CN104265218A - 膨胀式悬挂器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种膨胀式悬挂器，它包括：膨胀管，具有能沿其自身径向扩张的膨胀部；打压管，其穿设在所述膨胀管中并与所述膨胀管形成环形空间；第一堵头，用于堵住所述打压管的空腔；承重接头，用于将环形空间的前端封闭，承重接头通过第一螺纹与打压管相连接，承重接头通过第二螺纹与膨胀管相连接，第一螺纹和第二螺纹的旋向相反；第二堵头用于将所述环形空间的后端封闭；胀锥能在环形空间内滑动并将所述环形空间分割为相互密封的前部空间和后部空间，打压管上开设有与后部空间相连通的打压孔；分别套设在膨胀管的膨胀部上的金属环以及胶筒。本发明可以广泛适用于筛管或尾管的悬挂；不需设置隔板或承重环，大大缩短了作业时间，降低了作业风险。

Description

膨胀式悬挂器

技术领域

本发明涉及了一种石油开采井下的配套装置，尤其还涉及一种膨胀式悬挂器。

背景技术

悬挂器是实现采油树与井下生产管道连接的重要部件，其主要功能是悬挂油管柱、密封油管柱与油层套管柱之间的环形空间以及提供生产井液的通道等。传统的封隔器采用卡瓦方式进行悬挂和密封的悬挂器，其具有密封功能差、悬挂后内通径尺寸小等问题，影响了后期油气井的作业施工。

膨胀管技术是近年来蓬勃兴起的一项新技术，它可应用于钻井、完井及采油、修井等作业过程。膨胀式悬挂器是基于膨胀管技术发展而来的一种新型悬挂器。相比传统的悬挂器，膨胀式悬挂器利用膨胀管材的金属塑性应变特征，膨胀后内通径大。

但是现有技术中的膨胀式悬挂器的承重能力差。为了提高承重能力，现有技术中的工作人员通常会安装隔板或承重环。隔板安装造成了施工工序复杂，必然会相应增加作业时间和成本。采用承重环的悬挂器完井后悬挂器内通径不一致，而且可能会引起悬挂器提前坐封，施工后不能成功丢手，因此会存在一定的施工风险。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供了一种膨胀式悬挂器，其结构简单并可以承受一定的压力。

本发明的具体技术方案是：

一种膨胀式悬挂器，它包括：

膨胀管，膨胀管具有沿其自身轴线方向相对的前端和后端，所述膨胀管具有一能沿其自身径向扩张的膨胀部；

打压管，其穿设在所述膨胀管中并与所述膨胀管形成一环形空间，所述打压管具有沿所述膨胀管轴线方向延伸的空腔，所述打压管的前端用于将所述打压管的空腔与管柱相连通；

第一堵头，其设置在所述打压管的后端并用于堵住所述打压管的空腔；

承重接头，其位于所述膨胀管的前端并用于将所述环形空间的前端封闭，所述承重接头通过第一螺纹与所述打压管相连接，所述承重接头通过第二螺纹与所述膨胀管相连接，所述第一螺纹和所述第二螺纹的旋向相反；

第二堵头，其套设在所述打压管上并用于将所述环形空间的后端封闭；

胀锥，其能在所述环形空间内滑动并将所述环形空间分割为相互密封的前部空间和后部空间，所述打压管上开设有与所述后部空间相连通的打压孔，所述胀锥具有一在所述胀锥沿着所述膨胀管的轴线朝前滑动时与所述膨胀管的膨胀部相对应接触的抵触部；

分别套设在所述膨胀管的膨胀部上的金属环以及胶筒，在所述胀锥与所述膨胀管的抵触过程中所述金属环先于所述胶筒贴紧在套管壁上。

优选地，它还包括与所述打压管通过第三螺纹相连接的接头，所述接头的前部用于与管柱通过第四螺纹相连接，所述第三螺纹、所述第四螺纹以及所述第一螺纹的旋向相同。

优选地，所述第二堵头与所述膨胀管的内壁之间设置有第一密封圈，所述胀锥与所述膨胀管的内壁之间设置有第二密封圈。

优选地，所述第一堵头和所述第二堵头一体式构造。

优选地，所述膨胀管从前至后依次包括膨胀部、第一恒径部，所述膨胀部从前至后包括第二恒径部以及第一变径部；在所述膨胀部未膨胀时，所述第一恒径部的截面半径大于所述第二恒径部的截面半径，所述第一变径部的截面半径沿着所述膨胀管的轴线向后的方向逐渐变大。

