CN115596369A - 可旋转伸缩短节、酸压完井管串和酸压完井方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可旋转伸缩短节，包括纵向延伸的芯轴、密封式套接在所述芯轴外侧的本体，以及将芯轴和本体彼此相连的连接机构。连接机构包括与本体固定连接的连接体，以及与连接体固定连接的扭矩传递件。扭矩传递件构造成：在初始状态下，通过剪切销钉和沿纵向布置的键槽组件与芯轴连接；在剪切销钉被可旋转伸缩短节承受的应力剪断后的第一状态下，能够沿所述纵向运动；以及在需要旋转的第二状态下，能够通过键槽组件将来自本体的旋转扭矩传递给芯轴。该可旋转伸缩短节可用于补偿完井管柱收缩，同时可实现旋转传递扭矩的功能，满足处理现场异常情况的需求。本发明还公开了一种酸压完井管串，以及酸压完井方法。

Description

可旋转伸缩短节、酸压完井管串和酸压完井方法

技术领域

本发明涉及石油生产技术领域，具体地涉及一种可旋转伸缩短节，一种包含这种可旋转伸缩短节的酸压完井管串，以及使用这种酸压完井管串的酸压完井方法。

背景技术

在油气开采的过程中，酸化压裂作业是一种非常有效的增产方法，对碳酸盐储层的增产效果更加明显。一般情况下，酸化压裂作业需要在储层上方设置封隔器。为了达到增产的目的，通常在压裂前利用封隔器使酸液顺利进入产层中。但是，当常温的酸液注入井筒后，井温与酸液温度形成温差，从而对封隔器产生附加拉力。该拉力会造成整个完井管柱的收缩，使得封隔器提前解挂或失封，从而影响酸化压力作业下的增产效果。

在现有技术中，常用的方式是在封隔器的上端安装伸缩短节。当井筒内由于温差产生附加拉力的时候，伸缩短节利用自动伸缩的方式来补偿整个完井管柱的收缩。在这种情况下，封隔器便不再承受附加的拉伸载荷，进而保证封隔器的密封性能。

但是，在实际油气开采的过程中，该伸缩短节对于一些需要旋转解挂解封的封隔器并不适用。因此，目前没有一种既能通过伸缩的方式使封隔器解挂解封，又能通过旋转的方式使封隔器解挂解封的伸缩短节。

发明内容

本发明的目的在于提出一种可旋转伸缩短节，该装置可用于补偿完井管柱收缩，同时可实现旋转传递扭矩的功能，满足处理现场异常情况的需求。本发明的目的还在于提出一种酸压完井管串，以及一种酸压完井方法。

根据本发明的第一方面，提供了一种可旋转伸缩短节，包括：纵向延伸的芯轴、密封式套接在所述芯轴外侧的本体，以及将所述芯轴和所述本体彼此相连的连接机构，其中，所述连接机构包括与所述本体固定连接的连接体，以及与所述连接体固定连接的扭矩传递件，其中，所述扭矩传递件构造成：在初始状态下，通过剪切销钉和沿所述纵向布置的键槽组件与所述芯轴连接；在所述剪切销钉被所述可旋转伸缩短节承受的应力剪断后的第一状态下，能够沿所述纵向运动；以及在需要旋转的第二状态下，能够通过所述键槽组件将来自所述本体的旋转扭矩传递给所述芯轴。

在一个实施例中，所述连接体构造成中空圆筒，其外表面设置有凸起部，所述凸起部的两侧分别设置有第一连接部和第二连接部，所述第一连接部与所述本体固定连接，所述第二连接部与所述扭矩传递件固定连接。

在一个实施例中，所述芯轴的外表面上设置有限位台阶，用于在第一状态中与所述连接体的端面抵接，以限制所述连接体的纵向运动。

在一个实施例中，所述键槽组件包括多个沿周向间隔布置的键槽，以及设置在各个键槽中的键，其中，每个所述键槽均包括沿纵向布置在所述芯轴的外表面上的第一部分，以及沿纵向布置在所述扭矩传递件的内表面上的对应的第二部分。

