CN105003208B - 一种套管回接器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种套管回接器，其包括：回接筒，其连接于新套管的下端，所述回接筒穿设在井下旧套管内；膨胀锥，其具有轴向通孔，所述轴向通孔的上端与一连接管相连，所述膨胀锥的外壁设有主工作面，在所述膨胀锥插入所述回接筒内的状态下，所述主工作面与所述回接筒的内壁相接触；多个密封环，其环设于所述回接筒的外壁。本发明采用膨胀式内回接方式，通过回接筒的径向膨胀，使套管回接器与井下旧套管的内壁进行密封与锚定，以实现新旧套管的对接，结构简单，操作方便，对接牢固，适用范围广。

Description

一种套管回接器

技术领域

本发明涉及石油工业技术领域，特别是一种用于油水井套管回接作业的专用工具，具体是一种可膨胀的套管回接器。

背景技术

在石油开采过程中，有时油水井上部套管会发生损坏，造成套管损坏的原因有多种，例如化学腐蚀、地层挤压或机械磨损等，如要继续开采工作，该些套管损坏的油气井则需要取出损坏部分及以上套管进行换套管作业，实施取套作业后，再次回接套管以求恢复套管的完整性及套管柱的密封性，套管损坏井的修复对于提高油井产量和采收率具有重要的作用和意义。

目前常见的套管回接方式是外回接方式，即回接器连接在新套管的下端，随新套管一起下井，待回接器接触到原套管后，将原套管鱼顶引入到回接器内，回接器与原套管外壁面形成密封并与之锚定。但是，该外回接方式存在以下两个缺陷：一、大尺寸套管的外回接器因技术原因而没有成型产品，例如20"(即20英寸)以上的套管；二、部分井无法实现外回接，或者外回接失败，例如原套管与外层套管的间隙小于回接器的壁厚、原套管回接段外壁处理达不到回接要求、回接后试压不合格等等。

有鉴于上述现有技术存在的问题，本发明人结合相关制造领域多年的设计及使用经验，辅以过强的专业知识，提供一种套管回接器，来克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种套管回接器，其采用膨胀式内回接方式，通过回接筒的径向膨胀，使套管回接器与井下旧套管的内壁进行密封与锚定，以实现新旧套管的对接，结构简单，操作方便，对接牢固，适用范围广。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供一种套管回接器，其包括：回接筒，其连接于新套管的下端，所述回接筒穿设在井下旧套管内；膨胀锥，其具有轴向通孔，所述轴向通孔的上端与一连接管相连，所述膨胀锥的外壁设有主工作面，在所述膨胀锥插入所述回接筒内的状态下，所述主工作面与所述回接筒的内壁相接触；多个密封环，其环设于所述回接筒的外壁；

其中，所述主工作面包括保径工作面和工作斜面，所述工作斜面连接于所述保径工作面的下方，所述保径工作面的直径大于所述回接筒膨胀前的内径，所述工作斜面包括工作面和下方斜面，所述下方斜面连接于所述工作面的下方，所述工作面与所述保径工作面之间的夹角小于所述下方斜面与所述保径工作面之间的夹角。

在优选的实施方式中，所述井下旧套管的理论内径为R1，所述密封环的厚度为h，所述回接筒的壁厚为D，差值B为1mm～2mm，所述保径工作面的直径R＝R1－2h－2D+B。

