CN108412426B - 一种用于油气井自进式水力喷射的井壁支撑器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于油气井自进式水力喷射的井壁支撑器，包括支撑机构、链接机构和芯管，芯管包括上基管、中间基管、下基管、高压软管，上基管、中间基管、下基管依次通过高压软管连通；支撑机构主要包括上支撑元、中间支撑元和下支撑元，所述上支撑元、中间支撑元和下支撑元的内部结构均相同，所述上支撑元、中间支撑元、下支撑元分别套设在上基管、中间基管、下基管上，链接机构套设在高压软管上，上支撑元、中间支撑元、下支撑元依次通过铰接机构连接。本发明能随自进式水力喷头穿过小尺寸转向器进入目标地层，在水力喷射分支井眼形成后，能够一次性完成对喷射井眼的有效支撑，随后能与喷射管柱发生分离，在油气井生产过程中继续持久支撑。

Description

一种用于油气井自进式水力喷射的井壁支撑器

技术领域

本发明涉及油气井水力喷射成孔井下工具技术领域，尤其是一种用于油气井自进式水力喷射的井壁支撑器。

背景技术

自进式水力喷射技术是一项能在短时间内利用高压水力射流形成小井眼的技术，它可以在垂直于主井筒方向形成一条或多条直径30-50mm、长度100m左右的分支井眼，从而增大泄流区域、提高泄流效果、沟通地层天然裂缝，提高油气井的产能，尤其适用于砂岩、煤层、泥页岩等强度较低的储层。在自进式喷嘴进入地层进行射流破岩前需在主井筒中完成90°的转向。为降低施工成本和难度，现在基本都采用小尺寸转向器，其不需要前期扩孔，就能在较小半径内完成从主井筒到地层的转向。这也直接导致了常规的筛管、套管等完井工具无法下入分支井眼，而对于低强度储层而言，若完全裸眼完井，则容易发生井壁的坍塌，大大限制了自进式水力喷射技术的适用范围。同时，对于水力喷射形成的井眼，井下支撑器若仅采用机械式支撑则很难覆盖整个不规则井壁；若采用井下封隔器技术中的胶筒支撑，则由于自进式水力喷射管柱及分支井眼尺寸的限制，难以找到合适的胶筒。针对目前自进式水力喷射技术面临的技术难题，研制一种适用于自进式水力喷射井眼的井壁支撑器具有重大实际意义。

发明内容

本发明主要是克服现有技术中的不足之处，提出一种用于油气井自进式水力喷射的井壁支撑器，该井壁支撑器能随自进式水力喷头穿过小尺寸转向器进入目标地层，完成对不规则喷射井眼有效支撑的井壁支撑器，同时可以通过在喷射井眼中一次性下入多个井壁支撑器，并优化各个井壁支撑器的分布位置，对井眼进行局部支撑，达到以局部支撑代替全部支撑，使整个喷射井眼稳定的目的。

本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种用于油气井自进式水力喷射的井壁支撑器，包括支撑机构、链接机构和芯管，所述芯管包括上基管、中间基管、下基管、高压软管，所述上基管、中间基管、下基管依次通过高压软管连通；

所述支撑机构主要包括上支撑元、中间支撑元和下支撑元，所述上支撑元、中间支撑元和下支撑元的内部结构均相同，所述上支撑元、中间支撑元、下支撑元分别套设在上基管、中间基管、下基管上，所述链接机构套设在高压软管上，所述上支撑元、中间支撑元、下支撑元依次通过铰接机构连接；

所述上支撑元包括上盖头、下盖头、支撑管、入流环、溢流阀、第一活塞、第一缸套、支撑板组件、胶皮筒、第二活塞、承力环、第二缸套、卡块、卡环、限位环、上剪切销钉、下剪切销钉、缸套剪切销钉；

所述支撑管套于上基管外壁中段；所述上盖头通过上剪切销钉套接在上基管外壁上段；所述下盖头通过下剪切销钉套接在上基管外壁下段；

所述入流环螺纹连接在支撑管外壁上段，所述入流环内设有径向孔、第一出液孔、第二出液孔，所述上基管设有径向进液孔和环形分布的卡槽，所述支撑管径向设有连接孔，所述第一出液孔、第二出液孔、径向进液孔、连接孔均与径向孔连通；

所述溢流阀嵌于入流环的径向孔内，所述入流环下段设有凸起的环形台阶；所述第一缸套外壁上段螺纹连接在环形台阶上，所述第一活塞设置在第一缸套内壁与支撑管外壁形成的环形空间内；

