CN104033121B - 一种用于井下分支系统的膨胀设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于井下分支系统的膨胀设备，所有膨胀单元件组合在一起而形成的膨胀组件的最大径向尺寸小于各个膨胀单元各自的最大径向尺寸之和。本发明以液压油推动活塞作为驱动源，推动与活塞杆连接的膨胀单元进入引出件中实行膨胀。利用该膨胀设备对井下分支系统进行膨胀整形时，具有体积小，下井方便等优点，适用于引出件入口以上管柱的尺寸小于所有引出件膨胀之后的尺寸总和的井下分支系统，因此可选用小尺寸的上部管柱，进而大幅度降低成本。
Description
技术领域
本发明属于油气钻采技术领域，涉及一种用于井下分支系统的膨胀设备。
背景技术
多分支井技术由一个主井眼侧钻出两个或更多进入储层的井眼，能够实现多储层泄油。在油藏工程方面，分支井技术可以增大油藏的裸露面积、提高泄油效率、改善油流动态剖面、降低锥进效应、提高重力泄油效果、纵向调整油藏的开采。在钻井工程方面，不但减少无效井段及其钻井设备的搬迁，而且节约套管和泥浆费用，并且充分利用海上平台井口槽，降低了平台建造费用。在地面工程方面，可以大大降低土地使用面积、地面管汇建设、油井管理等费用，进而增加了经济效益。
1997年，由英国壳牌等公司在苏格兰阿伯丁举行了第一届分支井的技术进展论坛，并按照复杂性和功能性建立了分支井的TAML（Technology AdvancementMultilaterals）分级体系，将分支井按照完井方式定义为6个等级：
TAML1级：完井的主井眼和分支井眼都为裸眼，完井作业不能对不同产层进行分隔，分支井眼连接处具有较弱的力学完整性，基本不具备水力完整性和再进入能力。
TAML2级：完井的主井眼下套管并注入水泥，分支井眼裸眼或只下筛管不注水泥，连接处的机械支撑较第一等级强，但也不具备力学完整性、水力完整性和再进入能力。
TAML3级：完井的主井眼下套管注入水泥固井，分支井眼下尾管并回接到主井眼套管中，连接部位不进行密封或注入水泥，具有力学完整性和再进入能力，连接处所能承受的最大压裂压力，也就是连接处的岩石所能承受的最大压力。
TAML4级：完井从下套管的主井眼中侧钻分支井眼，该分支井眼下尾管，连接处具有力学完整性和再进入能力，但窗口部分靠固井水泥环密封，且在封隔器和套管的共同作用下，提供了层间分隔。
TAML5级：完井主井眼和分支井眼都下套管固井，连接处具有力学完整性、水力完整性和再进入能力，能实现完全的层间分隔。
TAML6级：完井靠有耐压密封或整体地面预制成型的连接窗口来实现结合部的压力整体性，预成型系统下井膨胀后，窗口可以恢复到原来的几何尺寸，为分支提供API全尺寸通道，分支井眼的钻井、下套管和完井可以彼此独立进行。六级分支井技术具有完整的压力完整性、液力封隔性和可选择性再进入等特性，是分支井技术中难度最高、应用前景最广阔的一项当今正在蓬勃发展的高新钻井技术。
对于六级分支井，分支井井下分支系统是其研究和实施的关键，决定了分支井的施工工序和完井水平。如果对每个多分支引出件同时进行膨胀，那么每个引出件中的膨胀单元在膨胀时的最大径向尺寸必须等于对应引出件的膨胀之后的设定尺寸。在现有的膨胀设备中，膨胀单元（如膨胀锥）在膨胀前后的最大径向尺寸不改变，这造成了在进入井下分支系统时，所有膨胀单元的最大径向尺寸之和大于或等于每个引出件膨胀之后的设定尺寸之和，这就使得引出件入口以上的管柱的尺寸必须大于或等于所有膨胀单元的最大径向尺寸之和。由此，管柱不得不制作成具有较大的尺寸，井下分支系统所在井段往往需要扩眼。
