CN102979472B - 膨胀式悬挂器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油钻井中固井用悬挂膨胀装置技术领域，是一种膨胀式悬挂器，其包括膨胀管、转换筒、单流阀座、引鞋、膨胀装置、可打捞及坐封装置和单流控制装置；在膨胀管内安装有膨胀装置，膨胀管包括自上而下内外径依序增大的胀径管、锥台形斜管颈和本体，胀径管的上部外壁上固定有硫化橡胶圈或自上而下固定有至少两圈的硫化橡胶圈；本体的下端与转换筒的上端固定安装在一起，转换筒的内径与本体的内径相同，在本体下部与转换筒之间的内腔中安装有可打捞及坐封装置。在油气井井筒通径损失最小的情况下，通过管材的扩张冷拔变形达到悬挂与密封，可靠性高，密封不易失效，以安全、快速的完成尾管的悬挂固井作业。

Description

膨胀式悬挂器

技术领域

本发明涉及石油钻井中固井用悬挂膨胀装置技术领域，是一种膨胀式悬挂器。

背景技术

在水平井、定向井以及侧钻水平井等油井的完井管柱结构中，悬挂器是其中最重要的一个环节，常规的悬挂器为机械悬挂，挤压密封，悬挂和密封容易失效，给油田的开采带来麻烦；并且常规悬挂器通径小，特别是侧钻井使用常规悬挂器后，限制了油井的后期开发措施；为有效修复套损井或打捞 、铣磨工艺无法处理的复杂事故井，通常采用开窗侧钻工艺，并下小尺寸尾管固井完井；这种办法确实解决了油田开发中后期部分高难度大修井复产问题，但由于尾管内通径较小，给注采工具配套和增产措施作业带来很多麻烦，尤其是在5-1/2in套管内的侧钻水平井，使用2-7/8in或3-1/2in油管完井，其内通径尺寸不具备重入可能，大大降低了侧钻井有效利用时间。

发明内容

本发明提供了一种膨胀式悬挂器，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决常规悬挂器密封易失效和尾管内通径较小对作业带来麻烦的问题。

本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种膨胀式悬挂器，包括膨胀管、转换筒、单流阀座、引鞋、膨胀装置和可打捞及坐封装置；在膨胀管的上部内腔中安装有膨胀装置，膨胀管包括自上而下内外径依序增大的胀径管、锥台形斜管颈和本体，胀径管的上部外壁上固定有硫化橡胶圈或自上而下固定有至少两圈的硫化橡胶圈；本体的下端与转换筒的上端固定安装在一起，转换筒的内径与本体的内径相同，在本体的下部和转换筒的内腔中安装有可打捞及坐封装置，转换筒的下部外壁与单流阀座的上部内壁固定安装在一起，单流阀座的上部内径与转换筒的内径相同，单流阀座的中部内壁上有环形凹槽，环形凹槽内安装有第一C形弹簧圈，在环形凹槽下方的单流阀座内壁上固定有限位凸台，在限位凸台下方的单流阀座内壁上固定安装有筛网杯，筛网杯内放置有外径大于单流阀座最小内径的胶木球，单流阀座的下部外壁与引鞋的上部内壁固定安装在一起，引鞋的下端有通孔。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

上述膨胀装置可包括限位帽、中心管和膨胀锥；限位帽的外径与胀径管的内径相同，限位帽的上部外壁固定有外径大于胀径管内径的环形挂台，限位帽通过环形挂台座挂在胀径管的上部内腔中，中心管的上部外壁与限位帽的内壁固定安装在一起，中心管的上端固定有外径大于限位帽内径的环形凸台，膨胀锥内部有轴向的通道，膨胀锥包括自上而下内外径依序增大的锥体、锥头和定径环，锥体安装在胀径管中，锥头安装在锥台形斜管颈中，定径环安装在本体中，锥体的上部内壁与中心管的下部外壁固定安装在一起，在锥体下部至定径环之间的内腔中固定安装有内部有轴向通道的钢芯，定径环下端的钢芯外壁上固定有唇形密封圈，唇形密封圈的上端面与定径环的下端面紧密贴合，唇形密封圈的外壁与本体的内径紧密贴合。

