CN113202442A - 过小封大膨胀管工具及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油工业井下施工专用工具技术领域，尤其是一种过小封大膨胀管工具及其施工方法。该过小封大膨胀管工具包括依次连接的上膨胀工具、连接管和下膨胀工具，上膨胀工具和下膨胀工具均为扩张式封隔器，连接管的中部串联设置有压力配水器；压力配水器包括第一安装管、第二安装管、第三安装管、第四安装管、弹簧和密封头。本发明利用钢带作为支撑骨架，对橡胶进行加强，辅助以全新设计的膨胀密封胶筒组件，提供高达40％的超大膨胀率，将利用高压液体扩张厚壁橡胶的膨胀工具进行组合，形成了一个工具串，辅助以独特设计的压力配水器，形成分级式液体流动通道，能够利用同一尺寸的过小封大膨胀管工具穿过已施工完成的同一系统，进行重复的施工。

Description

过小封大膨胀管工具及其施工方法

技术领域

本发明涉及石油工业井下施工专用工具技术领域，尤其是一种过小封大膨胀管工具及其施工方法。

背景技术

随着石油开采到油田的中后期，油井在生产过程中经常出现损坏问题，这些问题正严重影响着正常的石油开采工作，因此，研究和推广新型有效的修井工艺技术迫在眉睫，膨胀管技术的提出对这一系列难题的解决起了一定的作用。目前膨胀管已经在海洋上成功应用了，节约大量的原材料。利用膨胀管技术完井，能够大幅度提高油井产量，降低钻井完井成本。所以许多的大石油公司投入人力、财力进行膨胀管技术的研究工作。而且该技术在石油行业中的应用也会越来越广。

在井下进行膨胀管施工时，因为膨胀工具的尺寸限制，膨胀后的膨胀管的内径，等于或者略小于膨胀工具的外径。这样，某口井在上部进行了膨胀管施工，其下部如果需要膨胀管施工，膨胀管及膨胀工具无法通过，这样就限制了膨胀管系统的重复施工。

发明内容

本发明的目的在于提供一种过小封大膨胀管工具及其施工方法，克服前述现有技术的不足，能够在井下将膨胀管膨胀15-40％，并且能够利用同一尺寸的过小封大膨胀管工具穿过已施工完成的同一系统，进行重复的施工。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种过小封大膨胀管工具，包括依次连接的上膨胀工具、连接管和下膨胀工具，所述上膨胀工具和下膨胀工具均为扩张式封隔器，所述连接管的中部串联设置有压力配水器；所述压力配水器包括第一安装管、第二安装管、第三安装管、第四安装管、弹簧和密封头，所述第一安装管的一端开设有内凹槽，第二安装管的一端伸入第一安装管的内腔并与第一安装管螺纹连接，第二安装管的与第一安装管内凹槽相对应的管段上开设有出水孔，所述第三安装管与第四安装管螺纹连接，第三安装管的外壁套设有弹簧，弹簧的一端抵触在第四安装管的端面上，弹簧的另一端安装有密封头，密封头套设在第三安装管的外壁上，密封头受弹簧弹力作用而抵触在第一安装管和第二安装管的靠近第三安装管的端面上；膨胀管固定在过小封大膨胀管工具的外壁，当高压液体从进水孔进入上膨胀工具和下膨胀工具中时，上膨胀工具和下膨胀工具膨胀，使得膨胀管的两端密封，随着过小封大膨胀管工具内液体压力的增大，从出水孔涌入内凹槽内的水压增大，将密封头顶开，水体从压力配水器流出，流至过小封大膨胀管工具的外壁与膨胀管的内壁之间，过小封大膨胀管工具的外壁与膨胀管的内壁之间的高压液体于上膨胀管工具和下膨胀管工具协同作用，使得膨胀管高效完成膨胀，过小封大膨胀管工具使用完毕后放压，过小封大膨胀管工具收缩，与膨胀管脱离，穿过已施工完成的膨胀管段，进行重复的施工。

进一步的，所述密封头为橡胶密封头，所述密封头靠近第一安装管和第二安装管的一端设置为渐缩的斜切面，所述第一安装管和第二安装管的靠近密封头的一端均设置有与密封头的斜切面相配合的切面，增大其与第一安装管和第二安装杆之间的密封性，推开密封头所需要的水压能够通过在第四安装管内调节第三安装管的安装位置来实现。

