CN107724991A - 具有卡瓦的膨胀式尾管悬挂器 - Google Patents

Abstract

本发明一种具有卡瓦的膨胀式尾管悬挂器，包括：外筒，其包括第一膨胀管和尾管短节，第一膨胀管通过连接套与尾管短节相连，连接套上设有多个卡瓦；芯管，其设于外筒内，其包括上中心管和下中心管，下中心管的内壁能卡设活动芯子，活动芯子位于上中心管的下方，活动芯子的内壁设有球座，活动芯子的外壁密封贴合于尾管短节，活动芯子设有第一导压孔，下中心管设有第二导压孔，活动芯子的下端设有尾管胶塞；第一胀锥，其能自下而上滑动的设于第一膨胀管与上中心管之间，第一胀锥、外筒、芯管和活动芯子之间围设成第一压力腔，第一压力腔通过第一导压孔和第二导压孔与芯管相连通。本发明在完成膨胀坐挂后进行固井，坐挂固井可靠，膨胀压力低。

Description

具有卡瓦的膨胀式尾管悬挂器

技术领域

本发明涉及油气田开发中的钻完井技术领域，具体是一种具有卡瓦的膨胀式尾管悬挂器。

背景技术

随着科学技术的发展，当前油气田开发水平有了非常大的进步。目前侧钻井、水平井、多分支井、定向井、超深井等完井方式都使用尾管悬挂器。传统的尾管悬挂器为封隔器式，因其内通径尺寸小、密封性能不佳等原因，逐步被膨胀式尾管悬挂器所取代。现有的固井用的膨胀式尾管悬挂器是利用金属管的膨胀，使硫化在其外壁的橡胶环挤压在膨胀管与套管之间，内通径大、密封可靠。

但是，现有的固井用的膨胀式尾管悬挂器在施工过程中都是先固井，并在固完井之后再进行膨胀坐挂，即都是在固井胶塞碰压后，尾管能憋起压力的条件下才能实现膨胀坐挂，如果固井胶塞碰压不成功、或尾管存在漏失憋不起压力，都会导致膨胀坐挂失败，一旦膨胀坐挂失败，后续的处理工作困难重重，连返工更换悬挂器的机会都没有，因为固井水泥浆替入井眼后，到了初凝时间就开始变稠、变硬，水泥浆一旦变稠、变硬，尾管管柱就起不出来，即便抢时间将管柱起了出来，水泥浆也带不出来，造成水泥浆沉积在井眼内，而凝固堵死井眼，再次下尾管时肯定下不到位；而且，为了使悬挂器的悬挂力能达到要求的指标，橡胶环用的数量较多，较多的橡胶环会造成膨胀管膨胀困难，甚至膨胀失败。

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，提供一种具有卡瓦的膨胀式尾管悬挂器，来克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有卡瓦的膨胀式尾管悬挂器，其能在完成膨胀坐挂后进行固井，坐封、固井可靠，膨胀压力低。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供一种具有卡瓦的膨胀式尾管悬挂器，其包括：外筒，其包括第一膨胀管和尾管短节，所述第一膨胀管的下端通过连接套与所述尾管短节相连，所述连接套上沿周向设有多个能卡设于套管的卡瓦；芯管，其设于所述外筒内，所述芯管包括相连的上中心管和下中心管，所述下中心管的内壁能卡设活动芯子，所述活动芯子位于所述上中心管的下方，所述活动芯子的内壁设有能卡设钢球的球座，所述活动芯子的外壁密封贴合于所述尾管短节，所述活动芯子上设有第一导压孔，所述下中心管上设有第二导压孔，所述活动芯子的下端能分离的设有尾管胶塞；第一胀锥，其能自下而上滑动的设于所述第一膨胀管与所述上中心管之间，所述第一胀锥、所述外筒、所述芯管和所述活动芯子之间围设成第一压力腔，所述第一压力腔通过所述第一导压孔和所述第二导压孔与所述芯管相连通。

在优选的实施方式中，所述外筒还包括第二膨胀管，所述第二膨胀管固设于所述第一膨胀管的上端，所述第二膨胀管的上端与所述上中心管之间能分离的相连，所述第二膨胀管与所述上中心管之间设有能自下而上滑动的第二胀锥，所述第二膨胀管外套设能密封贴合于所述套管的密封环。

在优选的实施方式中，所述第一胀锥的上端设有颈部，所述第二胀锥的中心设有内孔，所述第一胀锥的颈部能密封卡设于所述第二胀锥的内孔。

在优选的实施方式中，所述第二膨胀管上设有循环孔，在所述第一胀锥与所述第一膨胀管和所述第二胀锥均分离的状态下，所述芯管通过所述第一导压孔、所述第二导压孔、所述第二胀锥的内孔和所述循环孔与所述套管连通；在所述第一胀锥的颈部密封卡设于所述第二胀锥的内孔的状态下，所述第一胀锥与所述第二胀锥形成复合胀锥，所述复合胀锥、所述外筒、所述芯管和所述活动芯子之间围设成第二压力腔，所述第二压力腔通过所述第一导压孔与所述芯管连通。

在优选的实施方式中，所述上中心管上设有花键轴，所述花键轴的外壁设有多个第一凸棱，所述第二膨胀管的上端与所述上中心管之间设有花键套，所述花键套的内壁设有多个第一凹槽，所述第一凹槽与所述第一凸棱相配合，所述花键套的外壁设有多个第二凸棱，所述第二膨胀管的上端的内壁设有多个第二凹槽，所述第二凹槽与所述第二凸棱相配合。

