CN115199223B - 智能控制尾管悬挂器送入工具及投放式信号器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能控制尾管悬挂器送入工具及投放式信号器。该送入工具包括：纵向延伸的内管；套设在所述内管外的用于激活所述尾管悬挂器的坐挂操作的液压缸套，在所述液压缸套与所述内管之间形成液压腔；以及控制短节，所述控制短节包括驱动泵，所述驱动泵构造为用于向所述液压腔内泵送流体，以允许所述液压缸套相对于所述内管发生移动。

Description

智能控制尾管悬挂器送入工具及投放式信号器

技术领域

本发明涉及油气井固完井技术领域，特别是涉及一种智能控制尾管悬挂器送入工具。本发明还涉及一种与该送入工具配合使用的投放式信号器。

背景技术

近几年，随着全球勘探开发技术不断向深层、深水等勘探方向发起挑战，且部分区块开始采用尾管固井后回接不固井分段压裂固完井一体化工艺，井下高温、高压、高含硫等复杂环境对尾管固井工具的耐压及长效密封提出了越来越高的要求。后期较高的压裂施工压力，对尾管悬挂器的整机耐压能力带来了新的考验。同时，随着国家战略能源储气库等大规模兴建，储气库井由于其强注强采及使用寿命长的特点而对井筒完整性依赖较高。

国内现有尾管悬挂器主要为液压式悬挂器。这种液压式悬挂器主要通过井下憋压的方式来激活。液压式尾管悬挂器容易发生球座刺漏的问题，从而导致无法起压，无法实现坐挂动作。并且，对于井况复杂、地层薄弱的场景来说，后期球座憋通时的瞬时激荡压力(通常超过18MPa)有可能会破坏裸眼地层，造成井下坍塌等严重结果。

另外，在上述现有的液压式悬挂器中，液压缸的驱动方式要求：在井内憋压后，管串内的高压流体能通过压力传输通道进入到液压缸内。为了避免非预期地激活液压缸的动作，在尾管悬挂器下入井内的过程中，需要对泵送水泥浆的排量进行严格限制，以避免其超过一定阈值，导致有高压流体通过压力传输通道进入到液压缸内。这使得尾管悬挂器的下入较为缓慢，且存在误操作的隐患。

此外，现有的液压式悬挂器的液压驱动模块一般设置在尾管悬挂器本体的外侧。在送入并丢手之后，该液压驱动模块就会随尾管悬挂器本体一起留在井下。然而，液压驱动模块通常都设置有橡胶密封圈。橡胶密封圈在井下的高温高压环境中容易发生老化和损坏。这会导致尾管悬挂器的密封出现问题，有可能造成油套环空短路，导致后续作业无法正常进行。

因此，现有的液压式悬挂器在可靠性、施工速度和成本等方面都还存在不足之处。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种尾管悬挂器的送入工具以及与其配合使用的投放式信号器，能用于避免或至少削弱以上问题中的至少一个。

根据本发明的第一方面，提出了一种用于尾管悬挂器的送入工具，包括：纵向延伸的内管；套设在所述内管外的用于激活所述尾管悬挂器的坐挂操作的液压缸套，在所述液压缸套与所述内管之间形成液压腔；以及控制短节，所述控制短节包括驱动泵，所述驱动泵构造为用于向所述液压腔内泵送流体和/或从所述液压腔内排出流体，以允许所述液压缸套相对于所述内管发生能激活所述尾管悬挂器的坐挂操作的移动。

一方面，液压缸套设置在送入工具上。由此，在上提回收送入工具时，可以将液压缸套一并回收。由此，与液压缸套配合的密封结构能够避免在井下老化、密封失效的问题。另一方面，通过驱动泵来对液压腔内的液体的量进行控制。这种控制方式的可靠性较高，并且不需进行憋压等容易造成井下的薄弱地层受损的操作。

在一个优选的实施例中，所述控制短节连接在所述内管之下，所述驱动泵通过泵送通道与所述液压腔相连通，所述泵送通道形成在所述液压缸套与所述控制短节之间。

在一个优选的实施例中，在所述内管、液压缸套和/或控制短节上不存在用于连通所述液压腔和打开工具内、外环境的压力传输通道。

在一个优选的实施例中，所述控制短节还包括感应线圈，所述感应线圈构造为用于接收投入所述送入工具内的投放式信号器中的发射线圈发射出的电磁信号，其中，响应于所述感应线圈从所述发射线圈处接收到电磁信号，所述驱动泵向所述液压腔内泵送流体。