进一步的，所述上膨胀工具和下膨胀工具均包括中心管、上接箍、下接箍、膨胀密封胶筒组件、上定位管和下定位管，所述膨胀密封胶筒组件包括钢带加强胶筒和套设于钢带加强胶筒内部的胶筒，通过胶筒的膨胀带动钢带加强胶筒的膨胀，确保橡胶在高压条件下的稳定性，利用钢带作为支撑骨架，对橡胶进行加强；所述中心管的一端安装有上接箍，中心管的另一端安装有下接箍，所述膨胀密封胶筒组件套设于上接箍和下接箍之间的中心管上，膨胀密封胶筒组件的一端与上定位管固定连接，上定位管的另一端与上接箍固定连接，膨胀密封胶筒组件的另一端与下定位管的一端固定连接，下定位管的另一端与下接箍之间间隔设置，确保膨胀密封胶筒组件膨胀过程中有足够的轴向延伸空间；所述胶筒的两端与中心管之间密封设置，中心管的与胶筒内腔位置相对应处设置有进水孔，胶筒像气球一样充入液体后膨胀，并带动钢带加强胶筒膨胀，中心管与压力管线连接时高压液体能够从进水口进入胶筒中，将胶筒撑起。

进一步的，所述胶筒的长度与自然状态下上定位管靠近上接箍的一端到下定位管靠近下接箍的一端的间距相配合。

进一步的，所述钢带加强胶筒由钢带和橡胶硫化而成。

进一步的，所述上膨胀工具的下接箍与连接管的一端连接，所述下膨胀工具的上接箍与连接管的另一端连接。

进一步的，所述膨胀管套设于过小封大膨胀管工具的外壁时，膨胀管的一端通过上锁定环锁定在上定位管上，膨胀管的另一端通过下锁定环锁定在下定位管上。

进一步的，所述上定位管、下定位管、上锁定环和下锁定环均为橡胶材质；膨胀密封胶筒组件膨胀过程中带动上定位管、下定位管、上锁定环和下锁定环膨胀，使得膨胀管两端的膨胀更均匀。

一种过小封大膨胀管工具的施工方法，包括如下步骤：

(1)设备组装：分别组装上膨胀工具和下膨胀工具，将上膨胀工具和下膨胀工具与中部的连接管连接，将膨胀管套设于组装完成的过小封大膨胀管工具外壁，通过上锁定环和下锁定环将过小封大膨胀管工具和膨胀管组装到一起；

(2)过小封大膨胀管工具的初步启动：上膨胀工具的上接箍连接压力管线，下膨胀工具的下接箍用堵头封死，向上膨胀工具的上接箍内泵送液体，上膨胀工具的中心管、连接管和下膨胀工具的中心管中充满液体，液体经进水孔进入上膨胀工具和下膨胀工具的胶筒内腔，胶筒膨大，撑起钢带加强胶筒，在连接管内腔压力达到4-5MPa时，上膨胀工具和下膨胀工具初步启动，膨胀管的两端被上膨胀工具和下膨胀工具密封住；

(3)过小封大膨胀管工具中流体通道的开启：继续加压，连接管内的压力达到7-8MPa后，压力配水器的出水孔流至内凹槽中的水的压力越来越大，在水压作用下密封头脱离第一安装管和第二安装管，液体流出，流至过小封大膨胀管工具的外壁与膨胀管的内壁之间，在上膨胀工具和下膨胀工具对膨胀管两端的密封作用下，膨胀管内部形成高压密封腔；

(4)过小封大膨胀管工具膨胀功能的完成：继续打压，在连接管内的压力达到35-45MPa后，稳压3-5min，膨胀管在上膨胀工具、下膨胀工具及以及过小封大膨胀管工具与膨胀管内壁之间液体压力的作用下，整体膨胀后，与施工现场的外层套管接触，形成密封；

