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1、(10)申请公布号 CN 103742092 A(43)申请公布日 2014.04.23CN103742092A(21)申请号 201310751313.6(22)申请日 2013.12.31E21B 29/00(2006.01)E21B 23/01(2006.01)E21B 33/10(2006.01)(71)申请人中国石油天然气股份有限公司地址 100007 北京市东城区东直门北大街9号(72)发明人孙强 李涛 李益良 韩伟业陈强 明尔扬 毕秀玲 薛建军丁爱芹(74)专利代理机构北京三友知识产权代理有限公司 11127代理人韩嫚嫚(54) 发明名称膨胀管完井工具(57) 摘要本发明提供了一。
2、种膨胀管完井工具，包括：膨胀管，其下端连接有浮鞋；中心管，其穿设在所述膨胀管内，所述中心管的下端依次连接有胀锥锁紧分瓣爪和胀锥锁紧心轴，所述中心管的上端开设有第一穿孔；一级液缸，其套设在所述中心管开设有所述第一穿孔的位置处；一级胀锥，其套设在所述中心管上，所述一级胀锥位于所述一级液缸的下端，所述一级胀锥的下端设有变径胀锥，所述变径胀锥套设在所述中心管上。本发明的膨胀管完井工具，其变径胀锥为组合式可变径结构，其可使管柱下入裸眼井的过程中直径最小化，减小下入遇阻风险，并且该变径胀锥组合后能提供较大膨胀率，可实现膨胀管完井不损失井眼尺寸或尽量小的损失井眼尺寸。(51)Int.Cl.权利要求书1页 说。
3、明书5页 附图1页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书5页 附图1页(10)申请公布号 CN 103742092 ACN 103742092 A1/1页21.一种膨胀管完井工具，其特征在于，所述膨胀管完井工具包括：膨胀管，其下端连接有浮鞋；中心管，其穿设在所述膨胀管内，所述中心管的下端依次连接有胀锥锁紧分瓣爪和胀锥锁紧心轴，所述中心管的上端开设有第一穿孔；一级液缸，其套设在所述中心管开设有所述第一穿孔的位置处；一级胀锥，其套设在所述中心管上，所述一级胀锥位于所述一级液缸的下端，所述一级胀锥的下端设有变径胀锥，所述变径胀锥套设在所述中心管上。2.如权利要。
4、求1所述的膨胀管完井工具，其特征在于，所述膨胀管完井工具还包括二级液缸，所述中心管的上端开设有第二穿孔，所述第二穿孔位于所述第一穿孔的下端，所述二级液缸套设在所述中心管开设有所述第二穿孔的位置处，其位于所述一级液缸与所述一级胀锥之间。3.如权利要求1所述的膨胀管完井工具，其特征在于，所述一级液缸包括一级液压缸和连接在所述一级液压缸下端的一级液缸缸体，所述一级液缸缸体与所述一级液压缸之间形成有一级容纳腔，所述中心管上套设连接有一级活塞，所述一级活塞位于所述一级容纳腔中。4.如权利要求3所述的膨胀管完井工具，其特征在于，所述一级活塞的上端外侧设有卡簧，所述一级液压缸的下端开设有卡簧槽，所述卡簧与所。
5、述卡簧槽相配合。5.如权利要求2所述的膨胀管完井工具，其特征在于，所述二级液缸具有二级液缸缸体，所述二级液缸缸体连接在所述一级液缸的下端，所述二级液缸缸体与所述一级液缸之间形成有二级容纳腔，所述中心管上套设连接有二级活塞，所述二级活塞位于所述二级容纳腔中。6.如权利要求1所述的膨胀管完井工具，其特征在于，所述胀锥锁紧分瓣爪通过剪切销钉与所述胀锥锁紧心轴相连。7.如权利要求1所述的膨胀管完井工具，其特征在于，所述膨胀管的下端连接有变扣短节，所述浮鞋连接在所述变扣短节上，所述胀锥锁紧心轴穿设在所述变扣短节内。8.如权利要求1所述的膨胀管完井工具，其特征在于，所述变径胀锥包括：上锥座，其套设在所述中。