例如，US6349769B1中公开了了一种膨胀引出件的膨胀工具。其中，在液压作用下，激励器中的活塞通过与其相连的推杆推动移动成型头实行机械膨胀，使得引出件达到设定尺寸，即是移动成型头的成型辊和支承辊形成的最大径向尺寸。如果同时膨胀多个引出件，必须使多个移动成型头同时进入引出件中进行膨胀，造成了引出件入口以上管柱的尺寸必须大于或等于所有移动成型头的最大径向尺寸之和，下分支系统所在井段需要扩眼，并且该发明中的成型辊用来顶靠引出件臂是平面的，导致最终引出件横截面不圆。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于井下分支系统的膨胀设备，该设备特别适用于小尺寸上部管柱的完井。
根据本发明提供的一种用于井下分支系统的膨胀设备，包括位于井上的动力和控制单元以及位于井下的与所述动力和控制单元相连的作业单元，在所述作业单元的下端设有包括活塞缸和活塞杆的活塞组件以及所述活塞组件下端设有的膨胀组件，设置有至少两个所述活塞杆，各所述活塞杆的下端均连接有一个膨胀单元件，所有的所述膨胀单元件能够组合在一起而形成膨胀组件，所述膨胀组件的最大径向尺寸小于各个膨胀单元件各自的最大径向尺寸之和。
在一个实施例中，所述膨胀组件包括第一膨胀单元件和第二膨胀单元件，所述第一膨胀单元件和第二膨胀单元件通过形状互补式配合而组合在一起。
在一个实施例中，所述第一膨胀单元件的径向接合面设有凸台，所述第二膨胀单元件的径向接合面设有用于容纳所述凸台的凹槽。
在一个实施例中，各所述膨胀单元的两个径向侧面均设有凸台和/或用于容纳所述凸台的凹槽。
在一个实施例中，所述至少两个所述活塞杆连接在所述活塞缸的同一位置处，或者所述至少两个所述活塞杆连接在所述活塞缸的不同位置处且相互间平行地布置。
在一个实施例中，各所述膨胀单元件的下端设置为锥形的引导端。
在一个实施例中，所述作业单元包括与动力和控制单元相连的供电控制模块、液压泵，以及液压缸相连的定位和抓紧接头。
本发明的有益效果在于，利用该设备对井下分支系统进行膨胀整形时，具有体积小，下井方便等优点，适用于引出件入口以上管柱的尺寸小于所有引出件膨胀之后的尺寸总和的井下分支系统，因此可选用小尺寸的上部管柱，进而可大幅度降低成本。
附图说明
以下结合附图来对本发明进行详细的描述。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。
图1是井下分支系统膨胀设备的整体示意图；
图2和3分别显示了第一种膨胀单元件与活塞缸的两种连接方式；
图4和5分别显示了第二种膨胀单元件与活塞缸的两种连接方式；
图2的A-A剖面图为图6或图8；
图2的B-B剖面图为图7或图9；
图4的A-A剖面图为图6或图8；
图4的B-B剖面图为图7或图9；
图10是图5中虚线部分的放大视图；
图11显示了图5所示膨胀单元组件在未膨胀前的状态；
图12显示了图5所示的膨胀组件在膨胀后的状态。
具体实施方式
图1显示了根据本发明的井下分支系统的膨胀设备100的整体示意图。如图所示，根据本发明的井下分支系统膨胀设备从上至下依次包括井上动力和控制单元1、作业单元、活塞组件和膨胀组件9。其中，作业单元从上至下包括供电控制模块4、液压泵5以及定位和抓紧接头6。在图示实施例中，供电控制模块4通过电缆2和电缆接头3与井上动力和控制单元1相连。活塞组件包括活塞缸7和活塞杆8。这些均为本领域的技术人员所熟知的，因此详细的描述在此略去。
需要说明的是，在本发明的描述中，“上”和“下”均参照图1所示的方位来描述。
根据本发明，活塞组件包括至少两根活塞杆。在各活塞杆的下端均连接有一个膨胀单元件。这些膨胀单元件可以组合起来而形成一个膨胀组件9。
以下将参照活塞组件包括两根活塞杆的例子来对本发明进行说明。如图2所示，活塞组件包括两根活塞杆81和82。在各活塞杆的下端分别连接有一个膨胀单元件91和92。在图2所示的实施例中，两个活塞杆81和82连接在活塞101的同一位置上，即两个活塞杆81和82的上端相连。在图3所示的实施例中，两个活塞杆81和82连接在活塞101的不同位置处，使得两个活塞杆81和82彼此平行地布置。
