石油膨胀管悬挂器及施工工艺.pdf

本发明涉及在井下通过套管扩径和膨胀的方式，使两种不同直径石油套管悬挂连接装置及施工工艺。包括钻杆柱、膨胀悬挂体、调长旋套组、膨胀发射室和尾管连接付，其特征在于：钻杆柱由调节扶正短节、过渡钻杆、推拉中心管和承载螺帽组成，膨胀管悬挂体由套管、悬挂管、悬挂牙凸和悬挂胶环组成，调长旋套组由调长旋套与压紧螺帽组成，膨胀发射室由牵引帽、推进活塞、膨胀头、上膨胀管腔体和下膨胀管腔体、钢球、发射座、O型密封圈、孔用弹性档圈组成，尾管连接付由下膨胀管、尾管接箍和尾管组成，本发明的优点是采用了液压前拉、润滑膨胀头和软硬组合悬挂模式，密封性可靠，悬挂力强；钻井液循环、注入水泥浆和悬挂连接一次施工即可完成，操作方便。

1、  一种石油膨胀管悬挂器，包括钻杆柱、膨胀悬挂体、调长旋套组、膨胀发射室和尾管连接付，其特征在于：钻杆柱由调节扶正短节、过渡钻杆、推拉中心管和承载螺帽组成，调节扶正短节上部母扣与上部钻具公扣连接，其下部公扣与过渡钻杆母扣连接，通过螺纹调节与调长旋套组的相对位置，膨胀管悬挂体由套管、悬挂管、悬挂牙凸和悬挂胶环组成，由膨胀悬挂管，使悬挂管扩径并压挤外壁的悬挂牙凸及悬挂胶环咬合于套管内壁，形成轴向悬挂力，调长旋套组由调长旋套与压紧螺帽组成，调长旋套上部的母扣与调节扶正短节表面公扣相配合，调长旋套下部有锥形导向鞋，锥形导向鞋插入悬挂管上端喇叭口之内，由压紧螺帽锁紧，膨胀发射室由牵引帽、推进活塞、膨胀头、上膨胀管腔体和下膨胀管腔体、钢球、发射座、O型密封圈、孔用弹性档圈组成，推进活塞上部为钢护罩，其形状为伞形，下部为喇叭形且内含钢骨架的橡胶复合件，通过牵引帽与推拉中心管形成相对定位；膨胀头旋入推拉中心管上，承载螺帽锁紧膨胀头，上膨胀管腔体由二部分组成，上部为原悬挂管尺寸、长度占4/5，下部通过机械扩径可装入膨胀头及承载螺帽，称为上膨胀管腔体，下膨胀管腔体由二部分组成，上部通过机械扩径，与上膨胀管的腔体直径相同并焊合连接，下部长度占1/3，投入钢球落于带中孔的发射座上，发射座由孔用弹性档圈和O型密封圈固定于下膨胀管的内腔，下膨胀管的公扣与尾管接箍的母扣连接，尾管连接付由下膨胀管、尾管接箍和尾管组成，尾管接箍连接下膨胀管及尾管，形成尾管连接付。

2、  一种利用权利要求1实施膨胀悬挂的施工工艺，其特征是：将连接尾管的膨胀悬挂器下至预定井深后，注入水泥浆，依次通过钻杆、调节扶正短节、过渡钻杆、推拉中心管中孔及发射座孔，并返至套管外设计井深，然后投钢球到发射座上封闭系统，再注水蹩压推动推进活塞，膨胀头上移使膨胀悬挂管扩径，压挤环状悬挂牙凸咬入套管内壁，悬挂胶环压紧内壁，当膨胀头到达悬挂管上端时，膨胀结束，随后将钻杆柱、调长旋套和压紧螺帽连同膨胀头和承载螺帽一起提出，最后钻铣发射座，清理通道，完成膨胀悬挂工序。

