可丢手式尾管悬挂器
技术领域
本发明涉及石油天然气钻井技术领域,特别涉及一种可丢手式尾管悬挂器。
背景技术
随着石油开采的进行,伴随着深井、超深井钻井不断增多,尾管悬挂器得到了空前的发展,相较于传统的完井方式,尾管悬挂器有以下一些优点:
1、节省套管费用,由于尾管悬挂器和上层套管进行悬挂,因此省掉悬挂之上所有的套管;
2、降低钻机提升负荷,节省了钻机使用成本;
3、提高了最后固井、完井的成功率,有效的减少了下套管遇阻的几率,提高了作业效率。
但是,现有的悬挂器一般采用椎体和卡瓦将尾管悬挂在上层套管上,这种方法存在着尾管重叠段固井质量差的问题,在深井、超深井、水平井等特殊井不断增多的情况下,井况也更加地复杂,在这些恶劣的井况下,常规尾管悬挂器经常出现坐挂或坐封失效等情况,严重影响最终的完井效果。并且,现有的膨胀式尾管悬挂器一但发生膨胀遇卡情况时,就会束手无策,没有补救措施,极易造成更大的事故。
发明内容
本发明的目的是提供一种坐挂稳定可靠并能快速处理膨胀遇卡问题的可丢手式尾管悬挂器。
为达到上述目的,本发明提供了一种可丢手式尾管悬挂器,其包括:
外管,其包括由上至下依次连通的膨胀管、连接套和连接尾管;
内管,其设置于所述外管内,所述内管包括内部连通形成注液通道的主轴和碰压组件,且所述主轴位于所述碰压组件的上方,所述碰压组件能分离的与所述外管相接,且所述碰压组件能封堵所述连接尾管,所述主轴能沿所述外管的轴向上下移动,且所述主轴上设有至少一个注液孔;
膨胀组件,其包括膨胀锥座以及套设于所述膨胀锥座上并与所述膨胀锥座螺纹连接的膨胀锥,所述膨胀锥座固定套设在所述主轴上,所述膨胀锥座的下端面、所述膨胀管的内表面、所述主轴的外周面和所述连接套的上端面围合形成膨胀腔,所述膨胀腔通过所述注液孔与所述注液通道相连通。
如上所述的可丢手式尾管悬挂器,其中,所述碰压组件至少包括承扭轴、固井附件和胶塞,所述承扭轴的上端与所述主轴的下端相接,所述固井附件的上端能分离的与所述承扭轴的下端相接,且所述主轴、所述承扭轴和所述固井附件的内部依次连通形成所述注液通道,所述胶塞能穿过所述主轴和所述承扭轴与所述固井附件相接,且所述胶塞能封堵所述固井附件和所述连接尾管。
如上所述的可丢手式尾管悬挂器,其中,所述固井附件通过剪切销钉与所述承扭轴相接。
如上所述的可丢手式尾管悬挂器,其中,所述碰压组件还包括投球,所述承扭轴的上部设有用于投球坐封的扩径部。
如上所述的可丢手式尾管悬挂器,其中,所述固井附件的内壁上设有环形卡槽,所述胶塞的外周面设有卡环,通过所述卡环与所述环形卡槽的卡接配合,所述胶塞与所述固井附件相接。
如上所述的可丢手式尾管悬挂器,其中,所述连接套的内表面设有呈环形的限位凹槽,所述承扭轴的外周面设有环形凸起,通过所述环形凸起与所述限位凹槽的卡接配合,所述承扭轴与所述连接套相接。
如上所述的可丢手式尾管悬挂器,其中,所述膨胀管包括由上至下依次连接的上扩孔段、膨胀段和下扩孔段,所述膨胀段的内径小于所述下扩孔段的内径,在初始状态下,所述膨胀锥座位于所述下扩孔段内,在膨胀坐挂状态下,所述膨胀段在所述膨胀锥的作用下膨胀并贴设于套管的内壁。
如上所述的可丢手式尾管悬挂器,其中,所述膨胀锥座通过花键与所述主轴相接。
如上所述的可丢手式尾管悬挂器,其中,所述膨胀锥座通过连接销与所述主轴相接。
如上所述的可丢手式尾管悬挂器,其中,所述主轴的上端连接有连接管。
与现有技术相比,本发明的优点如下:
本发明提供的可丢手式尾管悬挂器,通过液压驱动膨胀锥移动使膨胀管膨胀,从而使得可丢手式尾管悬挂器的外管与上层套管内壁紧紧贴合,进而避免了在安置和生产过程中,在连接尾管和套管之间的环空可能发生的漏失,并且,由于膨胀管的外周面本身设有密封环,密封环能对外管与套管之间的环空进行有效的密封,从而避免了在后续工作中由于固井质量差而引起的其他井下问题;此外,由于采用彭胀锥进行膨胀作业,增加了外管的内部通经,从而方便以后施工工具下入;