在优选的实施方式中，所述花键套的外壁设有周向沟槽，所述第二膨胀管的上端径向对称的设有两个安装孔，所述第二膨胀管与所述花键套通过穿设于所述安装孔和所述周向沟槽的固定销钉轴向锁定。

在优选的实施方式中，所述活动芯子包括：外滑套，其外壁的上部连接限位套，其外壁的中部设有与所述尾管短节密封贴合的密封面，其内壁自上而下凹设相连通的滑动腔、释放腔和束缚腔，所述外滑套的下端通过释放销钉挂住所述尾管胶塞；活动中心管，其外壁的上端设有外凸台，所述下中心管的内壁的下端设有内凸台，所述外凸台能卡设于所述内凸台，所述活动中心管上开设所述第一导压孔；内滑套，其包括依次相连的连接段、卡设段和割缝段，所述连接段与所述活动中心管的下端相连，所述卡设段能滑动的设于所述滑动腔并通过所述限位套限位，所述割缝段设有多个割缝，两两相邻的所述割缝之间形成卡条，多个所述卡条的下端形成所述球座。

在优选的实施方式中，所述滑动腔的内径大于所述释放腔的内径，所述释放腔的内径大于所述束缚腔的内径，在所述内滑套的卡设段卡设于所述外滑套的滑动腔靠近所述释放腔的端部的状态下，所述内滑套的球座位于所述束缚腔，所述钢球能卡设于所述球座，在所述内滑套的卡设段卡设于所述限位套的状态下，所述内滑套的球座能于所述释放腔内径向向外扩展。

在优选的实施方式中，所述第一胀锥的下端连接设有解锁套，所述解锁套通过解锁销钉与所述连接套相连，所述解锁套的下端设有锁环座，所述锁环座上卡设锁环，所述锁环的下端面与所述下中心管的上端面相抵接，所述锁环的上端与所述连接套的下端相抵接。

在优选的实施方式中，所述连接套沿周向设有多个容纳窗，每个所述卡瓦固设于一所述容纳窗内，所述卡瓦的外壁呈与所述套管的内壁相适应的圆弧形。

本发明具有卡瓦的膨胀式尾管悬挂器的特点及优点是：

本发明具有卡瓦的膨胀式尾管悬挂器通过投入钢球，钢球坐落于球座上形成密封，使芯管内的液体压力通过第一压力腔作用于第一胀锥的下方，使第一胀锥自下而上膨胀第一膨胀管，进而使位于第一膨胀管外的多个卡瓦卡设于套管内壁，实现膨胀坐挂；通过上提芯管及继续打压，将钢球打落，并向芯管内注入固井水泥浆，通过顶替液推动钻杆胶塞座入尾管胶塞内，并通过剪断释放销钉，实现固井胶塞的下行，实现固井；通过尾管憋压，使液体压力作用在第一胀锥和第二胀锥形成的复合胀锥上，使第二胀锥自下而上膨胀第二膨胀管，进而使第二膨胀管外的密封环挤压于套管内壁实现坐封，坐封后即完成丢手，且无需额外的打捞工序。本发明依次实现坐挂、固井和坐封，避免现有技术中先固井的弊端，操作便捷，坐挂、固井、坐封可靠。

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为本发明具有卡瓦的膨胀式尾管悬挂器的结构示意图；

图2为沿图1中的A-A向剖切线的剖视结构示意图；

图3为本发明具有卡瓦的膨胀式尾管悬挂器完成坐挂的结构示意图；

图4为沿图3中的B-B向剖切线的剖视结构示意图；

图5为本发明具有卡瓦的膨胀式尾管悬挂器坐挂后固井前的结构示意图；

图6为本发明具有卡瓦的膨胀式尾管悬挂器的钻杆胶塞坐入尾管胶塞内的结构示意图；

图7为本发明具有卡瓦的膨胀式尾管悬挂器完成膨胀坐封和丢手后的结构示意图；

图8为本发明具有卡瓦的膨胀式尾管悬挂器的锁环的初始状态示意图；

图9为本发明具有卡瓦的膨胀式尾管悬挂器的锁环安装于锁环座上的工作状态示意图；

图10为本发明具有卡瓦的膨胀式尾管悬挂器的卡瓦的侧视结构示意图；

图11为本发明具有卡瓦的膨胀式尾管悬挂器的卡瓦的立体结构示意图。

附图标号说明：

1、上中心管；101、第一凸棱；2、花键套；201、第二凸棱；202、第一凹槽；3、第二膨胀管；301、密封环；302、第二凹槽；303、循环孔；4、第二胀锥；401、内孔；402、喇叭口；403、锥部；5、第一膨胀管；6、卡瓦；7、连接套；701、连接套斜面；702、容纳窗；8、第一胀锥；801、颈部；802、锥部；9、解锁套；901、锁环座；10、尾管短节；11、锁环；111、锁环斜面；112、下端面；113、开孔；12、下中心管；121、上端面；122、第二导压孔；123、内凸台；13、活动中心管；131、第一导压孔；132、外凸台；14、限位套；141、限位颈部；142、限位斜面；15、内滑套；151、连接段；152、卡设段；153、割缝段；154、球座；155、卡设斜面；16、外滑套；161、滑动腔；162、释放腔；163、束缚腔；17、固定销钉；18、解锁销钉；19、释放销钉；20、尾管胶塞；21、钻杆胶塞；22、固井胶塞；23、套管；24、钢球；25、复合胀锥；26、外循环通道。

