CN105089533A - 用于膨胀并悬挂尾管的实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于膨胀并悬挂尾管的实验装置，包括：具有第一通孔的中心管；套接在中心管外的滑套，在滑套与中心管之间形成有与第一通孔连通的第一腔，在滑套的沿第一方向的端部上设有膨胀锥；设在中心管的沿第一方向的端部上的固定座，其用于固定依次套在中心管外的尾管和套管。其中，滑套构造成当处于中心管内的流体经第一通孔进入到第一腔内时，能在流体的作用下带动膨胀锥朝向第一方向运动并进入到尾管内，使得尾管被在尾管内移动的膨胀锥胀开，从而促使尾管的外壁接合于套管的内壁。根据本发明的用于膨胀并悬挂尾管的实验装置能够模拟膨胀悬挂器的工作过程，而且还能够准确地保证实验结果的准确性。

Description

用于膨胀并悬挂尾管的实验装置

技术领域

本发明属于油气田固井技术领域，具体涉及一种用于膨胀并悬挂尾管的实验装置。

背景技术

在油气田固井技术领域中，通常使用膨胀悬挂器来完成尾管与上层套管的悬挂。膨胀悬挂器通过膨胀锥来使可膨胀的尾管发生径向形变并紧密贴合于上层套管，从而实现悬挂。经研究发现，膨胀力是影响悬挂效果的关键因素。而膨胀力与尾管的材料、结构和膨胀锥的结构以及尾管与膨胀锥之间的摩擦等因素密切相关。因此，针对这些因素进行相关实验至关重要。

目前，人们常常采用膨胀悬挂器进行上述实验。然而，由于每膨胀一次尾管后就需要对该悬挂器进行重新组装，导致整个试验过程费时费力，从而影响工作效率。另外，现有的膨胀悬挂器绝大多数不能够牢固地固定套管，使得所需套管的稳定性不足，从而导致尾管与膨胀锥之间的运动偏离实际情况，影响实验结果的准确性。

此外，人们还采用压力实验机直接加载膨胀锥对尾管进行膨胀。由于这个实验并未使用到膨胀悬挂器，使得整个实验无法反映膨胀悬挂器的真实工作状况，以及膨胀锥如何膨胀并悬挂尾管。

发明内容

为了解决上述部分或全部问题，本发明提供一种用于膨胀并悬挂尾管的实验装置，其不仅能够模拟膨胀悬挂器的工作过程，而且还能够准确地保证实验结果的准确性。

本发明提供了一种用于膨胀并悬挂尾管的实验装置，其包括：具有第一通孔的中心管；套接在中心管外的滑套，在滑套与中心管之间形成有与第一通孔连通的第一腔，在滑套的沿第一方向的端部上设有膨胀锥；设在中心管的沿第一方向的端部上的固定座，用于固定依次套在中心管外的尾管和套管。其中，滑套构造成当处于中心管内的流体经第一通孔进入到第一腔内时，能在流体的作用下带动膨胀锥朝向第一方向运动并进入到尾管内，使得尾管被在尾管内移动的膨胀锥胀开，从而促使尾管的外壁接合于套管的内壁。

在一个实施例中，中心管还具有第二通孔，而实验装置还包括形成在滑套与中心管之间的且沿轴向与第一腔间隔开的第二腔，第二腔与第二通孔连通。其中，当处于中心管内的流体经第二通孔进入到第二腔内时，滑套在流体的作用下带动膨胀锥朝相反的第二方向运动，使得膨胀锥移回到未膨胀尾管时的初始位置。

在一个实施例中，在第一和第二腔之间设有由滑套与中心管共同限定的单独的第三腔，在第三腔内设有从套管的内壁上朝中心管延伸的凸起，中心管包括形成在第一和第三腔之间的且与滑套的内壁密封式接合的第一间隔部，以及形成在第二和第三腔之间的且与滑套的内壁密封式接合的第二间隔部。其中，凸起构造成当滑套沿轴向来回运动时能与第一或第二间隔部相接处，从而限定滑套的运动行程。

在一个实施例中，滑套包括用于在第一方向上限定第一腔的第一限定部、用于在第二方向限定第二腔的第二限定部。同时，在第一腔内设有能够由流体促动并通过第一限定部来推动滑套朝第一方向运动的第一活塞，而在第二腔内设有能够由流体促动并通过第二限定部来推动滑套朝第二方向运动的第二活塞。

