液壓膨脹式旋轉尾管懸掛器

《液壓膨脹式旋轉尾管懸掛器》是中國石化集團勝利石油管理局鑽井工藝研究院於2009年6月4日申請的發明專利，該專利的申請號為2009101435739，公布號為CN101906946A，公布日為2010年12月8日，發明人是張煜、唐明、韓來聚等，該專利涉及石油固井完井技術領域。

《液壓膨脹式旋轉尾管懸掛器》主要包括中心管、橡膠環、膨脹錐、懸掛器本體、花鍵軸、雙公接頭、空心膠塞、固井膠塞、膠塞剪下座和膠塞導管。懸掛器本體為一變徑的膨脹管，上端加個有橡膠環，下端與雙公接頭相連，雙公接頭內部的花鍵槽與花鍵軸上的花鍵相耦合；花鍵軸上端與中心管相連，花鍵軸上安裝有爆破盤，膨脹錐套在花鍵軸上，膠塞導管連線在雙公接頭下端，其下端連線尾管；空心膠塞和剪下座均位於膠塞導管內，剪下座安放在膠塞導管內部的台肩上，空心膠塞通過銷釘及螺紋與膠塞剪下座相連。其優點在於：固井時可以旋轉整個管柱，提高尾管固井質量及固井成功率；解決了尾管重疊段的環空密封問題，坐掛後勿需倒扣，直接丟手，具有較大的內通徑。

2014年11月6日，《液壓膨脹式旋轉尾管懸掛器》獲得第十六屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《液壓膨脹式旋轉尾管懸掛器》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：液壓膨脹式旋轉尾管懸掛器
• 公布號：CN101906946A
• 公布日：2010年12月8日
• 申請號：2009101435739
• 申請日：2009年6月4日
• 申請人：中國石化集團勝利石油管理局鑽井工藝研究院
• 地址：山東省東營市東營區北一路236號
• 發明人：張煜、唐明、韓來聚、李作會、寧學濤、王紹先、吳柳根、彭志剛、馬建忠、唐成磊、朱海波、滕照正、沈學祥、蔡鵬
• 分類號：E21B23/01（2006.01）I、E21B33/13（2006.01）I
• 代理機構：北京市中實友智慧財產權代理有限責任公司
• 類別：發明專利
• 代理人：羅文遠

專利背景

尾管完井技術是指採用尾管懸掛器在上層套管上懸掛襯管完井的工藝，尾管懸掛器是尾管完井的必要工具。隨著鑽井技術的發展，深井、超深井、大斜度井、水平井、分支井、小井眼小間隙井等鑽井技術的不斷興起，以及老井側鑽技術的高速發展，尾管完井技術的套用越來越廣泛，對這些待殊井進行尾管完井作業使用2009年6月前常規懸掛器很難滿足生產需要，有時甚至造成重大井下事故。

2009年6月前，尾管懸掛器按其坐封方式可分為卡瓦式和膨脹式尾管懸掛器，卡瓦式懸掛器懸掛後密封性能不可靠、坐掛後通徑變小，存在密封泄露和倒不開扣的危險；而膨脹式懸掛器固井時不能旋轉，存在頂替死區，固井質量得不到保證。

專利公開號CN200946473Y提供了一種膨脹式尾管懸掛器，採用液壓至上而下的膨脹方式膨脹，結構複雜且不能旋轉尾管；專利公開號CN101173601A和CN101187300A公開的是液壓和機械液壓雙作用兩種膨脹方式的膨脹旋轉懸掛器，連線膨脹懸掛器的送入接頭裝配不方便，且懸掛器本體上加工有花鍵槽，會給後期作業造成一定的影響；同時用於二次碰壓的阻流環位於下連線管內而使下連線管以下尾管內的水泥漿無法頂替，還需下鑽進行鑽塞。

針對常規尾管懸掛器和膨脹尾管懸掛器的不足，研發出一種不同於CN101173601A和CN101187300A所公開的可膨脹式旋轉尾管懸掛器系統，該系統具有有效的懸掛、密封和旋轉固井的功能。

發明內容

專利目的

《液壓膨脹式旋轉尾管懸掛器》的目的在於向現場提供一種可膨脹式旋轉尾管懸掛器，採用至下而上的膨脹方式，對尾管實現懸掛密封及旋轉，避免了卡瓦式懸掛器發生的水力泄露、倒扣困難及通徑變小的不足。

