CN114320203A - 一种用于膨胀管的二次旋转膨胀工具及裸眼补贴工艺 - Google Patents

Abstract

本发明为一种用于膨胀管的二次旋转膨胀工具及裸眼补贴工艺。主要由上接头、连接套、定位环、连杆、活塞、移动膨胀锥、堵头、转动膨胀锥、固定套、连接环组成，其特征在于：所述移动膨胀锥通过螺钉连接于活塞；在钻进过程中发现裸眼井段发生漏失，采用裸眼补贴工艺，先将膨胀管下入到裸眼井漏失段，再将二次旋转膨胀工具连接在管柱下端并下入到膨胀管上端，二次旋转膨胀工具随着管柱旋转和向下移动，转动膨胀锥先进入膨胀管进行第一次旋转膨胀作业，在钻井液压力下移动膨胀锥随着活塞一起向外移动，对膨胀管进行第二次旋转膨胀作业。本发明结构紧凑可以在较小井眼中使用，能够绕阻后继续膨胀，能够有效减小膨胀力，使膨胀管变形均匀。

Description

一种用于膨胀管的二次旋转膨胀工具及裸眼补贴工艺

技术领域

本发明涉及一种用于膨胀管的二次旋转膨胀工具及裸眼补贴工艺，属石油、天然气开采钻井工具技术领域。

背景技术

目前国内外常用的井下补贴技术有波纹管补贴技术、爆炸补贴技术、焊接补贴技术、燃气动力补贴技术以及膨胀管补贴技术。近年来，膨胀管技术发展迅猛，膨胀管裸眼封堵技术作为一种新型钻井事故处理手段，具有不损失井筒尺寸、保持井壁稳定、缩短钻完井周期、节约生产成本等优点。膨胀管技术主要是采用一种具有良好塑性的金属管，在液力或者机械驱动下在井下发生径向胀大，来解决石油勘探开发过程中的复杂地层封隔、尾管完井窗口密封、套损井和裸眼井补贴修复等工程技术难题。相对于传统胀头，旋转膨胀头在作业时在沿轴线直线运动的同时还作旋转运动，通过调节旋转运动的转速，可调整膨胀管的膨胀速率，控制膨胀管的变形程度，这种膨胀管的最明显优点是变形均匀且膨胀过程中所需的膨胀力比较小，可用于对膨胀层位有严格要求的复杂井段和有堵水工艺要求的作业等。

基于此，本文在现有研究的基础上，提出一种用于膨胀管的二次旋转膨胀工具及裸眼补贴工艺，用可以自转的转动膨胀锥和可以伸缩的移动膨胀锥实现膨胀管的二次旋转胀型，以此来减小膨胀力和提高成形质量，实现膨胀作业效率和质量的提升。

发明内容

本发明的目的在于：为了克服现有膨胀工具和裸眼补贴工艺的不足，设计一种内置膨胀锥的膨胀管制作台架及其裸眼膨胀工具和工艺。

为达到上述目的，本发明解决此问题所采用的技术方案是：一种用于膨胀管的二次旋转膨胀工具及裸眼补贴工艺，由上接头、连接套、定位环、连杆、O形密封圈、活塞、螺钉、移动膨胀锥、堵头、转动膨胀锥、固定套、连接环、钻头、油管、接头、膨胀管、二次旋转膨胀工具、橡胶环组成，其技术特征在于，连接套通过锥形螺纹上端连接于上接头，下端连接于堵头；移动膨胀锥通过螺钉连接于活塞；连接环通过螺纹连接在堵头最下端；连接套中端开有活塞腔，在位于活塞腔上下两端且与连杆接触的位置分别装有两个O形密封圈；定位环上端利用上接头下端面定位，其下端面利用连接套上端内部一台阶和连杆上端面定位，其作用是防止连杆在钻井液压力下往上移动；连杆下端利用连接套下端内部一台阶定位，其上开有圆形通孔；活塞安装于连接套活塞腔内，位于连杆和移动膨胀锥之间，其行程利用连接套活塞腔内的台阶限制，其上下两端分别装有两个O形密封圈；转动膨胀锥的上转轴安装于堵头斜孔内，下转轴安装于固定套斜孔内；固定套下端面利用连接环定位；所述上接头连接在钻柱上，随钻柱旋转和向下移动，然后通过锥螺纹将旋转和向下移动依次传递给连接套和堵头；所述转动膨胀锥随着堵头一起旋转和向下移动，对膨胀管进行第一次旋转膨胀作业；所述活塞在通过连杆圆形通孔的钻井液压力下向外移动；所述移动膨胀锥随着活塞一起向外移动，对膨胀管进行第二次旋转膨胀作业；裸眼补贴工艺的技术特征在于，先将膨胀管和二次旋转膨胀工具依次下入到裸眼井漏失段，二次旋转膨胀工具随着接头和油管旋转和向下移动，完成旋转膨胀作业，膨胀管通过橡胶环悬挂在裸眼井壁上，作业结束后上提油管将二次旋转膨胀工具提出。