上述可打捞及坐封装置可包括坐封堵头、呈C形并能够卡紧在本体内壁上的弹性卡套、球座、轴向截面呈Y型的钻杆胶塞座和尾管胶塞；坐封堵头的内部有轴向的堵头通孔，堵头通孔的下部内壁上有内径大于堵头通孔内径的打捞凹台，坐封堵头的外侧中部有上大下小的坐封坡面，弹性卡套套装在坐封坡面上，弹性卡套的外侧面上分布有卡齿，坐封堵头的下部固定安装有球座，球座的内部有与堵头通孔相通的球座通道，球座的下部内壁上固定有能够承接钢球的球座环形凸台；球座的下部外壁有环形凹台，钻杆胶塞座的下部外壁上有环形卡槽，钻杆胶塞座的内部有与球座通道相通的坐封通道，坐封通道的上部内径大于坐封通道的下部内径，坐封通道的上部内径与环形凹台的外径相配，坐封通道的下部内径小于钻杆胶塞的外径，环形凹台的外壁与钻杆胶塞座的上部通过销钉固定安装在一起，钻杆胶塞座的下部外壁上套装有能够密封钻杆胶塞座与本体的尾管胶塞，坐封通道的下部内壁上有环形槽，环形槽内安装有能够锁紧钻杆胶塞的第二C形弹簧圈。

上述转换筒与引鞋之间可安装有连接筒，连接筒的内径与转换筒的内径相同。

上述锥头可为直胀头或椭球形胀头。

上述引鞋的下端面可为半球形。

上述堵头通孔的上部内壁可有上宽下窄的锥形孔，锥形孔的下端内径与堵头通孔的内径相同。

上述坐封堵头的上部外壁与本体之间可安装有密封圈，在销钉下方的环形凹台与钻杆胶塞座之间固定安装有密封圈。

上述本体的下端与转换筒的上端可焊接在一起，转换筒的与连接筒的通过螺纹固定安装在一起，连接筒与单流阀座通过螺纹固定安装在一起，单流阀座的下部外壁与引鞋的上部内壁通过螺纹固定安装在一起，中心管的上部外壁与限位帽的内壁通过螺纹固定安装在一起，锥体的上部内壁与中心管的下部外壁通过螺纹固定安装在一起，在膨胀锥的下部内腔中通过螺纹固定安装有钢芯，坐封堵头的下部外壁与球座的上部内壁通过螺纹固定安装在一起，在限位凸台下方的尾管胶塞座内壁上通过螺纹固定安装有筛网杯。

本发明结构合理而紧凑，使用方便通过对尾管的座封，有效避免了刺漏风险。在油气井井筒通径损失最小的情况下，通过管材的扩张冷拔变形达到悬挂与密封，可靠性高，密封不易失效，以安全、快速的完成尾管的悬挂固井作业。

附图说明

附图1为本发明最佳实施例上半部分主视剖视结构示意图。

附图2为本发明最佳实施例下半部分主视剖视结构示意图。

附图中的编码分别为：1为胀径管，2为锥台形斜管颈，3为本体，4为硫化橡胶圈，5为转换筒，6为连接筒，7为单流阀座，8为引鞋，9为通孔，10为限位帽，11为中心管，12为限位凸台，13为环形挂台，14为环形凸台，15为锥体，16为锥头，17为定径环，18为钢芯，19为唇形密封圈，20为坐封堵头，21为弹性卡套，22为球座，23为钻杆胶塞座，24为尾管胶塞，25为堵头通孔，26为密封圈，27为第一C形弹簧圈，28为打捞凹台，29为锥形孔，30为坐封坡面，31为卡齿，32为球座通道，33为球座环形凸台，34为环形凹台，35为环形卡槽，36为坐封通道，37为销钉，38为环形槽，39为第二C形弹簧圈，40为尾管胶塞座，41为筛网杯，42为胶木球，43为环形凹槽。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

