CN102418503B - 分支井筛管锚定补偿装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种分支井筛管锚定补偿装置，该管锚定补偿装置是由液压坐封、丢手、补偿和锚定四个部分组成，在一套装置中实现了双级液缸、旋转锚定、上提或旋转丢手以及可钻补偿套管等四项主要功能。该锚定补偿装置利用四个强力锚爪将整个分支井筛管串锚定在井眼中，防止筛管串在日后生产中从分支井眼中窜动到主井眼中，阻碍主井眼中生产管柱的下入而影响油井的生产。该管锚定补偿装置使分支井眼中的筛管起到支撑井壁和防砂作用，可延长分支井眼的使用寿命，提高单井产量。

Description

分支井筛管锚定补偿装置

技术领域

本发明是关于一种用于油气藏鱼刺分支井的完井工具，尤其涉及一种分支井筛管锚定补偿装置。

背景技术

鱼刺分支井技术是21世纪钻井领域的标志性技术，其核心是以完井工具研究为主的鱼刺分支井完井技术。鱼刺井是一种形态较为特殊的分支井，其主井眼通常平行于油层水平延伸，各分支井眼从主井眼侧向钻出，各分支眼的空间分布与主井眼基本上在同一油层，分支井眼与主井眼相比长度较短。鱼刺分支井可以从一个井眼中获得最大的总水平位移，在相同或不同方向上钻穿不同深度的多套油气层。适用于碎屑岩、碳酸岩、变质岩、岩浆岩储层以及适用于新老油田的低渗透油层、重油油藏、多层薄油层、裂缝性油层、复杂断块油藏以及开发煤层气。因此近年来得到了广泛的应用。

鱼刺分支井是将水平井单一水平轨迹在油藏中的分布改为多个水平段在油藏中的空间展布，以增大波及体积，从而提高单井产量和最终采收率。该技术解决了油藏开发中靠简单增加水平段长度难以提高油藏动用程度的问题、改善了开发效果。目前鱼刺分支井的完井方式大体有裸眼完井、砾石充填完井、割缝衬管完井和侧向回接系统完井四种。从钻井角度来讲，最简单的分支井与非常复杂的分支井区别不大，但完井工具和结构却大不相同，

现有鱼刺分支井筛管完井术，是在分支井眼中下入筛管，筛管顶部没有采用锚定装置加以锚定，不能防止筛管因重力产生下滑，使分支井眼中的筛管起不到支撑井壁和防砂作用，缩短了分支井眼的使用寿命，达不到提高单井产量的目的。

有鉴于此，本发明人凭借多年的相关设计和制造经验，提出一种分支井筛管锚定补偿装置，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分支井筛管锚定补偿装置，能够防止筛管因重力产生下滑，使分支井眼中的筛管起到支撑井壁和防砂作用，以延长分支井眼的使用寿命，提高单井产量。

本发明的目的是这样实现的，一种分支井筛管锚定补偿装置，该锚定补偿装置包括一内管，内管中部设有一外凸缘；内管上端外接一上接头，上接头上端内接钻杆短节；上接头下端外接一液缸外套管，在液缸外套管与内管之间且位于凸缘上侧密封设有第一环形活塞；在凸缘下侧密封设有第二环形活塞，第二环形活塞向上延伸设有连接管，连接管的管壁密封穿过液缸外套管与内管凸缘之间的间隙后抵顶于第一环形活塞的下端，液缸外套管与第二环形活塞由第一剪切销钉连接；所述内管管壁上分别设有与第一环形活塞和第二环形活塞上侧空间导通的透孔；所述第二环形活塞下端外接一活塞管，所述内管下端外接有分瓣爪部件；所述分瓣爪部件由管体和沿管体向下延伸并呈周向间隔设置的多个爪体构成，爪体围成的圆周内径呈上小下大的渐扩状，所述分瓣爪部件的管体内套设一丢手管并由第二剪切销钉连接；所述丢手管下端内接一挡柱，挡柱下端固定套设一上小下大的锥形支撑管，所述锥形支撑管的圆周侧面与多个爪体的内侧面对应接触；所述分瓣爪部件由周向间隔设置的多个爪体外接于一中心管的上端；中心管的上端外套一连接套管并由第三剪切销钉连接，所述连接套管的顶端抵靠于活塞管的底端；所述连接套管、活塞管和液缸外套管的外径相同，一可钻补偿套管套设于连接套管、活塞管和液缸外套管的外壁并向上延伸至上接头和钻杆短节外侧；所述中心管的下端外接一管状锚爪座，所述锚爪座上部围绕中心管外壁形成均布的多个枢接座，锚爪座下部设有连接筛管的外螺纹；所述每个枢接座上枢接一锚爪，所述锚爪呈轴向贴靠于中心管的管壁，其底端与枢接座枢接，所述锚爪上端内侧面形成由下向上逐渐远离中心管外壁的斜面，所述锚爪外侧沿周向设有能锚固于井壁的齿形槽；所述连接套管底端外接一管状锥体，所述管状锥体的锥面与多个锚爪的斜面贴合。

