CN101718179B - 一种膨胀管安全下入方法 - Google Patents

Abstract

一种膨胀管的下入方法，应用于大直径长距离的膨胀管下入井内。包括向井眼内下入带有膨胀管安全膨胀锥的管柱；投固井胶塞与打压膨胀；回收膨胀锥总成。另外提供了一种膨胀管安全膨胀锥。效果是：在钻完井过程中能够将大直径长距离的膨胀管安全、方便下入到预定井段，且不影响后续施工的方法。由此避免了当膨胀管重量等于或大于膨胀管膨胀力时发生提前膨胀的问题。从而降低了钻完井过程中使用膨胀管的尺寸限制。

Description

一种膨胀管安全下入方法

技术领域

本发明涉及石油钻井行业的井下膨胀管技术，特别涉及一种膨胀管的下入方法，更具体来说是一种用于实现下入大直径长距离的膨胀管的方法。

背景技术

膨胀管技术是21世纪钻井领域兴起的一项核心技术，该技术主要包括4个技术体系：一是膨胀管套管系统，即膨胀管在套管井段中的应用，如套损井修复；二是膨胀管裸眼系统，即膨胀管在裸眼井段中的应用，如膨胀尾管；三是膨胀管悬挂系统，如膨胀式尾管悬挂器；四是膨胀管等直径钻井系统。膨胀管技术有着很广阔的应用前景。

膨胀管技术所用膨胀管是一种由特殊材料制成、具有良好塑性的金属钢管，下入井内后能通过机械或液压的方法使膨胀管在直径方向膨胀10～30％左右，满足井下后续工艺的要求；同时，在膨胀过程中对膨胀管进行冷轧硬化效应下，膨胀管管材强度和刚性得到提高，膨胀变形后的机械性能达到API套管钢级的同等水平。

目前，在下放膨胀管施工过程中，常规的膨胀管连接方式都是膨胀锥总成安装在打压腔内，钻杆与膨胀锥直接连接，这种连接方式都是由与钻杆相连的膨胀锥总成承载膨胀管的自重，受到膨胀压力的限制，无法下入大直径、长距离的膨胀管。(一般长度大于100m为长距离膨胀管，直径大于203mm为大直径膨胀管)。原因是：大直径、长距离的膨胀管在施工下放过程中，如果采用常规连接方式进行连接，依靠膨胀锥的膨胀面承受膨胀管的全部重量，当膨胀管的自身重量等于或大于膨胀管膨胀力时，膨胀管还未进入预定井段时就会提前发生膨胀，使膨胀管提前膨胀坐封，造成井下施工事故。

目前，国内外有较多关于膨胀管连接装置的专利申请，其膨胀锥总成的外形结构大体相同。如CN201090146Y；CN2777185Y；CN101122220A。在现有公开发表的文章中没有提供实现安全下入大直径长距离的膨胀管的方法。

发明内容

本发明的目的是：提供一种膨胀管安全膨胀锥及其下入方法，能够将大直径长距离的膨胀管安全下入到预定井段，且不影响后续施工。

本发明采用的技术方案是：膨胀管安全膨胀锥，主要由膨胀锥总成、弹性爪、下丝堵、撑套、剪销、膨胀管、连接杆和固井胶塞组成。其中，膨胀锥总成是由膨胀套和膨胀锥座组成。膨胀锥座下端有凸出的圆环形台阶，膨胀套螺纹固定膨胀锥座的外壁上，膨胀套的下端面在膨胀锥座凸出的圆环形台阶上。膨胀套的外壁有圆锥面，圆锥面能起膨胀作用。在膨胀锥座有内螺纹，膨胀锥座内螺纹固定一个有中心孔的连接杆。膨胀管的下端螺纹固定有下丝堵，膨胀锥总成在膨胀管内。下丝堵下部有中心孔，下丝堵上部有液压推进腔。其特征在于：在膨胀锥座的内壁下端与连接杆外壁之间有环形空间，在膨胀锥座内壁与连接杆外壁之间的环形空间内有环形弹性爪，弹性爪上端螺纹固定在膨胀锥座内壁下端。弹性爪下端有带外台阶的弹性瓣，弹性爪中部壁上有连通液压推进腔的侧孔，并且弹性爪的侧孔在膨胀锥座的下部；同时弹性爪的侧孔在连接杆下端的下部。弹性爪下端带台阶的弹性瓣插入下丝堵的内孔，弹性爪下端台阶有上锥面。下丝堵内孔壁有环形凹槽，下丝堵内孔壁的环形凹槽有上斜面。弹性爪下端台阶上锥面与下丝堵内孔壁环形凹槽配合，使弹性爪下端台阶能向上滑出下丝堵内孔壁环形凹槽。