在本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：

如附图1、2所示，该膨胀式悬挂器包括膨胀管、转换筒5、单流阀座7、引鞋8、膨胀装置和可打捞及坐封装置；在膨胀管上部内腔中安装有膨胀装置，膨胀管包括自上而下内外径依序增大的胀径管1、锥台形斜管颈2和本体3，胀径管1的上部外壁上固定有硫化橡胶圈4或自上而下固定有至少两圈的硫化橡胶圈4；本体3的下端与转换筒5的上端固定安装在一起，转换筒5的内径与本体3的内径相同，在本体3下部和转换筒5的内腔中安装有可打捞及坐封装置，转换筒5的下部外壁与单流阀座7的上部内壁固定安装在一起，单流阀座7的上部内径与转换筒5的内径相同，单流阀座7的中部内壁上有环形凹槽43，环形凹槽43内安装有第一C形弹簧圈27，在环形凹槽43下方的单流阀座7内壁上固定有限位凸台12，在限位凸台12下方的单流阀座内壁上固定安装有筛网杯41，筛网杯41内放置有外径大于单流阀座7最小内径的胶木球42，单流阀座7的下部外壁与引鞋8的上部内壁固定安装在一起，引鞋8的下端有通孔9。

可根据实际需要，对上述膨胀式悬挂器作进一步优化或/和改进：

如附图1所示，膨胀装置包括限位帽10、中心管11和膨胀锥；限位帽10的外径与胀径管1的内径相同，限位帽10的上部外壁固定有外径大于胀径管1内径的环形挂台13，限位帽10通过环形挂台13座挂在胀径管1的上部内腔中，中心管11的上部外壁与限位帽10的内壁固定安装在一起，中心管11的上端固定有外径大于限位帽10内径的环形凸台14，膨胀锥内部有轴向的通道，膨胀锥包括自上而下内外径依序增大的锥体15、锥头16和定径环17，锥体15安装在胀径管1中，锥头16安装在锥台形斜管颈2中，定径环17安装在本体3中，锥体15的上部内壁与中心管11的下部外壁固定安装在一起，在锥体15下部至定径环17之间的内腔中固定安装有内部有轴向通道的钢芯18，定径环17下端的钢芯18外壁上固定有唇形密封圈19，唇形密封圈19的上端面与定径环17的下端面紧密贴合，唇形密封圈19的外壁与本体3的内径紧密贴合。限位帽10与中心管11之间位置可调节，防止在下管柱过程中遇阻膨胀锥下行。

如附图1、2所示，可打捞及坐封装置包括坐封堵头20、呈C形并能够卡紧在本体内壁上的弹性卡套21、球座22、轴向截面呈Y型的钻杆胶塞座23和尾管胶塞24；坐封堵头20的内部有轴向的堵头通孔25，堵头通孔25的下部内壁上有内径大于堵头通孔25内径的打捞凹台28，坐封堵头20的外侧中部有上大下小的坐封坡面30，弹性卡套21套装在坐封坡面30上，弹性卡套21的外侧面上分布有卡齿31，坐封堵头20的下部固定安装有球座22，球座22的内部有与堵头通孔25相通的球座通道32，球座22的下部内壁上固定有能够承接钢球的球座环形凸台33；球座22的下部外壁有环形凹台34，钻杆胶塞座23的下部外壁上有环形卡槽35，钻杆胶塞座23的内部有与球座通道32相通的坐封通道36，坐封通道36的上部内径大于坐封通道36的下部内径，坐封通道36的上部内径与环形凹台34的外径相配，坐封通道36的下部内径小于钻杆胶塞的外径，环形凹台34的外壁与钻杆胶塞座23的上部通过销钉37固定安装在一起，钻杆胶塞座23的下部外壁上套装有能够密封钻杆胶塞座23与本体3的尾管胶塞24，坐封通道36的下部内壁上有环形槽38，环形槽38内安装有能够锁紧钻杆胶塞的第二C形弹簧圈39。弹性卡套21自然状态下的外径大于本体3内径，卡齿31最好为三角形卡齿，并且卡齿31齿尖朝向外侧下方以便更加牢固可靠地卡紧本体3内壁，坐封堵头20的坐封坡面30撑开弹性卡套21使卡齿31卡在本体3内壁上，只需克服弹性卡套21自身弹力作用下与本体3之间的摩擦力；膨胀作业结束后，只需下一趟打捞管柱卡住打捞凹台28后上提，即可将坐封堵头20完全打捞出来，操作简便、安全可靠。