(5)过小封大膨胀管工具的收回：缓慢放压，上膨胀工具和下膨胀工具回收，尺寸变小，同时过小封大膨胀管工具与其外层的膨胀管分离。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的一种过小封大膨胀管工具及其施工方法具有以下优点：(1)利用高压液体扩张厚壁橡胶，形成具有一定机械扩张里的过小封大膨胀管工具，为了确保橡胶在高压条件下的稳定性，利用钢带作为支撑骨架，对橡胶进行加强，辅助以全新设计的膨胀密封胶筒组件，提供高达40％的超大膨胀率；(2)将利用高压液体扩张厚壁橡胶的膨胀工具进行组合，形成了一个工具串，辅助以独特设计的压力配水器，形成分级式液体流动通道，能够分阶段完成膨胀工具与膨胀管的组合锚定，膨胀工具初步启动，膨胀工具的全面启动，膨胀工具对膨胀管的膨胀做功，膨胀后工具的回缩等功能。

附图说明

图1为本发明过小封大膨胀管工具的总体结构主视示意图；

图2为本发明压力配水器的结构放大示意图；

图3为本发明膨胀密封胶筒组件和中心管的结构放大示意图；

图4为本发明过小封大膨胀管工具与膨胀管组装后的结构示意图；

其中，1上膨胀工具、2连接管、3下膨胀工具、131中心管、132上接箍、133下接箍、134膨胀密封胶筒组件、1341钢带加强胶筒、1342胶筒、135上定位管、136下定位管、137上锁定环、138下锁定环、4压力配水器、401第一安装管、402第二安装管、403第三安装管、404第四安装管、405弹簧、406密封头、407内凹槽、408出水孔、5进水孔、6膨胀管。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

实施例1

如图1-4所示实施例中，一种过小封大膨胀管工具，包括依次连接的上膨胀工具1、连接管2和下膨胀工具3，所述上膨胀工具1和下膨胀工具3均为扩张式封隔器，所述连接管2的中部串联设置有压力配水器4；所述压力配水器4包括第一安装管401、第二安装管402、第三安装管403、第四安装管404、弹簧405和密封头406，所述第一安装管401的一端开设有内凹槽407，第二安装管402的一端伸入第一安装管401的内腔并与第一安装管401螺纹连接，第二安装管402的与第一安装管401内凹槽407相对应的管段上开设有出水孔408，所述第三安装管403与第四安装管404螺纹连接，第三安装管403的外壁套设有弹簧405，弹簧405的一端抵触在第四安装管404的端面上，弹簧405的另一端安装有密封头406，密封头406套设在第三安装管403的外壁上，密封头406受弹簧405弹力作用而抵触在第一安装管401和第二安装管402的靠近第三安装管403的端面上；膨胀管固定在过小封大膨胀管工具的外壁，当高压液体从进水孔5进入上膨胀工具1和下膨胀工具3中时，上膨胀工具1和下膨胀工具3膨胀，使得膨胀管的两端密封，随着过小封大膨胀管工具内液体压力的增大，从出水孔408涌入内凹槽407内的水压增大，将密封头406顶开，水体从压力配水器4流出，流至过小封大膨胀管工具的外壁与膨胀管的内壁之间，过小封大膨胀管工具的外壁与膨胀管的内壁之间的高压液体于上膨胀管工具和下膨胀管工具协同作用，使得膨胀管高效完成膨胀，过小封大膨胀管工具使用完毕后放压，过小封大膨胀管工具收缩，与膨胀管脱离，穿过已施工完成的膨胀管段，进行重复的施工。

本实施例中，所述密封头406为橡胶密封头406，所述密封头406靠近第一安装管401和第二安装管402的一端设置为渐缩的斜切面，所述第一安装管401和第二安装管402的靠近密封头406的一端均设置有与密封头406的斜切面相配合的切面，增大其与第一安装管401和第二安装杆之间的密封性，推开密封头406所需要的水压能够通过在第四安装管404内调节第三安装管403的安装位置来实现。

本实施例中，所述上膨胀工具1和下膨胀工具3均包括中心管131、上接箍132、下接箍133、膨胀密封胶筒组件134、上定位管135和下定位管136，所述膨胀密封胶筒组件134包括钢带加强胶筒1341和套设于钢带加强胶筒1341内部的胶筒1342，通过胶筒1342的膨胀带动钢带加强胶筒1341的膨胀，确保橡胶在高压条件下的稳定性，利用钢带作为支撑骨架，对橡胶进行加强；所述中心管131的一端安装有上接箍132，中心管131的另一端安装有下接箍133，所述膨胀密封胶筒组件134套设于上接箍132和下接箍133之间的中心管131上，膨胀密封胶筒组件134的一端与上定位管135固定连接，上定位管135的另一端与上接箍132固定连接，膨胀密封胶筒组件134的另一端与下定位管136的一端固定连接，下定位管136的另一端与下接箍133之间间隔设置，确保膨胀密封胶筒组件134膨胀过程中有足够的轴向延伸空间；所述胶筒的两端与中心管131之间密封设置，中心管131的与胶筒1342内腔位置相对应处设置有进水孔5，胶筒像气球一样充入液体后膨胀，并带动钢带加强胶筒膨胀。

