CN105507836B - 尾管悬挂器及包括其的管柱式固井系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种尾管悬挂器及包括其的管柱式固井系统。其中，该尾管悬挂器包括具有传压孔和稳压孔的芯管和分别设在芯管内外的憋压机构和坐挂机构，以及液压机构。液压机构包括滑套组件，以及形成在芯管与环套之间的坐挂腔和稳压腔。其中，憋压机构构造成在未憋压时允许芯管内的流体通过憋压机构，使得流体能够通过传压孔和稳压孔分别进入到坐挂腔和稳压腔内。根据本发明的尾管悬挂器能够有效地防止其液压机构在快速上提下放和开泵循环过程中开启，从而可以有效地防止该尾管悬挂器提前进行坐挂。

Description

尾管悬挂器及包括其的管柱式固井系统

技术领域

本发明属于石油固井技术领域，尤其涉及一种尾管悬挂器及包括其的管柱式固井系统。

背景技术

尾管悬挂器按照其驱动机理可分为机械式、液压式和液压机械双作用式三种类型。其中，液压式尾管悬挂器得到了广泛的应用，在尾管串到达指定位置后投下憋压球对管柱内部进行憋压，从而启动尾管悬挂器的液压机构，以便推动卡瓦式坐挂机构进行坐挂作业。

目前，现有的液压式尾管悬挂器在下入遇阻后，通常需要采取快速上提下放管柱、旋转管柱和开泵循环等措施来解除阻碍。然而，由于快速上提下放管柱的操作会引起高强度的激荡压力，迫使液压机构被开启，从而推动卡瓦式坐挂机构提前进行坐挂。而开泵循环需要较高的循环压力，如果其超过液压机构的启动压力，那么该卡瓦式坐挂机构同样将提前坐挂，而如果其低于液压机构的启动压力，那么会降低解阻效率，延长固井作业的时间。

发明内容

为了解决上述部分或全部技术问题，本发明的目的是提供一种尾管悬挂器及包括其的管柱式固井系统，其能够防止液压机构在快速上提下放和开泵循环的过程中开启，从而可以有效地防止该尾管悬挂器提前进行坐挂。

根据本发明的第一方面，提供了一种尾管悬挂器，其包括：具有传压孔和稳压孔的芯管；设在芯管外的坐挂机构；设在芯管内的憋压机构；液压机构，其包括滑动式套接在芯管外且位于坐挂机构的下游的滑套组件，以及形成在芯管与环套之间的坐挂腔和稳压腔。其中，憋压机构构造成在未憋压时，允许芯管内的流体通过憋压机构，使得流体能够通过传压孔和稳压孔分别进入到坐挂腔和稳压腔内。憋压机构还构造成在憋压后，能够阻止流体通过憋压机构，使得流体只能够通过传压孔进入到坐挂腔内，从而促动滑套组件推动坐挂机构进行坐挂。

在一个实施例中，憋压机构包括相对固定地设置在芯管内的中心管组件和用于密封形成在中心管组件与芯管之间的环形空的密封件，以及固定设置在中心管组件的内壁上的用于密封式接收憋压部件的接收座，其中，密封件设置在传压孔和稳压孔之间，并且在密封件上方的中心管组件的周壁上设有的通孔。

在一个实施例中，接收座通过剪切单元固定在中心管组件的内壁上。

在一个实施例中，滑套组件包括沿轴向从上至下依次固定连接的推动部件、衔接部件和稳压部件，推动部件与芯管通过设置在推动部件本体的内壁上的上游凸起和设置在芯管本体的外壁上的下游凸起来限定形成坐挂腔，在稳压部件和芯管之间设有用于在上游方向上限定稳压腔的密封组件。

在一个实施例中，密封组件包括固定设置在芯管的外壁上的两个密封卡环，以及以轴向挤压方式设置在两个密封卡环之间的密封胶套。

在一个实施例中，衔接部件设置在下游凸起与处于上游的密封卡环之间内，使得衔接部件只能够在下游凸起与该密封卡环之间运动。

在一个实施例中，在推动部件的周壁上设有进液孔，进液孔与形成在下游凸起与衔接部件之间的滑道腔相连通。

在一个实施例中，在滑套组件的下游处设有用于控制滑套组件的开启压力的剪切机构，剪切机构包括套接在芯管外并彼此通过螺纹相连的剪钉套和压环，以及设置在芯管的外壁上的用于固定剪钉套和压环的卡环，剪钉套通过剪钉来固定滑套组件。