在一个实施例中，所述可旋转伸缩短节还包括端环，所述端环设置在所述芯轴与所述连接机构相反的一侧，并与所述芯轴固定连接。

在一个实施例中，所述可旋转伸缩短节包括组合密封圈，所述组合密封圈设置在所述芯轴与所述端环之间。

在一个实施例中，所述组合密封圈包括V型圈、矩型圈以及O型圈中的至少两个。

在一个实施例中，所述可旋转伸缩短节还包括刮泥圈，所述刮泥圈安装在所述芯轴的外表面上，并与所述本体的内表面接触。

根据本发明的第二方面，提供了一种酸压完井管串，包括双向锚定封隔器，以及设置在所述双向锚定封隔器的上游的如上所述的可旋转伸缩短节。

根据本发明的第三方面，提供了一种酸压完井方法，包括：将酸压完井管串放入井中；当所述酸压完井管串受到的温度应力超过预定阈值的作用时，剪断剪切销钉，使得所述可旋转伸缩短节能够沿纵向发生长度变化；当异常情况下需要旋转所述酸压完井管串时，旋转扭矩通过所述可旋转伸缩短节的本体、连接体和扭矩传递件传递给芯轴，从而实现酸压完井管串的整体式旋转。

附图说明

下面将结合附图来对本发明进行详细地描述，在图中：

图1为根据本发明的可旋转伸缩短节入井前的纵向半剖面图；

图2为图1中A处的放大示意图；

图3为图1中B处的放大示意图；

图4为根据本发明的可旋转伸缩短节的局部剖面图，显示了将扭矩传递件与芯轴连接的键槽组件；

图5为根据本发明的可旋转伸缩短节处于最大拉伸状态的示意图；

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做进一步说明。为方便理解，在本说明书中，方向性用语“纵向”或“轴向”指的是沿可旋转伸缩短节的长度方向，即图1中的竖直方向，用语“横向”或“径向”指的是垂直于“纵向”或“轴向”的方向，即图1中的水平方向，用语“上游”或“上方”或类似用语指的是靠近井口的方向，即图1中的顶端方向，用语“下游”或“下方”或类似用语指的是远离井口的方向，即图1中的底端方向。

图1为根据本发明的可旋转伸缩短节100入井前的纵向半剖面图。如图1所示，根据本发明的可旋转伸缩短节100主要包括纵向延伸的芯轴80、密封式套接在芯轴80外侧的本体20，以及将芯轴80和本体20彼此相连的连接机构。

芯轴80从上游至下游依次包括第一端部81和第二端部82。芯轴80的第一端部81的外表面上设有连接螺纹，用于与外部的端环72上的对应螺纹连接，用于保护芯轴80使其在沿纵向运动的过程中免受损伤。芯轴80的第二端部82的外表面上也设置有连接螺纹，用于与下接头11上的对应螺纹连接。

图2显示了根据本发明的可旋转伸缩短节100的上游侧部分的放大视图。如图2所示，本体20套接在芯轴80的外侧，通过安装在芯轴80上并与本体20接触的组合密封圈70，使得芯轴80与本体20之间实现双向密封作用。同时，本体20的上游一侧的外表面设有连接螺纹，用于与上接头10上的对应螺纹连接。

在根据本发明的一个优选的实施例中，组合密封圈70包括但不限于V型圈、矩型圈以及O型圈，由两个及以上数量的上述密封圈组合而成。

图3显示了根据本发明的可旋转伸缩短节100的下游侧部分的放大视图。如图3所示，连接机构包括与本体20固定连接的连接体40，以及与连接体40固定连接的扭矩传递件30。因此，连接体40作为桥梁，将本体20与扭矩传递件30间接地固定连接在一起。

在图3所示的实施例中，连接体40构造成中空圆筒，其外表面设置有凸起部41，凸起部41的两侧的台阶面44分别与本体20以及扭矩传递件30的端面相接触。在连接体40的外表面上的处于凸起部41的两侧分别设置有第一连接部42和第二连接部43。

其中，第一连接部42的外表面通过螺纹与本体20的内表面固定连接。这样一来，本体20的两端分别通过螺纹连接与上接头10以及第一连接部42形成固定，从而避免了可旋转伸缩短节100在伸长的过程中本体20向外侧弹开现象的发生。

此外，第二连接部43的外表面通过螺纹与扭矩传递件30的内表面固定连接。如上所述，扭矩传递件30通过连接体40与本体20间接性地固定在一起。

在图3所示的实施例中，扭矩传递件30包括一个内台阶面31，从而将扭矩传递件30分成上段33和下段34。如上所述，扭矩传递件30的上段33与连接体40的第二连接部43螺纹连接，并且扭矩传递件30的内台阶面31与连接体40的第二连接部43的端面抵接，从而使上接头10、本体20、扭矩传递件30和连接体40构成一个能够共同纵向移动的整体。扭矩传递件30的下段34则是通过如下所述的键槽组件50以及剪切销钉60与芯轴80连接。