本实施例中，所述胶筒的长度与自然状态下上定位管135靠近上接箍132的一端到下定位管136靠近下接箍133的一端的间距相配合。

本实施例中，所述钢带加强胶筒1341由钢带和橡胶硫化而成。

本实施例中，所述上膨胀工具1的下接箍133与连接管2的一端连接，所述下膨胀工具3的上接箍132与连接管2的另一端连接。

本实施例中，所述膨胀管6套设于过小封大膨胀管工具的外壁时，膨胀管6的一端通过上锁定环137锁定在上定位管135上，膨胀管6的另一端通过下锁定环138锁定在下定位管136上。

本实施例中，所述上定位管135、下定位管136、上锁定环137和下锁定环138均为橡胶材质；膨胀密封胶筒组件134膨胀过程中带动上定位管135、下定位管136、上锁定环137和下锁定环138膨胀，使得膨胀管两端的膨胀更均匀。

实施例2

一种过小封大膨胀管工具的施工方法，包括如下步骤：

(1)设备组装：分别组装上膨胀工具1和下膨胀工具3，将上膨胀工具1和下膨胀工具3与中部的连接管2连接，将膨胀管6套设于组装完成的过小封大膨胀管工具外壁，通过上锁定环137和下锁定环138将过小封大膨胀管工具和膨胀管6组装到一起；

(2)过小封大膨胀管工具的初步启动：上膨胀工具1的上接箍132连接压力管线，下膨胀工具3的下接箍133用堵头封死，向上膨胀工具1的上接箍132内泵送液体，上膨胀工具1、连接管2和下膨胀工具3中充满液体，液体经进水孔5进入上膨胀工具1和下膨胀工具3的胶筒1342内腔，胶筒膨大，撑起钢带加强胶筒1341，在连接管2内腔压力达到4-5MPa时，上膨胀工具1和下膨胀工具3初步启动，膨胀管6的两端被上膨胀工具1和下膨胀工具2密封住；

(3)过小封大膨胀管工具中流体通道的开启：继续加压，连接管2内压力达到7-8MPa后，压力配水器4的出水孔408流至内凹槽407中的水的压力越来越大，在水压作用下密封头406脱离第一安装管401和第二安装管402，液体流出，流至过小封大膨胀管工具的外壁与膨胀管的内壁之间，在上膨胀工具1和下膨胀工具3对膨胀管两端的密封作用下，膨胀管内部形成高压密封腔；

(4)过小封大膨胀管工具膨胀功能的完成：继续打压，在连接管2内压力达到35-45MPa后，稳压3-5min，膨胀管在上膨胀工具1、下膨胀工具3及以及过小封大膨胀管工具与膨胀管内壁之间液体压力的作用下，整体膨胀后，与施工现场的外层套管接触，形成密封；

(5)过小封大膨胀管工具的收回：缓慢放压，上膨胀工具1和下膨胀工具3回收，尺寸变小，同时过小封大膨胀管工具与其外层的膨胀管6分离。

上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式的产品形态和式样，任何符合本发明权利要求书且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。

Claims (9)

1.一种过小封大膨胀管工具，其特征在于：包括依次连接的上膨胀工具、连接管和下膨胀工具，所述上膨胀工具和下膨胀工具均为扩张式封隔器，所述连接管的中部串联设置有压力配水器；所述压力配水器包括第一安装管、第二安装管、第三安装管、第四安装管、弹簧和密封头，所述第一安装管的一端开设有内凹槽，第二安装管的一端伸入第一安装管的内腔并与第一安装管螺纹连接，第二安装管的与第一安装管内凹槽相对应的管段上开设有出水孔，所述第三安装管与第四安装管螺纹连接，第三安装管的外壁套设有弹簧，弹簧的一端抵触在第四安装管的端面上，弹簧的另一端安装有密封头，密封头套设在第三安装管的外壁上，密封头受弹簧弹力而抵触在第一安装管和第二安装管的靠近第三安装管的端面上。

