CN1676865A - 油井套管补贴工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油井套管补贴工具，包括顺序连接的滑套装置，钻杆(17)，井下马达(18)和膨胀头(58)。所述膨胀头(58)上有可径向移动的活塞(16)，在活塞(16)上有圆柱形的端面导斜角的滚轮(12)。工作时由地面液压系统推动活塞(16)沿径向移动，使滚轮(12)挤压膨胀管(3)并发生局部变形，此时井下马达(18)转动，带动膨胀头(58)旋转，完成膨胀管(3)圆周方向的变形，在膨胀工具本体(5)上施以一向上的钻压，可使膨胀管(3)完成自下而上的变形，紧贴于破损套管内壁，从而实现对破损套管的补贴。由于滚轮(12)与膨胀管(3)的接触面积小，因而所需地面液压系统压力小，膨胀管(3)所受的轴向力小，其座挂、对手装置结构简便，可适应各种类型的破损套管修补。

Description

油井套管补贴工具

技术领域

本发明涉及一种油井维护工具，尤其涉及一种适用于油井套管破损修补的油井套管补贴工具。

背景技术

油井在开采过程中，由于多种原因出现了套管破损现象，给油井的井下作业带来不便，目前套管损坏后采用的补贴方法主要为膨胀管补贴技术。此种方法是将膨胀管下入破损套管处，在膨胀管内部有一与膨胀管直径相当的圆锥体，然后通过地面液压系统推动活塞，由活塞推动圆锥体强行通过膨胀管，使膨胀管金属产生塑性变形从而紧贴破损套管内壁，达到补贴破损套管的目的。

使用此种套管补贴工具，其圆锥体与膨胀管之间的接触为面接触，其接触面积大，要使膨胀管达到塑性变形所要求的液压系统压力高，同时膨胀管膨胀时所产生的轴向力大，对膨胀管连接强度，以及膨胀管座挂、丢手装置的要求高，而且，膨胀管膨胀后的直径受圆锥体直径的限制，为一固定值，膨胀管膨胀后其外径与外层套管或井壁的贴合密封性能有限，且外层套管或井壁形状不规则时，其密封性能大受影响。

发明内容

本发明克服了现有技术的缺点，提供了一种结构合理，操作简便，适应性强的套管补贴工具。

本发明工作时，需要带转盘的修井机与地面液压系统配套进行施工作业。

本发明由滑套装置，钻杆，井下马达和膨胀头组成。所述滑套装置包括内滑套，外滑套和滑套下接头，可实现膨胀管丢手后有可靠的座挂，膨胀管与外滑套通过左螺纹相连，由滑套装置送入井下目标位置，滑套装置上、下部直接与钻杆连接，上部钻杆直至井口；所述下部钻杆位于井下马达与滑套装置之间，可根据膨胀管长度来增减钻杆长度；所述井下马达下部与膨胀头相连；所述膨胀头由膨胀工具本体，压盖，压盖螺栓，密封圈，弹簧，销，支撑块，滚轮，轴承滑套，键，滚轮轴，活塞，喷嘴组成，活塞安装于膨胀工具本体的活塞腔内，滚轮轴固定于活塞上，轴承滑套由键固定于滚轮轴上，在轴承滑套外为圆柱形的端面有导斜角的滚轮，压盖由压盖螺栓固定在膨胀工具本体上，喷嘴位于膨胀工具本体的中心。

活塞在液压系统压力作用下沿径向向外运动，使滚轮的外表面充分挤压膨胀管，此时在井下马达作用下膨胀工具本体绕轴线转动，使滚轮在绕滚轮轴自转的同时又绕膨胀工具本体做公转，这样就使膨胀管表面沿圆周方向产生塑性形变，在膨胀工具本体上施以一向上的钻压，可使膨胀管完成自下而上的变形，紧贴于破损套管内壁，从而实现对破损套管的补贴。由于滚轮直径与膨胀管直径大小差异很大，且二者的轴线不重合，因此在滚轮转动的过程中始终与膨胀管保持线接触，接触面积极小，因而所需的地面液压系统压力也小。

因膨胀工具本体活塞在其内部液压力与外部膨胀管的阻力作用下可维持平衡状态，因此安装在活塞上的滚轮沿径向的位置可随井壁形状而自动调节，以适应各种形状的井壁。

本发明可通过改变膨胀工具本体的直径尺寸，来适应各种直径的油井井壁。

本发明结构合理，适应性广，其滚轮与膨胀管的接触面积小，沿膨胀管轴向运动时所需的地面液压系统压力小，对膨胀管座挂、丢手装置要求低，并且本发明可通过改变膨胀工具本体的直径尺寸，适应各种半径及形状不规则的井壁。