石油膨胀管悬挂器及施工工艺
技术领域
本发明属于管道之间的连接，尤其是涉及在井下通过套管扩径和膨胀的方式，使两种不同直径石油套管悬挂连接装置。
背景技术
在石油钻井和特殊井型施工中要下入多层套管，同一规格套管之间多以螺纹方式连接；而不同直径的套管则以悬挂方式连接，这种悬挂装置称为悬挂器。
目前普遍使用的是一种机械轨道式悬挂器，这种悬挂器由于受连接空间限制和结构设计欠缺影响，使用时常显示悬挂力不足，悬挂牙爪经常断裂脱落，导致被悬挂尾管落井，造成事故；另外还有一个致命的弱点，机械轨道式悬挂器只能起悬挂作用，连接重复段要依靠薄水泥环密封，据资料统计这种悬挂器90％以上达不到密封要求，直接影响油井寿命。另外，膨胀管技术兴起后，采用单一压缩胶圈悬挂，这种悬挂器受介质腐蚀易老化，有时发生失效。
发明内容
为了克服上述问题，本发明提出一种新型石油膨胀管悬挂器，这种悬挂器解决了现有悬挂器悬挂力不足和密封泄漏的问题，并且钻井液循环、注入泥浆和悬挂连接工艺一次完成。这种新型膨胀管悬挂器结构简单、密封稳定、悬挂可靠，操作方便灵活。
本发明涉及一种石油膨胀管悬挂器，包括：钻杆柱、膨胀悬挂体、调长旋套组、膨胀发射室和尾管连接付，其特征在于：所说的钻杆柱由调节扶正短节、过渡钻杆、推拉中心管和承载螺帽组成，调节扶正短节上部母扣与上部钻具公扣连接，其下部公扣与过渡钻杆母扣连接，通过螺纹调节与调长旋套组的相对位置；所说的膨胀管悬挂体由套管、悬挂管、悬挂牙凸和悬挂胶环组成。悬挂牙凸是悬挂管外表面的具有三角形截面的凸棱；悬挂胶环是通过硫化工艺牢固压合到悬挂管外表面的环形胶圈。通过膨胀悬挂管，使悬挂管扩径并压挤外壁的悬挂牙凸及悬挂胶环咬合于套管内壁，形成轴向悬挂力；所说的调长旋套组由调长旋套与压紧螺帽组成，调长旋套上部的母扣与调节扶正短节表面公扣相配合，调长旋套下部有锥形导向鞋，锥形导向鞋插入悬挂管上端喇叭口之内，由压紧螺帽锁紧；所说的膨胀发射室由牵引帽、推进活塞、膨胀头、上膨胀管腔体和下膨胀管腔体、钢球、发射座、O型密封圈、孔用弹性档圈组成。推进活塞上部为钢护罩，其形状为伞形；下部为喇叭形且内含钢骨架的橡胶复合件，通过牵引帽与推拉中心管形成相对定位；膨胀头为渐开线椭圆形，旋入推拉中心管上；承载螺帽用于锁紧膨胀头；上膨胀管腔体由二部分组成，上部为原悬挂管尺寸、长度占4/5，下部通过机械扩径可装入膨胀头及承载螺帽，称为上膨胀管腔体；下膨胀管腔体由二部分组成：上部通过机械扩径，与上膨胀管的腔体直径相同并焊合连接，下部长度占1/3，投入钢球落于带中孔的发射座上，发射座由孔用弹性档圈、O型密封圈固定于下膨胀管的内腔。下膨胀管的公扣与尾管接箍的母扣连接；所说的尾管连接付由下膨胀管、尾管接箍和尾管组成，尾管接箍连接下膨胀管及尾管，形成尾管连接付。膨胀悬挂器的工艺是指连接尾管的膨胀悬挂器下至预定井深后，注入水泥浆，依次通过钻杆、调节扶正短节、过渡钻杆、推拉中心管中孔及发射座孔，并返至套管外设计井深。投球封闭系统，注水蹩压推动推进活塞，膨胀头上移使膨胀悬挂管扩径，压挤环状悬挂牙凸咬入套管内壁，悬挂胶环压紧内壁。当膨胀头到达悬挂管上端时，膨胀结束。此时将钻杆柱、调长旋套和压紧螺帽连同膨胀头和承载螺帽一起提出。最后钻铣发射座，清理通道，完成膨胀悬挂工序。本发明的优点是采用了液压前拉、润滑膨胀头和软硬组合悬挂模式，结构简单，密封性可靠，悬挂力强；钻井液循环、注入水泥浆和悬挂连接一次施工即可完成，操作方便，应用灵活，寿命长。
附图说明
附图为本发明的结构示意图，
具体实施方式
图中膨胀管悬挂器由钻杆柱、膨胀悬挂体、调长旋套组、膨胀发射室和尾管连接付所组成，上述所说的钻杆柱由调节扶正短节2、过渡钻杆5、推拉中心管9和承载螺帽14组成。调节扶正短节上部母扣与上部钻具公扣连接，下部公扣与过渡钻杆母扣连接，通过螺纹调节与调长旋套组的相对位置。过渡钻杆下端的公扣与推拉中心管上端母扣连接。推拉中心管下部台阶装有膨胀头，通过承载螺帽组压紧膨胀头。推拉中心管中部通过牵引帽安装了推进活塞。所说的膨胀管悬挂体由套管1、悬挂管6、悬挂牙凸8和悬挂胶环7组成。通过膨胀悬挂管，使悬挂管扩径并压挤悬挂牙凸和悬挂胶环咬合于套管内壁，形成轴向悬挂力，所说的调长旋套组由调长旋套4与压紧螺帽3组成。调长旋套为上部带螺纹的圆桶，其下部有锥形导向鞋，伸入悬挂管上端喇叭孔之内，调整调长旋套固定悬挂管，然后用压紧螺帽锁紧，所说的膨胀发射室由牵引帽10、推进活塞11、膨胀头13、上膨胀管腔体12和下膨胀管腔体15、钢球18、发射座19、孔用弹性档圈16和O型密封圈17组成。上膨胀管腔体和下膨胀管腔体，接触面的直径相同并焊合。钢球落在带中孔的发射座上，用孔用弹性档圈和O型密封圈固定发射座，O型密封圈保证发射座与下膨胀管之间密封。
所说的尾管连接付由下膨胀管20、尾管接箍21和尾管22组成。尾管接箍连接下膨胀管及尾管，形成尾管连接付。一口5¹/₂″套管，外径Φ140mm，井深1180m的油井，日产油由40T降至3-5T。经勘探发现在1690-1720m有一新油层。考虑打新井，钻井费用比较高，采用老井加深方法恢复生产能力，选用下4″尾管(套管)完井，应用膨胀管悬挂器与原井套管悬挂。下尾管：在加深钻达设计井深后，下入Φ102mm套管560m；安装膨胀管悬挂器；循环洗井：选用钻井液循环3-5周；设计水泥浆量：包括前置液量、水泥浆量、后置液量；注入水泥浆：密度为1.78-1.81；锁定悬重：(钻具重量)；投钢球封闭系统；注水蹩压膨胀悬挂管：地面开泵，压力升序为：10MPa、15MPa、20MPa、25MPa，当压力升至25MPa以后，突然压力降至零，悬挂成功结束；起出钻具：包括钻杆柱、推进活塞、膨胀头；钻铣发射座：选用Φ118mm空心钻头钻进0.3m；通井：Φ118mm通至尾管连接付以下3-5m；试压：15MPa，30Min压降小于0.5MPa，说明已悬挂牢固并且密封良好。