优选地，所述胀锥的抵触部从前至后依次包括第四恒径部、第二变径部以及第三恒径部，所述第三恒径部、第四恒径部、所述第二变径部分别与未膨胀的所述膨胀管的第一恒径部、第二恒径部以及第一变径部相匹配。

优选地，所述膨胀式悬挂器包括较所述胶筒靠近所述膨胀管的后端的第一金属环。

优选地，所述膨胀式悬挂器还包括较所述胶筒远离所述膨胀管的后端的第二金属环。

本发明中的膨胀式悬挂器采用上述结构具有以下优点：采用金属环悬挂，相对卡瓦牙而言，金属环与套管壁的接触面积大，因而本发明中的膨胀式悬挂器的悬挂力大；本发明采用胶筒密封，较之采用金属密封的悬挂器而言本发明的膨胀式悬挂器的密封效果好；在丢手时，只需要转动打压管，就能实现丢手，较现有技术中的丢手方法更为方便牢靠；将悬挂的筛管或尾管采用承重接头通过螺纹作用在管柱上，承重力大，不会提前坐封，本发明中的膨胀式悬挂器在坐封后内通径一致，没有台阶不存在变径处，因而坐封受力较为稳定，坐封效果好；本发明中的膨胀式悬挂器具有独立的密封腔，因而不仅仅适用于悬挂尾管，还可以用于悬挂筛管，同时本发明中的膨胀式悬挂器的内通径不受结构的限制，因此本发明可以广泛适用于筛管或尾管的悬挂；本发明不需要设置隔板或承重环，大大缩短了作业时间，降低了作业风险。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1显示了本发明中膨胀式悬挂器的结构示意图。

图2显示了本发明中膨胀式悬挂器处于一个工作位置的结构示意图。

图3显示了本发明中膨胀式悬挂器处于另一个工作位置的结构示意图。

图4显示了本发明中膨胀式悬挂器处于另一个工作位置的结构示意图。

图5显示了本发明中膨胀式悬挂器处于另一个工作位置的结构示意图。

以上附图的附图标记：1、膨胀管；11、内腔；12、前端；13、后端；14、膨胀部；15、第一恒径部；16、第二恒径部；17、第一变径部；2、打压管；21、空腔；22、环形空间；221、前部空间；222、后部空间；23、打压孔；3、第一堵头；4、承重接头；5、第二堵头；6、胀锥；60、抵触部；61、第三恒径部；62、第四恒径部；63、变径部；7、第一螺纹；8、第二螺纹；9、金属环；91、第一金属环；92、第二金属环；10、胶筒；101、第一密封圈；102、第二密封圈；103、接头；104、第三螺纹；105、第四螺纹；106、泄压通道。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。

参照图1至图5所示，本发明公开了一种膨胀式悬挂器，它包括膨胀管1、打压管2、第一堵头3、承重接头4、第二堵头5、胀锥6、金属环9以及胶筒10。

具体的，膨胀管1可以呈圆柱形。膨胀管1形成有一沿膨胀管1的自身轴线方向贯通的内腔11。在图1中，膨胀管1的自身轴线与图1的水平轴相平行。膨胀管1具有沿其自身轴线方向相对的前端12和后端13。参照图1所示，膨胀管1的左侧为其前端12，膨胀管1的右侧为其后端13。膨胀管1的后端13用于与筛管或尾管相连接。在膨胀管1的前后两端之间，膨胀管1还形成有一能沿膨胀管的径向扩张的膨胀部14。在本实施方式中，膨胀管1从前至后包括膨胀部14、第一恒径部15，第一恒径部15的截面半径恒定。所述膨胀部14从前至后依次包括第二恒径部16以及第一变径部17，在该膨胀部14没有产生膨胀时，第二恒径部16的截面半径恒定，所述第一恒径部15的截面半径大于所述第二恒径部16的截面半径，所述第一变径部17的截面半径沿着所述膨胀管1的轴线向后的方向逐渐变大，即该第一变径部17的前端的截面半径与第二恒径部16相同，第一变径部17的后端的截面半径与第一恒径部15相同。在该膨胀部14逐渐膨胀时，第一变径部17以及第二恒径部16由于自身材料具有一定的可变形属性，他们的截面半径逐渐变大。