在本发明的一较佳实施方式中，所述可钻补偿套管套的底端向内凸设一环形凸台，所述连接套管的外壁下端对应该环形凸台形成一内缩的阶梯部，所述环形凸台卡设于该阶梯部，该环形凸台的底端抵靠于管状锥体的顶端。

在本发明的一较佳实施方式中，所述可钻补偿套管套由碳纤维增强热固型酚醛树脂材料制成。

在本发明的一较佳实施方式中，所述锥形支撑管套设于挡柱下端并由一螺旋连接于挡柱底端的挡环固定。

在本发明的一较佳实施方式中，所述分瓣爪部件多个爪体的外壁共同构成一圆周面，该圆周面上设有外螺纹，所述中心管的上端设有内螺纹，多个爪体内侧抵靠于锥形支撑管的侧面后，所述圆周面上的外螺纹与中心管上端的内螺纹构成螺纹连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述管状锥体的内壁滑动地贴合于中心管的外壁；所述管状锥体的内壁设有一环槽，环槽中设有一紧锁环；所述紧锁环内壁面和中心管外壁设有阻止管状锥体沿中心管上滑的齿牙。

在本发明的一较佳实施方式中，所述锚爪的横截面呈与中心管圆周面相同的圆弧状，锚爪沿轴向呈两端窄中间宽的形状；所述各锚爪呈轴向贴靠于中心管的管壁后由点焊固定。

在本发明的一较佳实施方式中，所述锚爪和枢接座分别对应设置四个；所述锚爪和锚爪座是由42CrMo或35CrMo制成。

在本发明的一较佳实施方式中，所述分瓣爪部件管体与爪体的结合位置向内侧凸设一挡止环；所述丢手管上端管壁向外侧设有一凸环，所述凸环外侧面与分瓣爪部件管体内壁密封滑动接触；所述丢手管的管壁与所述挡止环的内侧面接触。

在本发明的一较佳实施方式中，所述活塞管的底端及连接套管的顶端分别向内侧凸设有滑动地抵靠于分瓣爪部件管体的凸缘。

由上所述，本发明的分支井筛管锚定补偿装置，是由液压坐封、丢手、补偿和锚定四个部分组成，在一套装置中实现了双级液缸、旋转锚定、上提或旋转丢手以及可钻补偿套管等四项主要功能。该锚定补偿装置利用四个强力锚爪将整个分支井筛管串锚定在井眼中，防止筛管串在日后生产中从分支井眼中窜动到主井眼中，阻碍主井眼中生产管柱的下入而影响油井的生产。该管锚定补偿装置使分支井眼中的筛管起到支撑井壁和防砂作用，可延长分支井眼的使用寿命，提高单井产量。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1：为本发明分支井筛管锚定补偿装置的结构示意图。

