力达到一定值后,产生的推力推动膨胀锥前行,使主支井筒膨胀悬挂密封机构中的主井筒膨胀密封短节膨胀并紧贴附在基础套管的管壁上,当压力突降,即完成主井筒上部的膨胀密封悬挂,此时膨胀锥从膨胀密封短节中窜出完成丢进。而后起出管柱,连在中心杆上的丝堵将承力插座及其上的分支引导管、分支出口扶正块、分支引子带出、留下井下工具,再下入固定胀锥或变径胀锥,从上至下依次对预制铁裤分支腿和主支腿进行膨胀,使其紧贴附在多管搭接的三、四级分支井完井管柱中,至此完成主井与分支井的整井密封。
[0006] 本发明的有益效果是,结构设计和应用比较简单;在接点处提供压力完整性和再进入能力,可以降低流动系统压力的损失,在接点处提供水力完整性,管壁光滑,进一步降低损耗,完井后主井眼与各分支井眼直径保持一致,其直径损失仅为2个预开成管壁厚,具有降低分支之间的干扰,提高产能效果。
附图说明:
[0007] 图1是本发明整体结构示意图。
[0008] 图2是本发明承力插座剖示图。
[0009] 图3是A-A截面坐挂定向机构滑动结构示意图。
[0010] 图4是B-B截面为可膨胀割缝管预成型人形裤分支结构示意图。
[0011] 图5是C-C截面为可膨胀割缝管预成型人形铁裤两裤支结构示意图。
[0012] 图6是三级或四级分支井完井管柱结构示意图。
[0013] 图7是完成系统工具丢进后留在井下工具结构不意图。[0014] 图8是膨胀成型后六级分支井系统工具与三级或四级分支井完井管贴合结构示意图。
[0015] 图中1、送入工具短节,2、主井筒膨胀密封短节,3、中心杆,4、膨胀锥,5、膨胀发射腔,6、承力插座,7、丝堵,8、通液孔,9、内衬管,10、滑动槽,11、滑动键,12、滑动定向帽,13、铁裤上腰部,14、铁裤臀部,15、两裤支结合部,16、分支引导管,17、主支腿,18、分支腿,19、分支出口扶正块,20、分支引子,21、上定位套,22、分支井筒,23、主支井筒,24、基础套管,25、附胶套膨胀割缝管柱。
具体实施方式:
[0016] 在图中,一种预成型六级分支井系统工具,由送入工具短节1、主井筒膨胀密封短节2、中心杆3、膨胀锥4、膨胀发射腔5、承力插座6、丝堵7、通液孔8、内衬管9、滑动槽10、滑动键11、滑动定向帽12、铁裤上腰部13、铁裤臀部14、两裤支结合部15、分支引导管16、主支腿17、分支腿18、分支出口扶正块19、分支引子20、上定位套21、分支井筒22、主支井筒23、基础套管24、附胶套膨胀割缝管柱25组成,预成型六级分支井系统工具是在现有分支井完井系统工具的基础上,采用可膨胀割缝管预成型人形铁裤分支机构、主井筒膨胀悬挂密封系统工具,送入机构、坐挂定向机构共同实现窗口搭接处与井筒间的压力完整,完井后主井眼与各分支井眼直径仍保持一致。该系统工具送入机构、主井筒膨胀密封悬挂机构,由送入工具短节1、主井筒膨胀密封短节2、中心杆3、膨胀锥4、膨胀发射腔5、承力插座6、丝堵7构成;系统工具坐挂定向机构,由内衬管9、滑动槽10、滑动键11、滑动定向帽12构成;系统工具可膨胀割缝管预成型人形铁裤分支机构,由预制铁裤上腰部13、铁裤臀部14、两裤支结合部15、主支腿17、分支腿18构成;送入工具短节I上部设有钻杆扣,下部设有内螺纹,下部外部尺寸与主井筒膨胀密封短节2的内径相匹配,中间凸出部分直接搭在膨胀密封短节2的顶部;中心杆3与送入工具短节I螺纹连接,中心杆3中间部分外径大于两端,中间凸出部分设有通液孔8,中心杆3两端外径光滑,其下端与丝堵螺纹连接,丝堵7外径大于承力插座6内孔直径;用工具钢制成上端为锥状,锥度9-20度,内腔设有密封槽的膨胀锥4,内径与中心杆3上部尺寸相匹配,依靠中心杆3的中间凸起固定在主井筒膨胀密封短节2内;膨胀发射腔5的外径不大于上部主井套管的通径