打压管2也可以呈圆柱形。打压管2穿设在膨胀管1中，并且打压管2的轴线与膨胀管1的轴线相平行。在一个优选的实施方式中，为了方便安装便于加工，打压管2与膨胀管1同轴设置。在打压管2和膨胀管1之间形成有沿图1中的水平轴延伸的环形空间22，即该环形空间22由打压管2的外壁与膨胀管1的内壁之间的部分形成。打压管2具有一沿打压管2的轴线方向延伸的空腔21，打压管2的前端(即图1中打压管2的左侧)与管柱相连接，使得打压管2与上游部件相连通以将打压液能够从打压管2的前端进入打压管2的空腔21中。第一堵头3设置在打压管2的后端(即图1中打压管2的右侧)，第一堵头3将打压管2的后端封闭，以使得加压液无法从打压管2的后端流出。打压管2在其前端和后端之间处的壁上开设有打压孔23。该打压孔23用于将打压管2的空腔21与环形空间22相连通。第二堵头5套设在打压管2的后端，第二堵头5设置在膨胀管1和打压管2之间以将环形空间22的后端密封。

承重接头4位于膨胀管1的前端12，并设置在膨胀管1和打压管2之间以将环形空间22的前端密封。承重接头4通过第一螺纹7与打压管2相连接。承重接头4通过第二螺纹8与膨胀管1相连接。第一螺纹7与第二螺纹8的旋向相反，即在转动打压管2以使得承重接头4和膨胀管1通过第二螺纹8相脱离时，在此过程中承重接头4与打压管2不会通过第一螺纹7相脱离。

筛管或尾管可以通过螺纹等方式与膨胀管1相固定连接，因而筛管或尾管的重量施加在膨胀管1上。膨胀管1通过第二螺纹8与承重接头4相连接以将膨胀管1的重量转化在承重接头4上。承重接头4通过第一螺纹7与打压管2相连接，打压管2与管柱相连接，因而管柱的重量转化在打压管2的前端处。

胀锥6能滑动地设置在环形空间22内，并且将环形空间22分为相互密封的前部空间221和后部空间222。打压孔23与环形空间22的后部空间222相连通。胀锥6具有与膨胀管1的膨胀部14相对的抵触部60，当打压液进入后部空间222后，胀锥6在打压液的驱使下向前滑动并使得抵触部60与膨胀部14相抵使得膨胀部14产生沿径向的扩张。在本实施方式中，所述胀锥6的抵触部60从前至后依次包括第四恒径部62、第二变径部63以及第三恒径部61，所述第三恒径部61、第四恒径部62、所述第二变径部63分别与未产生膨胀时的所述膨胀管1的第一恒径部15、第二恒径部16以及第一变径部17相匹配。即第一恒径部15、第二恒径部16的截面半径恒定，且第一恒径部15的截面半径大于第二恒径部16的截面半径。第一变径部17的截面半径从前至后逐渐变大，且第一变径部17的前端的截面半径与第二恒径部16相同，第一变径部17后端的截面半径与第一恒径部15相同。参照图1所示，由于膨胀管1的第一恒径部15的内径尺寸较大，胀锥6在初始阶段(即位于膨胀管1的后侧时)通过其第三恒径部61与第一恒径部15相滑动配合。参照图2所示，胀锥6向前运动，当胀锥6的第二变径部63与膨胀管1的第一变径部17相匹配接触时，胀锥6的第二变径部63和膨胀管1的第一变径部17起到了导向的作用以使得胀锥6的第四恒径部62与膨胀管1的第二恒径部15相匹配接触。参照图3所示，胀锥6进一步向前运动，胀锥6的第三恒径部61逐渐与膨胀管1的第二恒径部15产生抵触，由于膨胀管6具有一定的弹性，这样膨胀管1的第二恒径部15逐渐变大直至与胀锥6的第三恒径部61尺寸相同。

