可旋轉液壓機械雙作用膨脹式尾管懸掛器

《可旋轉液壓機械雙作用膨脹式尾管懸掛器》是中國石油天然氣集團公司和中國石油集團鑽井工程技術研究院於2007年11月29日申請的專利，該專利的申請號為2007101782970，公布號為CN101187300，授權公布日為2008年5月28日，發明人是任榮權、王輝、張燕萍、王軍。

《可旋轉液壓機械雙作用膨脹式尾管懸掛器》套用於石油固井施工中。特徵是：送入接頭下端外壁與膨脹管左旋螺紋連線；送入接頭下端內壁與中心管螺紋連線。中心管下端採用剪釘固定有密封膠塞。密封膠塞的內徑比中心管的內徑小8－20毫米。脹塞在中心管和膨脹管之間的環形空間內；膠塞導管連線在膨脹管的下端；膠塞導管下端螺紋連線下連線管；阻擋環坐放於下連線管的內部台肩上。阻擋環下部中心孔的直徑小於密封膠塞下端外徑。在下連線管的下端外壁上均勻分布固定有至少兩個鎖簧機構。效果是：採用液壓或機械方法，使尾管串牢固懸掛在井下套管內壁。提高尾管固井成功率，保障井下安全，提高固井質量。適用於深井和大位移水平井。

2016年12月7日，《可旋轉液壓機械雙作用膨脹式尾管懸掛器》獲得第十八屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《可旋轉液壓機械雙作用膨脹式尾管懸掛器》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：可旋轉液壓機械雙作用膨脹式尾管懸掛器
• 公布號：CN101187300
• 授權日：2008年5月28日
• 申請號：2007101782970
• 申請日：2007年11月29日
• 申請人：中國石油天然氣集團公司、中國石油集團鑽井工程技術研究院
• 地址：北京市西城區六鋪炕街6號
• 發明人：任榮權、王輝、張燕萍、王軍
• Int.Cl.：E21B23/01(2006.01)、E21B33/13(2006.01)
• 代理機構：北京市中實友智慧財產權代理有限責任公司
• 代理人：李玉明
• 類別：發明專利

專利背景

尾管懸掛固井技術可以減少固井套管重疊，節約套管；減少注水泥壓力；簡化井身結構，解決深井、複雜井的固井問題。

截至2007年11月，尾管懸掛器的種類很多，根據懸掛尾管的操作方法不同，2007年11月之前尾管懸掛器分為機械式和液壓式兩種。機械式尾管懸掛器的操作方法一般是上提下放或者旋轉懸掛器將尾管懸掛在外層套管上。其特點是，操作簡單，節省時間，但其結構對井下條件要求較高。液壓式尾管懸掛器是依靠液壓的作用使尾管懸掛在上層套管上。其特點是適用範圍大，不受井斜和尾管長度的限制，但其操作複雜，費時間。單一操作方法的尾管懸掛器，施工中一旦出現意外不能座掛或座掛失敗，必須將整個井內管柱提出，更換尾管懸掛器後，再下入井底進行施工，尤其在斜井、水平井、大位移水平井、多底分支井這樣複雜的情況時，從井內提出管柱的操作複雜，浪費時間。

中國專利公告號CN2159452Y提供了一種隨位自動懸掛尾管裝置，是一種典型的卡瓦式隨位自動脫掛尾管懸掛器，其採用卡瓦與套管內壁進行懸掛。該尾管懸掛器座掛後，尾管內部的通徑小，不利於後續作業，並且在下入尾管懸掛器和注水泥的過程中尾管不能旋轉，固井質量不好。

2007年11月之前膨脹式尾管懸掛器結構較複雜。US7225880B2是一種膨脹式尾管懸掛器，其利用液壓力脹開膨脹管，使膨脹管與套管進行懸掛。該尾管懸掛器採用從上向下脹開膨脹管的方式，結構複雜。