在一个优选的实施例中，所述控制短节包括控制壳体，所述感应线圈被所述控制壳体所包围，所述控制壳体由无磁钢制成。

在一个优选的实施例中，所述控制短节还包括加速度传感器，所述加速度传感器构造为用于检测所述送入工具内的泥浆脉冲信号，其中，响应于所述加速度传感器检测到特定的泥浆脉冲信号，所述驱动泵向所述液压腔内泵送流体。

在一个优选的实施例中，所述特定的泥浆脉冲信号为具有预定频率和/或强度的泥浆脉冲信号或信号序列。

根据本发明的第二方面，提出了一种投放式信号器，所述投放式信号器包括发射线圈，所述发射线圈构造为用于向上述用于尾管悬挂器的送入工具中的感应线圈发射电磁信号。

在一个优选的实施例中，所述投放式信号器还包括信号器壳体，所述信号器壳体包围所述发射线圈。

在一个优选的实施例中，在所述信号器壳体的上端处设置有多个径向向外凸出的扶正翼板，各个扶正翼板沿纵向方向延伸且在周向上彼此间隔开。

在一个优选的实施例中，所述信号器壳体的下端形成径向向外凸出的扶正膨胀部，所述扶正膨胀部的下表面至少部分地形成为沿纵向向下的方向逐渐向内收缩的轮廓。

附图说明

在下文中参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1显示了根据本发明的一个实施例的送入工具与尾管悬挂器装配在一起的结构示意图；

图2显示了图1中的送入工具的一部分的局部放大图；

图3显示了根据本发明的一个实施例的投放式信号器的结构示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

在本文中，除非有特别说明或存在矛盾，否则用语“上”、“下”、“纵向”等均是相对于井眼的方向而限定的。用语“上”指的是相对靠近井口的方向。用语“下”指的是相对靠近井底的方向。用语“纵向”指的是与井眼的延伸方向大致相同的方向。

图1示意性地显示了根据本发明的一个实施例的送入工具100，其与尾管悬挂器300装配在一起。

送入工具100包括上接头1，以及通过双母接箍3连接在上接头1下方的内管11。在双母接箍3上方的上接头1的外侧设置有扶正环2。送入工具100还包括连接在内管11下方的控制短节13。

尾管悬挂器300包括回接筒7和连接在回接筒7之下的主筒体25。在主筒体25的外侧设置有包括卡瓦22的坐挂机构21，以及设置在该坐挂机构21之下的扶正环24。坐挂机构21与回接筒7相配合，可以响应于回接筒7的动作而进行坐挂工作。

在图1所示的装配状态下，送入工具100插入到尾管悬挂器300内。回接筒7套设在内管11的外侧。送入工具100还包括设置在内管11与回接筒7之间的坐挂驱动机构。该坐挂驱动机构包括固定套接在内管11外侧的塞帽4。塞帽4构造有径向贯穿的容纳孔。在该容纳孔中插入有挡块5。在回接筒7的内侧构造有用于接收该挡块5的固定槽。该坐挂驱动机构还包括套设在内管11外的传载套8和连接在该传载套8之下的活塞9。在传载套8的外侧固定连接有坐挂环6。在回接筒7的内侧构造有位于该坐挂环6下方的、用于与该坐挂环6配合以传递纵向方向上的压力的台阶面。坐挂驱动机构还包括套设在内管11外的液压缸套10。在液压缸套10与内管11之间形成液压腔。上述活塞9的下端延伸到该液压腔内，将液压腔分成上腔体和下腔体。

应当理解的是，上述传载套8和活塞9也可构造为一体的。

在图1所示的状态中，传载套8延伸到挡块5与内管11之间，以将挡块5径向向外推到回接筒7内侧的固定槽中。活塞9或传载套8与内管11通过剪切销钉连接。由此，回接筒7、挡块5、传载套8、活塞9和内管11之间能实现彼此相对固定，从而实现回接筒7与内管11之间的有效连接。并且，这种连接结构不容易发生提前坐挂的问题。此时，坐挂环6与位于其下方的回接筒7上的台阶面间隔开一定距离。