在连接杆的下端并且在弹性爪的内壁上有圆环柱体的撑套，撑套上端封堵弹性爪的侧孔。撑套将弹性爪弹性瓣锁紧在下丝堵内孔壁的环形凹槽内。并且撑套的下端有向下滑动的空间，在撑套的外壁上有环形凹槽，当撑套向下滑动后弹性爪弹性瓣能进入撑套环形凹槽内，使弹性爪与下丝堵内孔壁的环形凹槽脱离。在下丝堵上均匀分布有销钉孔，销钉孔内剪销，剪销将撑套与下丝堵固定。当撑套向下滑动时能剪断剪销。

在弹性爪上端内壁与连接杆外壁之间有密封圈，在弹性爪上端外壁与膨胀锥座内壁之间有密封圈，能防止固井时水泥浆进入下丝堵上部的液压推进腔。

在膨胀管管柱下放过程中，膨胀管的重量通过膨胀锥总成传递到下丝堵上，而不会直接作用在膨胀锥总成上，在下放过程中膨胀管不会由于自身重量发生膨胀。

膨胀管安全下入方法：包括向井眼内下入带有膨胀管安全膨胀锥的管柱；投固井胶塞与打压膨胀；回收膨胀锥总成。

向井眼内下入带有膨胀管安全膨胀锥的管柱：

膨胀管安全膨胀锥和膨胀管在钻台连接后下入井内，膨胀管上端用安全卡瓦坐在转盘面上，下放钻杆从膨胀管内下入，与膨胀管下端管内的连接杆丝扣对接，这样膨胀管的重量通过连接在膨胀锥总成上的弹性爪传递到下丝堵上，由此避免了膨胀管全部重量施加在膨胀锥总成上，造成膨胀管重量当等于或大于膨胀管膨胀力时发生提前膨胀的问题。

投固井胶塞与打压膨胀：

下放钻杆与膨胀管一起下入预定井段，向管柱内泵入超缓凝水泥，投固井胶塞，泵入顶替液推动固井水泥下行，当固井胶塞到达撑套内腔后，继续加压使剪销剪断，固井胶塞的坡面带动撑套下行，使固井胶塞下端的卡簧在下丝堵上，固井胶塞和撑套便固定在下丝堵上，此时，被撑套密封的弹性爪上部连通液压推进腔的侧孔露出，使液压推进腔与管柱内连通，打开了高压液体通道，高压液体进入液压推进腔。产生推力上推膨胀锥座，推动膨胀锥总成上行，实现膨胀管膨胀，

回收膨胀锥总成：

在固井水泥凝固前完成膨胀管膨胀，并坐封在上层套管上。最后膨胀锥总成随下放钻杆一起提出井口。

本发明的有益效果：本发明膨胀管安全下入方法，在钻完井过程中能够将大直径长距离的膨胀管安全、方便下入到预定井段，且不影响后续施工的方法。由此避免了当膨胀管重量等于或大于膨胀管膨胀力时发生提前膨胀的问题。从而大大降低了钻完井过程中使用膨胀管的尺寸限制。

附图说明

图1是本发明膨胀管安全下入方法使用的膨胀管安全膨胀锥结构示意图。

图中，1.膨胀套，2.膨胀锥座，3.弹性爪，4.下丝堵，5.撑套，6.剪销，7.膨胀管，8.连接杆，9.固井胶塞。

具体实施方式

实施例1：以一次膨胀管安全下入过程为例，对本膨胀管安全下入方法作进一步详细说明。

使用膨胀管7固井500米，膨胀管7封堵表层以下不稳定地层，膨胀管7上部与20″套管重合10～20米。胀管前外径为406mm。

参阅图1。本发明膨胀管安全下入方法所用的膨胀管安全膨胀锥部件为：膨胀锥总成，底部连接弹性爪3，最大外径为410mm；下丝堵4上部为连接螺纹，下部为导向锥，最大外径430mm；以及撑套5和剪销6。膨胀管7的外径406mm，内径380mm，最下端的膨胀管加工有内径410mm，外径430mm的发射腔，安全膨胀锥安放在发射腔内，带有密封圈的下丝堵4与发射腔螺纹连接。弹性爪3的弹性瓣插入下丝堵4内孔，与下丝堵4锁死。固井胶塞9根据所使用钻杆的规格型号选型。