根据权利要求1所述的一种用于膨胀管的二次旋转膨胀工具及裸眼补贴工艺，其特征在于所述膨胀管在裸眼井段进行膨胀的过程中遇到井壁坍塌造成一些位置无法膨胀，此时停止向二次旋转膨胀工具内注入高压钻井液，移动膨胀锥向内移动，在通过坍塌段后再向二次旋转膨胀工具内注入高压钻井液继续旋转膨胀作业。

根据权利要求1所述的一种用于膨胀管的二次旋转膨胀工具及裸眼补贴工艺，其特征在于所述连接套活塞腔的数量为两个或者三个，对应移动膨胀锥的数量为两个或者三个。

根据权利要求1所述的一种用于膨胀管的二次旋转膨胀工具及裸眼补贴工艺，其特征在于所述转动膨胀锥的数量为2～4个。

根据权利要求1所述的一种用于膨胀管的二次旋转膨胀工具及裸眼补贴工艺，其特征在于所述移动膨胀锥和转动膨胀锥的锥角根据膨胀率调整，移动膨胀锥的锥角在10°～30°，转动膨胀锥的锥角5°～15°。

本发明与现有技术比较，其有益效果是：(1)本发明采用转动膨胀锥和移动膨胀锥实现膨胀管的二次旋转胀型，可以有效减小膨胀力，从根源上解决高压注水带来的安全隐患和膨胀管失效风险；(2)本发明采用的移动膨胀锥可以随着钻井液压力的变化在径向发生不同程度的伸缩，可以调控膨胀管的膨胀率；(3)本发明采用的移动膨胀锥固定在活塞上，相较于可以转动的移动膨胀锥设计，该移动膨胀锥可以节约空间，增加流道面积和减小膨胀工具尺寸，使得膨胀工具可以在更小的井眼中使用；(4)本发明可以通过调节旋转运动的转速来调整膨胀管的膨胀速率和控制膨胀管的变形程度，使得膨胀管变形更加均匀。

附图说明

图1为本发明的二次旋转膨胀工具的结构示意图；

图2为二次旋转膨胀工具的径向剖面图；

图3为钻头钻井过程；

图4为旋转膨胀作业过程；

图5为二次旋转膨胀工具提出过程；

图6为膨胀作业遇阻示意图；

图7为二次旋转膨胀工具避过阻碍示意图；

图8为二次旋转膨胀工具避过阻碍后再次膨胀的示意图；

图9为遇阻后二次旋转膨胀工具提出过程的示意图

1-上接头、2-连接套、3-定位环、4-连杆、5-O形密封圈、6-活塞、7-螺钉、8-移动膨胀锥、9-堵头、10-转动膨胀锥、11-固定套、12-连接环、13-钻头、14-油管、15-接头、16-膨胀管、17-二次旋转膨胀工具、18-橡胶环

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的,而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下,技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变，这些都应被视为属于本发明的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

