CN105625971A - 一种膨胀悬挂器及其坐挂方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种膨胀悬挂器及其坐挂方法,其包括:外壳组件;位于所述外壳组件的内腔并与构成所述内腔的内周壁相贴合的膨胀球座组件,所述膨胀球座组件的进入端设置为内收的薄壁筒状结构。所述膨胀悬挂器具有即使在胶塞憋压失效时,通过投入坐挂球体,使得该坐挂球体落在膨胀球座组件中仍可实现膨胀悬挂器坐挂的优点以及还具有该膨胀球座组件中的坐挂球体保证完成坐挂后能够准确地落入到下部管串中,有效地避免了在提出送入管串的过程中,由于坐挂球体堵塞而在膨胀球座组件处发生喷浆的现象,避免造成安全隐患的优点。

Description

一种膨胀悬挂器及其坐挂方法
技术领域
[0001] 本发明涉及油气田固井施工技术领域,尤其涉及一种膨胀悬挂器及其坐挂方法。
背景技术
[0002] 膨胀悬挂器是一种先进的尾管作业工具,其与传统的悬挂器相比具有外露部件少、适合复杂井下入以及同时集坐挂与封隔功能等的优点。目前国内外膨胀悬挂器主要包括套管、封隔器、胶塞、锥套、卡瓦、液缸以及膨胀本体等。膨胀悬挂器的现场施工工艺是首选注入水泥固井,随后将坐挂球体投送到钻具内,并等待该球体下落到钻具的球座上。当该球体下落到该钻具的球座上后,开始憋压,进行膨胀坐挂作业。
[0003] 上述膨胀悬挂器在固井的过程中,存在位于膨胀悬挂器中的胶塞由于各种原无法进行憋压,从而无法进行后续的膨胀坐挂的问题。
发明内容
[0004] 针对上述问题,根据本发明的第一个主题,提出了一种膨胀悬挂器,其包括:外壳组件;位于所述外壳组件的内腔并与构成所述内腔的内周壁相贴合的膨胀球座组件,所述膨胀球座组件的进入端设置为内收的薄壁筒状结构。向所述外壳组件与所述膨胀球座组件共有的内腔中注入水泥浆。注入完毕后,向所述内腔中投入坐挂球体,所述坐挂球体的外壁与所述膨胀球座本体的内表面相贴合后形成密封,且密封性越来越好,向所述腔体中注入钻井液以增大对所述坐挂球体沿所述外壳组件轴线向下方向的压力,进行憋。继续增大所述坐挂球体沿轴线向下方向的压力,直到该压力大于所述定位件的剪切力,将该定位件剪短,使得所述膨胀球座组件通过所述弹性紧固件固定在所述定位空中。膨胀悬挂器的膨胀作业完成后,再继续增大所述坐挂球体沿轴线向下方向的压力,直到所述坐挂球体被挤入到与所述膨胀悬挂器的下端相连接的管串中,完成所述膨胀悬挂器的坐挂。
[0005] 较佳的,所述膨胀球座组件包括膨胀球座本体和与所述膨胀球座本体相连接的弹性机构。
[0006] 较佳的,所述膨胀球座本体的进入端设置为内收的薄壁筒状结构,所述膨胀球座本体的提出端设置为外周壁设置有外螺纹的第一连接部。
[0007] 较佳的,所述弹性机构包括内周壁设置有内螺纹并与所述第一连接部为螺纹连接的第二连接部。通过第二连接部与第一连接部之间的螺纹连接,很好地实现了膨胀球座本体与弹性机构之前的连接,使得该球座本体与弹性机构组合为一个整体。另外,将该第二连接部与第一连接部之间采用螺纹连接的方式固定在一起,不仅使得该膨胀球座本体与弹性机构之间连接可靠,并且也便于二者之间的安装及拆卸,大大地节省了人力和物力,提高了工作效率。
[0008] 较佳的,所述弹性机构还包括与所述第二连接部相连接的钩爪部,所述钩爪部的内表面与所述薄壁筒状结构的外表面相贴合。这样,该钩爪部起到了支撑该薄壁筒状结构的作用,即对该薄壁筒状结构施加与沿外壳组件轴线竖直向上的支撑力,从而增强了该薄壁筒状结构的结构强度,避免发生形变。