膨胀锥总成是由膨胀套1和膨胀锥座2组成。膨胀锥座2下端有凸出的圆环形台阶，膨胀套1螺纹固定膨胀锥座2的外壁上，膨胀套1的下端面在膨胀锥座2凸出的圆环形台阶上。膨胀套1的外壁有圆锥面，圆锥面能起膨胀作用。在膨胀锥座2有内螺纹，膨胀锥座2内螺纹固定一个有中心孔的连接杆8。膨胀管7的下端螺纹固定有下丝堵4，膨胀锥总成在膨胀管7内。下丝堵4下部有中心孔，下丝堵4上部有液压推进腔。其特征在于：在膨胀锥座2的内壁下端与连接杆8外壁之间有环形空间，在膨胀锥座2内壁与连接杆8外壁之间的环形空间内有环形弹性爪3，弹性爪3上端螺纹固定在膨胀锥座2内壁下端。弹性爪3下端有带外台阶的弹性瓣，弹性爪3中部壁上有连通液压推进腔的侧孔，并且弹性爪3的侧孔在膨胀锥座2的下部；同时弹性爪3的侧孔在连接杆8下端的下部。弹性爪3下端带台阶的弹性瓣插入下丝堵4的内孔，弹性爪3下端台阶有上锥面。下丝堵4内孔壁有环形凹槽，下丝堵4内孔壁的环形凹槽有上斜面。弹性爪3下端台阶上锥面与下丝堵4内孔壁环形凹槽配合，使弹性爪3下端台阶能向上滑出下丝堵4内孔壁环形凹槽。

在连接杆8的下端并且在弹性爪3的内壁上有圆环柱体的撑套5，撑套5上端封堵弹性爪3的侧孔。撑套5将弹性爪3弹性瓣锁紧在下丝堵4内孔壁的环形凹槽内。并且撑套5的下端有向下滑动的空间。在撑套5的外壁上有一个环形凹槽。在下丝堵4上均匀分布有销钉孔，销钉孔内剪销6，剪销6将撑套5与下丝堵4固定。当撑套5向下滑动时能剪断剪销6。

在弹性爪3上端内壁与连接杆8外壁之间有密封圈，在弹性爪3上端外壁与膨胀锥座2内壁之间有密封圈，能防止固井时水泥浆进入下丝堵4上部的液压推进腔。

本发明方法具体实施的过程为：

向井眼内下入带有膨胀管安全膨胀锥的管柱；

膨胀管安全膨胀锥和膨胀管7在钻台连接后下入井内，膨管7上端用安全卡瓦坐在转盘面上，下放钻杆从膨胀管内下入，与膨胀管下端管内的连接杆8丝扣对接。

投固井胶塞9与打压膨胀：

下放钻杆与膨胀管一起下入预定井段，向管柱内泵入超缓凝水泥，投固井胶塞9，泵入顶替液，推动固井水泥下行，当固井胶塞9到达撑套5内腔后，打压至10Mpa，使剪销6剪断，复合固井胶塞9的坡面带动撑套5下行，使固井胶塞9下端的卡簧卡在下丝堵4上，固井胶塞9和撑套5便固定在下丝堵4上，此时，被撑套5密封的弹性爪3上部连通液压推进腔的侧孔露出，使液压推进腔与管柱内连通，打开了高压液体通道，继续打压并将压力维持在10.5MPa，高压液体进入液压推进腔。产生推力上推膨胀锥座2，推动膨胀锥总成上行，实现膨胀管7膨胀，胀管后内通径为410mm。

回收膨胀锥总成：

在固井水泥凝固前完成膨胀管膨胀，并坐封在上层套管上。最后膨胀锥总成随下放钻杆一起提出井口。

Claims (2)