在一个实施例中，坐挂机构包括固定式套接在芯管外的卡瓦推动套和滑动式套接在芯管外的卡瓦容纳套，以及设置在卡瓦容纳套内的卡瓦，其中卡瓦推动套处于卡瓦容纳套的上游，使得卡瓦容纳套能够被滑套组件推动，并促使卡瓦在卡瓦推动套的作用下坐挂于处于油井套管的内壁上。

根据本发明的第二方面，提供了一种管柱式固井系统，其沿着从上游到下游的方向依次包括送入工具、回接筒、坐封短节、丢手装置、封隔器、悬挂器、尾管串、浮箍和浮鞋，其中悬挂器选用根据本发明的第一方面的尾管悬挂器。

在一个实施例中，浮鞋为钻式偏心浮鞋。

在本申请中，上游和上方定义均为靠近井口的方向，而下游和下方均为远离进口的方向。同时，在没有特别限定的情况下，轴向和径向分别定义为芯管的轴向和径向。

根据本发明的用于尾管悬挂器的中心管组件的内部在快速上提下放的过程中处于未憋压的状态，此时中心管组件内的流体既可进入到坐挂腔内又可进入到的稳压腔内，使得流体可以通过坐挂腔和稳压腔分别施加给滑套组件两个作用力，这两个力的大小相差不多，方向相反，由此两者相互抵消，从而防止滑套组件促动坐挂机构提前进行坐挂。通过这种方式，可以允许管柱内外的循环压力大于该尾管悬挂器的液压机构的开启压力，因此可以加快解阻效率，缩短固井作业的时间。另外，由于未憋压的状态下的卡瓦能够藏于卡瓦容纳套内，因此可以在旋转解阻的过程中不会损坏该卡瓦的结构，进而提高该尾管悬挂器的坐挂的可靠性。此外，根据本发明的尾管悬挂器的结构简单，加工方便，使用安全高效，从而便于实施推广应用。

根据本发明的管柱式固井系统由于使用了尾管悬挂器，使得其可以采用快速上提下放该管柱式固井系统、转动该管柱式固井系统和开泵循环这三种措施来消除阻碍。又由于该管柱式固井系统允许同时使用这三种措施，因此其可以大幅度地提高解阻效率，提高尾管下入的可靠性，降低固井作业的时间。另外，该管柱式固井系统使用的钻式偏心浮鞋在遇到台阶井或缩颈井时，可以通过旋转下入管柱式固井系统的方法促使设置在钻式偏心浮鞋的外壁上的侧肋对井眼进行扩张，以便该管柱式固井系统顺利通过该台阶或缩颈部分。

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尾管悬挂器，其中未示出憋压机构；

图2是图1所示的尾管悬挂器的憋压机构所在处的局部示意图；

图3是图1所示的尾管悬挂器的密封组件所在处的局部示意图；以及

图4是图1中A处的局部放大图。

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。

根据本发明的第一方面提供了一种尾管悬挂器10，其用于把尾管或尾管串坐挂在油井套管的内壁上。如图1所示，该尾管悬挂器10包括芯管2。该芯管2的上游端可通过螺纹式接头1可与封隔器相连固定，而下游端可用于连接尾管或尾管串。该芯管2具有两个轴向间隔开的传压孔201和稳压孔202。其中，所述的封隔器及尾管均属于本领域技术人员熟知的，在此不作详细描述。

根据本发明，该尾管悬挂器10包括套接式设置在芯管2外的坐挂机构3。该坐挂机构3优选为卡瓦式坐挂机构，其可包括固定式套接在芯管2外的卡瓦推动套301和滑动式套接在芯管2外的卡瓦容纳套302，以及设在卡瓦容纳套302的周壁内的多个卡瓦303。其中，卡瓦推动套301处于卡瓦容纳套302的上游。卡瓦容纳套302能够在外力的作用下带动卡瓦303沿着轴向朝向卡瓦推动套301运动，使得卡瓦303在卡瓦推动套301的作用下沿径向向外扩张，并坐挂于油井套管的内壁上。