图1A：为图1中上段结构放大示意图。

图1B：为图1中下段结构放大示意图。

图2：为本发明中分瓣爪部件的结构示意图。

图3A：为本发明中锚爪座的结构示意图。

图3B：为图3A的俯视示意图。

图4A：为本发明中锚爪的结构示意图。

图4B：为图4A的俯视示意图。

图4C：为图4A的右视示意图。

图4D：为图4A的左视示意图。

图5A：为本发明中锁紧环的结构示意图。

图5B：为图5A的侧视示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1、图1A、图1B所示，本发明提供一种分支井筛管锚定补偿装置100，该锚定补偿装置100包括一内管7，内管7中部设有一外凸缘71；内管7上端外接一上接头3，在本实施方式中，所述上接头3与内管7为螺纹连接并由第二防转销钉8固定，上接头3上端内接钻杆短节1；上接头3下端外接一液缸外套管5，在本实施方式中，所述上接头3与液缸外套管5为螺纹连接并由第一防转销钉4固定，两者结合面上设有胶圈6；在液缸外套管5与内管7之间且位于凸缘71上侧密封设有第一环形活塞10，第一环形活塞10的两侧面设有胶圈9；在凸缘71下侧密封设有第二环形活塞11，第二环形活塞11内侧面设有胶圈14，第二环形活塞11向上延伸设有连接管111，连接管111的管壁密封穿过液缸外套管5与内管凸缘71之间的间隙后抵顶于第一环形活塞10的下端，内管凸缘71的外侧面设有胶圈12，液缸外套管5与第二环形活塞11由第一剪切销钉13连接；所述内管7管壁上分别设有与第一环形活塞10和第二环形活塞11上侧空间导通的透孔72、73；所述第二环形活塞11下端外接一活塞管16，两者为螺纹连接并由第三防转销钉15固定，所述内管7下端螺纹外接有分瓣爪部件18并由第四防转销钉17固定，两者结合面之间设有胶圈19；如图2所示，所述分瓣爪部件18是由管体181和沿管体181向下延伸并呈周向间隔设置的多个爪体182构成，爪体182围成的圆周内径呈上小下大的渐扩状，所述分瓣爪部件的管体181内套设一丢手管21并由第二剪切销钉24连接，丢手管21的顶部抵靠于内管7的底部；所述丢手管21下端螺纹内接一挡柱22，两者结合面之间设有胶圈23，挡柱22下端固定套设一上小下大的锥形支撑管26，所述锥形支撑管26的圆周侧面与多个爪体182的内侧面对应接触；所述分瓣爪部件18由周向间隔设置的多个爪体182外接于一中心管25的上端；中心管25的上端外套一连接套管20并由第三剪切销钉28连接，所述连接套管20的顶端抵靠于活塞管16的底端；所述连接套管20、活塞管16和液缸外套管5的外径相同，一可钻补偿套管套2套设于连接套管20、活塞管16和液缸外套管5的外壁并向上延伸至上接头3和钻杆短节1外侧；所述中心管25的下端螺纹外接一管状锚爪座33并由第五防转销钉34固定，如图3A、图3B所示，所述锚爪座33上部围绕中心管25外壁形成均布的多个枢接座331，锚爪座33下部设有连接筛管的外螺纹332；所述每个枢接座331上由销轴32枢接一锚爪31，如图4A～图4D所示，所述锚爪31呈轴向贴靠于中心管25的管壁，其底端与枢接座331枢接，所述锚爪31上端内侧面形成由下向上逐渐远离中心管25外壁的斜面311，所述锚爪31外侧沿周向设有能锚固于井壁的齿形槽312；所述连接套管20底端螺纹外接一管状锥体30，所述管状锥体30的锥面与多个锚爪31的斜面311贴合设置。

所述分支井筛管锚定补偿装置的工作过程是：在鱼刺分支井完井过程中，利用钻杆与钻杆短节1连接将带有该装置的筛管串下至设计位置。液压泵打压通过所述内管7的透孔72、73进入到第一级和第二级液缸中(即：进入到第一环形活塞10和第二环形活塞11上侧空间)，液压压力剪断所述第一剪切销钉1和所述第三剪切销钉及其所述锚爪31的焊点，使双级液缸的所述第一环形活塞10和第二环形活塞11向下推动所述活塞管16、连接套管20、可钻补偿套管2和管状锥体30。所述管状锥体30强力压开四个锚爪31；通过四个所述锚爪31在裸眼井壁中形成四道平行于中心轴线的深沟槽达到锚定筛管的目的。锚定达到要求后继续打压，压力剪断所述第二剪切销钉24，向下推开所述丢手管21、档柱22、锥形支撑管26移动；所述分辨爪部件18的多个爪体182失去所述锥形支撑管26的支撑而弹性回缩，使其与所述中心管25脱离螺纹连接，完成丢手的工序，将整个坐封部分提出井筒，留下可钻补偿套管2、连接套管20、中心管25、管状锥体30、锚爪31及锚爪座33等零件。由此，可防止主井眼与锚定装置之间的井眼坍塌阻塞整个分支井眼，起到了支撑井壁和防砂作用，延长了分支井眼的使用寿命，达到了提高单井产量的目的。

进一步，如图1所示，在本实施方式中，所述可钻补偿套管套2的底端向内凸设一环形凸台201，所述连接套管20的外壁下端对应该环形凸台201形成一内缩的阶梯部202，所述环形凸台201卡设于该阶梯部202，该环形凸台201的底端抵靠于管状锥体30的顶端。