所述胶皮筒套于支撑板组件外部，两端分别与上盖头和下盖头连接；所述支撑板组件套于支撑管外壁上，位于第一活塞下端；

所述第二活塞设置在上盖头与入流环之间的环形空间内；所述第二缸套内壁套于支撑管外壁，所述第二缸套外壁螺纹连接在第二活塞内壁中段，所述第二缸套上段和下段分别设有凸起的锥形台阶和缸套环形台阶，所述缸套环形台阶通过缸套剪切销钉与支撑管连接，所述承力环设置在缸套环形台阶内；

所述卡块一端卡在上基管的卡槽内，另一端设有斜面，所述斜面与第二缸套的锥形台阶斜面相匹配；所述限位环套在上基管外壁上，并位于卡块上端；所述卡环内壁套于卡块和限位环的外壁上，外壁螺纹在第二活塞上段。

进一步的是，所述链接机构包括上链接环、中间链接环、下链接环和铰接销轴，所述上链接环和中间链接环之间、中间链接环和下链接环之间均通过铰接销轴转动链接。

进一步的是，所述中间链接环由多个链接基环相互链接而成，所述链接基环的上下两端均设有两个沿轴向对称分布的第一凸环、第二凸环，所述第一凸环、第二凸环的连线相互垂直；各个链接基环通过基环销轴转动链接。

进一步的是，所述溢流阀包括螺钉、压缩弹簧、T型阀、溢流剪切销钉，所述螺钉螺纹连接在入流环内的径向孔上；所述压缩弹簧一端镶于螺钉上，另一端紧压T型阀；所述T型阀顶部在压缩弹簧作用下紧贴在支撑管上，底部插于支撑管的连接孔内，所述入流环通过溢流剪切销钉与T型阀连接。

进一步的是，所述支撑板组件包括滑块、固定环、支撑板、第一支撑杆、第二支撑杆；

所述支撑管上设有滑槽，所述滑块设置在滑槽内；所述第一支撑杆一端通过销轴连接在滑块上，另一端通过销轴固定在支撑板上；所述固定环上段设有多个凸起台阶，环形均布于支撑管上；

所述支撑板上设有支撑滑槽，所述第二支撑杆一端通过销轴连接在支撑滑槽内，另一端通过销轴固定在固定环的凸起台阶上；所述第一支撑杆、第二支撑杆相交处通过销轴连接；所述固定环内壁螺纹连接在支撑管外壁下段。

进一步的是，所述胶皮筒为褶皱式胶皮筒,所述胶皮筒内壁两端分别设有带有齿状卡槽的锁套，所述上盖头下端、下盖头上端分别设有与锁套匹配的卡齿。

进一步的是，所述支撑管外壁上设有齿状防退卡槽，第一活塞内壁上有与之匹配的卡齿。

本发明的有益效果为：本发明采用了将多个支撑机构相互链接的方式来达到整个支撑器自由转向的目的，能随自进式水力喷头穿过小尺寸转向器进入目标地层，在水力喷射分支井眼形成后，能够一次性完成对喷射井眼的有效支撑，随后能与喷射管柱发生分离，在油气井生产过程中继续持久支撑；

本发明采用了机械支撑与褶皱式胶皮筒液压支撑相配合的方式来达到对井壁的稳定支撑，该支撑方式能紧贴裸眼井壁，适用于各种不规则井眼；

本发明采用了剪切销钉与卡块卡槽固定双重保护的方式来防止在水力喷射破岩行进过程中出现与喷射管柱提前分离的情况，该结构设计精巧、可靠。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的支撑元的一种结构示意图；

图3为本发明的支撑板组件的一种结构示意图；

图4为本发明的卡块的径向截面剖视图；

图5为本发明的链接机构的一种结构示意图。

图中所示：1-基管、9-上盖头、10-下盖头、11-支撑管、12-入流环、13-溢流阀、14-第一活塞、15-第一缸套、16-支撑板组件、17-胶皮筒、18-第二活塞、19-承力环、20-第二缸套、21-卡块、22-卡环、23-限位环、24-剪切销钉

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做更进一步的说明。

如图1-5所示，本发明的一种用于油气井自进式水力喷射的井壁支撑器，包括支撑机构、链接机构和芯管，所述芯管包括上基管1、中间基管2、下基管3、高压软管4，所述上基管1、中间基管2、下基管3依次通过高压软管4连通，所述上基管1、中间基管2、下基管3均通过软管接头5与高压软管4连接；