[0009] 较佳的,所述第二连接部的外周壁上依次设置有限位孔和安装槽,所述安装槽中安装有一端具有开口的弹性紧固件。弹性紧固件需要具有较好的弹性和韧性,因此,能够在压缩被解除的条件下恢复到原来的形状,即处于张开的的状态。当前述定位槽与安装槽相对应后形成组合安装槽后,该弹性紧固件将扩张至定位槽中。这样,在该弹性紧固件的自身弹性力的作用下,有效地限制了膨胀球座组件沿外壳组件的轴向进行滑动,从而,有效地控制了该膨胀球座组件相对外壳组件的内腔中的位置,使得该膨胀球座组件在外壳组件的内腔中定位牢固。
[0010] 较佳的,所述外壳组件的周壁上设置有与所述限位孔相配合以限制所述膨胀球座组件沿所述外壳组件的轴向进行滑动的定位孔。
[0011] 较佳的,所述外壳组件的内周壁上设置有与所述安装槽相对应后容纳所述弹性紧固件以限制所述膨胀球座组件沿所述外壳组件的轴向进行滑动的定位槽。当定位槽与安装槽相对应后形成组合安装槽后,该弹性紧固件将扩张至定位槽中。这样,在该弹性紧固件的自身弹性力的作用下,有效地限制了膨胀球座组件沿外壳组件的轴向进行滑动,从而,有效地控制了该膨胀球座组件相对外壳组件的内腔中的位置,使得该膨胀球座组件在外壳组件的内腔中定位牢固。
[0012] 较佳的,所述限位孔与所述定位孔相配合后形成安装有定位件的组合安装孔。该组合安装孔中设置有定位件,该定位件的设置,能够有效地限制膨胀球座组件沿外壳组件的轴向进行滑动。从而,有效地控制了该膨胀球座组件相对外壳组件的内腔中的位置,使得该膨胀球座组件在外壳组件的内腔中定位牢固。
[0013] 根据本发明的第二个主题,提出了一种膨胀悬挂器的坐挂方法,所述方法包括:向所述外壳组件与所述膨胀球座组件共有的内腔中注入水泥浆;注入水泥浆完毕后,向所述内腔中投入坐挂球体进行憋压;增大所述坐挂球体沿轴线向下方向的压力,将所述定位件剪断,使得所述膨胀球座组件通过所述弹性紧固件固定在所述定位槽中,开始膨胀作业;膨胀作业完成后,再继续增大所述坐挂球体沿轴线向下方向的压力,将所述坐挂球体挤入到与所述膨胀悬挂器的下端相连接的管串中。
[0014] 根据本发明,所述膨胀悬挂器具有即使在胶塞憋压失效时,通过投入坐挂球体落在膨胀球座组件中仍可实现膨胀悬挂器的坐挂的优点。此外,还具有该膨胀球座组件中的坐挂球体保证完成坐挂后能够准确地落入到下部管串中,有效地避免了在提出送入管串的过程中,由于坐挂球体堵塞而在膨胀球座组件处发生喷浆的现象,避免造成安全隐患的优点。
附图说明
[0015] 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。在图中:
[0016] 图1为本发明膨胀悬挂器的整体结构示意图。
[0017] 图2为本发明膨胀悬挂器完成坐挂时的整体结构示意图。
[0018] 图3为本发明膨胀悬挂器完成坐挂后的整体结构示意图。
[0019] 图4为本发明膨胀悬挂器完成坐挂的方法的实施例的流程示意图。
[0020] 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描绘。
具体实施方式
[0021] 下面将结合附图对本发明作进一步说明。
[0022] 请参阅图1,其为本发明膨胀悬挂器的整体结构示意图。如图所示,所述膨胀悬挂器包括外壳组件I和膨胀球座组件2。其中,该膨胀球座组件2位于该外壳组件I的内腔11中,该膨胀球座组件2的外表面与构成该内腔11的内周壁12相贴合。
[0023] 在一个优选的实施例中,外壳组件I的周壁13上设置有定位孔131。该外壳组件I的内周壁12上设置有定位槽121。由于该外壳组件I的工作位置位于井下,工作环境较为恶劣,因而,该外壳组件I应当具有较好的结构强度以及硬度,避免该外壳组件I在被下放的过程中因与井下岩石发生碰撞而造成损坏。此外,该外壳组件I长期处于黑暗、潮湿的环境中,很容易发生腐蚀的现象,故该外壳组件I也应当具有较强的抗腐蚀性。在本申请的实施例中,该外壳组件I为合金钢材质制造而成,能够满足强度高、刚度高以及满足抗腐蚀性的需求。