附图说明

图1为本发明采用井下马达驱动方案的结构图；

图1a为图1的I局部放大图；

图1b为图1a的II径向剖面图；

图2a为本发明采用转盘驱动方案的液压座挂丢手装置上半部分结构图；

图2b为本发明采用转盘驱动方案的液压座挂丢手装置下半部分结构图，其与图2a共同组成座挂丢手装置；

图3为现有技术中采用的套管补贴工具。

图中：

1-内滑套，2-外滑套，3-膨胀管，4-滑套下接头，

5-膨胀工具本体，6-压盖螺栓，7-压盖，8-密封圈，

9-弹簧，10-销，11-支撑块，12-滚轮，13-轴承滑套，

14-键，15-滚轮轴，16-活塞，17-钻杆，18-井下马达，

19-喷嘴，21-弹性档圈，22-芯轴，24-活塞腔，25-钢球，

26-固定套，27-固定销，28-液流控制套，29-剪切销，

30-上部密封环，31-座挂器外壳，33-固定螺栓，34-压片，

36-座挂爪，37-回位弹簧导向螺钉，38-回位弹簧，

39-固定螺钉，40-单向阀，41-下部密封环，43-限位销，

49-滑套，50-丢手段外壳，51-膨胀管悬挂楔块，52-螺钉，

53-轴承定子，55-轴承转子，56-键，57-芯轴下接头，

58-膨胀头，59-圆锥体.

具体实施方式

下面结合说明书附图1、图1a、图1b、图2a、图2b、图3对本发明所述的套管补贴工具的结构及工作原理作进一步说明：

先就目前使用的套管补贴工具做一说明：如附图3所示，在膨胀管3的内部有圆锥体59，由地面液压系统推动活塞16，活塞16推动圆锥体59沿膨胀管轴线方向向前行进，进而挤压膨胀管3使之变形并紧贴破损套管，达到补贴目的。

在附图1的工作情况下，工作前先将膨胀头58、井下马达18、钻杆17、滑套装置、膨胀管3在井口按附图1顺序组装好后，用钻杆17与滑套装置上部连接，直至将整个补贴工具下入油井目标位置，之后将地面液压系统接入补贴工具。地面液压系统开泵后，高压液体自井口泵入井下，开始循环液体，井下马达18开始旋转，并可输出扭矩；膨胀头58在井下马达18的驱动下，也开始旋转。同时在高压液体通过膨胀头58上的喷嘴19时，在活塞16的腔内表面与腔外表面之间就建立起一压力差，该压力差作用在活塞16底部，即推动活塞16沿径向移动，这样补贴工具就开始工作了。

所述滑套装置包括内滑套1，外滑套2和滑套下接头4，外滑套2的外径通过左螺纹与膨胀管3连接，内滑套1位于外滑套2内部，所述内滑套1为中空，其内可通过液体，并可通过两端丝扣与上下钻杆17连接。该滑套装置既有膨胀管3的送入座挂、丢手功能，同时还有使膨胀头沿井眼轴线方向移动的功能，这就使得膨胀管3被丢手前，膨胀管3沿轴线方向有一定的膨胀长度，确保膨胀管3被丢手后有足够的座挂力。丢手时，只需正转地面上的转盘，然后倒扣，就可实现膨胀管3丢手。

所述膨胀头58由膨胀工具本体5，压盖7，压盖螺栓6，密封圈8，弹簧9，销10，支撑块11，滚轮12，轴承滑套13，键14，滚轮轴15，活塞16，喷嘴19，弹性档圈21，活塞腔24组成，膨胀工具本体5的下端面导有斜角，可以方便将本发明放入膨胀管3内。所述活塞腔24在膨胀头58的中部位置，活塞16安装于活塞腔24内并可径向移动，活塞16周边与活塞腔24的各接触面上有槽，槽内有密封圈8，滚轮轴15由销10固定于活塞16上，轴承滑套13由键14固定于滚轮轴15上，在轴承滑套13外为圆柱形的端面有导斜角的滚轮12。也可以将滚轮轴15制成如前所述滚轮轴15与轴承滑套13的复合体形状，所述滚轮轴15由销10固定于活塞16上，将滚轮12安装于滚轮轴15上。滚轮12具有体积小，硬度高且耐磨的特点，它工作时与膨胀管3之间的接触面积很小，这样就保证了在较小的地面液压系统压力下，就能使膨胀管3产生塑性变形。活塞16的数量根据膨胀工具本体5直径大小不同可为2-6个，沿膨胀工具本体5周向均布。活塞16的形状为长方形(各个角带圆角或45度角)或长圆形。压盖7由压盖螺栓6固定在膨胀工具本体5上。弹簧9位于压盖7与活塞16之间，可使活塞16在没有地面液压系统压力时回复原位。在膨胀工具本体5的中心有喷嘴19，喷嘴19的数量及位置可随意在膨胀工具本体5上变化，数量可为1个或1个以上的若干个；位置也可在膨胀工具本体5上先通过螺纹连接外加接头，在外加接头上再安装喷嘴19。调整喷嘴19直径，可调整液压系统压力的大小，从而调整活塞16的径向推力，以适应不同材质膨胀管3的膨胀需求。在喷嘴19本体中部上有密封圈8，在喷嘴19外侧端部有弹性挡圈21。