6、心管上，所述上锥座顶抵在所述一级胀锥的下端；胀锥分瓣，其具有多个上分瓣和多个下分瓣，所述上分瓣的一端与所述上锥座相连，所述多个上分瓣与所述多个下分瓣沿圆周方向交错设置，且可相对滑动地组合成一胀锥；下锥座，其与所述下分瓣相连。9.如权利要求1所述的膨胀管完井工具，其特征在于，所述中心管的下端径向向外凸设有支撑环，所述变径胀锥的下端位于所述支撑环上。10.如权利要求1所述的膨胀管完井工具，其特征在于，所述中心管内穿设有复合胶塞，所述复合胶塞包括胶塞座，所述胶塞座具有通孔，所述胶塞座的上端外侧套设有胶塞，其下端连接有橡胶球套，所述橡胶球套内座设有球，所述胶塞座的通孔上端密封设有爆破片，所述胶塞座的下。
7、端外侧凸设有胶塞卡簧。11.如权利要求1所述的膨胀管完井工具，其特征在于，所述中心管上套设有防尘环，所述防尘环位于所述一级液缸的上端。12.如权利要求1所述的膨胀管完井工具，其特征在于，所述中心管的上端连接有钻杆。权 利 要 求 书CN 103742092 A1/5页3膨胀管完井工具技术领域0001 本发明有关于一种膨胀管完井工具，尤其有关于一种石油工业中应用的膨胀管完井工具。背景技术0002 膨胀管技术是近年来蓬勃兴起的一项新技术，它可应用于钻井、完井及采油、修井等作业过程。膨胀管膨胀过程是管体冷作硬化的过程，膨胀方式有机械式，液压式等。0003 目前，膨胀管技术现场应用存在下入困难与预期大。
8、膨胀量的矛盾问题，即预期膨胀率大导致胀锥尺寸过大，国内使用的常规膨胀管工具的胀锥为内置式，也即，膨胀锥体在膨胀管膨胀前是置于膨胀管管体内的，这就使得膨胀管管体内必须存在可容纳该膨胀锥体的阔径发射腔，阔径发射腔的存在使得膨胀管在下入过程中易发生遇阻风险，而导致下入不顺畅或失败的情况发生；另外，目前国内使用的膨胀锥体大多为整体式结构，其无法实现变径膨胀，为保证下入和膨胀安全，胀锥尺寸严重受限，多通过增加膨胀管外橡胶密封环厚度来弥补，致使膨胀后井眼内径仍存在较大损失。0004 因此，有必要提供一种新的膨胀管工具，来克服上述缺陷。发明内容0005 本发明的目的是提供一种膨胀管完井工具，其变径胀锥为组合。
9、式可变径结构，其可使管柱下入裸眼井的过程中直径最小化，减小下入遇阻风险，并且该变径胀锥组合后能提供较大膨胀率，可实现膨胀管完井不损失井眼尺寸或尽量小的损失井眼尺寸。0006 本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：0007 本发明提供一种膨胀管完井工具，所述膨胀管完井工具包括：0008 膨胀管，其下端连接有浮鞋；0009 中心管，其穿设在所述膨胀管内，所述中心管的下端依次连接有胀锥锁紧分瓣爪和胀锥锁紧心轴，所述中心管的上端开设有第一穿孔；0010 一级液缸，其套设在所述中心管开设有所述第一穿孔的位置处；0011 一级胀锥，其套设在所述中心管上，所述一级胀锥位于所述一级液缸的下端，所述一级胀锥。