根据本发明，各膨胀单元件的径向接合面均设有凸台或者凹槽。其中，一个膨胀单元件的径向接合面95上的凹槽93设置成能够容纳另一个膨胀单元件的径向接合面96上的凸台94，从而在两个膨胀单元件之间实现形状互补式接合。由此，当各个膨胀单元件组合在一起时，它们所形成的膨胀组件的径向尺寸小于各个膨胀单元件各自的最大径向尺寸之和。如图10所示，膨胀单元件91和92上的凹槽93设置成比其上的凸台94更大，从而将对应膨胀单元件上的凸台容纳于其中。假定第一膨胀单元件91的最大径向尺寸为D1，而第二膨胀单元件92的最大径向尺寸为D2。当第一膨胀单元件91和第二膨胀单元件92相结合而形成膨胀组件9时，由于各膨胀单元件上的凹槽与凸台的结合，导致出现了重合尺寸L。因此，膨胀组件9的最大径向尺寸为D1+D2-L，其小于各个膨胀单元件各自的最大径向尺寸之和D1+D2。通过这种布置，使得根据本发明的膨胀设备能够应用于具有较小尺寸的上部管柱，从而可大幅度地降低成本。
图4和5显示了各膨胀单元件仅在其径向接合面上设有凹槽和/或凸台，而其外侧面99保持为曲面。在图2和3所示的实施例中，各膨胀单元件除了在其径向接合面上设有凹槽和/或凸台以外，在其外侧面99上也设置了凹槽和/或凸台。这种膨胀单元件特别适用于膨胀组件包括三个或更多个膨胀单元件的情况。
根据本发明，为了提高操作的方便性，各膨胀单元件的下端设置为锥形的引导端。
在油气作业中，在安放好井下分支系统12后，将用于井下分支系统12的膨胀设备下入井中，通过定位和抓紧接头6实现膨胀设备的定位。如图11所示，液压泵通过液压线路将液压油注入活塞缸7中，液压油推动活塞10向下移动，从而推动与活塞杆8连接的膨胀单元组件向下移动。如图12所示，在膨胀组件9向下移动至进入引出件13的过程中，由于井下分支系统12的加强结构11的作用，膨胀组件9中的各膨胀单元件分离，并进入相对应的井下分支系统12的引出件13中。
从以上实施例中可以看出，本发明提供的用于井下分支系统的膨胀设备具有体积小、下井方便等优点，适用于引出件入口以上管柱的尺寸小于所有引出件膨胀之后的尺寸总和的井下分支系统。因此，可选用小尺寸的上部管柱，进而大幅度降低成本。
以上所述具体的实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改，等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于井下分支系统的膨胀设备，包括位于井上的动力和控制单元，位于井下的与所述动力和控制单元相连的作业单元，在所述作业单元的下端设有包括活塞缸和活塞杆的活塞组件以及所述活塞组件下端设有的膨胀组件，
其特征在于，设置有至少两个所述活塞杆，各所述活塞杆的下端均连接有一个膨胀单元件，所有的所述膨胀单元件能够组合在一起而形成膨胀组件，所述膨胀组件的最大径向尺寸小于各个膨胀单元件各自的最大径向尺寸之和。
2.如权利要求1所述的膨胀设备，其特征在于，所述膨胀组件包括第一膨胀单元件和第二膨胀单元件，所述第一膨胀单元件和第二膨胀单元件通过形状互补式配合而组合在一起。
3.如权利要求2所述的膨胀设备，其特征在于，所述第一膨胀单元件的径向接合面设有凸台，所述第二膨胀单元件的径向接合面设有用于容纳所述凸台的凹槽。
4.如权利要求1所述的膨胀设备，其特征在于，各所述膨胀单元的两个径向侧面均设有凸台和/或用于容纳所述凸台的凹槽。
5.如上述权利要求中任一项所述的膨胀设备，其特征在于，所述至少两个所述活塞杆连接在所述活塞缸的同一位置处，或者所述至少两个所述活塞杆连接在所述活塞缸的不同位置处且相互间平行地布置。
6.如上述权利要求1至4中任一项所述的膨胀设备，其特征在于，各所述膨胀单元件的下端设置为锥形的引导端。
7.如上述权利要求1至4中任一项所述的膨胀设备，其特征在于，所述作业单元包括与动力和控制单元相连的供电控制模块、液压泵，以及液压缸相连的定位和抓紧接头。
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