本发明提供的可丢手式尾管悬挂器,通过膨胀锥座固定套设在主轴上并螺纹连接膨胀锥,使得在膨胀失败的情况下,可进行工具串丢手作业,从而保证了井的作业安全性和可施工性;
本发明提供的可丢手式尾管悬挂器,通过设置投球和位于承扭轴的上部的用于投球坐封的扩径部,使得当胶塞碰压失败无法推动膨胀组件移动时,通过投球坐封,也能够使得液体顺畅的进入膨胀腔以推动膨胀组件进行膨胀悬挂作业。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释,并不限定本发明的范围。其中:
图1是本发明的可丢手式尾管悬挂器的结构示意图;
图2是图1中的A部放大结构示意图;
图3是图1所示可丢手式尾管悬挂器在固井状态下的结构示意图;
图4是图3中的B部放大结构示意图;
图5是图1所示可丢手式尾管悬挂器在作业过程中的结构示意图;
图6是图5中的C部放大结构示意图;
图7是图1所示可丢手式尾管悬挂器在投球憋压状态下的结构示意图;
图8是图7中的D部放大结构示意图;
图9是图1所示可丢手式尾管悬挂器在丢手状态下的结构示意图;
图10是图1所示可丢手式尾管悬挂器在丢手状态后的结构示意图。
附图标号说明:
1、膨胀管;
11、上扩孔段;12、膨胀段;13、下扩孔段;
2、连接套;
3、连接尾管;
4、主轴;
41、注液孔;
5、碰压组件;
51、承扭轴;511、扩径部;512、环形凸起;
52、固井附件;521、环形卡槽;
53、胶塞;531、卡环;
54、投球;
6、膨胀组件;
61、膨胀锥座;62、膨胀锥;
7、剪切销钉;
8、花键;
9、连接管;
10、保护套;
20、套管。
具体实施方式
为了对本发明的技术方案、目的和效果有更清楚的理解,现结合附图说明本发明的具体实施方式。
如图1和图2所示,本发明提供了一种可丢手式尾管悬挂器,其包括外管、内管和膨胀组件6,其中,外管包括由上至下依次连通的膨胀管1、连接套2和连接尾管3,具体的,膨胀管1的外部设有能与套管20接触的密封环,连接套2的上下两端分别设有外螺纹,膨胀管1的下端和连接尾管3的上端分别设有内螺纹,通过内螺纹与外螺纹的旋接配合,使得膨胀管1、连接套2和连接尾管3由上至下依次连接,且膨胀管1、连接套2和连接尾管3同轴设置,在膨胀坐挂状态下,膨胀管1和连接套2的外壁面能与套管20相贴合;内管设置于外管内,内管包括内部连通形成注液通道的主轴4和碰压组件5,且主轴4位于碰压组件5的上方,具体的,主轴4的下端设有内螺纹,碰压组件5的上端设有外螺纹,通过主轴4的下端的内螺纹与碰压组件5的上端的外螺纹的旋接配合,碰压组件5与主轴4相接,碰压组件5能分离的与外管相接,以将内管与外管相接,从而使得在下入时,外管与内管不会分离,且碰压组件5能封堵连接尾管3,主轴4能沿外管的轴向上下移动,且主轴4上设有至少一个注液孔41;膨胀组件6包括膨胀锥座61以及套设于膨胀锥座61上并与膨胀锥座61螺纹连接的膨胀锥62,膨胀锥座61固定套设在主轴4上,即膨胀锥座61不能沿主轴4上下移动,也不能相对主轴4转动,具体的,膨胀锥62上设有内螺纹,膨胀锥座61上设有外螺纹,且膨胀锥62的内螺纹与主轴4的下端的内螺纹旋向相反,即沿同一方向旋转主轴4,若膨胀锥62与膨胀锥座61旋紧,则主轴4与连接套2旋松,若膨胀锥62与膨胀锥座61旋松,则主轴4与连接套2旋紧,膨胀锥座61的下端面、膨胀管1的内表面、主轴4的外周面和连接套2的上端面围合形成膨胀腔,膨胀腔通过注液孔41与注液通道相连通,注液通道内的液体能够通过注液孔41进入膨胀腔,进入膨胀腔内的液体能够推动膨胀锥座61移动使膨胀管1膨胀。
具体的,在使用时,先进行固井作业如图1、图2、图3和图4所示,当可丢手式尾管悬挂器下入到位后,开始灌入水泥浆,水泥浆灌入完成后,进行碰压顶替水泥作业,泵入清水,使碰压组件5推动水泥浆向井底移动并封堵连接尾管3,以使得清水不能继续向下流动;