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。

除非单独定义指出的方向以外，本文中涉及到的上、下等方向均是以本发明所示的图1中的上、下等方向为准，在此一并说明。

如图1至图11所示，本发明提供一种具有卡瓦的膨胀式尾管悬挂器，其包括：外筒，其包括第一膨胀管5和尾管短节10，所述第一膨胀管5的下端通过连接套7与所述尾管短节10相连，所述连接套7上沿周向设有多个能卡设于套管23的卡瓦6；芯管，其设于所述外筒内，所述芯管包括相连的上中心管1和下中心管12，所述下中心管12的内壁能卡设活动芯子，所述活动芯子位于所述上中心管1的下方，所述活动芯子的内壁设有能卡设钢球24的球座154，所述活动芯子的外壁密封贴合于所述尾管短节10，所述活动芯子上设有第一导压孔131，所述下中心管12上设有第二导压孔122，所述活动芯子的下端能分离的设有尾管胶塞20；第一胀锥8，其能自下而上滑动的设于所述第一膨胀管5与所述上中心管1之间，所述第一胀锥8、所述外筒、所述芯管和所述活动芯子之间围设成第一压力腔，所述第一压力腔通过所述第一导压孔131和所述第二导压孔122与所述芯管相连通。

具体的，如图1所示，外筒大体呈圆筒状，外筒的第一膨胀管5在初始状态下呈两端直径大、中间直径小的圆管形，第一膨胀管5的两端的外壁均设有外螺纹，外筒的尾管短节10是一个变扣短节，尾管短节10的内壁凹设一台阶，内壁面上端设有内螺纹(即该内螺纹位于该台阶上方)，以卡设和连接连接套7(即尾管短节10与连接套7螺纹相连)，尾管短节10的下端外壁设有外螺纹，以连接尾管，连接套7连接于第一膨胀管5下端的外螺纹与尾管短节10上端的内螺纹之间；芯管大体呈圆筒状，芯管的上端伸出外筒外，芯管的下端位于外筒内，芯管的上中心管1大体呈圆筒状，上中心管1的上端为钻杆母螺纹，以与钻杆相连，上中心管1的下端为外螺纹，以与下中心管12相连，下中心管12大体呈圆筒状，其上端的内壁面设有内螺纹，上中心管1下端的外螺纹与下中心管12上端的内螺纹连接，下中心管12与尾管短节10之间具有供流体流动的缝隙，该缝隙为第一压力腔的一部分；第一胀锥8大体呈上小下大的圆锥状，其能在液体压力作用下自下而上滑动，以将第一膨胀管5胀开，实现膨胀坐挂，其中上中心管1的外壁设有卡台，在初始状态下，第一胀锥8位于卡台的下方，在工作状态时，第一胀锥8抵接于卡台处，以使第一胀锥8带动上中心管1上行。

本发明的所述外筒还包括第二膨胀管3，如图1所示，所述第二膨胀管3固设于所述第一膨胀管5的上端，所述第二膨胀管3的上端与所述上中心管1之间能分离的相连，所述第二膨胀管3与所述上中心管1之间设有能自下而上滑动的第二胀锥4，所述第一胀锥8能密封卡设于第二胀锥4内，所述第二膨胀管3外套设能密封贴合于所述套管23的密封环301，优选的，密封环301为橡胶密封环，以实现第二膨胀管3在膨胀后能紧密贴设于套管23的内壁，密封环301的数量根据实际需要设定，在此不做限制，其中，第二膨胀管3与第一膨胀管5类似，第二膨胀管3在初始状态下呈两端直径大、中间直径小的圆管形，第二膨胀管3的下端的内壁设有与第一膨胀管5螺接的内螺纹(即第二膨胀管3的下端通过螺纹与第一膨胀管5相连)，第二胀锥4与第一胀锥8类似，其大体呈上小下大的圆锥状，其能在液体压力作用下自下而上滑动，以将第二膨胀管3胀开，实现膨胀坐封。

如图1和图3所示，本发明的第一膨胀管5包括膨胀段、位于膨胀段上方的上连接段、位于膨胀段下方的扩孔段和位于扩孔段下方的下连接段，第一胀锥8包括锥部802和位于锥部802下方的保径部，连接套7与第一膨胀管5的下连接段螺纹连接后向上延伸(也即第一膨胀管5的下端通过螺纹与连接套7的中部相连)，该延伸处嵌设多个卡瓦6，即卡瓦6位于第一膨胀管5的膨胀段外，在其初始状态下，第一膨胀管5的膨胀段的内径小于其上连接段的内径和下连接段的内径，第一膨胀管5的扩孔段与第一胀锥8的锥部802相配合，第一膨胀管5的膨胀段的内径小于第一胀锥8的保径部的外径，在其膨胀坐挂状态下，第一膨胀管5的膨胀段在第一胀锥8的作用下膨胀，使周向的多个卡瓦6卡设于套管23的内壁，第一膨胀管5的膨胀段的内径等于第一胀锥8的保径部的外径，第一膨胀管5的膨胀段在第一胀锥8的保径部的作用下保持膨胀后的尺寸。

如图1和图7所示，本发明的第二膨胀管3包括膨胀段、位于膨胀段上方的上连接段、位于膨胀段下方的扩孔段和位于扩孔段下方的下连接段，密封环301套设于第二膨胀管3的膨胀段，第二胀锥4包括锥部403和位于锥部403下方的保径部，在初始状态下，第二膨胀管3的膨胀段的内径小于其上连接段的内径和下连接段的内径，第二膨胀管3的扩孔段与第二胀锥4的锥部403相配合，第二膨胀管3的膨胀段的内径小于第二胀锥4的保径部的外径，在其膨胀坐封状态下，第二膨胀管3的膨胀段在第二胀锥4的作用下膨胀，使密封环301密封贴设于套管23的内壁，第二膨胀管3的膨胀段的内径等于第二胀锥4的保径部的外径，第二膨胀管3的膨胀段在第二胀锥4的保径部的作用下保持膨胀后的尺寸。