;用具有良好塑性的可膨胀材料16Mn、不锈钢合金材料制成内有锥面,下有内丝扣的主井筒膨胀密封短节2并与内衬管9螺纹连接;承力插座6为圆环形,内外均设有密封槽,外环上设有防转槽,可通过膨胀密封短节2外设销钉与之紧固防转,也可通过内衬管9上口设凸起紧固防转,该插座还没有边孔,此边孔须将分支引导管16密封并固定其内;内衬管9为一圆形钢管,其上端与膨胀密封短节2螺纹连接,外径一侧或相对应的两侧设有滑动槽10,长度不小于椭圆形分支腿18的长度,滑动定向帽12下端设有20-60度的斜面,通过剪切与滑动键11固定在内衬管上,最大外径不大于基础套管24通径;预制人形铁裤:铁裤上腰部13、铁裤臀部14、两裤支结合部15、主支腿17、分支腿18 ;分支机构的外部均硫化或涂刷有耐磨蚀耐高温橡胶;主支腿17、分支腿18为椭圆形,且主支腿17比分支腿18长,可预制成型后进割缝,也可先割缝再成型,割缝后交错排列,组合后的最大外径小于三级或四级完井管柱内通径;在分支腿18中设有分支引导管16,分支腿18下端设有分支出口扶正块19和分支引子20,分支引子20外径小于主支腿17或分支腿18的短轴长度,在三级或四级分支井完井管柱中,管柱的上端设有上定位套21,管柱的下端设有分支井筒22、主支井筒23和基础套管24 ;基础套管24本体为中空常规套管,分支井筒22为预开孔中空分支井筒,预开孔处为椭圆形,椭圆长轴直径与主支井筒23上设有导斜器斜面长度相当,短轴直径略小于开孔套管通径。
[0017] 将该系统工具组装后,送入工具短节I上与钻杆螺纹连接并送入井下分支窗口,坐挂定向机构的滑动定向帽12自动找正主井预留上定位套21并坐其上,此时人形铁裤的分支腿18与分支井筒22方位一致,分支腿18内尾部上翘的分支引子20自动进入分支井筒22内,现场施工者可根据情况判断之后,利用钻具的重量下压系统工具,使主支腿17与分支腿18分开,直致两裤支结合部15骑在窗口的底沿上,完成预成型筛管的送入后,地面开泵打压,当压力达到一定值后,产生的推力推动膨胀锥4前行,使主井筒膨胀密封悬挂机构中的主井筒膨胀密封短节2膨胀并紧贴附在基础套管24的管壁上,当压力突降,即完成主井筒上部的膨胀密封悬挂,此时膨胀锥4从膨胀密封短节中窜出完成丢进。而后起出管柱,连在中心杆3上的丝堵7将承力插座6及其上的分支引导管16、分支出口扶正块19、分支引子20带出,留下井下工具,再下入固定胀锥或变径胀锥,从上至下依次对预制铁裤分支腿18和主支腿17进行膨胀,使其紧贴附在多管搭接的三、四级分支井完井管柱中,至此完成主井与分支井的整井密封。

Claims (1)

1.一种预成型六级分支井系统工具,由送入工具短节(I)、主井筒膨胀密封短节(2)、中心杆(3)、膨胀锥(4)、膨胀发射腔(5)、承力插座(6)、丝堵(7)、通液孔(8)、内衬管(9)、滑动槽(10)、滑动键(11)、滑动定向帽(12)、铁裤上腰部(13)、铁裤臀部(14)、两裤支结合部(15)、分支引导管(16)、主支腿(17)、分支腿(18)、分支出口扶正块(19)、分支引子(20)、上定位套(21)、分支井筒(22)、主支井筒(23)、基础套管(24)、附胶套膨胀割缝管柱(25)组成,其特征在于:预成型六级分支井系统工具是在现有分支井完井系统工具的基础上,采用可膨胀割缝管预成型人形铁裤分支机构、主支井筒膨胀悬挂密封机构,送入机构、坐挂定向机构共同实现窗口搭接处与井筒间的压力完整,完井后主井眼与各分支井眼直径仍保持一致;该系统工具送入机构、主支井筒膨胀悬挂密封机构,由送入工具短节(I)、主井筒膨胀密封短节(2)、中心杆(3)、膨胀锥(4)、膨胀发射腔(5)、承力插座(6)、丝堵(7)构成;系统工具坐挂定向机构,由内衬管(9)、滑动槽(10)、滑动键(11)、滑