10、的下端设有变径胀锥，所述变径胀锥套设在所述中心管上。0012 在优选的实施方式中，所述膨胀管完井工具还包括二级液缸，所述中心管的上端开设有第二穿孔，所述第二穿孔位于所述第一穿孔的下端，所述二级液缸套设在所述中心管开设有所述第二穿孔的位置处，其位于所述一级液缸与所述一级胀锥之间。0013 在优选的实施方式中，所述一级液缸包括一级液压缸和连接在所述一级液压缸下端的一级液缸缸体，所述一级液缸缸体与所述一级液压缸之间形成有一级容纳腔，所述中心管上套设连接有一级活塞，所述一级活塞位于所述一级容纳腔中。0014 在优选的实施方式中，所述一级活塞的上端外侧设有卡簧，所述一级液压缸的下端开设有卡簧槽，所述卡簧。
11、与所述卡簧槽相配合。说 明 书CN 103742092 A2/5页40015 在优选的实施方式中，所述二级液缸具有二级液缸缸体，所述二级液缸缸体连接在所述一级液缸的下端，所述二级液缸缸体与所述一级液缸之间形成有二级容纳腔，所述中心管上套设连接有二级活塞，所述二级活塞位于所述二级容纳腔中。0016 在优选的实施方式中，所述胀锥锁紧分瓣爪通过剪切销钉与所述胀锥锁紧心轴相连。0017 在优选的实施方式中，所述膨胀管的下端连接有变扣短节，所述浮鞋连接在所述变扣短节上，所述胀锥锁紧心轴穿设在所述变扣短节内。0018 在优选的实施方式中，所述变径胀锥包括：0019 上锥座，其套设在所述中心管上，所述上锥座。
12、顶抵在所述一级胀锥的下端；0020 胀锥分瓣，其具有多个上分瓣和多个下分瓣，所述上分瓣的一端与所述上锥座相连，所述多个上分瓣与所述多个下分瓣沿圆周方向交错设置，且可相对滑动地组合成一胀锥；0021 下锥座，其与所述下分瓣相连。0022 在优选的实施方式中，所述中心管的下端径向向外凸设有支撑环，所述变径胀锥的下端位于所述支撑环上。0023 在优选的实施方式中，所述中心管内穿设有复合胶塞，所述复合胶塞包括胶塞座，所述胶塞座具有通孔，所述胶塞座的上端外侧套设有胶塞，其下端连接有橡胶球套，所述橡胶球套内座设有球，所述胶塞座的通孔上端密封设有爆破片，所述胶塞座的下端外侧凸设有胶塞卡簧。0024 在优选的。
13、实施方式中，所述中心管上套设有防尘环，所述防尘环位于所述一级液缸的上端。0025 在优选的实施方式中，所述中心管的上端连接有钻杆。0026 本发明的膨胀管完井工具的特点及优点是：0027 一、本发明的膨胀管完井工具，采用一级胀锥和变径胀锥膨胀膨胀管，一级胀锥对膨胀管进行预膨胀，变径胀锥在未组合时其胀锥分瓣处于分离状态，变径胀锥直径小，无阔径，其能随一级胀锥顺利下入井中，以使管柱下入裸眼井的过程中直径最小化，减少下入遇阻风险；另外，变径胀锥在组合变径后，其直径大于一级胀锥的直径，其可实现获得大膨胀率膨胀管的目的，并且大膨胀率可提供更大井眼，其膨胀动作稳定，有效确保膨胀工艺可靠性，该变径胀锥能实现。
14、单一直径裸眼封堵效果，可作为钻井应急衬管，不影响钻井管柱序列；再有，连接在中心管下端的胀锥锁紧分瓣爪和胀锥锁紧心轴，将膨胀管与打压管柱锚定，其可精确定位膨胀管位置，确保施工可靠性。0028 二、本发明的膨胀管完井工具，其变径胀锥通过一级液压缸和复合胶塞控制其组合结构，在注水打压的过程中，一级液缸的一级液压缸的卡簧槽锁定在一级活塞的卡簧上，实现了将一级液缸锁定在中心管上的目的，从而将变径胀锥锁定在一级胀锥和中心管的支撑环之间，使得组合后的变径胀锥结构更加稳定；复合胶塞采用爆破片结构，压力控制更加可靠。附图说明0029 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使说 明 。