發明內容

專利目的

《可旋轉液壓機械雙作用膨脹式尾管懸掛器》的目的是提供一種可旋轉液壓機械雙作用膨脹式尾管懸掛器，完成尾管懸掛固井，當時用液壓方法操作失效，不能脹開膨脹管時，可依靠機械方法進行膨脹管膨脹作業。並克服卡瓦式尾管懸掛器採用卡瓦座掛，座掛不可靠，座掛後通徑變小；克服膨脹式尾管懸掛器採用從上向下脹開膨脹管的方式，結構複雜的不足。另外，在管柱下放和注水泥的過程中能旋轉尾管，減少水泥漿內的氣泡，提高水泥凝固質量。

技術方案

《可旋轉液壓機械雙作用膨脹式尾管懸掛器》的技術解決方案：可旋轉液壓機械雙作用膨脹式尾管懸掛器，主要由送入接頭、水泥膠塞、中心管、膨脹管、脹塞、剪釘、密封膠塞、膠塞導管、阻擋環和下連線管組成。其特徵是：送入接頭上端有螺紋，能與送入管柱連線。送入接頭下端外壁與膨脹管之間採用花鍵連線；送入接頭下端內壁與中心管螺紋連線。中心管下端通過剪釘固定有密封膠塞。密封膠塞的內徑比中心管的內徑小8-20毫米。脹塞在中心管和膨脹管之間的環形空間內的下端，施工時脹塞自下向上脹開膨脹管。脹塞與中心管之間動密封配合，脹塞能在中心管上面滑動；膠塞導管連線在膨脹管的下端；膠塞導管下端螺紋連線下連線管，下連線管的下端有螺紋，能與套管串連線；阻擋環固定於下連線管的內部台肩上。阻擋環上部中心孔的直徑與密封膠塞下端外徑相同，阻擋環下部中心孔的直徑小於密封膠塞下端外徑。在下連線管的下端外壁上均勻分布固定有至少兩個鎖簧機構，下連線管的下端有外螺紋，下連線管下端能連線需要在井下懸掛的尾管串。

所述的鎖簧機構包括擋板、鎖塊和彈簧，擋板焊接在下連線管上；鎖塊形狀為“L”形的鋼板，鎖塊的下平面為一斜面；彈簧為圓柱螺旋壓縮彈簧，鎖簧機構嵌入下連線管外壁上。

為了使膨脹管與套管懸掛更牢固，膨脹管的外側至少有一個環形凸起，環形凸起的截面為梯形，環形凸起外徑與膨脹管的端部直徑相同。

膨脹管外壁直接與套管內壁密封；也可以採用橡膠密封，即在膨脹管外壁上套有橡膠圈；或者在膨脹管外壁上套有金屬與橡膠組合密封圈，採用金屬與橡膠組合密封。

脹塞的兩個端為錐面。

膨脹管和脹塞的結構採用的是固井用膨脹管和脹塞的結構，使用方法與膨脹管固井方法相同，本領域技術人員熟悉，不詳細介紹。

有益效果

1、膨脹式尾管懸掛器——結構簡單，座掛、座封可靠。

2、機械液壓雙作用，為尾管懸掛器的成功座掛、座封提供了雙保險，能提高座掛、座封成功率；當液壓系統失靈，懸掛失效不能脹開膨脹管時，可以改換為機械拉拔固井管柱的方法，推動脹塞自下向上脹開膨脹管，進行膨脹管膨脹作業。

3、送入接頭和膨脹管採用花鍵連線，能在下放管柱和注水泥的過程中旋轉尾管，達到減少水泥漿內的氣泡，使尾管串可以順利下入預定位置和提高固水泥質量。

《可旋轉液壓機械雙作用膨脹式尾管懸掛器》的上述結構設計有較大的改進，打破傳統固井尾管懸掛方式，採用液壓或/和機械方法，推動脹塞自下向上脹開膨脹管，膨脹管膨脹後，使尾管串牢固懸掛在井下套管內壁。提高尾管固井成功率，保障井下安全，提高固井質量。