进一步的，如图5所示，所述第一胀锥8的上端设有颈部801，所述第二胀锥4的中心设有内孔401，所述第一胀锥8的颈部801能密封卡设于所述第二胀锥4的内孔401，具体的，颈部801位于第一胀锥8的锥部802的上方，第一胀锥8的颈部801的外径小于其保径部的外径，第二胀锥4的内孔401的下端设有喇叭口402，喇叭口402自上而下渐扩，第二胀锥4的内孔401用于供第一胀锥8的颈部801密封插设，第二胀锥4的喇叭口402用于供第一胀锥8的锥部802密封贴合，使第一胀锥8能紧密贴合插设于第二胀锥4内，进而形成复合胀锥25。

更进一步的，所述第二膨胀管3上设有循环孔303，该循环孔303开设于第二膨胀管3的膨胀段和上连接段之间，循环孔303可以为一个，也可以为沿周向等间隔设置的两个、三个、四个或多个，在所述第一胀锥8与所述第一膨胀管5和所述第二胀锥4均分离的状态下，也即完成膨胀坐挂，此时，在第一胀锥8与第一膨胀管5已经分离、还没有与第二胀锥4结合的状态下，所述芯管通过所述第一导压孔131、所述第二导压孔122、所述第二胀锥4的内孔401和所述循环孔303与所述套管23连通，钻杆内的液体由此泄出，在地面能看到压力突然下降，而得知膨胀坐挂已经完成，如图3所示；坐挂完成后，通过上提钻杆带着所述上中心管1、所述下中心管12、所述第一胀锥8和所述解锁套9上行，在所述第一胀锥8的颈部801密封卡设于所述第二胀锥4的内孔401的状态下，所述第一胀锥8与所述第二胀锥4形成复合胀锥25，如图5所示，所述复合胀锥25、所述外筒、所述芯管和所述活动芯子之间围设成第二压力腔，所述第二压力腔通过所述第一导压孔131与所述芯管连通，以通过第一导压孔131使压力液体进入第二压力腔并作用于复合胀锥25，进而使第二膨胀管3在复合胀锥25的作用下实现膨胀密封。

进一步的，如图1和图2所示，所述上中心管1上设有花键轴，所述花键轴的外壁设有多个第一凸棱101，所述第二膨胀管3的上端与所述上中心管1之间设有花键套2，所述花键套2的内壁设有多个第一凹槽202，所述第一凹槽202与所述第一凸棱101相配合，所述花键套2的外壁设有多个第二凸棱201，所述第二膨胀管3的上端的内壁设有多个第二凹槽302，所述第二凹槽302与所述第二凸棱201相配合，具体的，花键套2呈圆筒状，上中心管1的花键轴位于上中心管1的中部，以通过花键套2与第二膨胀管3的上端配合，实现扭矩的传递，便于管柱下井过程中的旋转，有利于提高施工成功率，较佳的，第一凸棱101、第一凹槽202、第二凸棱201和第二凹槽302分别为在圆周方向上等间隔设置的六道，当然也可设为其他合适的数量，在此不做限制。

更进一步的，所述花键套2的外壁设有周向沟槽，所述第二膨胀管3的上端径向对称的设有两个安装孔，所述第二膨胀管3与所述花键套2通过穿设于所述安装孔和所述周向沟槽的固定销钉17轴向锁定，既能便于扭矩的传递，又能保证在轴向的固定，其中，周向沟槽位于花键套2的外壁的下端，第二膨胀管3上的安装孔是用于螺接固定销钉17的螺纹孔，第二膨胀管3上的安装孔位于第二膨胀管3的第二凹槽302的下方，并与花键套2的周向沟槽相对应，当然，也可以根据需要，在第二膨胀管3的周向等间隔的设置多个安装孔，在此不做限制。

进一步的，如图1所示，所述活动芯子包括：外滑套16，其外壁的上部连接限位套14，其外壁的中部设有与所述尾管短节10密封贴合的密封面，其内壁自上而下凹设相连通的滑动腔161、释放腔162和束缚腔163，所述外滑套16的下端通过释放销钉19挂住所述尾管胶塞20(也即所述外滑套16的下端通过释放销钉19能分离的挂设所述尾管胶塞20)；活动中心管13，其外壁的上端设有外凸台132，所述下中心管12的内壁的下端设有内凸台123，所述外凸台132能卡设于所述内凸台123，所述活动中心管13上开设所述第一导压孔131；内滑套15，其包括依次相连的连接段151、卡设段152和割缝段153，所述连接段151与所述活动中心管13的下端相连，所述卡设段152能滑动的设于所述滑动腔161并通过所述限位套14限位，所述割缝段153设有多个割缝，两两相邻的所述割缝之间形成卡条，多个所述卡条的下端形成所述球座154，本发明的活动芯子在初始状态时是位于下中心管12内、上中心管1下方，在坐挂完成之前，其均保持该状态不变，在坐挂完成后至固井、坐封时，随着下中心管12的上移，活动芯子的活动中心管13逐步被带动上移，其位置开始变化，但是外滑套16保持其状态不变，直至坐封完成丢手时，外滑套16才会一同上移被起出。