[0024] 在一个优选的实施例中,该膨胀球座组件2包括膨胀球座本体21和弹性机构22。其中,该弹性机构22套设在膨胀球座本体21的外周壁上。该膨胀球座本体21的内部具有空腔23,该膨胀球座本体21与该外壳组件I共轴设置。由此,能够保证膨胀球座组件2的外周壁与外壳组件I的内周壁之间不会因存有空隙而减弱密封性,造成无法憋压的情况。
[0025] 在一个优选的实施例中,该膨胀球座本体21包括进入端211和提出端212。该进入端211为下端,即朝向入井的方向,该提出端212为上端,即远离入井的方向。该膨胀球座本体21的进入端211设置为内收的薄壁筒状结构213,这样的设置能够使得该进入端211具有较好的韧性以及柔性。在该进入端211受到挤压的过程中,不会因发生弹性形变而损坏。该膨胀球座本体21的提出端212设置为第一连接部214,该第一连接部214的外周壁上设置有外螺纹。
[0026] 在一个优选的实施例中,该弹性机构22包括第二连接部221。该第二连接部221的内周壁上设置有内螺纹。该第二连接部221与第一连接部214为螺纹连接,这样,通过第二连接部221与第一连接部214之间的螺纹连接,很好地实现了膨胀球座本体21与弹性机构22之间的连接,使得该膨胀球座本体21与弹性机构22组合为一个整体。另外,将该第二连接部221与第一连接部214采用螺纹连接的方式固定在一起,不仅使得该膨胀球座本体21与弹性机构22之间连接可靠,并且也便于二者之间的安装及拆卸,大大地节省了人力和物力,提高了工作效率。该第二连接部221的外周壁上依次设置有限位孔223和安装槽224,该安装槽224中安装有一端具有开口的弹性紧固件225,即该弹性紧固件225可为C型。该弹性紧固件225具有较好的弹性,能够被压缩且不发生损坏,当被压缩状态解除后能够在自身弹力的作用下恢复到原来未被压缩的状态。该弹性紧固件225的外径大于外壳组件I的内径。由于该外壳组件I的内周壁12与该弹性紧固件225相挤压,因此,会施加给该弹性紧固件225沿径向向下的挤压力,从而使得该弹性紧固件225位于安装槽224中而处于被压缩的状态。在本申请的实施例中,由于该弹性紧固件225需要具有较好的弹性和韧性,由此,将该弹性紧固件225由合金钢材质制造而成。
[0027] 在一个优选的实施例中,将限位孔223与定位孔131相配合后,形成组合安装孔,该组合安装孔中设置有定位件132。该定位件132的设置,能够有效地限制膨胀球座组件2沿外壳组件I的轴向进行滑动。从而,有效地控制了该膨胀球座组件2相对外壳组件I的内腔11中的位置,使得该膨胀球座组件2在外壳组件I的内腔11中定位牢固。在本申请的实施例中,定位件132可为螺栓或剪钉。该定位件132的设置,使得膨胀球座本体21、弹性机构22以及弹性紧固件225牢固地与外壳组件I连接为一体。由于位于安装槽224中的弹性紧固件225具有较强的弹性,在自身弹力的作用下,沿着自身的径向开始扩张,当前述定位槽121与安装槽224相对应而形成组合安装槽后,该弹性紧固件225将扩张至定位槽121中。这样,在该弹性紧固件225的自身弹性力的作用下,有效地限制了膨胀球座组件2沿外壳组件I的轴向进行滑动,从而,有效地控制了该膨胀球座组件2相对外壳组件I的内腔11中的位置,使得该膨胀球座组件2在外壳组件I的内腔11中定位牢固。
[0028] 在一个优选的实施例中,该弹性机构22还包括与第二连接部221相连接的钩爪部222。该钩爪部222的内表面与薄壁筒状结构213的外表面相贴合,这样,该钩爪部222起到了支撑该薄壁筒状结构213的作用,即对该薄壁筒状结构213施加一个沿外壳组件I轴线竖直向上的支撑力,从而增强了该薄壁筒状结构213的结构强度,避免发生形变。