附圖說明

圖1是《可旋轉液壓機械雙作用膨脹式尾管懸掛器》可旋轉液壓機械雙作用膨脹式尾管懸掛器結構剖面示意圖。是實施例1的結構示意圖。

圖2是鎖簧機構的結構剖面示意圖。

圖中，1.送入接頭，2.水泥膠塞，3.中心管，4.膨脹管，5.脹塞，6.剪釘，7.密封膠塞，8.膠塞導管，9.阻擋環，10.下連線管，11.套管，12.套管接箍，13.鎖簧機構，14.擋板，15.鎖塊，16.彈簧，17.環形凸起。

技術領域

《可旋轉液壓機械雙作用膨脹式尾管懸掛器》涉及石油固井技術領域，特別涉及一種用於尾管固井的尾管懸掛器，是一種可旋轉液壓機械雙作用膨脹式尾管懸掛器。

權利要求

1.一種可旋轉液壓機械雙作用膨脹式尾管懸掛器，主要由送入接頭（1）、水泥膠塞（2）、中心管（3）、膨脹管（4）、脹塞（5）、剪釘（6）、密封膠塞（7）、膠塞導管（8）、阻擋環（9）和下連線管（10）組成，其特徵是：送入接頭（1）上端有螺紋，送入接頭（1）下端外壁與膨脹管（4）之間採用花鍵連線；送入接頭（1）下端內壁與中心管（3）螺紋連線，中心管（3）下端通過剪釘（6）固定有密封膠塞（7），密封膠塞（7）的內徑比中心管（3）的內徑小8-20毫米，脹塞（5）在中心管（3）和膨脹管（4）之間的環形空間內的下端，脹塞（5）與中心管（3）之間動密封配合，脹塞（5）能在中心管（3）上面滑動；膠塞導管（8）連線在膨脹管（4）的下端；膠塞導管（8）下端螺紋連線下連線管（10），下連線管（10）的下端有螺紋；阻擋環（9）固定於下連線管（10）的內部台肩上，阻擋環（9）上部中心孔的直徑與密封膠塞（7）下端外徑相同，阻擋環（9）下部中心孔的直徑小於密封膠塞（7）下端外徑，在下連線管（10）的下端外壁上均勻分布固定有至少兩個鎖簧機構（13），下連線管（10）的下端有外螺紋。

2.如權利要求1所述的可旋轉液壓機械雙作用膨脹式尾管懸掛器，其特徵在於：所述的鎖簧機構（13）包括擋板（14）、鎖塊（15）和彈簧（16），擋板（14）焊接在下連線管（10）上；鎖塊（15）形狀為“L”形的鋼板，鎖塊（15）的下平面為一斜面；彈簧（16）為圓柱螺旋壓縮彈簧，鎖簧機構（13）嵌入下連線管（10）外壁上。

3.如權利要求1所述的可旋轉液壓機械雙作用膨脹式尾管懸掛器，其特徵在於：膨脹管（4）的外側至少有一個環形凸起（17），環形凸起（17）的截面為梯形，環形凸起（17）外徑與膨脹管（4）的端部直徑相同。

4.如權利要求1、2或3所述的可旋轉液壓機械雙作用膨脹式尾管懸掛器，其特徵在於：在膨脹管（4）外壁上套有橡膠圈。

5.如權利要求1、2或3所述的可旋轉液壓機械雙作用膨脹式尾管懸掛器，其特徵在於：在膨脹管（4）外壁上套有金屬與橡膠組合密封圈。

6.如權利要求1、2或3所述的可旋轉液壓機械雙作用膨脹式尾管懸掛器，其特徵在於：脹塞（5）的兩個端為錐面。

實施方式

實施例1：參閱附圖1。以一個規格為95/8″-7″的機械液壓雙作用膨脹式尾管懸掛器為例，進行具體說明。

送入接頭1最大外徑為210毫米。中心管3長度為1355毫米，內徑為82毫米，外徑為120毫米。膨脹管4長度為1400毫米。膨脹管4的外側有兩道環形凸起17。環形凸起17的截面為梯形，厚度為5毫米。環形凸起17外部邊沿的直徑與膨脹管4的最大直徑相同。