具体的，如图1所示，外滑套16大体呈筒状，其上部的外壁设有与限位套14螺接的外螺纹，其中部的外壁径向向外凸设形成密封面，以与尾管短节10的内壁密封贴合，外滑套16内壁的滑动腔161供卡设段152在内滑动，其内壁的释放腔162供球座154扩展以释放钢球24，其内壁的束缚腔163用于束缚球座154以卡设钢球24，球座154能在束缚腔163内滑动，外滑套16的束缚腔163的下端设有供释放销钉19穿设的螺纹孔，其螺纹孔可以为一个或沿周向等间隔开设的多个，较佳的，该螺纹孔为径向对称的两个，尾管胶塞20通过释放销钉19挂在外滑套16的内壁上；限位套14大体呈上端收口的筒状，其包括筒部和自筒部的上端径向向内延伸的限位颈部141，以对内滑套15的卡设段152进行轴向限位，其限位颈部141的内侧面的下端设有限位斜面142，以与内滑套15的卡设斜面155配合相接，限位套14的筒部的内壁面设有与外滑套16的外螺纹螺接的内螺纹。

具体的，如图1所示，活动中心管13大体呈圆筒状，在初始状态，其套设于下中心管12、限位套14和外滑套16内，活动中心管13的上端的外凸台132与下中心管12的内凸台123具有一固定间距，在固井和坐封过程中，活动中心管13的上端的外凸台132能卡接下中心管12的内凸台123，以避免掉落，同时能通过下中心管12实现上提，其下端设有与内滑套15螺接的外螺纹，活动中心管13上设的第一导压孔131可以为一个、径向相对的两个或沿周向等间隔分布的多个，活动中心管13的第一导压孔131位于其外凸台132与其外螺纹之间；内滑套15大体呈圆筒状，其上端的连接段151用于与活动中心管13的外螺纹相连，其卡设段152径向向外凸设，限制其只能在外滑套16的滑动腔161中滑动，其割缝段153包括16道割缝和16条卡条，割缝的宽度为0.2mm，每个卡条的最下端径向向内凸设并设有斜面以围设形成球座154，以卡设钢球24，且球座154能径向向外扩张，以释放钢球24。

更进一步的，如图1、图3和图5所示，所述滑动腔161的内径大于所述释放腔162的内径，使滑动腔161与释放腔162之间形成台阶，所述释放腔162的内径大于所述束缚腔163的内径，使释放腔162与束缚腔163之前形成台阶，在所述内滑套15的卡设段152卡设于所述外滑套16的滑动腔161靠近所述释放腔162的端部(也即台阶处)的状态下，所述内滑套15的球座154位于所述束缚腔163，所述钢球24能卡设于所述球座154，在所述内滑套15的卡设段152卡设于所述限位套14的状态下，所述内滑套15的球座154能于所述释放腔162内径向向外扩展，所述钢球24能自球座154处掉落。

本发明的尾管短节10的内壁设有台肩，台肩位于外滑套16的密封面的下方，以避免外滑套16掉落，其中，外滑套16的密封面位于第一导压孔131和第二导压孔122的下方，以与尾管短节10、第一胀锥8、外筒、芯管一起围设形成第一压力腔，保证第一压力腔的密封。

本发明的尾管胶塞20由金属芯子和橡胶皮碗组成，金属芯子内部上端设有与钻杆胶塞21相配合的密封面和卡簧槽，卡簧槽内通过装设卡簧能实现二者的配合卡设，金属芯子的外部下端安装有用于密封的密封圈和用于卡接下方部件的卡簧(其中，该密封圈用于与固井附件中的浮箍密封，并由卡簧卡住)，橡胶皮碗的直径与尾管短节10相匹配，以刮去尾管内壁上残留的水泥浆；尾管胶塞20内能插设钻杆胶塞21，尾管胶塞20和插设于其内的钻杆胶塞共同形成固井胶塞22，用于固井使用。

进一步的，如图1所示，所述第一胀锥8的下端连接设有解锁套9，所述解锁套9通过解锁销钉18与所述连接套7相连，具体的，解锁套9呈圆筒管状，第一胀锥8的下端的外壁凹设一台阶，解锁套9的上端的内壁凹设一台阶，解锁套9的台阶与第一胀锥8的台阶相扣合并螺接相连，解锁套9的上端的外壁凹设周向沟槽，第一膨胀管5的下连接段与连接套7的螺接处沿周向等间隔设有多个螺纹孔，解锁销钉18的一端螺接于螺纹孔内，解锁销钉18的另一端穿设于解锁套9的周向沟槽内，以进行轴向限位；所述解锁套9的下端设有锁环座901，所述锁环座901上卡设锁环11，所述锁环11的下端面112与所述下中心管12的上端面121相抵接，所述锁环11的上端与所述连接套7的下端相抵接，以将芯管固定于外筒内，同时在初始状态将尾管的重量通过锁环11传递至上中心管1而避免作用于胀锥，而在工作状态时能将尾管的重量作用于胀锥。

具体的，锁环座901为自解锁套9的下端的外壁径向向内凹设形成，锁环座901位于解锁套9的周向沟槽的下方，锁环座901的下端面112与下中心管12的上端面121相抵接，尾管短节10位于连接套7下方的部分(也即其台阶的下方)的内径小于连接套7的内径，锁环11为具有六个凸棱的开口弹性圆环，六个凸棱在圆周上均匀分布，圆环薄壁部分为弹性体，锁环具有一开孔113，锁环11的初始状态为收缩状态(如图8所示)，锁环11的工作状态为膨胀状态(如图9所示)，即锁环11套设于锁环座901上时自其开孔113处向外发散以呈膨胀状态，使锁环11的下端面112同时抵接于下中心管12的上端面121和尾管短节10的台阶，而锁环11的上端的外侧则与连接套7的下端相抵接，使尾管的重量通过尾管短节10施加于锁环11后，由锁环11传递至下中心管12和上中心管1，实现在膨胀前胀锥不承受尾管的重量。