[0029] 请参阅图2和图3,其分别为本发明膨胀悬挂器完成坐挂时的整体结构示意图和本发明膨胀悬挂器完成坐挂后的整体结构示意图。如图2所示,本发明的第一示例,向该外壳组件I的内腔11 (即外壳组件I与膨胀球座组件2共有的腔体)中注入水泥浆。注入完毕后,向该外壳组件I的内腔11中栗入胶塞。当该胶塞通过膨胀球座组件2的内腔23时,需使得该膨胀球座本体21的进入端211处设置的内收的薄壁筒状结构213的内径尺寸大于胶塞的导向头的尺寸,这样能够保证胶塞顺利地通过膨胀球座组件2,避免发生遇堵的问题,并且有效地避免了位于该胶塞上的胶碗因被挤压而发生损坏的现象。该胶塞顺利通过膨胀球座组件2后与井下大桥塞复合并继续下行。此时,若由于替浆量计算误差以及胶塞的损坏等造成该胶塞无法憋压从而影响膨胀悬挂器的坐挂,则由于本发明中的膨胀悬挂器的内腔中设置了膨胀球座组件2,故可通过投入坐挂球体3的方式进行补救。投入坐挂球体3的具体过程为:将坐挂球体3从地面投入井下,由于井下环境较为恶劣,故该坐挂球体3应当具有较好的强度、刚度以及抗腐蚀性。又由于通过该坐挂球体3完成膨胀悬挂器的坐挂后,该坐挂球体3将被挤入下部的管串中,因此,该坐挂球体3应当具有较好的弹性。由此,在本申请的实施例中,该坐挂球体3由铜材质制造而成。
[0030] 当坐挂球体3下落至膨胀球座组件2的内腔23中并与该膨胀球座组件2的内周壁相贴合时,开始进行憋压,即通过从地面向井下注入钻井液,该钻井液会对该坐挂球体3产生相对外壳组件I竖直向下的压力,随着井下注入钻井液的增多,作用在该坐挂球体3上竖直向下的压力会逐渐增大。在该竖直向下的压力逐渐增大的过程中,由于膨胀球座组件2通过定位件132固定在外壳组件I的内周壁12上,并且该定位件132的剪切力大于膨胀作业过程中所需的压力,故该定位件132不会在膨胀作业过程中被剪断,即该膨胀球座组件2仍然会牢固地固定在外壳组件I的内周壁12上。
[0031] 随着作用在该坐挂球体3竖直向下的压力逐渐增大,使得该坐挂球体3不断挤压该膨胀球座本体21,即会对该膨胀球座本体21产生径向压力,从而,该坐挂球体3与膨胀球座本体21之间形成密封且密封性逐渐增强,这样有利于憋压的顺利进行。此外,随着坐挂球体3对该膨胀球座本体21上的径向作用力逐渐增大,也使得外壳组件I牢固地顶住弹性机构22上的钩爪部222,即作用给该钩爪部222沿径向的作用力。在该钩爪部222承受的径向力的作用下,该钩爪部222的内侧较好地支撑了该膨胀球座本体21中的薄壁筒状结构213,即作用给该薄壁筒状结构213沿着外壳组件I竖直向上的支撑力,在该支撑力的作用下,坐挂球体3不会将该膨胀球座本体21中的薄壁筒状结构213撑开而落入到下部管具中。
[0032] 当完成膨胀悬挂器的膨胀作业后,为避免在提出送入管串的过程中由于坐挂球体3堵塞而在膨胀球座组件2处发生喷浆的现象,造成安全隐患。故需在完成坐挂后,将坐挂球体3憋压至下部管串中,即继续向井下注入钻井液来继续增大对该坐挂球体3竖直向下的压力,当该压力增大至大于定位件132的剪切力后,该定位件132被剪断。此时,该膨胀球座本体21、弹性机构22以及弹性紧固件225由于失去定位件132的定位限制,一起沿着外壳组件I竖直向下滑动,直到该弹性紧固件225不再处于被压缩的状态,而是处于张开的状态滑入到外壳组件I的内周壁12上设置的定位槽121中。在该弹性紧固件225的限位作用下,使得膨胀球座本体21、弹性机构22以及弹性紧固件225停止继续向下滑动(见图2所示)。此时,弹性机构3中的钩爪部222已经失去了外壳组件I沿径向的顶靠,而使得该钩爪部222不再与坐挂球体3紧密贴合。继续增大对该坐挂球体3竖直向下的压力,该坐挂球体3将膨胀球座本体21中的薄壁筒状结构213撑开,该钩爪部222在该坐挂球体3挤压力的作用下受到薄壁筒状结构213的向上支撑而处于张开的状态,坐挂球体3被挤入下部管串中(见图3)。