所述支撑机构主要包括上支撑元6、中间支撑元7和下支撑元8，所述上支撑元6、中间支撑元7和下支撑元8的内部结构均相同，所述上支撑元6、中间支撑元7、下支撑元8分别套设在上基管1、中间基管2、下基管3上，所述链接机构套设在高压软管4上，所述上支撑元6、中间支撑元7、下支撑元8依次通过铰接机构连接；

所述上支撑元6包括上盖头9、下盖头10、支撑管11、入流环12、溢流阀13、第一活塞14、第一缸套15、支撑板组件16、胶皮筒17、第二活塞18、承力环19、第二缸套20、卡块21、卡环22、限位环23、上剪切销钉24、下剪切销钉25、缸套剪切销钉26；

所述支撑管11套于上基管1外壁中段；所述上盖头9通过上剪切销钉24套接在上基管1外壁上段；所述下盖头10通过下剪切销钉25套接在上基管1外壁下段；

所述入流环12螺纹连接在支撑管11外壁上段，所述入流环12内设有径向孔、第一出液孔135、第二出液孔136，所述上基管1设有径向进液孔134和环形分布的卡槽，所述支撑管11径向设有连接孔，所述第一出液孔135、第二出液孔136、径向进液孔134、连接孔均与径向孔连通；

所述溢流阀13嵌于入流环12的径向孔内，所述入流环12下段设有凸起的环形台阶；所述第一缸套15外壁上段螺纹连接在环形台阶上，所述第一活塞14设置在第一缸套15内壁与支撑管11外壁形成的环形空间内；

所述胶皮筒17套于支撑板组件16外部，两端分别与上盖头9和下盖头10连接；所述支撑板组件16套于支撑管11外壁上，位于第一活塞14下端；

所述第二活塞18设置在上盖头9与入流环12之间的环形空间内；所述第二缸套20内壁套于支撑管11外壁，所述第二缸套20外壁螺纹连接在第二活塞18内壁中段，所述第二缸套20上段和下段分别设有凸起的锥形台阶和缸套环形台阶，所述缸套环形台阶通过缸套剪切销钉26与支撑管11连接，所述承力环19设置在缸套环形台阶内；

所述卡块21一端卡在上基管1的卡槽内，另一端设有斜面，所述斜面与第二缸套20的锥形台阶斜面相匹配；所述限位环23套在上基管1外壁上，并位于卡块21上端；所述卡环22内壁套于卡块21和限位环23的外壁上，外壁螺纹在第二活塞18上段。

本实施例中溢流阀13的具体实施方式是，所述溢流阀13包括螺钉131、压缩弹簧132、T型阀133、溢流剪切销钉31，所述螺钉131螺纹连接在入流环12内的径向孔上；所述压缩弹簧132一端镶于螺钉131上，另一端紧压T型阀133；所述T型阀133顶部在压缩弹簧132作用下紧贴在支撑管11上，底部插于支撑管11的连接孔内，所述入流环12通过溢流剪切销钉31与T型阀133连接。

本发明的工作流程为：将多个上述自进式水力喷射井壁支撑器按预定的分布位置用高压软管连接起来，首端高压软管4与连续油管相连，尾端高压软管4接带球座的自进式水力喷头；将所述管柱下入井中，在自进式水力喷头的自进力下通过转向器并进入目标地层，自进式水力喷头一边水力破岩，一边拖动管柱在地层中前进，最终形成一条分支井眼；通过连续油管投球至球座上；按预定压力向连续油管内打压，压力传递至径向进液孔134，当液压大于溢流剪切销钉31的抗剪能力时，溢流剪切销钉31被剪断，T型阀133打开，流体流入溢流阀13，并从第一出液孔135流出，进入到第一缸套15和支撑管11形成的环形空间，第一活塞14在液压作用下推动滑块161在滑槽上移动，带动支撑板组件16隆起，直至支撑板163撑开胶皮筒17并接触井壁；然后按预定压力向连续油管内加压，T型阀133进一步打开，露出第二出液孔136，流体进入第二缸套20与第二活塞18之间的环形空间，当液压大于缸套剪切销钉26的抗剪能力时，缸套剪切销钉26被剪断，承力环19在液压作用下推动第二缸套20同时带动第二活塞18和卡环22一起向上移动，当第二缸套20上段凸起的锥形台阶与卡块21接触后，会推动卡块21在径向上移动，使其从卡槽中解卡，此时随第二活塞18的移动，上盖头9与入流环12之间的环形空间被打开，流体流入其内，并进入支撑板组件16所在空间，在液压作用下，胶皮筒17进一步弹性张开，紧贴支撑板163未支撑到的井壁，完成对井壁完全密封性支撑，由于采用了溢流阀13，即使液压发生变化，胶皮筒17内腔中的高压液体也不会流出，支撑器仍能保持稳定支撑状态；在支撑器一次性完成对井壁的支撑后，上提连续油管，上剪切销钉24、下剪切销钉25被剪断，喷射管柱与支撑器完成分离。