膨胀工具本体5上活塞腔24内的活塞16在液压力作用下，沿径向向外移动，其上部滚轮12也随之沿径向向外移动并挤压膨胀管3的内壁，使膨胀管3产生局部塑性形变，为使膨胀管3的膨胀沿圆周方向，可用井下马达18或转盘驱动膨胀工具本体5旋转，使滚轮12在膨胀管3内壁沿圆周方向滚动。为使膨胀管3沿轴向膨胀，通过钻杆17给膨胀工具本体5施加一定的钻压，并通过圆柱形滚轮12的端面斜角作用到膨胀管3上，圆柱形滚轮12端面的斜角与膨胀管3接触面积极小，因而使膨胀管3沿轴向膨胀所需的钻压也很小。这就有效改善了钻杆17和膨胀管3的轴向受力状况，从而降低了对本发明送入座挂装置的要求。

活塞16及膨胀工具本体5上的活塞腔24为轴向对称设计，活塞16上滚轮12的端面导斜角方向可通过调换活塞16在活塞腔24内的安装方向来调整，这样可使膨胀管3的膨胀方向实现自下而上的方向或自上而下的方向膨胀。

由于活塞16沿径向的位置是可活动的，因此当外层套管或井壁形状不规则时，滚轮12滚过膨胀管3的相应位置，活塞16将在膨胀管3通过滚轮12反作用给活塞16向内的径向力和膨胀工具本体5内液压力传给活塞16向外径方向的力的作用下达到平衡，从而实现了自动调整活塞16径向位置。这样就确保了在外层套管或井壁形状不规则的情况下，膨胀管3在膨胀后依然可以很好的紧贴到外层套管或井壁上，达到补贴目的。

膨胀管3丢手后，给膨胀工具本体5施加一向上的钻压，这样自下而上，一次就可完成膨胀作业，降低了操作成本。膨胀作业完成后，先停泵，使液压循环系统的压力消失，活塞16在弹簧9和压盖7作用下，回到膨胀工具本体5的中心位置，这样就保证了膨胀工具本体5的顺利回收。

为满足不同半径油井破损套管的修补，膨胀工具本体5的直径可根据需要调整。

当需要补贴的套管长度变化时，可通过增减钻杆17长度来调节膨胀管3的长度，以满足施工要求。

如附图2a、附图2b所示为转盘驱动方案的液压座挂丢手装置的结构图。当使用井下马达18施工有困难时，可通过本发明中的液压座挂丢手装置上部的芯轴22与钻杆17相连接，通过芯轴下接头57与膨胀工具本体5连接，通过转盘直接驱动膨胀工具本体5进行膨胀作业。

芯轴22外部为座挂器外壳31，二者之间有密封圈8；座挂器外壳31内部、芯轴22下部为上部密封环30，上部密封环30与芯轴22下部之间为弹簧9；在芯轴22侧壁上有固定销27，芯轴22内侧面有固定套26，固定套26由固定销27伸入其中的部分固定在芯轴22内侧面上；在芯轴22内侧位于固定套26的下部有液流控制套28，液流控制套28与芯轴22的内侧面之间有密封圈8；在液流控制套28的中部有剪切销29，此剪切销29一半位于芯轴22中，一半位于液流控制套28中。

座挂器外壳31中部有固定螺栓33，数量为2或3个，其目的是将压片34固定；在相邻两固定螺栓33之间有座挂爪36，座挂爪36与座挂器外壳31之间有密封圈8；座挂爪36的中心有回位弹簧导向螺钉37，回位弹簧导向螺钉37上安装有回位弹簧38；座挂器外壳31下部有单向阀40；在座挂器外壳31下部与芯轴22之间有下部密封环41；下部密封环41与芯轴22外侧面之间有密封圈8；下部密封环41下表面与丢手段外壳50上表面之间有弹簧9。