根据附图所示，所述一种用于膨胀管的二次旋转膨胀工具及裸眼补贴工艺，由上接头1、连接套2、定位环3、连杆4、O形密封圈5、活塞6、螺钉7、移动膨胀锥8、堵头9、转动膨胀锥10、固定套11、连接环12、钻头13、油管14、接头15、膨胀管16、二次旋转膨胀工具17、橡胶环18组成，其技术特征在于，连接套2通过锥形螺纹上端连接于上接头1，下端连接于堵头9；移动膨胀锥8通过螺钉7连接于活塞6；连接环12通过螺纹连接在堵头9最下端；连接套2中端开有活塞腔，在位于活塞腔上下两端且与连杆4接触的位置分别装有两个O形密封圈5；定位环3上端利用上接头1下端面定位，其下端面利用连接套2上端内部一台阶和连杆4上端面定位，其作用是防止连杆4在钻井液压力下往上移动；连杆4下端利用连接套2下端内部一台阶定位，其上开有圆形通孔；活塞6安装于连接套2活塞腔内，位于连杆4和移动膨胀锥8之间，其行程利用连接套2活塞腔内的台阶限制，其上下两端分别装有两个O形密封圈5；转动膨胀锥10的上转轴安装于堵头9斜孔内，下转轴安装于固定套11斜孔内；固定套11下端面利用连接环12定位；所述上接头1连接在钻柱上，随钻柱旋转和向下移动，然后通过锥螺纹将旋转和向下移动依次传递给连接套2和堵头9；所述转动膨胀锥10随着堵头9一起旋转和向下移动，对膨胀管进行第一次旋转膨胀作业；所述活塞6在通过连杆4圆形通孔的钻井液压力下向外移动；所述移动膨胀锥8随着活塞6一起向外移动，对膨胀管进行第二次旋转膨胀作业；裸眼补贴工艺的技术特征在于，先将膨胀管16和二次旋转膨胀工具17依次下入到裸眼井漏失段，二次旋转膨胀工具17随着接头15和油管14旋转和向下移动，完成旋转膨胀作业，膨胀管16通过橡胶环18悬挂在裸眼井壁上，作业结束后上提油管14将二次旋转膨胀工具17提出。

根据权利要求1所述的一种用于膨胀管的二次旋转膨胀工具及裸眼补贴工艺，其特征在于所述膨胀管16在裸眼井段进行膨胀的过程中遇到井壁坍塌造成一些位置无法膨胀，此时停止向二次旋转膨胀工具17内注入高压钻井液，移动膨胀锥8向内移动，在通过坍塌段后再向二次旋转膨胀工具17内注入高压钻井液继续旋转膨胀作业。

根据权利要求1所述的一种用于膨胀管的二次旋转膨胀工具及裸眼补贴工艺，其特征在于所述连接套2活塞腔的数量为两个或者三个，对应移动膨胀锥8的数量为两个或者三个。

根据权利要求1所述的一种用于膨胀管的二次旋转膨胀工具及裸眼补贴工艺，其特征在于所述转动膨胀锥10的数量为2～4个。

根据权利要求1所述的一种用于膨胀管的二次旋转膨胀工具及裸眼补贴工艺，其特征在于所述移动膨胀锥8和转动膨胀锥10的锥角根据膨胀率调整，移动膨胀锥8的锥角在10°～30°，转动膨胀锥10的锥角5°～15°。

本发明的一种用于膨胀管的二次旋转膨胀工具及裸眼补贴工艺具体工作过程如下：在钻进过程中发现裸眼井段发生漏失，采用裸眼补贴工艺，先将膨胀管16下入到裸眼井漏失段并将其上端用锚定装置固定，接着将二次旋转膨胀工具17连接在管柱下端并下入到膨胀管16上端，二次旋转膨胀工具17随着管柱旋转和向下移动，转动膨胀锥10先进入膨胀管16进行第一次旋转膨胀作业，活塞6在通过连杆4圆形通孔的钻井液压力下向外移动，移动膨胀锥8随着活塞6一起向外移动，对膨胀管16进行第二次旋转膨胀作业，完成旋转膨胀作业后，膨胀管16通过橡胶环18悬挂在裸眼井壁上，作业结束后上提管柱将二次旋转膨胀工具17提出。