如图5和图6所示,固井作业完成后,继续泵入清水,由于清水在碰压组件5的阻挡作用下无法继续向下流动,只能通过主轴4上的注液孔41进入膨胀腔,当注入的清水的压力达到能够推动彭胀组件时,膨胀组件6被驱动开始对膨胀管1进行膨胀;在膨胀过程中,由于膨胀锥座61固定套设于主轴4上,因此,主轴4会随膨胀锥座61一起移动,并且主轴4的上移会对膨胀组件6起到一定提拉作用,帮助更快地完成膨胀作业;膨胀管1的膨胀完成后,膨胀组件6与主轴4一起被提出膨胀管1外,注液通道内的压力降低,上提管柱到井口,完成悬挂作业;此时,膨胀管1外部的密封环与上层套管20紧紧贴合,使得可丢手式尾管悬挂器悬挂在上层套管20上;
如图9所示,当膨胀过程中发生意外,导致膨胀组件6不能继续上移使膨胀管1膨胀时,就要进行丢手处理;首先将主轴4上提,使膨胀组件6紧紧贴在膨胀管1上,然后开始旋转主轴4,使主轴4朝向膨胀锥62与膨胀锥座61旋松的方向转动,由于膨胀锥座61固定套设在主轴4上,使得膨胀锥座61不能相对主轴4转动,因此,当主轴4开始旋转时,膨胀锥座61也会跟随旋转,因为膨胀锥62与彭胀锥座通过螺纹连接,当膨胀锥座61旋转,膨胀锥62与膨胀锥座61之间的螺纹会被拧开,螺纹完全拧开后,整个主轴4和膨胀锥座61会随管柱被提出地面;
如图10所示,主轴4和膨胀锥座61被提出地面,膨胀锥62被留在井下,之后可下入另外工具对下部管柱进行清理,以保证井的作业安全性和可施工性。
本发明提供的可丢手式尾管悬挂器,通过液压驱动膨胀锥62移动使膨胀管1膨胀,从而使得可丢手式尾管悬挂器的外管与上层套管20内壁紧紧贴合,进而避免了在安置和生产过程中,在连接尾管3和套管20之间的环空可能发生的漏失;通过膨胀锥座61固定套设在主轴4上并螺纹连接膨胀锥62,使得在膨胀失败的情况下,可进行工具串丢手作业,从而保证了井的作业安全性和可施工性。
在本发明的一种实施方式中,如图3和图4所示,碰压组件5至少包括承扭轴51、固井附件52和胶塞53,其中承扭轴51与连接套2能分离的连接,承扭轴51的上端与主轴4的下端相接,固井附件52的上端能分离的与承扭轴51的下端相接,主轴4通过承扭轴51与外管相接,且承扭轴51能够随主轴4一起移出外管,为了避免液体自承扭轴51与连接套2之间的缝隙处泄露,在承扭轴51的外周面与连接套2的内表面之间设有密封圈,且固井附件52与承扭轴51的连接处也设有密封圈,主轴4、承扭轴51和固井附件52的内部依次连通形成注液通道,液体能够通过注液通道进入连接尾管3,并经由连接尾管3进入井内,胶塞53能穿过主轴4和承扭轴51与固井附件52相接,且胶塞53能封堵固井附件52和连接尾管3,具体的,在向注液通道内投入水泥浆后,将胶塞53投入注液通道,随后向注液通道泵入清水,开始进行碰压顶替水泥作业,胶塞53在泵入的清水的推动作用下依次穿过主轴4和承扭轴51后与固井附件52相接,同时胶塞53推动注液通道内的水泥浆向井底移动,此时,胶塞53的下部封堵固井附件52,随后增加注入的清水的压力,使固井附件52在清水的压力作用下下移与承扭轴51分离,直至固井附件52下移至井底,此时,固井附件52和胶塞53均位于连接尾管3内,且胶塞53的上部封堵连接尾管3,使得液体无法流入井底,只能通过设置于主轴4上的注液孔41进入膨胀腔推动膨胀组件6进行膨胀悬挂作业。
进一步,如图2所示,固井附件52通过剪切销钉7与承扭轴51相接,当注入的清水的压力大于剪切销钉7所能承受的剪切力时,剪切销钉7被剪断,固井附件52与承扭轴51分离,并在清水的压力的作用下连同胶塞53一起下移至井底。
或者,在固井附件52的外周面设置圆滑的凸起(图中未示出),在承扭轴51上设置凹槽(图中未示出),通过凸起与凹槽的卡接配合,使得古井附件与承扭轴51相接,当注入的清水的压力增加至能将凸起从凹槽内推出时,固井附件52与承扭轴51分离,在清水的压力的作用下下移至井底。