图4为根据本发明的可旋转伸缩短节的局部剖面图，显示了将扭矩传递件30与芯轴80连接的键槽组件，如图4所示，键槽组件50包括多个沿周向间隔布置的键槽，以及设置在各个键槽中的键51。其中，每个键槽均包括沿纵向布置在芯轴80的外表面上的第一部分83，以及沿纵向布置在扭矩传递件30的内表面上的对应的第二部分32。

在可旋转伸缩短节100安装的过程中，首先将键51放入布置在芯轴80的外表面上的键槽的第一部分83中。其次，将布置在扭矩传递件30的内表面上的键槽的第二部分32与键51的位置对准并插入，便可将芯轴80与扭矩传递件30进行固定连接。

如图4所示，每相邻两个键槽之间布置有剪切销钉槽61。如上所述，在芯轴80的外表面上的第一部分83与扭矩传递件30的内表面上的第二部分32合并后，形成完整的剪切销钉槽61。此时，将剪切销钉60插入剪切销钉槽61中，使芯轴80与扭矩传递件30固定。其中，剪切销钉60的整体穿过扭矩传递件30，并且剪切销钉60的头部62嵌入至芯轴80中。

在根据本发明的一个优选的实施例中，可旋转伸缩短节100作为酸压完井管串中的一部分，并在其上游连接油管，在其下游设置有双向锚定封隔器。这样一来，保证在压裂前使得酸液顺利进入产层中，有效地提高产能。

在根据本发明所述的一种可旋转伸缩短节100中，根据可旋转伸缩短节100在酸化压裂作业中不同阶段所表现的形态的不同，从酸化压裂过程的开始到结束依次包括初始状态、第一状态和第二状态。

在初始状态下，由于剪切销钉60以及键槽组件50的固定作用，使得可旋转伸缩短节100处于稳定状态。此时，根据可旋转伸缩短节100的设计要求，将酸压完井管串送至井中预设的位置处。之后，将井筒液体替换成完井液，通过环空测试检验双向锚定封隔器的密封能力，同时进行酸化压裂作业中各项准备工作，比如更换井口、备酸等。

在酸化压裂作业的过程中，由于酸液温度和井内温度的差异，对完井管串造成附加的拉力。当拉力超过伸缩短节中剪切销钉60预设的剪切值时，剪切销钉60被剪断。这样，在拉力的作用下，由上接头10、本体20、扭矩传递件30和连接体40构成的整体会相对于芯轴80向上游方向运动，整个伸缩短节100就会被拉长，从而实现完井管串的补偿。此时，键51在键槽内沿纵向滑动。图5为根据本发明的可旋转伸缩短节100处于最大拉伸状态的示意图，如图5所示，这种由于温度差异产生的附加的拉力而使伸缩短节伸长的过程称为第一状态。

如图5显示了根据本发明的一种可旋转伸缩短节100伸长后的状态，此时的位置是可旋转伸缩短节100被允许拉伸的最极限位置。这时，芯轴6与连接体7接触实现轴向载荷的传递。

具体地说，在芯轴80的外表面上设置有限位台阶84。如上所述，在第一状态中，由上接头10、本体20、扭矩传递件30和连接体40构成的整体相对于芯轴80向上游方向运动，赶到连接体40的第一连接部41的端面与限位台阶84抵接为止。此时，整个伸缩短节100无法继续拉长。通过这种方式，限制了连接体40的纵向运动，从而限制了整个伸缩短节100的最大补偿长度。

当遇到特殊情况需要酸压旋转完井管串时，由于设置了键槽组件50，因此就可以将来自本体20的旋转扭矩传递至芯轴80，以实现旋转伸缩短节100整体的旋转。这种在旋转状态下通过键槽组件50传递旋转扭矩的过程称为第二状态。

具体的说，首先通过上接头10和本体20将旋转扭矩传递至连接体40以及扭矩传递件30。其次，如图4所述，扭矩传递件30通过键51将旋转扭矩传递至芯轴12，进而由芯轴12将旋转扭矩传递至下接头11，从而完成可旋转伸缩短节100整体的旋转。

在根据本发明的一个优选的实施例中，可旋转伸缩短节100上设置有刮泥圈71，刮泥圈71安装在所述芯轴80的外表面上，并与本体20的内表面接触，以保持在纵向移动过程中本体20与芯轴80之间的清洁，防止泥污侵入其中。