动定向帽(12)构成;系统工具可膨胀割缝管预成型人形铁裤分支机构,由预制铁裤上腰部(13)、铁裤臀部(14)、两裤支结合部(15)、主支腿(17)、分支腿(18)构成;送入工具短节(I)上部设有钻杆扣,下部设有内螺纹,下部外部尺寸与主井筒膨胀密封短节(2)的内径相匹配,中间凸出部分直接搭在膨胀密封短节(2)的顶部;中心杆(3)与送入工具短节(I)螺纹连接,中心杆(3)中间部分外径大于两端,中间凸出部分设有通液孔(8),中心杆(3)两端外径光滑,其下端与丝堵螺纹连接,丝堵(7)外径大于承力插座¢)内孔直径;用工具钢制成上端为锥状,锥度9-20度,内腔设有密封槽的膨胀锥(4),内径与中心杆(3)上部尺寸相匹配,依靠中心杆(3)的中间凸起固定在主井筒膨胀密封短节(2)内;膨胀发射腔(5)的外径不大于上部主井套管的通径;用具有良好塑性的可膨胀材料16Mn制成内有锥面,下有内丝扣的主井筒膨胀密封短节(2)并与内衬管(9)螺纹连接;承力插座(6)为圆环形,内外均设有密封槽,外环上设有防转槽,通过主井筒膨胀密封短节(2)外设销钉与之紧固防转,该插座还设有边孔,此边孔须将分支引导管(16)密封并固定其内;内衬管(9)为一圆形钢管,其上端与膨胀密封短节(2)螺纹 连接,外径一侧或相对应的两侧设有滑动槽(10),长度不小于椭圆形分支腿(18)的长度,滑动定向帽(12)下端设有20-60度的斜面,通过剪切与滑动键(11)固定在内衬管(9)上,最大外径不大于基础套管(24)的通径;预制人形铁裤:铁裤上腰部(13)、铁裤臀部(14)、两裤支结合部(15)、主支腿(17)、分支腿(18);整个人形铁裤分支机构的外部均硫化或涂刷有耐磨蚀耐高温橡胶;主支腿(17)、分支腿(18)为椭圆形,且主支腿(17)比分支腿(18)长,预制成型后进行割缝,割缝后交错排列,组合后的最大外径小于三级或四级完井管柱内通径;在分支腿(18)中设有分支引导管(16),分支腿(18)下端设有分支出口扶正块(19)和分支引子(20),分支引子(20)外径小于主支腿(17)或分支腿(18)的短轴长度,在三级或四级分支井完井管柱中,管柱的上端设有上定位套(21),管柱的下端设有分支井筒(22)、主支井筒(23)和基础套管(24);基础套管(24)本体为中空常规套管,分支井筒(22)为预开孔中空分支井筒,预开孔处为椭圆形,椭圆长轴直径与主支井筒(23)上设有导斜器斜面长度相当,短轴直径略小于开孔套管通径; 将该系统工具组装后,送入工具短节(I)上与钻杆螺纹连接并送入井下分支窗口,坐挂定向机构的滑动定向帽(12)自动找正主井预留上定位套(21)并坐其上,此时人形铁裤的分支腿(18)与分支井筒(22)方位一致,分支腿(18)尾部上翘的分支引子(20)自动进入分支井筒(22)内,现场施工者可根据情况判断之后,利用钻具的重量下压系统工具,使主支腿(17)与分支腿(18)分开,直至两裤支结合部(15)骑在窗口的底沿上,完成预成型筛管的送入后,地面开泵打压,当压力达到一定值后,产生的推力推动膨胀锥(4)前行,使主支井筒膨胀悬挂密封机构中的主井筒膨胀密封短节(2)膨胀并紧贴附在基础套管(24)的管壁上,当压力突降,即完成主井筒上部的膨胀密封悬挂,此时膨胀锥(4)从膨胀密封短节中窜出完成丢进,而后起出管柱,连在中心杆(3)上的丝堵(7)将承力插座(6)及其上的分支引导管(16)、分支出口扶正块(19)、分支引子(20)带出,留下井下工具,再下入固定胀锥或变径胀锥,从上至下依次对预制铁裤分支腿(18)和主支腿(17)进行膨胀,使其紧贴附在多管搭接的三、四级分支井完井管`柱中,至此完成主井与分支井的整井密封。
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