在一个实施例中，第一通孔处于第一活塞与第一间隔部之间，而第二通孔处于第二活塞与第二间隔部之间。

在一个实施例中，在中心管的外壁上第一通孔与第一活塞之间设有第一限位件，在中心管的外壁上第二通孔与第二活塞之间设有第二限位件。

在一个实施例中，在滑套的侧壁上设有与第三腔连通并用于平衡内外压力的平衡孔。

在一个实施例中，在中心管的内腔中设有封堵件，处于封堵件的两侧的中心管的内腔分别与第一和第二通孔连通。

在一个实施例中，中心管包括彼此连接的第一和第二管，以及形成第一和第二管的接合处的封堵件，滑套包括彼此连接的第一和第二滑套，凸起形成在第一和第二滑套的接合处。

在一个实施例中，第一腔形成在第一管与第一滑套之间，而第二腔形成在第二管与第二滑套之间。

在一个实施例中，滑套包括设在第二滑套的第二方向的端部上的且与第二管滑动密封式套接的端盖，第二限定部形成在所述端盖上。

在一个实施例中，在中心管的第二方向的端部上设有用于向中心管内导入流体的憋压封头。

在一个实施例中，固定座包括用于把流体导入到中心管内的通孔。

在一个实施例中，根据本发明的用于膨胀并悬挂尾管的实验装置还包括用于向中心管内导入流体的液压系统。

根据本发明的用于膨胀并悬挂尾管的实验装置，不仅可以有效地模拟膨胀悬挂器的工作过程，而且还可以准确地保证实验结果的准确性。此外，实验装置可以通过固定座来现实尾管和套管的轻松拆卸，从而便于更换尾管和套管，完成不同规格的尾管和套管的膨胀实验。另外，据本发明的用于膨胀并悬挂尾管的实验装置可以通过液压系统施加的压力得到膨胀尾管所需的膨胀力。膨胀锥可通过定位螺母固定于滑套上。由此，可以便于拆卸膨胀锥，从而便于膨胀锥的更换。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1显示了根据本发明的用于膨胀并悬挂尾管的实验装置的左半部分；以及

图2显示了根据本发明的用于膨胀并悬挂尾管的实验装置的右半部分。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

如图1和2所示，根据本发明的用于膨胀并悬挂尾管的实验装置10包括中心管1(包括管101和管102)，以及套接在中心管1外的滑套2(包括管201和管202)。中心管1包括开在其侧壁上的沿轴向间隔开的第一通孔11和第二通孔12。另外，该实验装置10包括沿轴向间隔开地形成在滑套2与中心管1之间的第一腔3和第二腔4。第一腔3和第二腔4均为环形腔，并且分别与第一通孔11和第二通孔12连通。例如，中心管1包括4个沿周向间隔开分布的第一通孔11，以及4个沿周向间隔开分布的第二通孔12。

根据本发明，实验装置10还包括设在中心管1的沿第一方向A的端部上的固定座5。固定座5能够固定依次套在中心管1外的尾管6和套管7。固定座5可通过螺纹结构与中心管1相连，也可通过螺纹结构来固定尾管6和套管7。固定座5不仅可以方便把尾管6和套管7从实验装置10中快速地拆卸下来，而且可以方便更换尾管6和套管7，由此完善了实验装置10的功能。由于所述的尾管6属于膨胀管的一种，因此其他膨胀管也可以代替该尾管6。

另外，该实验装置10还包括设在滑套2的沿第一方向A的端部上的膨胀锥8。膨胀锥8和尾管6沿着第一方向A依次布置，使得膨胀锥8能够进入到尾管内。优选地，膨胀锥8部分地插入尾管6内，以便于及时膨胀开尾管6。膨胀锥8可通过定位螺母13固定于滑套2上。由此，可以便于拆卸膨胀锥8，从而便于膨胀锥8的更换。

根据本发明，当处于中心管1内的流体经第一通孔11进入到第一腔3内时，流体促使滑套2带动膨胀锥8朝第一方向A运动并进入到尾管6内，使得尾管6被在其内部移动的膨胀锥8胀开，从而促使其外壁接合于套管7的内壁，完成尾管6的悬挂。当处于中心管1内的流体经第二通孔12进入到第二腔4内时，流体促使滑套2带动膨胀锥8朝相反的第二方向B运动，并使膨胀锥8移回到未膨胀尾管6时的初始位置，即图2所示位置。由此可知，实验装置10能够有效地模拟膨胀悬挂器的工作过程，从而便于获得更切合实际的实验结果。另外，固定座5可以稳定地固定尾管6和套管7，促使尾管6与膨胀锥8之间的运动趋近实际情况，从而提高实验结果的准确性。