优选的，所述锁环11的上端设有锁环斜面111，所述连接套7的下端设有连接套斜面701，所述锁环斜面111与所述连接套斜面701相抵接。

进一步的，如图1、图10和图11所示，所述连接套7沿周向设有多个容纳窗702，每个所述卡瓦6固设于一所述容纳窗702内，所述卡瓦6的外壁呈与所述套管23的内壁相适应的圆弧形，具体的，容纳窗702大体呈长条状，多个容纳窗702沿周向均匀的分布并贯穿设于连接套7的外周面，卡瓦6大体呈长条状，卡瓦6经过硬化处理，其具有一定的刚度，且其外表面具有三角形的卡牙，以牢固咬合于套管23的内壁，卡瓦6的内壁呈与第一膨胀管5膨胀后的外壁相适应的圆弧形，较佳的，容纳窗702为四个，四个容纳窗702沿周向均匀设置，每个容纳窗702内均嵌设一个卡瓦6，当然也可根据需要设为其他合适的数量，在此不做限制。

下面对本发明具有卡瓦的膨胀式尾管悬挂器的各工况的工作原理进行具体说明：

在进行坐挂时，如图1和图3所示，首先，将尾管连同浮鞋、浮箍等固井附件下入到井内后，再将本发明具有卡瓦的膨胀式尾管悬挂器通过尾管短节10连接在尾管管柱的上端，并在上中心管1上端连接钻杆，以将其下入到预定位置，然后，在井内投入相应尺寸的钢球24，并以正循环的方式，按设计量向钻杆内替入前置液，以辅助钢球24下落，钢球24座入内滑套15的球座154后，管柱内压力随即升高，液体通过第一导压孔131、第二导压孔122从芯管进入第一压力腔，并作用于第一胀锥8的环形底面上，当压力达到设计的膨胀压力后，解锁销钉18被剪断，在压力的作用下，第一胀锥8带着解锁套9上行，使锁环11从锁环座901处脱落，并恢复到初始状态，锁环11不再承受尾管重量，尾管的重量通过尾管短节10和连接套7转移到第一胀锥8上，直至第一胀锥8的上端抵接于上中心管1外壁的卡台，第一胀锥8、解锁套9和芯管(上中心管1及下中心管12)在压力的作用下一起上行，在上行中，第一胀锥8的锥部802将第一膨胀管5径向胀大，使位于第一膨胀管5外的连接套7的容纳窗702中的卡瓦6向套管23的内壁方向挤压，当压力突然下降时，即表明第一胀锥8将第一膨胀管5全部胀开，此时上中心管1内的液体经第一导压孔131、第二导压孔122和第二胀锥4的内孔401上行，并经第二胀锥4的循环孔303进入外循环通道26内而流出，实现泄压；其中，第一膨胀管5全部胀开后，设置在连接套7的容纳窗702内的卡瓦6已全部紧紧地挤压卡设在第一膨胀管5与油井的套管23之间，也即通过卡瓦6将与连接套7用螺纹连接的尾管短节10及与尾管短节10相连的全部尾管管柱固定，完成坐挂。

在坐挂过程中，随着第一胀锥8的向上移动，下中心管12和上中心管1也随之向上移动，直至坐挂完成时，因为下中心管12向上移动的距离没有超过下中心管12的内凸台123与活动中心管13的外凸台132之间的间距，所以套设在下中心管12内的活动芯子没有移动，其内滑套15和外滑套16也没有移动并位于初始位置，钢球24仍坐封于内滑套15的球座154内。

在进行固井时，如图3、图5和图6所示，因固井时需要打开芯管的中心通道，也即需要将钢球24打掉并落入尾管内，故在进行固井时，首先要打落钢球24，打落钢球24的方法是：上提钻杆(较佳的，可上提400mm～500mm)，使钻杆带着上中心管1、下中心管12、第一胀锥8和解锁套9上行，直至第一胀锥8的颈部801密封插设于第二胀锥4的内孔401内，且第一胀锥8的锥部802密封卡设于第二胀锥4的喇叭口402处，使第一胀锥8与第二胀锥4组合成复合胀锥25，其中，当坐挂完时，下中心管12的内凸台123到活动中心管13的外凸台132的距离已经缩短，上提钻杆后，当第一胀锥8的锥部802密封卡设于第二胀锥4的喇叭口402处而组合成复合胀锥25时，下中心管12的内凸台123又带动活动中心管13及内滑套15随之上移，本发明精准的设计好了达到固井状态时的内滑套15上移的距离，不会超过内滑套15的卡设斜面155到限位套14的限位斜面142的距离，因此，内滑套15只会在外滑套16的滑动腔161内移动，而外滑套16不会在此过程中移动，而原来位于外滑套16的束缚腔163内的内滑套割缝段153就会进入到外滑套16的释放腔162中，使得球座154失去外束缚，此时继续打压，因复合胀锥25密封于上中心管1与第二膨胀管3之间，使得内循环通道被封死，压力就会作用在钢球24上，钢球24将割缝段153的割缝撑大而落入尾管中，实现打落钢球24，接着，向钻杆内注完设计量的固井水泥浆、后置液后，再投入钻杆胶塞21，再打入顶替液，顶替液推动钻杆胶塞21下行，使钻杆胶塞21经过上中心管1、下中心管12、活动中心管13、内滑套15后坐入尾管胶塞20内，尾管胶塞20与钻杆胶塞21组合成固井胶塞22，再接着，继续打压，当压力升高至一定值后，释放销钉19被剪断，固井胶塞22推动水泥浆向下行，固井胶塞22下方的液体经尾管、浮箍、浮鞋而进入到尾管外环空中，并经尾管外环空，从外循环通道26(如图4所示，外循环通道26即为连接套7与套管23之间的通道)向上流出，固井胶塞22被顶替液推到至浮箍内后，即完成固井。