在本实施方式中，所述可钻补偿套管套2是由碳纤维增强热固型酚醛树脂材料制成。

如图1所示，在本实施方式中，所述锥形支撑管26套设于挡柱22下端并由一螺旋连接于挡柱22底端的挡环27固定。

在本实施方式中，如图2所示，所述分瓣爪部件多个爪体182的外壁共同构成一圆周面，该圆周面上设有外螺纹183，所述中心管25的上端设有内螺纹，多个爪体182内侧抵靠于锥形支撑管26的侧面后，所述圆周面上的外螺纹183与中心管25上端的内螺纹构成螺纹连接。

如图1、图2所示，在本实施方式中，所述分瓣爪部件管体181与爪体182的结合位置向内侧凸设一挡止环184；所述丢手管21上端管壁向外侧设有一凸环211，所述凸环211外侧面与分瓣爪部件管体181内壁密封滑动接触；所述丢手管21的管壁与所述挡止环184的内侧面接触。

如图1所示，在本实施方式中，所述管状锥体30的内壁滑动地贴合于中心管25的外壁；所述管状锥体30的内壁设有一环槽，环槽中设有一紧锁环29(如图5A、图5B所示)；所述紧锁环29内壁面和中心管25外壁设有阻止管状锥体30沿中心管25上滑的齿牙(图中未示出)。

在本实施方式中，所述锚爪31的横截面呈与中心管25圆周面相同的圆弧状，以便于锚爪31能够贴靠于中心管25的外壁；锚爪31沿轴向呈两端窄中间宽的形状；所述各锚爪31呈轴向贴靠于中心管25的管壁后由点焊固定，在本实施方式中，采用由一较短的连杆两端点焊于相邻两个锚爪31的侧壁而固定的方式。

在本实施方式中，所述锚爪31和枢接座331分别对应设置四个；所述锚爪31和锚爪座33是由42CrMo或35CrMo制成。

在本实施方式中，所述活塞管16的底端及连接套管20的顶端分别向内侧凸设有滑动地抵靠于分瓣爪部件管体181的凸缘。

由上所述，本发明的技术关键主要是：

(1)分支井筛管锚定补偿装置整体结构的设计。

分支井筛管锚定补偿装置在一套装置中实现了双级液缸、旋转锚定、上提或旋转丢手以及可钻补偿套管等四项主要功能。双级液缸面积可达20000mm²，在20MPa时产生40t的推力，同时锚爪对井壁产生35t的锚定挤压力。该装置可采用上提或旋转两种丢手方式，丢手前打压25MPa，若上提管柱的方式吨位过大则可进行旋转丢手操作。

(2)分支井筛管锚定补偿装置锚定部分的研制。

锚爪、销轴和锚爪座是使用高强度合金钢42CrMo和35CrMo制造而成，形状好像锄头，前端薄而窄，切面非常锋利且能完全和锥体贴合，中间逐渐变宽变厚，提高锚爪的强度和锚定效果。一方面四个锚爪的设计能够最大限度的增大该装置的接触面积，保证锚定的稳定性和可靠性；另一方面锚爪完全张开后最大外径可达520mm，可以满足各种形式的裸眼井壁。

(3)分支井筛管锚定补偿装置补偿套管的研制。

分支井筛管锚定补偿装置的补偿套管采用碳纤维增强热固型酚醛树脂的复合材料制作而成，强度高于玻璃纤维增强树加工成的复合材料。可钻性能远远优于可钻铸铁，强度远远高于可钻铸铁。制作成的套管在分支井井眼中能够防止井壁坍塌堵塞井眼。

本发明的有益效果是：

(1)分支井筛管锚定补偿装置能够利用四个强力锚爪将整个分支井筛管串锚定在井眼中，防止筛管串在日后生产中从分支井眼中窜动到主井眼中，阻碍主井眼中生产管柱的下入而影响油井的生产。

(2)分支井筛管锚定补偿装置中可钻碳纤维增强热固型酚醛树脂补偿套管的设计填补了主井眼与锚定装置之间的一段无支撑井眼，避免了因此段坍塌造成分支井眼报废的风险，大大增长了油井的使用寿命。