技術方案

《液壓膨脹式旋轉尾管懸掛器》主要由中心管、橡膠環、膨脹錐、懸掛器本體、花鍵軸、雙公接頭、空心膠塞、固井膠塞、膠塞剪下座和膠塞導管構成。懸掛器本體與雙公接頭相連，雙公接頭下端連線膠塞導管，懸掛器本體為一段變徑的膨脹管，具有一段帶有錐面的過渡段，本體大徑端不發生膨脹，小徑端膨脹後外徑與大徑端相同，本體上小徑端加工有多段橡膠環，膨脹後橡膠環緊貼於上層套管和懸掛器本體之間，形成有效的密封。中心管與花鍵軸相連，花鍵軸上安裝有膨脹錐，膨脹錐為上窄下寬的錐體通孔結構，位於本體與花鍵軸環空，其錐面與本體的錐面過渡段相接觸，花鍵軸周向有一對通孔，通孔內裝有爆破盤。花鍵軸的下端加工有花鍵，與雙公接頭內的花鍵槽耦合連線。膠塞導管連線在雙公接頭下端，其下端加工有螺紋，用來連線需要旋轉的尾管，空心膠塞和膠塞剪下座均位於膠塞導管內，膠塞剪下座安放在膠塞導管內部的台肩上，空心膠塞通過銷釘及螺紋結構與膠塞剪下座相連。固井膠塞下端膠塞頭外徑小於膠塞剪下座中心孔直徑，而大於空心膠塞中心孔的直徑，空心膠塞在固井時可以與固井膠塞配合組成複合膠塞。

改善效果

（1）通過雙公接頭的花鍵連線，使內管柱和懸掛器及尾管固定，在管柱下入和注水泥過程中可以上下活動和旋轉整個管柱，保證管柱安全下入，並有效的避免泥漿死區，提高頂替效率，顯著提高尾管固井質量；其次可以有效的解決環空間隙小，尾管難以居中的難題，提高固井質量和固井成功率。

（2）採用液壓膨脹方式進行膨脹，集懸掛密封功能於一身，可防止常規懸掛器坐放後出現的水力泄漏，最大限度地節省與擠水泥、尾管懸掛器封隔器相關的費用，使環空具有必要的水力完整性，有利於把井鑽得更深。

（3）懸掛器坐掛後，勿需倒扣，直接丟手，避免常規懸掛器倒扣時找中和點不準而發生倒不開扣的惡性事故。

（4）消除了常規卡瓦懸掛對上層套管造成的損傷，並可提供更大的懸掛力和具有更高的可靠性。

（5）採用一體式結構，坐掛後沒有中心管、卡瓦等機構，管柱內通徑大，增大內部的有效流動面積，保證其它管內作業的順暢。

附圖說明

附圖1是可膨脹式旋轉尾管懸掛器結構示意圖；

附圖2是可膨脹式旋轉尾管懸掛器膨脹後結構示意圖；

圖中，1、中心管，2、橡膠環，3、膨脹錐，4、懸掛器本體，5、爆破盤，6、花鍵軸，7、花鍵，8、轉換接頭，9、膠塞剪下座，10、空心膠塞，11、膠塞導管，12、固井膠塞，13、上層套管1，4、尾管。

權利要求

1.《液壓膨脹式旋轉尾管懸掛器》主要由中心管[1]、橡膠環[2]、膨脹錐[3]、懸掛器本體[4]、花鍵軸[6]、雙公接頭[8]、膠塞剪下座[9]、空心膠塞[10]、固井膠塞[12]和膠塞導管[11]構成，其特徵是：懸掛器本體[4]為一段變徑的膨脹管，上端加工有橡膠環[2]，下端與雙公接頭[8]相連，雙公接頭[8]內部的花鍵槽與花鍵軸[6]上的花鍵[7]相耦合；花鍵軸[6]上端與中心管[1]相連，花鍵軸[6]上安裝有爆破盤[5]，膨脹錐[3]套在花鍵軸[6]上，膠塞導管[11]連線在雙公接頭[8]下端，其下端加工有螺紋，連線需要旋轉的尾管[14]；空心膠塞[10]和膠塞剪下座[9]均位於膠塞導管[11]內，膠塞剪下座[9]安放在膠塞導管[11]內部的台肩上，空心膠塞[10]通過銷釘及螺紋與膠塞剪下座[9]相連。

2.如權利要求1所述的液壓膨脹式旋轉尾管懸掛器，其特徵在於：懸掛器本體[4]為一段變徑的膨脹管，加工有一段帶有錐面的過渡段，呈喇叭口狀結構。

3.如權利要求1所述的液壓膨脹式旋轉尾管懸掛器，其特徵在於：固井膠塞[12]下端膠塞頭外徑小於膠塞剪下座[9]中心孔直徑，而大於空心膠塞[10]中心孔的直徑，在固井時固井膠塞[12]與空心膠塞[10]配合組成複合膠塞。