送入接頭1上部有螺紋，能使機械液壓雙作用膨脹式尾管懸掛器連線在送入管柱的下端，將機械液壓雙作用膨脹式尾管懸掛器送入井下懸掛的位置。送入接頭1下端外壁與膨脹管4之間採用花鍵連線；在膨脹管4外壁上套有金屬與橡膠組合密封圈。送入接頭1下端內壁與中心管3螺紋連線。中心管3下端通過剪釘6固定有一個密封膠塞7。密封膠塞7的內徑比中心管3的內徑小12毫米。

脹塞5的厚度為300毫米，最大外徑為192毫米，脹塞5兩端有錐面。脹塞5套在中心管3上，脹塞5在中心管3和膨脹管4之間的環形空間內的下端，脹塞5與中心管3之間動密封配合，脹塞5能在中心管3上面滑動；膠塞導管8連線在膨脹管4的下端；膠塞導管8下端螺紋連線下連線管10，下連線管10的下端有螺紋；阻擋環9固定於下連線管10的內部台肩上。阻擋環9上部中心孔的直徑與密封膠塞7下端外徑相同，阻擋環9下部中心孔的直徑小於密封膠塞7下端外徑。

在下連線管10的下端外壁上均勻分布固定有4個鎖簧機構13。擋板14、鎖塊15和彈簧16組成一個鎖簧機構13。上下擋板14焊接在下連線管10外壁上；兩塊擋板14之間有一個鎖塊15，鎖塊15形狀為“L”形的鋼板，鎖塊15的下平面為一個斜面；彈簧16為圓柱螺旋壓縮彈簧，鎖簧機構13嵌入下連線管10外壁上。下連線管10的下端有外螺紋。

膨脹管4的外側有2道環形凸起17，環形凸起17的截面為梯形，凸起高度為5毫米。環形凸起17外徑與膨脹管4的端部直徑相同。

簡述《可旋轉液壓機械雙作用膨脹式尾管懸掛器》的工作過程，有利於理解《可旋轉液壓機械雙作用膨脹式尾管懸掛器》。當《可旋轉液壓機械雙作用膨脹式尾管懸掛器》隨著尾管串下到設計位置時，連線管10上的鎖簧機構13卡到特製套管12的卡槽內，這時當上提整個送入管柱的時候，下連線管10與特製套管12無相對運動。當尾管串下到設計位置的時候，將設計好一定量的水泥注入到送入管柱後，馬上投入水泥膠塞2。繼續泵入完井液，完井液推動水泥膠塞2向下運動，在密封膠塞7處碰壓，剪斷剪釘6，水泥膠塞2和密封膠塞7組成的複合膠塞在完井液的推動下繼續下行，同時颳去尾管內壁上殘留的水泥，至阻擋環9處二次碰壓，完成水泥固井工序。在水泥固井工序中我們可以旋轉送入管柱，並通過送入接頭1與膨脹管4之間的花鍵帶動尾管串旋轉，從而實現在尾管注水泥固井施工中，全過程旋轉尾管。再次憋壓，在管柱內增加完井液壓力的同時，上提送入管柱。在完井液液壓力和上提管柱機械力共同作用下推動脹塞5、中心管3和送入接頭1一起向上運動，脹開膨脹管4，上層套管11內壁接觸和脹合，形成了金屬與金屬的堅固而可靠的密封，實現尾管串的座掛，同時丟手。丟手後，提出脹塞5、中心管3和送入接頭1，下鑽，鑽通與水泥凝結在一起的兩個膠塞和尾管串內的水泥即可。

榮譽表彰

2016年12月7日，《可旋轉液壓機械雙作用膨脹式尾管懸掛器》獲得第十八屆中國專利優秀獎。