(3)分支井筛管锚定补偿装置通过一趟管柱实现了对鱼刺分支井的完井，结构合理，操作性强，提高了完井的效率，也缩短了后续钻井的时间。大大提高了单一油井的产量，降低了钻井成本，也为以后的筛管打捞工序提供了可能。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种分支井筛管锚定补偿装置，其特征在于：该锚定补偿装置包括一内管，内管中部设有一外凸缘；内管上端外接一上接头，上接头上端内接钻杆短节；上接头下端外接一液缸外套管，在液缸外套管与内管之间且位于凸缘上侧密封设有第一环形活塞；在凸缘下侧密封设有第二环形活塞，第二环形活塞向上延伸设有连接管，连接管的管壁密封穿过液缸外套管与内管凸缘之间的间隙后抵顶于第一环形活塞的下端，液缸外套管与第二环形活塞由第一剪切销钉连接；所述内管管壁上分别设有与第一环形活塞和第二环形活塞上侧空间导通的透孔；所述第二环形活塞下端外接一活塞管，所述内管下端外接有分瓣爪部件；所述分瓣爪部件由管体和沿管体向下延伸并呈周向间隔设置的多个爪体构成，爪体围成的圆周内径呈上小下大的渐扩状，所述分瓣爪部件的管体内套设一丢手管并由第二剪切销钉连接；所述丢手管下端内接一挡柱，挡柱下端固定套设一上小下大的锥形支撑管，所述锥形支撑管的圆周侧面与多个爪体的内侧面对应接触；所述分瓣爪部件由周向间隔设置的多个爪体外接于一中心管的上端；中心管的上端外套一连接套管并由第三剪切销钉连接，所述连接套管的顶端抵靠于活塞管的底端；所述连接套管、活塞管和液缸外套管的外径相同，一可钻补偿套管套设于连接套管、活塞管和液缸外套管的外壁并向上延伸至上接头和钻杆短节外侧；所述中心管的下端外接一管状锚爪座，所述锚爪座上部围绕中心管外壁形成均布的多个枢接座，锚爪座下部设有连接筛管的外螺纹；所述每个枢接座上枢接一锚爪，所述锚爪呈轴向贴靠于中心管的管壁，其底端与枢接座枢接，所述锚爪上端内侧面形成由下向上逐渐远离中心管外壁的斜面，所述锚爪外侧沿周向设有能锚固于井壁的齿形槽；所述连接套管底端外接一管状锥体，所述管状锥体的锥面与多个锚爪的斜面贴合。

2.如权利要求1所述的分支井筛管锚定补偿装置，其特征在于：所述可钻补偿套管套的底端向内凸设一环形凸台，所述连接套管的外壁下端对应该环形凸台形成一内缩的阶梯部，所述环形凸台卡设于该阶梯部，该环形凸台的底端抵靠于管状锥体的顶端。

3.如权利要求1所述的分支井筛管锚定补偿装置，其特征在于：所述可钻补偿套管套由碳纤维增强热固型酚醛树脂材料制成。

4.如权利要求1所述的分支井筛管锚定补偿装置，其特征在于：所述锥形支撑管套设于挡柱下端并由一螺旋连接于挡柱底端的挡环固定。

5.如权利要求1所述的分支井筛管锚定补偿装置，其特征在于：所述分瓣爪部件多个爪体的外壁共同构成一圆周面，该圆周面上设有外螺纹，所述中心管的上端设有内螺纹，多个爪体内侧抵靠于锥形支撑管的侧面后，所述圆周面上的外螺纹与中心管上端的内螺纹构成螺纹连接。

6.如权利要求1所述的分支井筛管锚定补偿装置，其特征在于：所述管状锥体的内壁滑动地贴合于中心管的外壁；所述管状锥体的内壁设有一环槽，环槽中设有一紧锁环；所述紧锁环内壁面和中心管外壁设有阻止管状锥体沿中心管上滑的齿牙。

7.如权利要求1所述的分支井筛管锚定补偿装置，其特征在于：所述锚爪的横截面呈与中心管圆周面相同的圆弧状，锚爪沿轴向呈两端窄中间宽的形状；所述各锚爪呈轴向贴靠于中心管的管壁后由点焊固定。

8.如权利要求1所述的分支井筛管锚定补偿装置，其特征在于：所述锚爪和枢接座分别对应设置四个；所述锚爪和锚爪座是由42CrMo或35CrMo制成。

9.如权利要求1所述的分支井筛管锚定补偿装置，其特征在于：所述分瓣爪部件管体与爪体的结合位置向内侧凸设一挡止环；所述丢手管上端管壁向外侧设有一凸环，所述凸环外侧面与分瓣爪部件管体内壁密封滑动接触；所述丢手管的管壁与所述挡止环的内侧面接触。

10.如权利要求1所述的分支井筛管锚定补偿装置，其特征在于：所述活塞管的底端及连接套管的顶端分别向内侧凸设有滑动地抵靠于分瓣爪部件管体的凸缘。

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