根据本发明的第二方面，还提供了一种酸压完井管串。该酸压完井管串从上游到下游依次包括油管、伸缩短节、水力锚、双向锚定器。其中，伸缩短节为如上所述的可旋转伸缩短节100。

根据本发明的第三方面，还提供了一种酸压完井方法，其中，将组合好的根据本发明的酸压完井管串放入井中，利用酸压完井管串的伸长效果来补偿在井内由于酸液温度与井内温度的温差而产生附加拉力。

具体的说，当酸压完井管串受到的附加拉力超过预定阈值时，剪切销钉60被剪断，使得可旋转伸缩短节100能够沿纵向发生长度变化，从而实现酸压完井管串的补偿。

此外，当异常情况下需要旋转所述酸压完井管串时，旋转扭矩通过可旋转伸缩短节100的上接头10、本体20、连接体40和扭矩传递件30传递给芯轴80，从而实现所述酸压完井管串整体的旋转。

以上仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。本领域的技术人员在本发明的公开范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种可旋转伸缩短节(100)，其特征在于，包括纵向延伸的芯轴(80)、密封式套接在所述芯轴(80)外侧的本体(20)，以及将所述芯轴(80)和所述本体(20)彼此相连的连接机构，

其中，所述连接机构包括与所述本体(20)固定连接的连接体(40)，以及与所述连接体(40)固定连接的扭矩传递件(30)，

其中，所述扭矩传递件(30)构造成：在初始状态下，通过剪切销钉(60)和沿所述纵向布置的键槽组件(50)与所述芯轴(80)连接；在所述剪切销钉(60)被所述可旋转伸缩短节(100)承受的应力剪断后的第一状态下，能够沿所述纵向运动；以及在需要旋转的第二状态下，能够通过所述键槽组件(50)将来自所述本体(20)的旋转扭矩传递给所述芯轴(80)。

2.根据权利要求1所述的可旋转伸缩短节，其特征在于，所述连接体(40)构造成中空圆筒，其外表面设置有凸起部(41)，所述凸起部的两侧分别设置有第一连接部(42)和第二连接部(43)，所述第一连接部(41)与所述本体(20)固定连接，所述第二连接部(43)与所述扭矩传递件(30)固定连接。

3.根据权利要求1所述的可旋转伸缩短节，其特征在于，所述芯轴(80)的外表面上设置有限位台阶(84)，用于在第一状态中与所述连接体(40)的端面抵接，以限制所述连接体(40)的纵向运动。

4.根据权利要求1所述的可旋转伸缩短节，其特征在于，所述键槽组件(50)包括多个沿周向间隔布置的键槽，以及设置在各个键槽中的键(51)，其中，每个所述键槽均包括沿纵向布置在所述芯轴(80)的外表面上的第一部分(83)，以及沿纵向布置在所述扭矩传递件(30)的内表面上的对应的第二部分(32)。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的可旋转伸缩短节，其特征在于，所述可旋转伸缩短节(100)还包括端环(72)，所述端环(72)设置在所述芯轴(80)与所述连接机构相反的一侧，并与所述芯轴(80)固定连接。

6.根据权利要求5所述的可旋转伸缩短节，其特征在于，所述可旋转伸缩短节(100)包括组合密封圈(70)，所述组合密封圈(70)设置在所述芯轴(80)与所述端环(72)之间。

7.根据权利要求6所述的可旋转伸缩短节，其特征在于，所述组合密封圈(70)包括V型圈、矩型圈以及O型圈中的至少两个。

8.根据权利要求1-4中任意一项所述的可旋转伸缩短节，其特征在于，所述可旋转伸缩短节(100)还包括刮泥圈(71)，所述刮泥圈(71)安装在所述芯轴(80)的外表面上，并与所述本体(20)的内表面接触。

9.一种酸压完井管串，包括双向锚定封隔器，以及设置在所述双向锚定封隔器的上游的根据权利要求1到8中任一项所述的可旋转伸缩短节(100)。

10.一种酸压完井方法，包括：

将根据权利要求9所述的酸压完井管串放入井中；

当所述酸压完井管串受到的温度应力超过预定阈值时，剪断剪切销钉(60)，使得所述可旋转伸缩短节(100)能够沿纵向发生长度变化；

当异常情况下需要旋转所述酸压完井管串时，旋转扭矩通过所述可旋转伸缩短节(100)的本体(20)、连接体(40)和扭矩传递件(30)传递给所述芯轴(80)，从而实现所述酸压完井管串的整体式旋转。

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