为了实现第一通孔11和第二通孔12内可以分别进入流体，在中心管1的内腔中可设有封堵件102a。封堵件102a可使处于其两侧的中心管1的内腔分别与第一通孔11和第二通孔12连通。然而容易理解，也可以通过其他方式来实现第一通孔11和第二通孔12的分别导通，例如使用石油领域经常应用的剪钉式滑套机构或阀门。

根据本发明，在第一腔3与第二腔4之间可设有由滑套2和中心管1共同限定的单独的第三腔9。第一腔3、第三腔9和第二腔4沿第一方向A依次排开。在第三腔9内可设有从套管7的内壁上朝中心管1延伸的凸起2b。中心管1可包括形成在第一腔3与第三腔9之间的且与滑套2的内壁密封式接合的第一间隔部104，以及形成在第三腔9与第二腔4之间的且也与滑套2的内壁密封式接合的第二间隔部103。其中，当凸起2b跟随着滑套2在第三腔9内来回运动时，凸起2b能够与第一间隔部104或第二间隔部103相接处，从而限定滑套2的轴向运动行程。

在图示实施例中，滑套2包括用于在第一方向A上限定第一腔3的第一限定部205，以及用于在第二方向B上限定第二腔4的第二限定部204。同时，在第一腔3内设有第一活塞31，而第二腔4设有第二活塞41。第一活塞31能够由腔内流体促动并通过第一限定部205来推动滑套2朝第一方向A运动，而第二活塞41也能够由腔内流体促动并通过第二限定部204来推动滑套2朝第二方向B运动。这种布置方式，有利于促进结构紧凑，降低加工成本，以及方便安装。容纳理解，在该实验装置10中能够发生相对滑动的面之间应该设有相应的密封圈，以便满足实验装置10的密封要求。

根据本发明，第一通孔11处于第一活塞31与第一间隔部104之间，而第二通孔12处于第二间隔部103与第二活塞41之间。在一个实施例中，在中心管1的外壁上第一通孔11与第一活塞31之间设有第一限位件14，而在中心管1的外壁上第二通孔12与第二活塞41之间设有第二限位件15。第一限位件14和第二限位件15优选为弹性套圈，其用于定位活塞以防止活塞堵住相应的通孔，即第一通孔11和第二通孔12。

为了平衡滑套2内外的流体压力，在滑套2上可设有能够导通第三腔9的平衡孔203。由此可以确保滑套2的使用安全，从而提高使用寿命。同理，在滑套2上可设有平衡孔20，以用于导通形成在第一限定部205与膨胀锥8之间的腔19。

根据本发明，中心管1可包括彼此连接的第一管101和第二管102，以及形成第一管101与第二管102的接合处的封堵件102a。这种方式方便于加工和装配，促进整体结构紧凑。其中，封堵件102a可与第一管101或第二管102构造成一体式结构。同理，滑套2可包括彼此连接的第一滑套201和第二滑套202。因此，也可以方便加工和装配，促进整体结构紧凑。其中，凸起2b处于第一滑套201与第二滑套202的接合处，并把第一腔3和第二腔4彼此分隔开。第一腔3形成在第一管101与第一滑套201之间，而第二腔4形成在第二管102与第二滑套202之间。这种方式也是为了方便加工和装配。

在一个实施例中，在第二滑套202的沿第二方向B的端部上设有与第二管102滑动密封式套接的端盖16。由此，端盖16可以便于第二滑套202的拆装，并且保证密封要求。其中，端盖16可通过螺纹结构与第二滑套202相连。

在第二管102的沿第二方向B的端部上可设有憋压封头17。憋压封头17例如与该实验装置10的液压系统(未示出)相连，以便能够向第二管102内提供高压流体。此外，固定座5也与液压系统相连，使得高压流体能从固定座5进入到中心管1内。其中，所述的液压系统属于本领域技术人员熟知的，在此不作详细描述。

以下介绍根据本发明的用于膨胀并悬挂尾管的实验装置10的工作过程。悬挂过程是：液压系统把流体导入到中心管1的第一管101内，然后流体经第一通孔11进入到第一腔3内作用于滑套2带动膨胀锥8朝第一方向A运动，从而促使尾管6被在其内部移动的膨胀锥8胀开，并使其外壁接合于套管7的内壁，完成尾管6的悬挂。膨胀锥8的回位过程是：液压系统把流体经憋压封头17导入到中心管1的第二管102内，然后流体经第二通孔12进入到第二腔4内作用于滑套2带动膨胀锥8朝第二方向B运动，从而促使膨胀锥8移回到未膨胀尾管6时的初始位置，即图2所示位置。