金属环9套设在膨胀管1的膨胀部14上。膨胀部14产生沿径向的扩张，使得金属环9发生膨胀并紧贴在套管壁上以起到悬挂的作用。

胶筒10套设在膨胀管1的膨胀部14上。当膨胀式悬挂器悬挂即金属环9紧贴在套管壁上后，胶筒10产生膨胀并紧贴在套管壁上以起到密封作用。

本发明中的膨胀式悬挂器的工作原理如下：参照图1所示，向打压管2内打入打压液以进行打压，打压液自打压管2的空腔21中通过打压孔23进入环形空间22的后部空间222。进入后部空间222的打压液使得环形空间22内的前后不平衡，从而推动胀锥6向前运动。参照图2所示，胀锥6的抵触部60在向前运动的过程中与膨胀管1相抵触，并使得膨胀管1的膨胀部14产生沿径向的扩张。参照图3所示，胀锥6与金属环9处的膨胀管1发生抵触，并使得金属环9产生膨胀并紧贴在套管壁上产生悬挂。参照图4所示，在金属环9悬挂后胀锥6继续向前运动过程中，胀锥6与胶筒10处的膨胀管1发生抵触，并使得胶筒10产生沿水平轴方向的伸长，从而达到密封作用。参照图5所示，在丢手时，胀锥6继续向前运动，此时同时转动打压管2使得承重接头4与膨胀管1相脱离，由于第二螺纹8与第一螺纹7的旋向相反，在此过程中，打压管2不会与承重接头4脱离。继续打压并上提管柱，使膨胀管1完全被膨胀开来。此时胀锥6与膨胀管1相脱离，胀锥6与膨胀管1形成泄压通道，原本位于环形空间22的后部空间222内的加压液从这个泄压通道106中溢出，致使膨胀式悬挂器自动泄压。此时本发明中膨胀式悬挂器坐封悬挂完毕，上提管柱即可将丢手管柱起出井筒。

本发明中的膨胀式悬挂器采用上述结构具有以下优点：

1、采用金属环9悬挂，相对卡瓦牙而言金属环9与套管壁的接触面积大，因而本发明中的膨胀式悬挂器的悬挂力大；

2、本发明采用胶筒10密封，较之采用金属密封的悬挂器而言本发明的膨胀式悬挂器的密封效果好；

3、在丢手时，只需要转动打压管2，就能实现丢手，较现有技术中的丢手方法更为方便牢靠；

4、将悬挂的筛管或尾管采用承重接头4通过螺纹作用在管柱上，承重力大，不会提前坐封，本发明中的膨胀式悬挂器在坐封后内通径一致，没有台阶不存在变径处，因而坐封受力较为稳定，坐封效果好；

5、本发明中的膨胀式悬挂器具有独立的密封腔，因而不仅仅适用于悬挂尾管，还可以用于悬挂筛管，同时本发明中的膨胀式悬挂器的内通径不受结构的限制，因此本发明可以广泛适用于筛管或尾管的悬挂；

6、本发明不需要设置隔板或承重环，大大缩短了作业时间，降低了作业风险。

在一个优选的实施方式中，膨胀式悬挂器还可以包括接头103，所述接头103的后部与所述打压管2通过第三螺纹104相连接，所述接头103的前部用于与管柱通过第四螺纹105相连接，所述第三螺纹104、所述第四螺纹105以及所述第一螺纹7的旋向相同，以确保在丢手时接头103不会与管柱或打压管脱开。打压管2与接头103通过第四螺纹105相连接，从而将管柱的重量转化在接头103上。

在一个优选的实施方式中，第二堵头5与膨胀管1的内壁之间设置有第一密封圈101以确保打压液不会自第二堵头5与膨胀管1之间的间隙产生漏失。胀锥6的第三恒径部61与膨胀管1的第一恒径部15内壁之间设置有第二密封圈102以确保打压液不会自胀锥6与膨胀管1之间的间隙进入环形空间22的前部空间221。