其中所述链接机构包括上链接环27、中间链接环28、下链接环29和铰接销轴30，所述上链接环27和中间链接环28之间、中间链接环28和下链接环29之间均通过铰接销轴30转动链接，所述中间链接环28由多个链接基环相互链接而成，所述链接基环的上下两端均设有两个沿轴向对称分布的第一凸环281、第二凸环282，所述第一凸环281、第二凸环282的连线相互垂直；各个链接基环通过基环销轴转动链接。各个链接基环通过铰接销轴30将上下两端的凸环首尾相连，形成可转动链接；为方便转动，各链接基环在两组凸环所在轴向截面上的投影均为V型；链接机构具有链接各支撑元，保护高压软管4的作用。

本实施例中所述支撑板组件16包括滑块161、固定环162、支撑板163、第一支撑杆164、第二支撑杆165；所述支撑管11上设有滑槽，所述滑块161设置在滑槽内；所述第一支撑杆164一端通过销轴连接在滑块161上，另一端通过销轴固定在支撑板163上；所述固定环162上段设有多个凸起台阶，环形均布于支撑管11上；所述支撑板163上设有支撑滑槽，所述第二支撑杆165一端通过销轴连接在支撑滑槽内，另一端通过销轴固定在固定环162的凸起台阶上；所述第一支撑杆164、第二支撑杆165相交处通过销轴连接；所述固定环162内壁螺纹连接在支撑管11外壁下段。

为了提高密封性能，优选的实施方式是，所述胶皮筒17为褶皱式胶皮筒,所述胶皮筒17内壁两端分别设有带有齿状卡槽的锁套32，所述上盖头9下端、下盖头10上端分别设有与锁套32匹配的卡齿。

所述支撑管11外壁上设有齿状防退卡槽，第一活塞14内壁上有与之匹配的卡齿。当第一活塞14停在适当位置，其内壁上的卡齿与支撑管11外壁上的齿状防退卡槽咬合，确保停压后第一活塞14也不会后退。

以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已通过上述实施例揭露，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些变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 (7)

1.一种自进式水力喷射井壁支撑器，包括支撑机构、链接机构和芯管，其特征在于：所述芯管包括上基管(1)、中间基管(2)、下基管(3)、高压软管(4)，所述上基管(1)、中间基管(2)、下基管(3)依次通过高压软管(4)连通；

所述支撑机构主要包括上支撑元(6)、中间支撑元(7)和下支撑元(8)，所述上支撑元(6)、中间支撑元(7)和下支撑元(8)的内部结构均相同，所述上支撑元(6)、中间支撑元(7)、下支撑元(8)分别套设在上基管(1)、中间基管(2)、下基管(3)上，所述链接机构套设在高压软管(4)上，所述上支撑元(6)、中间支撑元(7)、下支撑元(8)依次通过铰接机构连接；

所述上支撑元(6)包括上盖头(9)、下盖头(10)、支撑管(11)、入流环(12)、溢流阀(13)、第一活塞(14)、第一缸套(15)、支撑板组件(16)、胶皮筒(17)、第二活塞(18)、承力环(19)、第二缸套(20)、卡块(21)、卡环(22)、限位环(23)、上剪切销钉(24)、下剪切销钉(25)、缸套剪切销钉(26)；

所述支撑管(11)套于上基管(1)外壁中段；所述上盖头(9)通过上剪切销钉(24)套接在上基管(1)外壁上段；所述下盖头(10)通过下剪切销钉(25)套接在上基管(1)外壁下段；