4.如權利要求1所述的液壓膨脹式旋轉尾管懸掛器，其特徵在於：懸掛器本體[4]上端表面加工有多段橡膠環[2]。

5.如權利要求1所述的液壓膨脹式旋轉尾管懸掛器，其特徵在於：花鍵軸[6]兩端及雙公接頭[8]上端均裝有密封配合。

實施方式

如附圖1、附圖2所示，《液壓膨脹式旋轉尾管懸掛器》主要由中心管1、橡膠環2、膨脹錐3、懸掛器本體4、花鍵軸6、雙公接頭8、膠塞剪下座9、空心膠塞10、固井膠塞12和膠塞導管11構成。懸掛器本體4為一段變徑的膨脹管，其小徑端加個有橡膠環2，本體下端與雙公接頭8相連，雙公接頭[8]內部加工有花鍵槽，花鍵槽與花鍵軸6上的花鍵7耦合固定。花鍵軸6上端與中心管1相連，花鍵軸6周向的一對通孔內各安裝有一個爆破盤5，膨脹錐3套在花鍵軸6上端，位於懸掛器本體4和花鍵軸6之間的環空內，膨脹錐3與中心管1之間也可採用固定短節對膨脹錐3進行固定，膠塞導管11連線在雙公接頭8下端，其下端加工有螺紋，用來連線需要旋轉的尾管14，空心膠塞10和膠塞剪下座9均位於膠塞導管11內，膠塞剪下座9安放在膠塞導管11內部的台肩上，空心膠塞10通過銷釘及螺紋結構與膠塞剪下座9相連。固井膠塞12下端外徑小於膠塞剪下座9中心孔直徑，而大於空心膠塞10中心孔的直徑，固井時固井膠塞12與空心膠塞10配合組成複合膠塞。花鍵軸6及雙公接頭8上均裝有密封圈，保證懸掛器膨脹時有效密封。

如圖1、圖2所示，該發明具體實施時，採用中心管1伴送，通過膨脹錐3的錐面與懸掛器本體4的變徑錐面密封配合懸掛懸掛器和尾管14，使其下入井內至預定位置。固井時向管柱內泵入設計的水泥漿量後，投入固井膠塞12，然後泵入完井液，頂替固井膠塞12下行，安全通過花鍵軸6，到達膠塞導管11內在空心膠塞10處碰壓，剪下膠塞剪下座9，固井膠塞12與空心膠塞10配合形成複合膠塞。在完井液的頂替作用下繼續下行，颳去尾管14內壁殘餘的水泥漿，在尾管14底部的浮鞋中，內置有與複合膠塞配合的膠塞座，當複合膠塞被頂替至膠塞座處，形成二次碰壓，完成固井工序。在管柱的下入過程中，可以通過旋轉中心管1，通過花鍵軸6和雙公接頭8的花鍵7帶動整個管柱旋轉，保證尾管管柱安全下入。同時在固井施工時，也可以上下活動和全過程旋轉整個管柱，有效的解決環空間隙小、尾管難以居中的難題，並有效的避免泥漿死區，提高頂替效率，顯著提高尾管14固井質量和固井成功率。二次碰壓後，繼續憋壓至設計壓力，花鍵軸6上的爆破盤5打開，壓力傳遞至內管與懸掛器本體[4]間的液壓腔。膨脹錐3在液壓的作用下，帶動花鍵軸6和中心管1一起向上運動，使懸掛器本體4發生膨脹，本體4上的橡膠環2緊貼在上層套管13和懸掛器本體4之間，橡膠環[2]能夠提供可靠的密封和懸掛力，形成有效的密封，實現尾管14串的坐掛。當懸掛器本體4膨脹完畢後，膨脹錐3、花鍵軸6及中心管1被液壓推出懸掛器本體4，進入上層套管13內，實現勿需倒扣直接丟手，避免了卡瓦式懸掛器倒不開扣的危險。丟手後，循環出多餘的水泥漿，起出膨脹錐3、花鍵軸6及中心管1，而不需要再下鑽進行鑽塞。懸掛器坐掛後，具有較大且光滑統一的內徑，保證其它管內作業的順暢。

榮譽表彰

2014年11月6日，《液壓膨脹式旋轉尾管懸掛器》獲得第十六屆中國專利優秀獎。