如附图1所示，转换筒5与引鞋8之间安装有连接筒6，连接筒6的内径与转换筒5的内径相同。

如附图2所示，锥头16为直胀头或椭球形胀头。

如附图2所示，引鞋8的下端面为半球形。

如附图2所示，堵头通孔25的上部内壁有上宽下窄的锥形孔29，锥形孔29的下端内径与堵头通孔25的内径相同。

如附图1、2所示，坐封堵头20的上部外壁与本体3之间安装有密封圈26，在销钉37下方的环形凹台34与钻杆胶塞座23之间固定安装有密封圈26。

如附图1、2所示，本体3的下端与转换筒5的上端焊接在一起，转换筒5的与连接筒6的通过螺纹固定安装在一起，连接筒6与单流阀座7通过螺纹固定安装在一起，单流阀座7的下部外壁与引鞋8的上部内壁通过螺纹固定安装在一起，中心管11的上部外壁与限位帽10的内壁通过螺纹固定安装在一起，锥体15的上部内壁与中心管11的下部外壁通过螺纹固定安装在一起，在膨胀锥的下部内腔中通过螺纹固定安装有钢芯18，坐封堵头20的下部外壁与球座22的上部内壁通过螺纹固定安装在一起，在限位凸台12下方的尾管胶塞座40内壁上通过螺纹固定安装有筛网杯41。

以上技术特征构成了本发明的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

本发明最佳实施例的使用过程：固井作业时送入管柱连接本发明具入井后，正循环注入设计量的水泥浆后，从钻杆中投入钻杆胶塞，正循环注入顶替液顶替，钻杆胶塞下行到钻杆胶塞座23时第一次碰压，弹卡套21在自身弹力产生的摩擦力的作用下相对膨胀管静止，而坐封堵头20下行，坐封坡面30将弹性卡套21撑开从而使坐封堵头20坐封，继续打压剪断销钉37，继续顶替推动性钻杆胶塞座23带动尾管胶塞24下行，当尾管胶塞24顶替到尾管胶塞座40时第二次碰压，此时钻杆胶塞座23的下部进入单流阀座7内，第一C形弹簧圈27卡入环形卡槽35内，将钻杆胶塞座23的下部锁在单流阀座7内，单流阀座7防止水泥浆返入连接筒6内；卸压，从钻杆内投入钢球，当钢球落入球座22后打压，当压力达到膨胀管启动压力后，膨胀锥上行将膨胀管胀开，通过挤压膨胀管上的硫化橡胶圈4来达到悬挂和密封的目的；膨胀作业结束后，下打捞工具通过打捞凹台28上提坐封堵头20，坐封坡面30离开弹性卡套21解除坐封，即可将坐封堵头20、弹性卡套21和球座22提出井筒。

Claims (9)

1.一种膨胀式悬挂器，其特征在于包括膨胀管、转换筒、单流阀座、引鞋、膨胀装置和可打捞及坐封装置；在膨胀管的上部内腔中安装有膨胀装置，膨胀管包括自上而下内外径依序增大的胀径管、锥台形斜管颈和本体，胀径管的上部外壁上固定有硫化橡胶圈或自上而下固定有至少两圈的硫化橡胶圈；本体的下端与转换筒的上端固定安装在一起，转换筒的内径与本体的内径相同，在本体的下部和转换筒的内腔中安装有可打捞及坐封装置，转换筒的下部外壁与单流阀座的上部内壁固定安装在一起，单流阀座的上部内径与转换筒的内径相同，单流阀座的中部内壁上有环形凹槽，环形凹槽内安装有第一C形弹簧圈，在环形凹槽下方的单流阀座内壁上固定有限位凸台，在限位凸台下方的单流阀座内壁上固定安装有筛网杯，筛网杯内放置有外径大于单流阀座最小内径的胶木球，单流阀座的下部外壁与引鞋的上部内壁固定安装在一起，引鞋的下端有通孔；其中：膨胀装置包括限位帽、中心管和膨胀锥；限位帽的外径与胀径管的内径相同，限位帽的上部外壁固定有外径大于胀径管内径的环形挂台，限位帽通过环形挂台座挂在胀径管的上部内腔中，中心管的上部外壁与限位帽的内壁固定安装在一起，中心管的上端固定有外径大于限位帽内径的环形凸台，膨胀锥内部有轴向的通道，膨胀锥包括自上而下内外径依序增大的锥体、锥头和定径环，锥体安装在胀径管中，锥头安装在锥台形斜管颈中，定径环安装在本体中，锥体的上部内壁与中心管的下部外壁固定安装在一起，在锥体下部至定径环之间的内腔中固定安装有内部有轴向通道的钢芯，定径环下端的钢芯外壁上固定有唇形密封圈，唇形密封圈的上端面与定径环的下端面紧密贴合，唇形密封圈的外壁与本体的内径紧密贴合。