据本发明的用于膨胀并悬挂尾管的实验装置10，不仅可以有效地模拟膨胀悬挂器的工作过程，而且还可以准确地保证实验结果的准确性。此外，实验装置10可以通过固定座5来现实尾管6和套管7的轻松拆卸，从而便于尾管6和套管7的更换。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (14)

1.一种用于膨胀并悬挂尾管的实验装置，包括：

具有第一通孔的中心管；

套接在所述中心管外的滑套，在所述滑套与中心管之间形成有与所述第一通孔连通的第一腔，在所述滑套的沿第一方向的端部上设有膨胀锥；

设在所述中心管的沿所述第一方向的端部上的固定座，用于固定依次套在所述中心管外的尾管和套管；

其中，所述滑套构造成当处于所述中心管内的流体经所述第一通孔进入到所述第一腔内时，能在所述流体的作用下带动所述膨胀锥朝向所述第一方向运动并进入到所述尾管内，使得所述尾管被在所述尾管内移动的所述膨胀锥胀开，从而促使所述尾管的外壁接合于所述套管的内壁。

2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述中心管还具有第二通孔，而所述实验装置还包括形成在所述滑套与中心管之间的且沿轴向与所述第一腔间隔开的第二腔，所述第二腔与所述第二通孔连通，

其中，当处于所述中心管内的流体经所述第二通孔进入到所述第二腔内时，所述滑套在所述流体的作用下带动所述膨胀锥朝相反的第二方向运动，使得所述膨胀锥移回到未膨胀所述尾管时的初始位置。

3.根据权利要求2所述的实验装置，其特征在于，在所述第一和第二腔之间设有由所述滑套与中心管共同限定的单独的第三腔，在所述第三腔内设有从所述套管的内壁上朝所述中心管延伸的凸起，

所述中心管包括形成在所述第一和第三腔之间的且与所述滑套的内壁密封式接合的第一间隔部，以及形成在所述第二和第三腔之间的且与所述滑套的内壁密封式接合的第二间隔部，

其中，所述凸起构造成当所述滑套沿轴向来回运动时能与所述第一或第二间隔部相接处，并限定所述滑套的运动行程。

4.根据权利要求3所述的实验装置，其特征在于，所述滑套包括用于在所述第一方向上限定所述第一腔的第一限定部、用于在所述第二方向限定所述第二腔的第二限定部，

在所述第一腔内设有能够由流体促动并通过所述第一限定部来推动所述滑套朝所述第一方向运动的第一活塞，而在所述第二腔内设有能够由流体促动并通过所述第二限定部来推动所述滑套朝所述第二方向运动的第二活塞。

5.根据权利要求4所述的实验装置，其特征在于，所述第一通孔处于所述第一活塞与第一间隔部之间，而所述第二通孔处于所述第二活塞与第二间隔部之间。

6.根据权利要求5所述的实验装置，其特征在于，在所述中心管的外壁上所述第一通孔与所述第一活塞之间设有第一限位件，在所述中心管的外壁上所述第二通孔与所述第二活塞之间设有第二限位件。

7.根据权利要求6所述的实验装置，其特征在于，在所述滑套的侧壁上设有能够导通所述第三腔的用于平衡内外压力的平衡孔。

8.根据权利要求3到7中任一项所述的实验装置，其特征在于，在所述中心管的内腔中设有封堵件，处于封堵件的两侧的所述中心管的内腔分别与所述第一和第二通孔连通。

9.根据权利要求8所述的实验装置，其特征在于，所述中心管包括彼此连接的第一和第二管，以及形成所述第一和第二管的接合处的所述封堵件，所述滑套包括彼此连接的第一和第二滑套，所述凸起形成在所述第一和第二滑套的接合处。

10.根据权利要求9所述的实验装置，其特征在于，所述第一腔形成在所述第一管与第一滑套之间，而所述第二腔形成在所述第二管与第二滑套之间。

11.根据权利要求9或10所述的实验装置，其特征在于，所述滑套还包括设在第二滑套的第二方向的端部上的且与所述第二管滑动密封式套接的端盖，所述第二限定部形成在所述端盖上。

12.根据权利要求1到11中任一项所述的实验装置，其特征在于，在所述中心管的第二方向的端部上设有用于向所述中心管内导入流体的憋压封头。

13.根据权利要求1到12中任一项所述的实验装置，其特征在于，所述固定座包括用于把流体导入到所述中心管内的通孔。

14.根据权利要求1到13中任一项所述的实验装置，其特征在于，还包括用于向中心管内导入流体的液压系统。