在进行坐挂操作时，通过向液压腔的上腔体内注入流体或者从液压腔的下腔体中排出流体，可以使活塞9和穿载套8下行，并剪断上述剪切销钉。随着活塞9和穿载套8的下行，穿载套8从挡块5与内管11之间抽离。此时，挡块5可以径向向内移动而脱离回接筒7内侧的固定槽。此时，回接筒7与内管11之间的连接断开。随着活塞9和穿载套8的进一步下行，坐挂环6与回接筒7上的台阶面相抵，并由此推动回接筒7下行。通过回接筒7的下行来促使主筒体25外侧的坐挂机构21坐挂，卡瓦22径向向外伸出。

此后，可上提送入工具100，将其回收至井口处。应当理解的是，在本发明中，活塞9和液压缸套10是送入工具100的一部分。因此，在上提送入工具100时，可将活塞9和液压缸套10一起回收至井口。这避免了液压结构中的密封圈会在井下发生老化、导致密封失效的问题。

还如图1所示，控制短节13包括壳体，以及包围在该壳体内的驱动泵13和控制电路15。在液压缸套10与控制短节13的壳体之间设置有大体上沿纵向方向延伸的泵送通道12。泵送通道12的一端与驱动泵13相连通，另一端与液压腔相连通。控制电路15可用于控制驱动泵13的工作状态。控制短节13还可包括包围在该壳体内的电池17。电池17可用于向控制电路15和驱动泵13供电。

在一个实施例中，该泵送通道12连通至液压腔的下腔体。由此，在需要坐挂时，控制电路15对驱动泵13进行控制，使得下腔体中的流体可以通过泵送通道12排出，以此来实现上文中的活塞9的下行动作。在这种情况下，上腔体与送入工具100外环境通过过流孔而连通，以防止“死腔”。

在一个优选的实施例中，该泵送通道12连通至液压腔的上腔体。如图2所示，泵送通道12包括在液压缸套10内纵向延伸的第一通道12A，以及在控制短节13的壳体内延伸的第二通道12B。第二通道12B延伸并连通至上腔体处。由此，在需要坐挂时，控制电路15对驱动泵13进行控制，使得流体供入到上腔体内，以此来实现上文中的活塞9的下行动作。在这种情况下，下腔体与送入工具100外环境通过过流孔而连通，以防止“死腔”。这种优选的实施例尤其适用于深井、超深井等井下环境压力大的情况。

由此，在内管11、液压缸套10和控制短节13的壳体上不均需设置连通液压腔与送入工具内通道的压力传输通道。在这种情况下，打开工具100、尾管悬挂器300及尾管悬挂器300下连接的尾管上均可不需设置类似的压力传输通道。因此，在下入过程中，泵送的泥浆可以无限排量循环，也不会导致错误操作的发生。这使得下入过程既安全又快速。

另外，由于控制短节13是打开工具100的一部分，所以控制短节13可随打开工具100一起回收，并可在保养后实现重复利用，节约成本。

在本发明中，控制短节13主要可以通过如下方式来控制驱动泵13的工作。

方式一

如图1所示，打开工具100的控制短节13还包括包围在控制短节13的壳体内的感应线圈16。相应地，可以提供如图3所示的投放式信号器200。投放式信号器200包括信号器壳体30，以及设置在其中的电池27和发射线圈28。电池27可向发射线圈28供电。

如图3所示，在信号器壳体30的上端处设置有多个径向向外凸出的扶正翼板26。各个扶正翼板26构造为沿纵向方向延伸的板体，并且在周向上彼此间隔开。另外，信号器壳体26的下端可以形成径向向外凸出的扶正膨胀部29。该扶正膨胀部29的下表面至少部分地形成为沿纵向向下的方向逐渐向内收缩的轮廓。图3中的扶正膨胀部29大体形成为球形的形状，其下端面为平面。应当理解的是，该扶正膨胀部29也可形成为锥形的形状。

在需要坐挂时，可以向井内投入投放式信号器200。该投放式信号器200可沿着打开工具100内的通道向井下移动。当投放式信号器200下入到控制短节13附近时，发射线圈28能够向感应线圈16发射电磁信号，以用于激发感应线圈16所连接的控制电路15。此时，控制电路15可以响应于感应线圈16接收到相应的电磁信号而控制驱动泵14工作。在投放式信号器200继续下行并远离控制短节13之后，感应线圈16不再接受到电磁信号。控制电路15内可设置定时器件，以用于限定电机的工作时间。由此，在控制电路15受到激发后，控制电路15可以控制驱动泵14工作预定时间，并在预定时间后断电并使得驱动泵14停止工作。由此，可有效控制驱动泵14的泵送量。