在进行坐封时，如图1、图6和图7所示，固井胶塞22被顶推至浮箍内，尾管开始憋压，压力液体通过第一导压孔131进入第二压力腔内，并作用至复合胀锥25的下表面(作用面积相当于第二胀锥4的外径所包围的全部面积)，致使复合胀锥25和芯管一起上行，复合胀锥25的第二胀锥4将第二膨胀管3径向胀大，使硫化在其外壁上的密封环301紧紧地挤压在油井的套管23的内壁上，当复合胀锥25上行到第二膨胀管3的上端口时，固定销钉17在压力液体和复合胀锥25的作用下被剪断，花键套2脱出第二膨胀管3的第二凹槽302，被压缩的橡胶密封环301使尾管与油井的套管23实现了密封，坐封完成。

坐封完成的同时，也完成了丢手(其中，外筒为留井部件，除此外的所有附件在完成膨胀坐封后，均需起出)，即起出钻杆时，芯管随钻杆起出来，套设在芯管外侧的花键套2、第二胀锥4、第一胀锥8、解锁套9、锁环11均被下中心管12挡住，不会脱落，并随下中心管12一起起出，套设在芯管内侧的活动芯子(活动中心管13、内滑套15、限位套14和外滑套16)也被下中心管12的内凸台123卡设而一起起出，即无需额外的打捞工序。

本发明具有卡瓦的膨胀式尾管悬挂器具有如下优点：

1、本发明具有卡瓦的膨胀式尾管悬挂器通过投入钢球24，使钢球24密封坐落于球座154上，使芯管内的液体压力通过第一压力腔作用于第一胀锥8的下方，使第一胀锥8自下而上膨胀第一膨胀管5，进而使位于第一膨胀管5外的多个卡瓦6卡设于套管23内壁，实现膨胀坐挂；通过上提芯管及继续打压，以打落钢球24，并向芯管内注入固井水泥浆，通过顶替液推动钻杆胶塞21座入尾管胶塞20内，并通过剪断释放销钉19，实现固井胶塞22的下行，实现固井；通过尾管憋压，使液体压力作用在第一胀锥8和第二胀锥4形成的复合胀锥25上，使复合胀锥25自下而上膨胀第二膨胀管3，进而使第二膨胀管3外的密封环301密封挤压于套管23内壁，实现坐封，坐封后即完成丢手，所有非留井附件全部一并起出，无需额外的打捞工序。本发明依次实现坐挂、固井和坐封，避免现有技术中先固井的弊端，操作便捷，坐挂、固井、坐封可靠。

2、本发明通过在上中心管1上的花键轴与第二膨胀管3的上端之间设置花键套2，由第二膨胀管3内壁的第二凹槽302与花键套2外壁的第二凸棱201相嵌合、花键套2内壁的第一凹槽202与上中心管1外壁的第一凸棱101相嵌合，上中心管1的上端与钻杆相连，以根据需要按钻杆上扣方向转动管柱，使钻杆旋转时的扭矩能通过花键套2传递到第二膨胀管3，使管柱在下井和固井过程中，便于旋转，有利于提高施工的成功率，保证固井质量。

3、通过将锁环11撑开安装于解锁套9的锁环座901，锁环斜面111抵顶在连接套斜面701，锁环11的下端面112抵顶在下中心管12的上端面121，以将尾管的重量由尾管短节10传递到连接套7上，再由连接套7传递到锁环11上，再由锁环11传递到下中心管12上，再由下中心管12传递到上中心管1上，再由上中心管1传递到钻杆上，使胀锥在膨胀管膨胀坐挂前不承受尾管重量，以在下井过程中有效防止因顿钻而发生的误膨胀坐挂，也能防止因管柱遇卡而采取的上下活动、超悬重上拔等措施所造成的误膨胀坐挂，坐挂稳定可靠。

4、在膨胀坐挂时，液体压力通过第一导压孔131和第二导压孔122进入第一压力腔，并作用在第一胀锥8的环形底面上，当压力达到膨胀压力后，解锁销钉18被剪断，第一胀锥8带着解锁套9上行，使锁环11从锁环座901处脱落，恢复至初始状态，锁环11不再承受尾管重量，尾管的重量由尾管短节10传递到连接套7，再由连接套7传递至第一膨胀管5上，再由第一膨胀管5作用至第一胀锥8上，根据作用力为压力和面积的乘积可知，第一胀锥8受压面相当于由环形面积变为大径圆面积，其中环形面积即为第一胀锥8的外径圆面积减去内径圆面积的环形面积，大径圆面积即为第一胀锥8的外径圆面积，故第一胀锥8承压面积大，能有效降低膨胀坐挂压力，同理，在膨胀坐封时，第二胀锥4在液体压力和尾管重量的作用下，能有效降低膨胀坐封压力，即胀锥自下而上的膨胀方式，承压面积大，膨胀压力低(现有技术的自上而下的膨胀方式的压力比本发明的膨胀压力要高出30％-50％)。

5、当发生固井胶塞碰压不成功、或因其他原因造成尾管憋不起压力、或膨胀坐封遇卡时，可以通过大钩上提管柱实现膨胀坐封，其中，大钩的拉力通过钻杆、上中心管1、复合胀锥25作用在第二膨胀管3上，因之前已经完成了坐挂，第一膨胀管5膨胀后将连接套7的容纳窗702内的卡瓦6紧紧地压在套管23内壁上，连接套7与第一膨胀管5、第二膨胀管3均采用螺纹连接，所以第二膨胀管3不会发生移动，只会被复合胀锥25胀大，硫化在第二膨胀管3外壁的密封环301被仅仅压在套管23内壁上，实现坐封，该结构能有效解决尾管憋不起压力时等紧急状况下的膨胀坐封，坐封可靠。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例公开展现如上，然而并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种具有卡瓦的膨胀式尾管悬挂器，其特征在于，所述具有卡瓦的膨胀式尾管悬挂器包括：