所述入流环(12)螺纹连接在支撑管(11)外壁上段，所述入流环(12)内设有径向孔、第一出液孔(135)、第二出液孔(136)，所述上基管(1)设有径向进液孔(134)和环形分布的卡槽，所述支撑管(11)径向设有连接孔，所述第一出液孔(135)、第二出液孔(136)、径向进液孔(134)、连接孔均与径向孔连通；

所述溢流阀(13)嵌于入流环(12)的径向孔内，所述入流环(12)下段设有凸起的环形台阶；所述第一缸套(15)外壁上段螺纹连接在环形台阶上，所述第一活塞(14)设置在第一缸套(15)内壁与支撑管(11)外壁形成的环形空间内；

所述胶皮筒(17)套于支撑板组件(16)外部，两端分别与上盖头(9)和下盖头(10)连接；所述支撑板组件(16)套于支撑管(11)外壁上，位于第一活塞(14)下端；

所述第二活塞(18)设置在上盖头(9)与入流环(12)之间的环形空间内；所述第二缸套(20)内壁套于支撑管(11)外壁，所述第二缸套(20)外壁螺纹连接在第二活塞(18)内壁中段，所述第二缸套(20)上段和下段分别设有凸起的锥形台阶和缸套环形台阶，所述缸套环形台阶通过缸套剪切销钉(26)与支撑管(11)连接，所述承力环(19)设置在缸套环形台阶内；

所述卡块(21)一端卡在上基管(1)的卡槽内，另一端设有斜面，所述斜面与第二缸套(20)的锥形台阶斜面相匹配；所述限位环(23)套在上基管(1)外壁上，并位于卡块(21)上端；所述卡环(22)内壁套于卡块(21)和限位环(23)的外壁上，外壁螺纹在第二活塞(18)上段。

2.根据权利要求1所述的一种自进式水力喷射井壁支撑器，其特征在于：所述链接机构包括上链接环(27)、中间链接环(28)、下链接环(29)和铰接销轴(30)，所述上链接环(27)和中间链接环(28)之间、中间链接环(28)和下链接环(29)之间均通过铰接销轴(30)转动链接。

3.根据权利要求2所述的一种自进式水力喷射井壁支撑器，其特征在于：所述中间链接环(28)由多个链接基环相互链接而成，所述链接基环的上下两端均设有两个沿轴向对称分布的第一凸环(281)、第二凸环(282)，所述第一凸环(281)、第二凸环(282)的连线相互垂直；各个链接基环通过基环销轴转动链接。

4.根据权利要求1所述的一种自进式水力喷射井壁支撑器，其特征在于：所述溢流阀(13)包括螺钉(131)、压缩弹簧(132)、T型阀(133)、溢流剪切销钉(31)，所述螺钉(131)螺纹连接在入流环(12)内的径向孔上；所述压缩弹簧(132)一端镶于螺钉(131)上，另一端紧压T型阀(133)；所述T型阀(133)顶部在压缩弹簧(132)作用下紧贴在支撑管(11)上，底部插于支撑管(11)的连接孔内，所述入流环(12)通过溢流剪切销钉(31)与T型阀(133)连接。

5.根据权利要求1所述的一种自进式水力喷射井壁支撑器，其特征在于：所述支撑板组件(16)包括滑块(161)、固定环(162)、支撑板(163)、第一支撑杆(164)、第二支撑杆(165)；

所述支撑管(11)上设有滑槽，所述滑块(161)设置在滑槽内；所述第一支撑杆(164)一端通过销轴连接在滑块(161)上，另一端通过销轴固定在支撑板(163)上；所述固定环(162)上段设有多个凸起台阶，环形均布于支撑管(11)上；

所述支撑板(163)上设有支撑滑槽，所述第二支撑杆(165)一端通过销轴连接在支撑滑槽内，另一端通过销轴固定在固定环(162)的凸起台阶上；所述第一支撑杆(164)、第二支撑杆(165)相交处通过销轴连接；所述固定环(162)内壁螺纹连接在支撑管(11)外壁下段。

6.根据权利要求1所述的一种自进式水力喷射井壁支撑器，其特征在于：所述胶皮筒(17)为褶皱式胶皮筒,所述胶皮筒(17)内壁两端分别设有带有齿状卡槽的锁套(32)，所述上盖头(9)下端、下盖头(10)上端分别设有与锁套(32)匹配的卡齿。

7.根据权利要求1所述的一种自进式水力喷射井壁支撑器，其特征在于：所述支撑管(11)外壁上设有齿状防退卡槽，第一活塞(14)内壁上有与之匹配的卡齿。