在一个优选的实施方式中，第一堵头3和第二堵头5一体式构造以降低安装加工难度。

在一个优选的实施方式中，所述膨胀式悬挂器包括较所述胶筒10靠近膨胀管1的后端13的第一金属环91。所述膨胀式悬挂器还包括较所述胶筒10远离膨胀管1的后端13的第二金属环92。当胀锥6向前运动至第一金属环91处的膨胀管1时，第一金属环91处的膨胀管1产生膨胀，并使得第一金属环91最先贴紧在套管壁上产生悬挂。当胀锥6向前运动至胶筒10处的膨胀管1时，胶筒10处的膨胀管1产生膨胀，并使得胶筒10贴紧在套管壁上。当胀锥6向前运动至第二金属环92处的膨胀管1时，第二金属环92处的膨胀管1产生膨胀，并使得第二金属环92最后贴紧在套管壁上。采用该种结构，第一金属环91和第二金属环91在胶筒10的前后两侧形成支撑，以确保胶筒10密封的牢固性。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种膨胀式悬挂器，其特征在于，它包括：

膨胀管，所述膨胀管具有沿其自身轴线方向相对的前端和后端，所述膨胀管具有一能沿其自身径向扩张的膨胀部；

打压管，其穿设在所述膨胀管中并与所述膨胀管形成一环形空间，所述打压管具有沿所述膨胀管轴线方向延伸的空腔，所述打压管的前端用于将所述打压管的空腔与管柱相连通；

第一堵头，其设置在所述打压管的后端并用于堵住所述打压管的空腔；

承重接头，其位于所述膨胀管的前端并用于将所述环形空间的前端封闭，所述承重接头通过第一螺纹与所述打压管相连接，所述承重接头通过第二螺纹与所述膨胀管相连接，所述第一螺纹和所述第二螺纹的旋向相反；

第二堵头，其套设在所述打压管上并用于将所述环形空间的后端封闭；

胀锥，其能在所述环形空间内滑动并将所述环形空间分割为相互密封的前部空间和后部空间，所述打压管上开设有与所述后部空间相连通的打压孔，所述胀锥具有一在所述胀锥沿着所述膨胀管的轴线朝前滑动时与所述膨胀管的膨胀部相对应接触的抵触部；

分别套设在所述膨胀管的膨胀部上的金属环以及胶筒，在所述胀锥与所述膨胀管的抵触过程中所述金属环先于所述胶筒贴紧在套管壁上。

2.根据权利要求1所述的膨胀式悬挂器，其特征在于：所述膨胀式悬挂器还包括与所述打压管通过第三螺纹相连接的接头，所述接头的前部用于与管柱通过第四螺纹相连接，所述第三螺纹、所述第四螺纹以及所述第一螺纹的旋向相同。

3.根据权利要求1所述的膨胀式悬挂器，其特征在于：所述第二堵头与所述膨胀管的内壁之间设置有第一密封圈，所述胀锥与所述膨胀管的内壁之间设置有第二密封圈。

4.根据权利要求1或3所述的膨胀式悬挂器，其特征在于：所述第一堵头和所述第二堵头一体式构造。

5.根据权利要求1所述的膨胀式悬挂器，其特征在于：所述膨胀管从前至后依次包括膨胀部、第一恒径部，所述膨胀部从前至后包括第二恒径部以及第一变径部；在所述膨胀部未膨胀时，所述第一恒径部的截面半径大于所述第二恒径部的截面半径，所述第一变径部的截面半径沿着所述膨胀管的轴线向后的方向逐渐变大。

6.根据权利要求5所述的膨胀式悬挂器，其特征在于：所述胀锥的抵触部从前至后依次包括第四恒径部、第二变径部以及第三恒径部，所述第三恒径部、第四恒径部、所述第二变径部分别与未膨胀的所述膨胀管的第一恒径部、第二恒径部以及第一变径部相匹配。

7.根据权利要求1所述的膨胀式悬挂器，其特征在于：所述膨胀式悬挂器包括较所述胶筒靠近所述膨胀管的后端的第一金属环。

8.根据权利要求7所述的膨胀式悬挂器，其特征在于：所述膨胀式悬挂器还包括较所述胶筒远离所述膨胀管的后端的第二金属环。