另外，该尾管悬挂器10还包括液压机构5。该液压机构5可包括滑动式套接在芯管2外的滑套组件501，以及形成在芯管2与滑套组件501之间的坐挂腔502和稳压腔503。该坐挂腔502通过传压孔201与芯管2的内部连通，而稳压腔503通过稳压孔202与芯管2的内部连通。其中，进入到坐挂腔502内的流体能够推动滑套组件501朝上游运动，促使坐挂机构3进行坐挂作业，而进入到稳压腔503内的流体能够阻止滑套组件501作用于坐挂机构3进行坐挂。由此可知，在快速上提下放和开泵循环的过程中通过稳压腔503内的流体的阻碍作用可以防止坐挂机构3提前进行坐挂作业。

在一个优选的实施例中，坐挂腔502的横向截面积与稳压腔503的横向截面积大致相等，使得坐挂腔502内的流体作用于滑套组件501的作用力等于稳压腔503内的流体作用于滑套组件501的作用力。然而，由于这两个作用力的大小相等，方向相反，彼此相互抵消，因此可以有效地阻止滑套组件501进行运动，从而可以防止该尾管悬挂器10在快速上提下放和开泵循环过程中提前进行坐挂。

如图2所示，该尾管悬挂器10还包括设置芯管2内的憋压机构6。憋压机构6可包括相对固定地设置在芯管2内的中心管组件601。该中心管组件601可通过送入工具实现相对于芯管2的固定。同时，中心管组件601既可由多个管件组成，也可由单个管件构造成。另外，憋压机构6还包括固定设置在中心管组件601的外壁上且位于传压孔201和稳压孔202之间的密封件602。该密封件602优选为胶塞，以用于密封式形成在中心管组件601与芯管2之间的环形空603。

在密封件602上方的中心管组件601的周壁上开设有通孔604。无论该憋压机构6的中心管组件601的内部是否憋压，该通孔604都能够允许中心管组件601内的流体经过环形空603和传压孔201后进入到坐挂腔502内，以便在憋压后促动坐挂机构3进行坐挂。在快速上提下放该尾管悬挂器10或开泵循环的过程中，中心管组件601的内部处于未憋压的状态，此时中心管组件601内的流体既可进入到坐挂腔502内又可进入到的稳压腔503内，使得流体可以通过坐挂腔502和稳压腔503向滑套组件501施加两个作用力，这两个力的大小相差不多，方向相反，彼此可以相互抵消，从而可以防止该尾管悬挂器10在快速上提下放和开泵循环过程中提前进行坐挂。

为了实现中心管组件601的内部的憋压，憋压机构6还包括固定设置在中心管组件601的内壁上的接收座605，以及能够被接收座605密封式接收的憋压部件606。该憋压部件606优选为憋压球。接收座605可通过剪切单元607固定在中心管组件601的内壁上，由此可以允许接收座605和憋压部件606脱离该中心管组件601，从而允许中心管组件601的内部导通。其中，剪切单元607优选为剪钉和剪钉孔。

回到图1，滑套组件501可包括沿轴向从上至下依次固定连接的推动部件501a、衔接部件501b和稳压部件501c，请参照图1。其中，推动部件501a、衔接部件501b和稳压部件501c三者可通过螺纹结构来连接固定。在推动部件本体的内壁上设有上游凸起51，而在芯管本体的外壁上设有下游凸起203，该推动部件501a与芯管2通过上游凸起51和下游凸起203来限定形成坐挂腔502。在稳压部件501c和芯管2之间设有用于在上游方向上限定稳压腔503的密封组件8。因此，稳压腔503是由稳压部件501c、芯管2和密封组件8共同限定的。通过把滑套组件501分解成三个部件的方式，可以方便该滑套组件501的装配。

在一个实施例中，在下游凸起203与衔接部件501b之间形成有滑道腔13(见图4)，并且在推动部件501a的周壁上可设有与滑道腔13相连通的进液孔15。进液孔15能够允许流体进入到滑道腔13内，可以在润滑衔接部件501b的运动的同时确保该滑套组件501的结构不易损坏。