丢手段外壳50与其内部的滑套49之间有剪切销29，剪切销29一半安装在丢手段外壳50中，一半安装在滑套49中；在滑套49上部有盲孔，盲孔内有限位销43，限位销43下表面安装有弹簧9，可支撑限位销43使限位销43的上表面紧贴丢手段外壳50；在滑套49内侧面与芯轴22外侧面之间有活塞16，活塞16与滑套49和芯轴22的接触面上有密封圈8；在所述活塞16的内部有固定销27，该固定销将活塞16固定在芯轴22上。

丢手段外壳50与膨胀管3上部连接处有通孔，该通孔内有膨胀管悬挂楔块51，膨胀管悬挂楔块51底面紧贴滑套49，并且所述膨胀管悬挂楔块51由螺钉52固定在滑套49上。

芯轴22下部为芯轴下接头57，在芯轴下接头57外表面与丢手段外壳50底部的内表面之间为由轴承定子53，钢球25，轴承转子55组成的轴承，所述轴承转子55内表面与芯轴下接头57外表面之间安装有键56。

用此方案施工时，通过附图4装置将膨胀管3下到目的位置后，先给液压系统加压，在液压力的作用下，座挂爪36沿径向向外移动，座挂爪36外端面上的尖状突起紧贴外层需修补的破损套管或井壁，从而实现液压座挂。

转动转盘，通过芯轴22将钻杆17的扭矩传递到膨胀工具本体5上，带动其旋转。首先使滚轮12处的膨胀管3膨胀，该段膨胀管3的外有特制的尖状突起，在膨胀管3膨胀过程中，将与外层套管咬合，实现膨胀管3自身的座挂。

停泵后，座挂爪36在回位弹簧38的作用下回位，实现上部座挂解除。之后，由油井井口投入钢球25，并落入液流控制套28上，液压系统再次加压，在液压力的作用下，钢球25将液压力传递到液流控制套28上，并剪断剪切销29后，液流控制套28向下移动，将液压座挂系统液流通道A堵塞。同时通过通道C将液压丢手系统通道B打开。当高压液体进入液压丢手系统中滑套49内腔时，在液压力作用下，剪断剪切销29，滑套49上移，带动膨胀管悬挂楔块51向内收缩，实现膨胀管3丢手。

之后，继续转动转盘，自初始膨胀点，由下而上，完成膨胀管3的轴向膨胀。在初始膨胀点以上部分全部膨胀后，起出膨胀工具本体5，将活塞16换向，并将座挂丢手系统拆除，直接将钻杆17连接到膨胀工具本体5上。下入井里，实现自上而下的膨胀作业。

为增加膨胀管3膨胀后的补贴效果，可在膨胀管3两端的外壁上套一层橡胶密封套，这样膨胀管3膨胀后，膨胀管3与油井套管或井壁之间增加了一层橡胶垫，有利于增强密封效果。

本发明不仅可用于油井破损套管的修补，同时也可用于新钻裸眼井，井壁易发生坍塌或地层有泄漏的井段的井壁稳固或堵漏。在上述井段下入膨胀管，通过本发明将膨胀管涨开后，紧贴在井壁上，达到井壁稳固或堵漏的目的。

Claims (6)

1.一种油井套管补贴工具，包括钻杆(17)，膨胀头(58)，地面液压系统，转盘，其特征在于还包括滑套装置和井下马达(18)；所述滑套装置包括内滑套(1)，外滑套(2)和滑套下接头(4)，外滑套(2)的外径通过左螺纹与膨胀管(3)连接，内滑套(1)为中空，并通过两端丝扣与上下钻杆(17)连接；所述下部钻杆(17)位于井下马达(18)与滑套装置之间；所述井下马达(18)下部与膨胀头相连；所述膨胀头(58)由膨胀工具本体(5)，压盖(7)，压盖螺栓(6)，密封圈(8)，弹簧(9)，销(10)，支撑块(11)，滚轮(12)，轴承滑套(13)，键(14)，滚轮轴(15)，活塞(16)，喷嘴(19)，弹性档圈(21)，活塞腔(24)组成，膨胀工具本体(5)的下端面导有斜角，所述活塞腔(24)在膨胀头(58)的中部位置，活塞(16)安装于活塞腔(24)内并可径向移动，活塞(16)周边与活塞腔(24)的各接触面上有槽，槽内有密封圈(8)，滚轮轴(15)由销(10)固定于活塞(16)上，轴承滑套(13)由键(14)固定于滚轮轴(15)上，在轴承滑套(13)外为圆柱形的端面有导斜角的滚轮(12)，压盖(7)由压盖螺栓(6)固定在膨胀工具本体(5)上，密封圈(8)位于活塞腔(24)的上下两端，弹簧(9)位于压盖(7)与活塞(16)之间，在膨胀工具本体(5)的中心有喷嘴(19)，在喷嘴(19)本体中部上有密封圈(8)，在喷嘴(19)外侧端部有弹性挡圈(21)。