在移动过程中，由于投放式信号器200具有如上所述的特定形状，因此其能保持纵向姿态，不会发生相对于纵向轴线的摆动。这使得发射线圈28能够有效切割电磁场，使得控制电路15能够得到足够强度的电流。

信号器壳体30和控制短节13的壳体可由无磁钢制成，以避免干扰发射线圈28与感应线圈16之间的信号传递。

这种控制方式尤其适用于垂直井。

方式二

控制电路15可连接或集成有加速度传感器。在需要进行坐挂时，可从地面的泥浆泵处向井内发射预定频率、预定强度的泥浆脉冲信号(或者说泥浆脉冲信号序列)。该泥浆脉冲信号可以沿着送入工具内的通道向井下传递。当该泥浆脉冲信号传递至与上述加速度传感器相对应的位置时，加速度传感器可以将泥浆脉冲信号转变为电信号，并将其传递给控制电路15。控制电路15判断该泥浆脉冲信号是否具备预定频率和预定强度。如果是，则控制电路15响应于该泥浆脉冲信号而控制驱动泵14工作。

这种泥浆脉冲信号的频率可由泥浆泵以1.5min-2min之间的启停泵时间来控制，泥浆脉冲信号的强度由泥浆泵以1.2m³/min-3m³/min之间的排量来控制。

这种控制方式尤其适用于水平井。

上述方式均不会在井内形成较大的瞬时激荡压力，因而能有效降低地层遭受破坏、井下坍塌的问题。另外，通过上述两种方式、尤其是两种方式结合在同一打开工具100中，允许作业人员根据实际需要对控制方式进行选择和结合。由此，可进一步提高打开工具100的可靠性。例如，作业人员可先采用方式一进行作业。在发现未能作业成功的情况下，再采用方式二进行作业。或者，作业人员可在采用方式一进行作业之后，直接采用方式二进行作业，以节省方式一和方式二之间观察检查是否作业成功的时间成本。

上述打开工具100、投放式信号器200和尾管悬挂器300的结构稳定，能满足高温、高压、储气库井等的生产作业需求。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (5)

1.一种用于尾管悬挂器的送入工具，包括：

纵向延伸的内管；

套设在所述内管外的用于激活所述尾管悬挂器的坐挂操作的液压缸套，在所述液压缸套与所述内管之间形成液压腔；以及

控制短节，所述控制短节包括驱动泵，所述驱动泵构造为用于向所述液压腔内泵送流体和/或从所述液压腔内排出流体，以允许所述液压缸套相对于所述内管发生能激活所述尾管悬挂器的坐挂操作的移动；

所述控制短节还包括感应线圈，所述感应线圈构造为用于接收投入所述送入工具内的投放式信号器中的发射线圈发射出的电磁信号，其中，响应于所述感应线圈从所述发射线圈处接收到电磁信号，所述驱动泵向所述液压腔内泵送流体；

所述控制短节包括控制壳体，所述感应线圈被所述控制壳体所包围，所述控制壳体由无磁钢制成；

所述发射线圈构造为用于尾管悬挂器的送入工具中的感应线圈发射电磁信号；

所述投放式信号器还包括信号器壳体，所述信号器壳体包围所述发射线圈；

在所述信号器壳体的上端处设置有多个径向向外凸出的扶正翼板，各个扶正翼板沿纵向方向延伸且在周向上彼此间隔开；

所述信号器壳体的下端形成径向向外凸出的扶正膨胀部，所述扶正膨胀部的下表面至少部分地形成为沿纵向向下的方向逐渐向内收缩的轮廓。

2.根据权利要求1所述的用于尾管悬挂器的送入工具，其特征在于，所述控制短节连接在所述内管之下，所述驱动泵通过泵送通道与所述液压腔相连通，所述泵送通道形成在所述液压缸套与所述控制短节之间。

3.根据权利要求2所述的用于尾管悬挂器的送入工具，其特征在于，在所述内管、液压缸套和/或控制短节上不存在用于连通所述液压腔和打开工具内、外环境的压力传输通道。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的用于尾管悬挂器的送入工具，其特征在于，所述控制短节还包括加速度传感器，所述加速度传感器构造为用于检测所述送入工具内的泥浆脉冲信号，

其中，响应于所述加速度传感器检测到特定的泥浆脉冲信号，所述驱动泵向所述液压腔内泵送流体。

5.根据权利要求4所述的用于尾管悬挂器的送入工具，其特征在于，所述特定的泥浆脉冲信号为具有预定频率和/或强度的泥浆脉冲信号或信号序列。