在一个优选的实施例中，密封组件8包括固定设置在芯管2的外壁上的两个密封卡环801，以及以轴向挤压方式设置在两个密封卡环801之间的密封胶套802，其在图3中清晰示出。该密封胶套802可被挤压块803挤压后固定在两个密封卡环801之间。通过这种方式，一方面可以保证密封要求，另一方面可以方便滑套组件501的部件进行装配。

另外，衔接部件501b设置在下游凸起203与处于上游的密封卡环801之间内，因此该衔接部件501b只能够在下游凸起203与该密封卡环801之间运动，从而限定了滑套组件501的滑动行程。

如图1所示，在滑套组件501的下游处设有用于控制该滑套组件5的开启压力的剪切机构7。为了方便安装起见，剪切机构7包括套接在芯管2外并通过螺纹相连的剪钉套701和压环702，以及设置在芯管2的外壁上的用于固定剪钉套701和压环702的卡环703。其中，剪钉套701通过剪钉704来固定滑套组件501，使得滑套组件501唯有在该剪钉704被剪断失效后，才允许滑套组件5相对于芯管2进行滑动。

以下介绍根据本发明的尾管悬挂器10的工作过程。首先，通过送入工具把该尾管悬挂器10和尾管串向井内送入，当送入的过程中遇到阻碍后，可以采取快速上提下放管柱、旋转管柱和开泵循环等措施来解除阻碍。虽然上提下放管柱和开泵循环都会引起压力升高，但是此时中心管组件601的内部处于未憋压的状态，使得中心管组件601内的流体既可进入到坐挂腔502内又可进入到的稳压腔503内，由此流体可以通过坐挂腔502和稳压腔503向滑套组件501施加两个作用力，这两个力的大小相差不多，方向相反，彼此可以相互抵消，从而可以防止该尾管悬挂器10在快速上提下放和开泵循环的过程中提前进行坐挂。

当该尾管悬挂器10送入到指定位置后，向送入工具的内部抛投憋压部件606，促使憋压部件606坐落于接收座605，从而致使中心管组件601的内部开始憋压。此时，处于憋压部件606上方的高压流体只能依次经过通孔604、环形空603和传压孔201后进入到坐挂腔502。当内部压力能够促使滑套组件5剪断剪钉704后，滑套组件5将朝向上游方向运动，从而促动坐挂机构3进行坐挂，完成该尾管悬挂器10和尾管串的坐挂。

综上可知，根据本发明的尾管悬挂器10能够有效地防止其液压机构3在快速上提下放和开泵循环的过程中开启，从而可以有效地防止该尾管悬挂器10提前进行坐挂。

根据本发明的第二方面提供了一种管柱式固井系统，其俗称为管柱。该管柱式固井系统沿从上游到下游的方向依次包括送入工具、回接筒、坐封短节、丢手装置、封隔器、悬挂器、尾管串、浮箍和浮鞋。然而，为了防止该悬挂器出现提前坐挂，该悬挂器选择成根据本发明第一方面所述的尾管悬挂器10。其中，所述的送入工具、回接筒、坐封短节、丢手装置、封隔器、尾管串、浮箍和浮鞋均属于本领域技术人员熟知的，为了节约篇幅起见在此不作详细描述。

另外，为了防止该下入过程中的管柱式固井系统在遇到台阶井或缩颈井时很难通过，可以把浮鞋选择为钻式偏心浮鞋，例如美国专利US6983811B2公开的浮鞋。该钻式偏心浮鞋可通过设置在外壁上的侧肋可以对井眼进行扩张，以便促使该管柱式固井系统遇到台阶或缩颈部分时继续通过。

根据本发明的管柱式固井系统由于使用了尾管悬挂器10，使得其可以采用快速上提下放该管柱式固井系统、转动该管柱式固井系统和开泵循环这三种措施来消除阻碍。又由于该管柱式固井系统允许同时使用该三种措施，因此其可以大幅度地提高解阻效率，提高尾管下入的可靠性，降低固井作业的时间。另外，该管柱式固井系统使用的钻式偏心浮鞋在遇到台阶井或缩颈井时，可以通过旋转下入管柱式固井系统的方法促使设置在钻式偏心浮鞋的外壁上的侧肋对井眼进行扩张，以便该管柱式固井系统顺利通过该台阶或缩颈部分。

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 (11)