外筒，其包括第一膨胀管和尾管短节，所述第一膨胀管的下端通过连接套与所述尾管短节相连，所述连接套上沿周向设有多个能卡设于套管的卡瓦；

芯管，其设于所述外筒内，所述芯管包括相连的上中心管和下中心管，所述下中心管的内壁能卡设活动芯子，所述活动芯子位于所述上中心管的下方，所述活动芯子的内壁设有能卡设钢球的球座，所述活动芯子的外壁密封贴合于所述尾管短节，所述活动芯子上设有第一导压孔，所述下中心管上设有第二导压孔，所述活动芯子的下端能分离的设有尾管胶塞；

第一胀锥，其能自下而上滑动的设于所述第一膨胀管与所述上中心管之间，所述第一胀锥、所述外筒、所述芯管和所述活动芯子之间围设成第一压力腔，所述第一压力腔通过所述第一导压孔和所述第二导压孔与所述芯管相连通。

2.根据权利要求1所述的具有卡瓦的膨胀式尾管悬挂器，其特征在于，所述外筒还包括第二膨胀管，所述第二膨胀管固设于所述第一膨胀管的上端，所述第二膨胀管的上端与所述上中心管之间能分离的相连，所述第二膨胀管与所述上中心管之间设有能自下而上滑动的第二胀锥，所述第二膨胀管外套设能密封贴合于所述套管的密封环。

3.根据权利要求2所述的具有卡瓦的膨胀式尾管悬挂器，其特征在于，所述第一胀锥的上端设有颈部，所述第二胀锥的中心设有内孔，所述第一胀锥的颈部能密封卡设于所述第二胀锥的内孔。

4.根据权利要求3所述的具有卡瓦的膨胀式尾管悬挂器，其特征在于，所述第二膨胀管上设有循环孔，在所述第一胀锥与所述第一膨胀管和所述第二胀锥均分离的状态下，所述芯管通过所述第一导压孔、所述第二导压孔、所述第二胀锥的内孔和所述循环孔与所述套管连通；在所述第一胀锥的颈部密封卡设于所述第二胀锥的内孔的状态下，所述第一胀锥与所述第二胀锥形成复合胀锥，所述复合胀锥、所述外筒、所述芯管和所述活动芯子之间围设成第二压力腔，所述第二压力腔通过所述第一导压孔与所述芯管连通。

5.根据权利要求2所述的具有卡瓦的膨胀式尾管悬挂器，其特征在于，所述上中心管上设有花键轴，所述花键轴的外壁设有多个第一凸棱，所述第二膨胀管的上端与所述上中心管之间设有花键套，所述花键套的内壁设有多个第一凹槽，所述第一凹槽与所述第一凸棱相配合，所述花键套的外壁设有多个第二凸棱，所述第二膨胀管的上端的内壁设有多个第二凹槽，所述第二凹槽与所述第二凸棱相配合。

6.根据权利要求5所述的具有卡瓦的膨胀式尾管悬挂器，其特征在于，所述花键套的外壁设有周向沟槽，所述第二膨胀管的上端径向对称的设有两个安装孔，所述第二膨胀管与所述花键套通过穿设于所述安装孔和所述周向沟槽的固定销钉轴向锁定。

7.根据权利要求1或2所述的具有卡瓦的膨胀式尾管悬挂器，其特征在于，所述活动芯子包括：

外滑套，其外壁的上部连接限位套，其外壁的中部设有与所述尾管短节密封贴合的密封面，其内壁自上而下凹设相连通的滑动腔、释放腔和束缚腔，所述外滑套的下端通过释放销钉挂住所述尾管胶塞；

活动中心管，其外壁的上端设有外凸台，所述下中心管的内壁的下端设有内凸台，所述外凸台能卡设于所述内凸台，所述活动中心管上开设所述第一导压孔；

内滑套，其包括依次相连的连接段、卡设段和割缝段，所述连接段与所述活动中心管的下端相连，所述卡设段能滑动的设于所述滑动腔并通过所述限位套限位，所述割缝段设有多个割缝，两两相邻的所述割缝之间形成卡条，多个所述卡条的下端形成所述球座。

8.根据权利要求7所述的具有卡瓦的膨胀式尾管悬挂器，其特征在于，所述滑动腔的内径大于所述释放腔的内径，所述释放腔的内径大于所述束缚腔的内径，在所述内滑套的卡设段卡设于所述外滑套的滑动腔靠近所述释放腔的端部的状态下，所述内滑套的球座位于所述束缚腔，所述钢球能卡设于所述球座，在所述内滑套的卡设段卡设于所述限位套的状态下，所述内滑套的球座能于所述释放腔内径向向外扩展。

9.根据权利要求1或2所述的具有卡瓦的膨胀式尾管悬挂器，其特征在于，所述第一胀锥的下端连接设有解锁套，所述解锁套通过解锁销钉与所述连接套相连，所述解锁套的下端设有锁环座，所述锁环座上卡设锁环，所述锁环的下端面与所述下中心管的上端面相抵接，所述锁环的上端与所述连接套的下端相抵接。

10.根据权利要求1或2所述的具有卡瓦的膨胀式尾管悬挂器，其特征在于，所述连接套沿周向设有多个容纳窗，每个所述卡瓦固设于一所述容纳窗内，所述卡瓦的外壁呈与所述套管的内壁相适应的圆弧形。