进一步,为了避免胶塞53碰压失败,导致无法进行膨胀悬挂作业的情况发生,如图7和图8所示,碰压组件5还包括投球54,承扭轴51的上部设有用于投球54坐封的扩径部511,当胶塞53碰压失败无法推动膨胀组件6移动时,向注液通道内投球54,使投球54坐封在承扭轴51的扩径部511,从而使注入的清水因投球54的阻挡而无法通过注液通道流至井底,只能通过设置于主轴4上的注液孔41进入膨胀腔推动膨胀组件6进行膨胀悬挂作业,进而保证了液体能够顺畅的进入膨胀腔以推动膨胀组件6进行膨胀悬挂作业。
进一步,如图3和图4所示,固井附件52的内壁上设有环形卡槽521,胶塞53的外周面设有卡环531,通过卡环531与环形卡槽521的卡接配合,胶塞53与固井附件52相接,在进行碰压作业时,若卡环531顺利与环形卡槽521卡接配合后,则胶塞53不能继续向下移动,压力开始身高,即可表示碰压成功。
进一步,如图1和图2所示,连接套2内表面设有呈环形的限位凹槽(图中未示出),承扭轴51外周面设有环形凸起512,通过环形凸起512与限位凹槽的卡接配合,承扭轴51与连接套2相接,具体的,限位凹槽设置于连接套2的下端面上,环形凸起512设置于承扭轴51的下部外周面上,且承扭轴51的下部沿周向间隔设有多条轴向延伸的开槽,以使得承扭轴51的下部具有弹性,在装配时,环形凸起512能够顺利的卡入限位凹槽内,在主轴4随膨胀组件6同步移动时,环形凸起512也能顺畅的移出限位凹槽。
在本发明的一种具体实施方式中,如图1和图3所示,膨胀管1包括由上至下依次连接的上扩孔段11、膨胀段12和下扩孔段13,膨胀段12的内径小于下扩孔段13的内径,上扩孔段11的内径可以与下扩孔段13的内径相同也可以不同,在初始状态下,膨胀锥座61位于下扩孔段13内,膨胀锥62的外径等于下扩孔段13的内径,或者膨胀锥62的外径略大于下扩孔段13的内径,在膨胀坐挂状态下,膨胀段12在膨胀锥62的作用下膨胀并贴设于套管20的内壁,从而使可丢手式尾管悬挂器悬挂于套管20上。
进一步,为了避免主轴4在移动过程中产生晃动影响膨胀组件6的移动,如图1所示,在主轴4与上扩孔段11之间设置保护套10,通过保护套10对主轴4的移动起到导向作用,以保证主轴4能够随膨胀组件6平稳的移动,此外,保护套10还防止在膨胀过程中,有异物落入膨胀管1内,干扰膨胀过程。
在本发明的一种具体实施方式中,如图2所示,膨胀锥座61通过花键8与主轴4相接,花键8连接的方式,既能够限制膨胀锥座61相对主轴4转动,又能限制膨胀锥座61沿主轴4的轴向移动,从而使得主轴4能够随膨胀锥座61一同向上移动,并能对膨胀组件6起到一定提拉作用,以帮助更快地完成膨胀作业。
或者,膨胀锥座61通过连接销(图中未示出)与主轴4相接,同样的,连接销也能限制膨胀锥座61相对主轴4转动,并能限制膨胀锥座61沿主轴4的轴向移动。
在本发明的一种具体实施方式中,为了便于可丢手式尾管悬挂器与其他部件的连接,如图1所示,在主轴4的上端连接有连接管9,通过连接管9将主轴4与管柱相接,使得主轴4的上提和下放操作简单方便。
下面结合附图具体说明本发明提供的可丢手式尾管悬挂器的工作过程:
第一步进行固井作业,如图1、图2、图3和图4所示,将连接管9与管柱相接,并使可丢手式尾管悬挂器下入到位,开始灌入水泥浆,水泥浆灌入完成,将胶塞53投入注液通道,随后向注液通道泵入清水,开始进行碰压顶替水泥作业,胶塞53在泵入的清水的推动作用下依次穿过主轴4和承扭轴51后与固井附件52相接,此时,胶塞53卡环531顺利与固井附件52的环形卡槽521卡接配合,并且在胶塞53下移的过程中推动注液通道内的水泥浆向井底移动,由于胶塞53的下部封堵固井附件52,注入的清水在注液通道内产生压力,当注入的清水的压力大于剪切销钉7所能承受的剪切力时,剪切销钉7被剪断,固井附件52与承扭轴51分离,在清水的压力的作用下固井附件52连同胶塞53一起下移至井底,此时,固井附件52和胶塞53均位于连接尾管3内,且胶塞53的上部封堵连接尾管3,使得液体无法流入井底,完成固井作业;