在优选的实施方式中，所述回接筒的壁厚、所述井下旧套管的壁厚和所述新套管的壁厚均相同。

在优选的实施方式中，所述密封环通过硫化或粘接固定于所述回接筒的外壁。

在优选的实施方式中，所述密封环的厚度为3毫米至5毫米之间，所述密封环的宽度为50毫米至200毫米之间。

在优选的实施方式中，多个所述密封环沿所述回接筒的轴向方向均匀分布于所述回接筒的外壁，两两所述密封环之间的距离为100毫米。

在优选的实施方式中，所述连接管上连接有螺母，所述螺母卡设在所述膨胀锥的上表面，所述连接管与所述膨胀锥之间设有O型密封圈。

在优选的实施方式中，所述回接筒底部连接引鞋，所述引鞋下半部呈倒圆台状。

本发明一种套管回接器，通过液体压力使膨胀锥在回接筒内下行，并通过膨胀锥将液体压力转化为机械力而作用于回接筒内壁，回接筒发生径向膨胀，使回接筒外壁的多个密封环与井下旧套管的内壁形成高效密封与锚定，密封可靠且锚定牢固，保证了回接后的套管无泄漏，通过本发明实现新旧套管的对接，能恢复原套管性能技术指标(即套管的完整性及套管柱的密封性)，避免了传统回接工具密封性能差的缺陷，其不受井下旧套管尺寸的限制，填补了目前大尺寸套管(20"以上的套管)等无法回接的空白，本发明采用膨胀式内回接方式，施工工艺更简便，对接更牢固，成功率更高，适用范围更广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明套管回接器的结构示意图。

图2为本发明的膨胀锥和回接筒的局部结构示意图。

附图标号说明：

1连接管，2膨胀锥，3密封环，4回接筒，5引鞋，6O型密封圈，7螺母，8保径工作面，9工作面，10下方斜面，11工作斜面，12主工作面，13轴向通孔，α夹角，β夹角。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供一种套管回接器，其包括：回接筒4，其连接于新套管的下端，所述回接筒4穿设在井下旧套管内，即，当使用套管回接器工作时，将回接筒4下入井下旧套管内；膨胀锥2，其具有轴向通孔13，所述轴向通孔13的上端与一连接管1相连，所述膨胀锥2的外壁设有主工作面12，在所述膨胀锥2插入所述回接筒4内的状态下，所述主工作面12与所述回接筒4的内壁相接触；多个密封环3，其环设于所述回接筒4的外壁。

具体的，如图1和图2所示，所述主工作面12包括保径工作面8和工作斜面11，所述工作斜面11连接于所述保径工作面8的下方，所述保径工作面8的直径大于所述回接筒4膨胀前的内径，且所述保径工作面8的直径等于所述回接筒4膨胀后的内径，使回接筒4膨胀后内径保持固定值；工作斜面11从上到下是向膨胀锥2的轴向方向倾斜，如图1所示，其中，所述工作斜面11包括工作面9和下方斜面10，所述下方斜面10连接于所述工作面9的下方，所述工作面9与所述保径工作面8之间的夹角α小于所述下方斜面10与所述保径工作面8之间的夹角β，此结构的膨胀锥2具有较好的结构强度，其能够在较小的液压力作用下，实现膨胀锥2在回接筒4内的膨胀移动，本发明将连接于保径工作面8下方的工作斜面11设计为依次相连的工作面9和下方斜面10的结构，相较现有技术中保径工作面下方仅具有一个工作斜面的膨胀锥来说，其能够在相对较小的液压力作用下，实现膨胀锥2在回接筒4内的轴向下移，以使膨胀锥2在回接筒4内向下移动过程中更加顺畅。

进一步的，所述井下旧套管的理论内径为R1，所述密封环3的厚度为h，所述回接筒4的壁厚为D，差值B为1mm～2mm，则所述保径工作面8的直径R＝R1－2h－2D+B，即保径工作面8的直径大于回接筒4膨胀前的内径。

进一步的，所述回接筒4的壁厚、所述井下旧套管的壁厚和所述新套管的壁厚均相同，或者回接筒4的壁厚可设为与井下旧套管或新套管的壁厚相接近，而且回接筒4是由具有一定强度和延展率的金属钢管制作而成，回接筒4的上端设有与新套管连接的密封螺纹。较佳的，膨胀锥2采用高强度金属材料制作，并且其表面经过硬化处理，具有较好的韧性和强度，能够将液体压力转化为机械力作用于回接筒4内壁，并使回接筒4发生膨胀，例如，膨胀锥2可以选用碳素工具钢T10，当然，并不以此为限。