1.一种尾管悬挂器，包括：

具有传压孔和稳压孔的芯管；

设在所述芯管外的坐挂机构；

设在所述芯管内的憋压机构；以及

液压机构，其包括滑动式套接在所述芯管外且位于所述坐挂机构的下游的滑套组件，以及形成在所述芯管与环套之间的坐挂腔和稳压腔，坐挂腔通过传压孔与芯管的内部连通，而稳压腔通过稳压孔与芯管的内部连通，坐挂腔内的流体推动滑套组件作用于坐挂机构进行坐挂，稳压腔内的流体阻止滑套组件作用于坐挂机构进行坐挂，通过稳压腔内流体的阻碍作用防止坐挂机构提前坐挂；

其中，所述憋压机构构造成在未憋压时，允许所述芯管内的流体通过所述憋压机构，使得所述流体能够通过所述传压孔和稳压孔分别进入到所述坐挂腔和稳压腔内；

所述憋压机构还构造成在憋压后，能够阻止所述流体通过所述憋压机构，使得所述流体只能够通过所述传压孔进入到所述坐挂腔内，从而促动所述滑套组件推动所述坐挂机构进行坐挂。

2.根据权利要求1所述的尾管悬挂器，其特征在于，所述憋压机构包括相对固定地设置在所述芯管内的中心管组件和用于密封形成在所述中心管组件与芯管之间的环形空的密封件，以及固定设置在所述中心管组件的内壁上的用于密封式接收憋压部件的接收座，其中，所述密封件设置在所述传压孔和稳压孔之间，并且在所述密封件上方的所述中心管组件的周壁上设有的通孔。

3.根据权利要求2所述的尾管悬挂器，其特征在于，所述接收座通过剪切单元固定在所述中心管组件的内壁上。

4.根据权利要求1中所述的尾管悬挂器，其特征在于，所述滑套组件包括沿轴向从上至下依次固定连接的推动部件、衔接部件和稳压部件，所述推动部件与芯管通过设置在所述推动部件本体的内壁上的上游凸起和设置在所述芯管本体的外壁上的下游凸起来限定形成所述坐挂腔，在所述稳压部件和芯管之间设有用于在上游方向上限定所述稳压腔的密封组件。

5.根据权利要求4所述的尾管悬挂器，其特征在于，所述密封组件包括固定设置在所述芯管的外壁上的两个密封卡环，以及以轴向挤压方式设置在两个所述密封卡环之间的密封胶套。

6.根据权利要求5所述的尾管悬挂器，其特征在于，所述衔接部件设置在所述下游凸起与处于上游的所述密封卡环之间内，使得所述衔接部件只能够在所述下游凸起与处于上游的所述密封卡环之间运动。

7.根据权利要求6所述的尾管悬挂器，其特征在于，在所述推动部件的周壁上设有与形成在所述下游凸起与衔接部件之间的滑道腔相连通的进液孔。

8.根据权利要求1到7中任一项所述的尾管悬挂器，其特征在于，在所述滑套组件的下游处设有用于控制所述滑套组件的开启压力的剪切机构，所述剪切机构包括套接在芯管外并彼此通过螺纹相连的剪钉套和压环，以及设置在所述芯管的外壁上的用于固定所述剪钉套和压环的卡环，所述剪钉套通过剪钉来固定滑套组件。

9.根据权利要求1到7中任一项所述的尾管悬挂器，其特征在于，所述坐挂机构包括固定式套接在所述芯管外的卡瓦推动套和滑动式套接在所述芯管外的卡瓦容纳套，以及设置在所述卡瓦容纳套内的卡瓦，其中所述卡瓦推动套处于所述卡瓦容纳套的上游，使得所述卡瓦容纳套能够被所述滑套组件推动并促使所述卡瓦在所述卡瓦推动套的作用下坐挂于处于油井套管的内壁上。

10.一种管柱式固井系统，其特征在于，沿着从上游到下游的方向依次包括送入工具、回接筒、坐封短节、丢手装置、封隔器、悬挂器、尾管串、浮箍和浮鞋，其中所述悬挂器为根据权利要求1到9中任一项所述的尾管悬挂器。

11.根据权利要求10所述的管柱式固井系统，其特征在于，所述浮鞋为钻式偏心浮鞋。