第二步进行悬挂作业,如图5和图6所示,固井作业完成后,继续泵入清水,由于清水在胶塞53的封堵作用下无法继续向下流动,只能通过主轴4上的注液孔41进入膨胀腔,当注入的清水的压力达到能够推动彭胀组件时,膨胀组件6向上运动,开始对膨胀管1进行膨胀;在膨胀过程中,由于膨胀锥座61固定套设于主轴4上,因此,主轴4会随膨胀锥座61一起向上运动,并且主轴4的上移会对膨胀组件6起到一定提拉作用,帮助更快地完成膨胀作业;膨胀完成后,膨胀组件6与主轴4一起随管柱上移而被提出膨胀管1外,注液通道内的压力降低,上提管柱到井口,完成悬挂作业;此时,膨胀管1外部的橡胶密封环与上层套管20紧紧贴合,使得可丢手式尾管悬挂器悬挂在上层套管20上;
需要说明的是,若出现胶塞53碰压失败,则进行投球54碰压,如图7和图8所示,向注液通道内投球54,使投球54坐封在承扭轴51的扩径部511,从而使得注入的清水无法通过注液通道流至井底,只能通过设置于主轴4上的注液孔41进入膨胀腔推动膨胀组件6进行膨胀悬挂作业;
如图9所示,当膨胀过程中发生意外,导致膨胀组件6不能继续上移使膨胀管1膨胀时,就要进行丢手处理;首先将主轴4上提,使膨胀组件6紧紧贴在膨胀管1上,然后开始旋转主轴4,使主轴4朝向膨胀锥62与膨胀锥座61旋松的方向转动,由于膨胀锥座61通过花键8固定套设在主轴4上,使得膨胀锥座61不能相对主轴4转动,因此,当主轴4开始旋转时,膨胀锥座61也会跟随旋转,由于膨胀锥62与膨胀锥座61通过螺纹连接,当膨胀锥座61旋转,膨胀锥62与膨胀锥座61之间的螺纹会被旋松拧开,螺纹完全拧开后,主轴4和膨胀锥座61会随管柱被提出地面;
如图10所示,主轴4、膨胀锥座61被提出地面,膨胀锥62被留在井下,之后可下入另外工具对下部管柱进行清理,以保证井的作业安全性和可施工性。
需要说明的是,图中箭头方向为液体流动方向。
综上所述,本发明提供的可丢手式尾管悬挂器,通过液压驱动膨胀锥移动使膨胀管膨胀,从而使得可丢手式尾管悬挂器的外管与上层套管内壁紧紧贴合,进而避免了在安置和生产过程中,在连接尾管和套管之间的环空可能发生的漏失,并且,由于膨胀管的外周面本身设有密封环,密封环能对外管与套管之间的环空进行有效的密封,从而避免了在后续工作中由于固井质量差而引起的其他井下问题;此外,由于采用彭胀锥进行膨胀作业,增加了外管的内部通经,从而方便以后施工工具下入;
本发明提供的可丢手式尾管悬挂器,通过膨胀锥座固定套设在主轴上并螺纹连接膨胀锥,使得在膨胀失败的情况下,可进行工具串丢手作业,从而保证了井的作业安全性和可施工性;
本发明提供的可丢手式尾管悬挂器,通过设置投球和位于承扭轴的上部的用于投球坐封的扩径部,使得当胶塞碰压失败无法推动膨胀组件移动时,通过投球坐封,也能够使得液体顺畅的进入膨胀腔以推动膨胀组件进行膨胀悬挂作业。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式,并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员,在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改,均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是,本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用,本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用,因此,本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。