2.根据权利要求1所述的一种过小封大膨胀管工具，其特征在于：所述密封头为橡胶密封头，所述密封头靠近第一安装管和第二安装管的一端设置为渐缩的斜切面，所述第一安装管和第二安装管的靠近密封头的一端均设置有与密封头的斜切面相配合的切面。

3.根据权利要求1所述的一种过小封大膨胀管工具，其特征在于：所述上膨胀工具和下膨胀工具均包括中心管、上接箍、下接箍、膨胀密封胶筒组件、上定位管和下定位管，所述膨胀密封胶筒组件包括钢带加强胶筒和套设于钢带加强胶筒内部的胶筒；所述中心管的一端安装有上接箍，中心管的另一端安装有下接箍，所述膨胀密封胶筒组件套设于上接箍和下接箍之间的中心管上，膨胀密封胶筒组件的一端与上定位管固定连接，上定位管的另一端与上接箍固定连接，膨胀密封胶筒组件的另一端与下定位管的一端固定连接，下定位管的另一端与下接箍之间间隔设置；所述胶筒的两端与中心管之间密封设置，中心管的与胶筒内腔位置相对应处设置有进水孔。

4.根据权利要求3所述的一种过小封大膨胀管工具，其特征在于：所述胶筒的长度与自然状态下上定位管靠近上接箍的一端到下定位管靠近下接箍的一端的间距相配合。

5.根据权利要求3所述的一种过小封大膨胀管工具，其特征在于：所述钢带加强胶筒由钢带和橡胶硫化而成。

6.根据权利要求3所述的一种过小封大膨胀管工具，其特征在于：所述上膨胀工具的下接箍与连接管的一端连接，所述下膨胀工具的上接箍与连接管的另一端连接。

7.根据权利要求3所述的一种过小封大膨胀管工具，其特征在于：所述膨胀管套设于过小封大膨胀管工具的外壁时，膨胀管的一端通过上锁定环锁定在上定位管上，膨胀管的另一端通过下锁定环锁定在下定位管上。

8.根据权利要求7所述的一种过小封大膨胀管工具，其特征在于：所述上定位管、下定位管、上锁定环和下锁定环均为橡胶材质。

9.根据权利要求1-8任一所述的一种过小封大膨胀管工具的施工方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)设备组装：分别组装上膨胀工具和下膨胀工具，将上膨胀工具和下膨胀工具与中部的连接管连接，将膨胀管套设于组装完成的过小封大膨胀管工具外壁，通过上锁定环和下锁定环将过小封大膨胀管工具和膨胀管组装到一起；

(2)过小封大膨胀管工具的初步启动：上膨胀工具的上接箍连接压力管线，下膨胀工具的下接箍用堵头封死，向上膨胀工具的上接箍内泵送液体，上膨胀工具、连接管和下膨胀工具中充满液体，液体经进水孔进入上膨胀工具和下膨胀工具的胶筒内腔，胶筒膨大，撑起钢带加强胶筒，在连接管内腔压力达到4-5MPa时，上膨胀工具和下膨胀工具初步启动，膨胀管的两端被上膨胀工具和下膨胀工具密封住；

(3)过小封大膨胀管工具中流体通道的开启：继续加压，连接管内的压力达到7-8MPa后，压力配水器的出水孔流至内凹槽中的水的压力越来越大，在水压作用下密封头脱离第一安装管和第二安装管，液体流出，流至过小封大膨胀管工具的外壁与膨胀管的内壁之间，在上膨胀工具和下膨胀工具对膨胀管两端的密封作用下，膨胀管内部形成高压密封腔；

(4)过小封大膨胀管工具膨胀功能的完成：继续打压，在连接管内压力达到35-45MPa后，稳压3-5min，膨胀管在上膨胀工具、下膨胀工具及以及过小封大膨胀管工具与膨胀管内壁之间液体压力的作用下，整体膨胀后，与施工现场的外层套管接触，形成密封；

(5)过小封大膨胀管工具的收回：缓慢放压，上膨胀工具和下膨胀工具回收，尺寸变小，同时过小封大膨胀管工具与其外层的膨胀管分离。

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