Claims (4)

1.一种用于膨胀管的二次旋转膨胀工具及裸眼补贴工艺，由上接头(1)、连接套(2)、定位环(3)、连杆(4)、O形密封圈(5)、活塞(6)、螺钉(7)、移动膨胀锥(8)、堵头(9)、转动膨胀锥(10)、固定套(11)、连接环(12)、钻头(13)、油管(14)、接头(15)、膨胀管(16)、二次旋转膨胀工具(17)、橡胶环(18)组成，其技术特征在于，连接套(2)通过锥形螺纹上端连接于上接头(1)，下端连接于堵头(9)；移动膨胀锥(8)通过螺钉(7)连接于活塞(6)；连接环(12)通过螺纹连接在堵头(9)最下端；连接套(2)中端开有活塞腔，在位于活塞腔上下两端且与连杆(4)接触的位置分别装有两个O形密封圈(5)；定位环(3)上端利用上接头(1)下端面定位，其下端面利用连接套(2)上端内部一台阶和连杆(4)上端面定位，其作用是防止连杆(4)在钻井液压力下往上移动；连杆(4)下端利用连接套(2)下端内部一台阶定位，其上开有圆形通孔；活塞(6)安装于连接套(2)活塞腔内，位于连杆(4)和移动膨胀锥(8)之间，其行程利用连接套(2)活塞腔内的台阶限制，其上下两端分别装有两个O形密封圈(5)；转动膨胀锥(10)的上转轴安装于堵头(9)斜孔内，下转轴安装于固定套(11)斜孔内；固定套(11)下端面利用连接环(12)定位；所述上接头(1)连接在钻柱上，随钻柱旋转和向下移动，然后通过锥螺纹将旋转和向下移动依次传递给连接套(2)和堵头(9)；所述转动膨胀锥(10)随着堵头(9)一起旋转和向下移动，对膨胀管进行第一次旋转膨胀作业；所述活塞(6)在通过连杆(4)圆形通孔的钻井液压力下向外移动；所述移动膨胀锥(8)随着活塞(6)一起向外移动，对膨胀管进行第二次旋转膨胀作业；裸眼补贴工艺的技术特征在于，先将膨胀管(16)和二次旋转膨胀工具(17)依次下入到裸眼井漏失段，二次旋转膨胀工具(17)随着接头(15)和油管(14)旋转和向下移动，完成旋转膨胀作业，膨胀管(16)通过橡胶环(18)悬挂在裸眼井壁上，作业结束后上提油管(14)将二次旋转膨胀工具(17)提出。

2.根据权利要求1所述的一种用于膨胀管的二次旋转膨胀工具及裸眼补贴工艺，其特征在于：所述膨胀管(16)在裸眼井段进行膨胀的过程中遇到井壁坍塌无法膨胀时，此时停止向二次旋转膨胀工具(17)内注入高压钻井液，移动膨胀锥(8)向内移动，在通过坍塌段后再向二次旋转膨胀工具(17)内注入高压钻井液继续旋转膨胀作业。

3.根据权利要求1所述的一种用于膨胀管的二次旋转膨胀工具及裸眼补贴工艺，其特征在于：所述连接套(2)活塞腔的数量为两个或者三个，对应移动膨胀锥(8)的数量为两个或者三个。

4.根据权利要求1所述的一种用于膨胀管的二次旋转膨胀工具及裸眼补贴工艺，其特征在于：所述转动膨胀锥(10)的数量为2～4个。

根据权利要求1所述的一种用于膨胀管的二次旋转膨胀工具及裸眼补贴工艺，其特征在于：所述移动膨胀锥(8)和转动膨胀锥(10)的锥角根据膨胀率调整，移动膨胀锥(8)的锥角在10°～30°，转动膨胀锥(10)的锥角5°～15°。

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