1.一种膨胀管安全下入方法，其特征在于：包括向井眼内下入带有膨胀管安全膨胀锥的管柱；投固井胶塞(9)与打压膨胀；回收膨胀锥总成，

向井眼内下入带有膨胀管安全膨胀锥的管柱：

膨胀管安全膨胀锥和膨胀管(7)在钻台上连接后下入井内，膨胀管(7)上端用安全卡瓦坐在转盘面上，下放钻杆从膨胀管内下入，与膨胀管下端管内的连接杆(8)丝扣对接；

投固井胶塞(9)与打压膨胀：

下放钻杆与膨胀管一起下入预定井段，向管柱内泵入缓凝水泥，投固井胶塞(9)，泵入顶替液推动固井水泥下行，当固井胶塞(9)到达撑套(5)内腔后，继续加压迫使剪销(6)剪断，复合固井胶塞(9)的坡面带动撑套(5)下行，使固井胶塞(9)下端的卡簧在下丝堵(4)上，固井胶塞(9)和撑套(5)便固定在下丝堵(4)上，被撑套(5)密封的弹性爪(3)上部连通液压推进腔的侧孔露出，使液压推进腔与管柱内连通，打开了高压液体通道，高压液体进入液压推进腔，继续打压，液体压力上推膨胀锥座(2)底部，产生压力推动膨胀锥总成上行，实现膨胀管(7)膨胀；

回收膨胀锥总成：

在固井水泥凝固前完成膨胀管(7)膨胀，并坐封在上层套管上，最后将膨胀锥总成随下放钻杆一起提出井口。

2.如权利要求1所述的膨胀管安全下入方法，其特征在于：所述的膨胀管安全膨胀锥由膨胀锥总成、弹性爪(3)、下丝堵(4)、撑套(5)、剪销(6)、膨胀管(7)、连接杆(8)和固井胶塞(9)组成，其中，膨胀锥总成是由膨胀套(1)和膨胀锥座(2)组成，膨胀锥座(2)下端有凸出的圆环形台阶，膨胀套(1)螺纹固定膨胀锥座(2)的外壁上，膨胀套(1)的下端面在膨胀锥座(2)凸出的圆环形台阶上，膨胀套(1)的外壁有圆锥面，在膨胀锥座(2)有内螺纹，膨胀锥座(2)内螺纹固定一个有中心孔的连接杆(8)，膨胀管(7)的下端螺纹固定有下丝堵(4)，膨胀锥总成在膨胀管(7)内，下丝堵(4)下部有中心孔，下丝堵(4)上部有液压推进腔；其特征在于：在膨胀锥座(2)的内壁下端与连接杆(8)外壁之间有环形空间，在膨胀锥座(2)内壁与连接杆(8)外壁之间的环形空间内有环形弹性爪(3)，弹性爪(3)上端螺纹固定在膨胀锥座(2)内壁下端，弹性爪(3)下端有带外台阶的弹性瓣，弹性爪(3)中部壁上有连通液压推进腔的侧孔，并且弹性爪(3)的侧孔在膨胀锥座(2)的下部；同时弹性爪(3)的侧孔在连接杆(8)下端的下部，弹性爪(3)下端带台阶的弹性瓣插入下丝堵(4)的内孔，弹性爪(3)下端台阶有上锥面，下丝堵(4)内孔壁有环形凹槽，下丝堵(4)内孔壁的环形凹槽有上斜面，弹性爪(3)下端台阶上锥面与下丝堵(4)内孔壁环形凹槽配合，使弹性爪(3)下端台阶能向上滑出下丝堵(4)内孔壁环形凹槽；

在连接杆(8)的下端并且在弹性爪(3)的内壁上有圆环柱体的撑套(5)，撑套(5)上端封堵弹性爪(3)的侧孔，撑套(5)将弹性爪(3)弹性瓣锁紧在下丝堵(4)内孔壁的环形凹槽内，并且撑套(5)的下端有向下滑动的空间，在撑套(5)的外壁上有环形凹槽，在下丝堵(4)上均匀分布有销钉孔，销钉孔内有剪销(6)，剪销(6)将撑套(5)与下丝堵(4)固定；

在弹性爪(3)上端内壁与连接杆(8)外壁之间有密封圈，在弹性爪(3)上端外壁与膨胀锥座(2)内壁之间有密封圈。

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