2.如权利要求1所述的油井套管补贴工具，其特征在于活塞(16)及膨胀工具本体(5)上的活塞腔(24)为对称布置，活塞(16)的数量2-6个，沿膨胀工具本体(5)周向均布，活塞(16)的形状为各个角带圆角或45度角的长方形或长圆形，并可沿沿径向移动。

3.如权利要求1所述的油井套管补贴工具，其特征在于膨胀工具本体(5)的直径大小可调整。

4.如权利要求1所述的油井套管补贴工具，其特征在于喷嘴(19)数量可为多个，位置可在膨胀工具本体(5)上先通过螺纹连接外加接头，在外加接头上再安装喷嘴(19)。

5.如权利要求1所述的油井套管补贴工具，其特征是将滚轮轴(15)制成如权利要求1所述滚轮轴(15)与轴承滑套(13)的复合体形状，所述滚轮轴(15)由销(10)固定于活塞(16)上，将滚轮(12)安装于滚轮轴(15)上。

6.如权利要求1-5任一权利要求所述的油井套管补贴工具，其特征在于还包括液压座挂丢手装置，所述液压座挂丢手装置的芯轴22外部为座挂器外壳(31)，二者之间有密封圈(8)；在座挂器外壳(31)的内部并位于芯轴(22)下部为上部密封环(30)，上部密封环(30)与芯轴(22)上部之间为弹簧(9)；在芯轴(22)侧壁上有固定销(27)，芯轴(22)内侧面有固定套(26)，固定套(26)由固定销(27)伸入其中的部分固定在芯轴(22)内侧面上；在芯轴(22)内侧位于固定套(26)的下部有液流控制套(28)，液流控制套(28)与芯轴(22)的内侧面之间有密封圈(8)；在液流控制套(28)的中部有剪切销(29)，此剪切销(29)一半位于芯轴(22)中，一半位于液流控制套(28)中；座挂器外壳(31)中部有固定螺栓(33)，数量为2或3个，固定螺栓(33)将压片(34)固定在座挂器外壳(31)上；在相邻两固定螺栓(33)之间有座挂爪(36)，座挂爪(36)与座挂器外壳(31)之间有密封圈(8)；座挂爪(36)的中心有回位弹簧导向螺钉(37)，回位弹簧导向螺钉(37)上安装有回位弹簧(38)；座挂器外壳(31)下部有单向阀(40)；在座挂器外壳(31)下部与芯轴(22)之间有下部密封环(41)；下部密封环(41)与芯轴(22)外侧面之间有密封圈(8)；下部密封环(41)下表面与丢手段外壳(50)上表面之间有弹簧(9)；丢手段外壳(50)与其内部的滑套(49)之间有剪切销(29)，剪切销(29)一半安装在丢手段外壳(50)中，一半安装在滑套(49)中；在滑套(49)上部有盲孔，盲孔内有限位销(43)，限位销(43)下表面安装有弹簧(9)，可支撑限位销(43)使限位销(43)的上表面紧贴丢手段外壳(50)；在滑套(49)内侧面与芯轴(22)外侧面之间有活塞(16)，活塞(16)的与滑套(49)和芯轴(22)的接触面上有密封圈(8)；在所述活塞(16)的内部有固定销(27)，该固定销将活塞(16)固定在芯轴(22)上；丢手段外壳(50)与膨胀管(3)上部连接处有通孔，该通孔内有膨胀管悬挂楔块(51)，膨胀管悬挂楔块(51)底面紧贴滑套(49)，并且所述膨胀管悬挂楔块(51)由螺钉(52)固定在滑套(49)上；芯轴(22)下部为芯轴下接头(57)，在芯轴下接头(57)外表面与丢手段外壳(50)底部内表面之间为由轴承定子(53)，钢球(25)，轴承转子(55)组成的轴承，所述轴承转子(55)内表面与芯轴下接头(57)外表面之间安装有键(56)。

Images