进一步的，所述密封环3通过硫化或粘接固定于所述回接筒4的外壁，多个所述密封环3沿所述回接筒4的轴向方向均匀分布于所述回接筒4的外壁，两两所述密封环3之间的间距相等，使回接筒4在受膨胀压力作用发生膨胀后，回接筒4外壁的密封环3与井下旧套管内壁紧密接触贴在一起并锚定，并通过均匀分布的多个密封环3使回接筒4与井下旧套管的密封更加可靠、作用力更加均匀，更好的实现套管回接器与井下旧套管的密封和锚定；优选的，两两所述密封环3之间的距离为100毫米，所述密封环3的厚度为3毫米至5毫米之间，所述密封环3的宽度为50毫米至200毫米之间；优选的，密封环3可选用橡胶或者其他具有弹性的材料制作而成。

进一步的，所述连接管1上连接有螺母7，所述螺母7卡设在所述膨胀锥2的上表面，使膨胀锥2相对于连接管1固定不动，该结构相对于膨胀锥2上设置连接螺纹，能够更好地消除膨胀锥2上的许多应力集中点和强度薄弱点，大大提高了膨胀锥2的机械强度，而且，膨胀锥2的轴向通孔13中部设有一台阶部，该台阶部与连接管1对应设置的台阶部相对应，使连接管1和膨胀锥2更牢固地连接在一起，更进一步的，在连接管1上端连接一排液管柱，排液管柱一般采用钻杆或油管等石油管材，其作用是将膨胀锥2送入回接筒4内，且由膨胀锥2的轴向通孔13、连接管1和排液管柱形成的通道可以在膨胀锥2下行过程中，将其下方的液体排出，较佳的，所述连接管1与所述膨胀锥2之间设有O型密封圈6，以实现连接管1与膨胀锥2之间的密封，其中，O型密封圈6可以设置为一个，也可以设置为两个。

进一步的，所述回接筒4底部连接引鞋5，所述引鞋5下半部呈倒圆台状，即引鞋5的工作面呈圆台状，以引导回接筒4顺利进入井下旧套管，当然引鞋5的工作面也可设置为圆锥状，较佳的，引鞋5是由易磨铣的软质材料制成，其中的软质材料可选择木材、尼龙等材料。

本发明一种套管回接器在工作时，首先将引鞋5安装在回接筒4的下端固定，将回接筒4连接在新套管的下端，并将回接筒4下送至需要回接的井下旧套管内，然后，在排液管柱的下端连接连接管1，并将连接管1的下端插入膨胀锥2的轴向通孔13中，即连接管1与膨胀锥2采用插入式连接，并用螺母7锁紧，再通过排液管柱将膨胀锥2下送至回接筒4内，此时，排液管柱和连接管1的外壁形成一个内环面，回接筒4和新套管的内壁形成一个外环面，内环面、外环面和膨胀锥2的上表面共同形成一个环形空间，通过地面上的泵向环形空间内打压，压力作用在膨胀锥2的上表面，并推动膨胀锥2下行，下行过程中，膨胀锥2将回接筒4径向胀大并使回接筒4的外壁贴在井下旧套管的内壁上，使位于回接筒4外壁的密封环3与井下旧套管形成密封与锚定，因套管内壁处理较外壁处理更容易，所以本发明的内回接方式的施工更加简便，密封、锚定更加可靠。

其中，膨胀锥2在下行过程中，其下方的液体通过排液管柱、连接管1和膨胀锥2的轴向通孔13共同形成的通道排出，以避免憋压，待回接筒4膨胀完毕后，通过排液管柱起出膨胀锥2，然后再下入磨铣工具，磨掉引鞋5，即可完成套管回接作业。

在回接筒4膨胀前，因为膨胀锥2的保径工作面8的直径大于回接筒4膨胀前的内径，所以膨胀锥2的主工作面12的工作斜面11卡在回接筒4内壁并与回接筒4的内壁相接触，当泵向环形空间打压时，液体压力作用于膨胀锥2的上表面，并通过膨胀锥2传递到工作斜面11上，其中工作斜面11为膨胀面，以将液体压力转化为机械力(也即膨胀压力)作用于回接筒4迫使其膨胀，因为工作斜面11的下方斜面10与保径工作面8的夹角β大于工作斜面11的工作面9与保径工作面8的夹角α，所以工作斜面11的下方斜面10先与回接筒4内壁接触并作用，然后随着膨胀锥2的下移，工作斜面11的工作面9再与回接筒4内壁接触并作用，最后由保径工作面8再与回接筒4内壁接触并保证回接筒4膨胀后的内径为固定值，其中，调整工作斜面11的角度，能够改变膨胀压力的大小。