[0033] 由此可见,本发明中的膨胀悬挂器即使在胶塞憋压失效时,通过投入坐挂球体3 (见图1),使得该坐挂球体3落在膨胀球座组件2 (见图1)中仍可实现膨胀悬挂器的坐挂。此外,该膨胀球座组件2中的坐挂球体3保证完成坐挂后能够准确地落入到下部管串中,有效地避免了在提出送入管串的过程中,由于坐挂球体3堵塞而在膨胀球座组件2处发生喷浆的现象,避免造成安全隐患。
[0034] 请参阅图4,其为本发明膨胀悬挂器完成坐挂的方法的实施例的流程示意图。如图所示,该方法主要包括如下步骤:
[0035] 步骤S110,向所述外壳组件与所述膨胀球座组件共有的内腔中注入水泥浆。
[0036] 步骤S120,注入水泥浆完毕后,向所述内腔中投入坐挂球体,所述坐挂球体的外壁与所述膨胀球座本体的内表面相贴合后形成密封,且密封性越来越好,向所述腔体中注入钻井液以增大对所述坐挂球体沿所述外壳组件轴线向下方向的压力,进行憋压。
[0037] 步骤S130,继续增大所述坐挂球体沿所述外壳组件轴线向下方向的压力,直到该压力大于所述定位件的剪切力,将该定位件剪断,使得所述膨胀球座组件通过所述弹性紧固件固定在所述定位槽中,开始膨胀作业。
[0038] 步骤S140,膨胀悬挂器的膨胀作业完成后,再继续增大所述坐挂球体沿外壳组件轴线向下方向的压力,直到所述坐挂球体被挤入到与所述膨胀悬挂器的下端相连接的管串中,完成所述膨胀悬挂器的坐挂。
[0039] 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 (10)

1.一种膨胀悬挂器,其包括: 外壳组件; 位于所述外壳组件的内腔并与构成所述内腔的内周壁相贴合的膨胀球座组件,所述膨胀球座组件的进入端设置为内收的薄壁筒状结构。
2.根据权利要求1所述的膨胀悬挂器,其特征在于,所述膨胀球座组件包括膨胀球座本体和与所述膨胀球座本体相连接的弹性机构。
3.根据权利要求2所述的膨胀悬挂器,其特征在于,所述膨胀球座本体的进入端设置为内收的薄壁筒状结构,所述膨胀球座本体的提出端设置为外周壁设置有外螺纹的第一连接部。
4.根据权利要求3所述的膨胀悬挂器,其特征在于,所述弹性机构包括内周壁设置有内螺纹并与所述第一连接部为螺纹连接的第二连接部。
5.根据权利要求4所述的膨胀悬挂器,其特征在于,所述弹性机构还包括与所述第二连接部相连接的钩爪部,所述钩爪部的内表面与所述薄壁筒状结构的外表面相贴合。
6.根据权利要求4所述的膨胀悬挂器,其特征在于,所述第二连接部的外周壁上依次设置有限位孔和安装槽,所述安装槽中安装有一端具有开口的弹性紧固件。
7.根据权利要求6所述的膨胀悬挂器,其特征在于,所述外壳组件的周壁上设置有与所述限位孔相配合以限制所述膨胀球座组件沿所述外壳组件的轴向进行滑动的定位孔。
8.根据权利要求6或7所述的膨胀悬挂器,其特征在于,所述外壳组件的内周壁上设置有与所述安装槽相对应后容纳所述弹性紧固件以限制所述膨胀球座组件沿所述外壳组件的轴向进行滑动的定位槽。
9.根据权利要求7所述的膨胀悬挂器,其特征在于,所述限位孔与所述定位孔相配合后形成安装有定位件的组合安装孔。
10.一种膨胀悬挂器的坐挂方法,所述方法包括: 向所述外壳组件与所述膨胀球座组件共有的内腔中注入水泥浆; 注入水泥浆完毕后,向所述内腔中投入坐挂球体进行憋压; 增大所述坐挂球体沿轴线向下方向的压力,将所述定位件剪断,使得所述膨胀球座组件通过所述弹性紧固件固定在所述定位槽中,开始膨胀作业; 膨胀作业完成后,再继续增大所述坐挂球体沿轴线向下方向的压力,将所述坐挂球体挤入到与所述膨胀悬挂器的下端相连接的管串中。
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