2.根据权利要求1所述的膨胀式悬挂器，其特征在于可打捞及坐封装置包括坐封堵头、呈C形并能够卡紧在本体内壁上的弹性卡套、球座、轴向截面呈Y型的钻杆胶塞座和尾管胶塞；坐封堵头的内部有轴向的堵头通孔，堵头通孔的下部内壁上有内径大于堵头通孔内径的打捞凹台，坐封堵头的外侧中部有上大下小的坐封坡面，弹性卡套套装在坐封坡面上，弹性卡套的外侧面上分布有卡齿，坐封堵头的下部固定安装有球座，球座的内部有与堵头通孔相通的球座通道，球座的下部内壁上固定有能够承接钢球的球座环形凸台；球座的下部外壁有环形凹台，钻杆胶塞座的下部外壁上有环形卡槽，钻杆胶塞座的内部有与球座通道相通的坐封通道，坐封通道的上部内径大于坐封通道的下部内径，坐封通道的上部内径与环形凹台的外径相配，坐封通道的下部内径小于钻杆胶塞的外径，环形凹台的外壁与钻杆胶塞座的上部通过销钉固定安装在一起，钻杆胶塞座的下部外壁上套装有能够密封钻杆胶塞座与本体的尾管胶塞，坐封通道的下部内壁上有环形槽，环形槽内安装有能够锁紧钻杆胶塞的第二C形弹簧圈。

3.根据权利要求1所述的膨胀式悬挂器，其特征在于锥头为直胀头或椭球形胀头。

4.根据权利要求2所述的膨胀式悬挂器，其特征在于堵头通孔的上部内壁有上宽下窄的锥形孔，锥形孔的下端内径与堵头通孔的内径相同。

5.根据权利要求2所述的膨胀式悬挂器，其特征在于坐封堵头的上部外壁与本体之间安装有密封圈，在销钉下方的环形凹台与钻杆胶塞座之间固定安装有密封圈。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的膨胀式悬挂器，其特征在于引鞋的下端面为半球形。

7.根据权利要求1或2或3或4或5所述的膨胀式悬挂器，其特征在于转换筒与引鞋之间安装有连接筒，连接筒的内径与转换筒的内径相同。

8.根据权利要求6所述的膨胀式悬挂器，其特征在转换筒与引鞋之间安装有连接筒，连接筒的内径与转换筒的内径相同。

9.根据权利要求8所述的膨胀式悬挂器，其特征在于本体的下端与转换筒的上端焊接在一起，转换筒的与连接筒的通过螺纹固定安装在一起，连接筒与单流阀座通过螺纹固定安装在一起，单流阀座的下部外壁与引鞋的上部内壁通过螺纹固定安装在一起，中心管的上部外壁与限位帽的内壁通过螺纹固定安装在一起，锥体的上部内壁与中心管的下部外壁通过螺纹固定安装在一起，在膨胀锥的下部内腔中通过螺纹固定安装有钢芯，坐封堵头的下部外壁与球座的上部内壁通过螺纹固定安装在一起，在限位凸台下方的尾管胶塞座内壁上通过螺纹固定安装有筛网杯。