为更好的说明本发明一种套管回接器，以下以24"(即24英寸，约609.6毫米)套管为例进行具体说明：

井下旧套管的外径为609.6毫米(mm)，其内径为571.5毫米(mm)，其切割深度为110.9米(m)，回接前下入外径为620毫米(mm)的梨形磨鞋对井下旧套管的割口进行磨铣，然后通过本发明的套管回接器对该井下旧套管进行回接作业，选择与井下旧套管尺寸相配套的回接筒4，其中，回接筒4的长度为3.1米(m)，回接筒4的壁厚为12.5毫米(mm)，密封环3的厚度为3毫米(mm)，膨胀锥2的保径工作面8的直径为543毫米(mm)，通过新管柱连接回接筒4下放至井下旧套管内，然后通过排液管柱将膨胀锥2下放至回接筒4内，在地面通过泵向环形空间打压6Mpa～8Mpa，使膨胀锥2向下运行，迫使回接筒4膨胀，并通过多个密封环3实现与井下旧套管的密封与锚定，然后再起出膨胀锥2，磨铣掉引鞋5，套管回接完毕。

本发明一种套管回接器，通过液体压力使膨胀锥2在回接筒4内下行，并通过膨胀锥2将液体压力转化为机械力而作用于回接筒4内壁，回接筒4发生径向膨胀，使回接筒4外壁的多个密封环3与井下旧套管的内壁形成高效密封与锚定，密封可靠且锚定牢固，保证了回接后的套管无泄漏，通过本发明实现新旧套管的对接，能恢复原套管性能技术指标(即套管的完整性及套管柱的密封性)，避免了传统回接工具密封性能差的缺陷，其不受井下旧套管尺寸的限制，填补了目前大尺寸套管(20"以上的套管)等无法回接的空白，本发明采用膨胀式内回接方式，施工工艺更简便，对接更牢固，成功率更高，适用范围更广。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限制本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的原则和构思的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种套管回接器，其特征在于，所述套管回接器包括：

回接筒，其连接于新套管的下端，所述回接筒穿设在井下旧套管内；

膨胀锥，其具有轴向通孔，所述轴向通孔的上端与一连接管相连，所述膨胀锥的外壁设有主工作面，在所述膨胀锥插入所述回接筒内的状态下，所述主工作面与所述回接筒的内壁相接触；

多个密封环，其环设于所述回接筒的外壁；

其中，所述主工作面包括保径工作面和工作斜面，所述工作斜面连接于所述保径工作面的下方，所述保径工作面的直径大于所述回接筒膨胀前的内径，所述工作斜面包括工作面和下方斜面，所述下方斜面连接于所述工作面的下方，所述工作面与所述保径工作面之间的夹角小于所述下方斜面与所述保径工作面之间的夹角。

2.根据权利要求1所述的套管回接器，其特征在于，所述井下旧套管的理论内径为R1，所述密封环的厚度为h，所述回接筒的壁厚为D，差值B为1mm～2mm，所述保径工作面的直径R＝R1－2h－2D+B。

3.根据权利要求1所述的套管回接器，其特征在于，所述回接筒的壁厚、所述井下旧套管的壁厚和所述新套管的壁厚均相同。

4.根据权利要求1所述的套管回接器，其特征在于，所述密封环通过硫化或粘接固定于所述回接筒的外壁。

5.根据权利要求1所述的套管回接器，其特征在于，所述密封环的厚度为3毫米至5毫米之间，所述密封环的宽度为50毫米至200毫米之间。

6.根据权利要求1所述的套管回接器，其特征在于，多个所述密封环沿所述回接筒的轴向方向均匀分布于所述回接筒的外壁，两两所述密封环之间的距离为100毫米。

7.根据权利要求1所述的套管回接器，其特征在于，所述连接管上连接有螺母，所述螺母卡设在所述膨胀锥的上表面，所述连接管与所述膨胀锥之间设有O型密封圈。

8.根据权利要求1所述的套管回接器，其特征在于，所述回接筒底部连接引鞋，所述引鞋下半部呈倒圆台状。