15、书CN 103742092 A3/5页5用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。0030 图1为本发明的膨胀管完井工具的结构示意图。具体实施方式0031 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。0032 如图1所示，本发明提供一种膨胀管完井工具，其包括膨。
16、胀管1、中心管2、一级液缸3和一级胀锥4，其中：膨胀管1的下端连接有浮鞋11；中心管2穿设在所述膨胀管1内，所述中心管2的下端依次连接有胀锥锁紧分瓣爪21和胀锥锁紧心轴22，所述中心管2的上端开设有第一穿孔23；一级液缸3套设在所述中心管2开设有所述第一穿孔23的位置处；一级胀锥4套设在所述中心管2上，所述一级胀锥4位于所述一级液缸3的下端，所述一级胀锥4的下端设有变径胀锥5，所述变径胀锥5套设在所述中心管2上。0033 具体是，膨胀管1大体呈圆柱管状，其下端连接有浮鞋11。在本发明中，在膨胀管1与浮鞋11之间连接有变扣短节12，变扣短节12的上端外侧螺纹连接在膨胀管1的下端内侧，变扣短节12。
17、的下端内侧螺纹连接在浮鞋11的上端外侧，该变扣短节12的内侧壁径向向内凸设有环凸棱121。0034 中心管2大体呈圆柱管状，其上端侧壁上开设有第一穿孔23和第二穿孔24，第二穿孔24位于第一穿孔23的下端，中心管2的下端侧壁上径向向外凸设有支撑环25；中心管2的上端通过变扣短节6螺纹连接有钻杆7，其下端外侧螺纹连接在胀锥锁紧分瓣爪21的上端内侧，在本发明中，胀锥锁紧分瓣爪21的下端具有多个间隔设置的锁紧爪211，每个锁紧爪211的下端径向向外凸设有卡块212，胀锥锁紧分瓣爪21穿设在变扣短节12内后，其锁紧爪211的卡块212恰好卡设在变扣短节12的环凸棱121下端。胀锥锁紧心轴22密封设置在。
18、变扣短节12内，其上端穿设在胀锥锁紧分瓣爪21的锁紧爪211内，并通过剪切销钉221与胀锥锁紧分瓣爪21相连。0035 一级液缸3套设在中心管2设有第一穿孔23的位置处，在本发明中，一级液缸3包括一级液压缸31和一级液缸缸体32，一级液压缸31和一级液缸缸体32均套设在中心管2上，一级液压缸31的下端外侧螺纹连接在一级液缸缸体32的上端内侧，从而在一级液缸缸体32与一级液压缸31之间形成有一级容纳腔33，中心管2上套设连接有一级活塞34，该一级活塞34位于一级容纳腔33中，中心管2上开设的第一穿孔23与一级活塞34下端的一级容纳腔33相连通。进一步的，在本实施例中，一级活塞34的上端外侧设有卡。
19、簧341，一级液压缸31的下端开设有卡簧槽311，当从地面向中心管2内注水打压时，注入水自中心管2的第一穿孔23流入一级容纳腔33中，在注水压力的作用下，一级液缸缸体32带动一级液压缸31轴向下移，直至一级液压缸31的卡簧槽311卡设在一级活塞34的卡簧341上，此时一级液缸3锁紧在中心管2上。0036 一级胀锥4套设在中心管2上，其位于一级液缸3的下端；变径胀锥5套设在中心说 明 书CN 103742092 A4/5页6管2上，其位于一级胀锥4与中心管2的支撑环25之间，在本发明中，变径胀锥5包括上锥座51、胀锥分瓣52和下锥座53，其中：上锥座51套设在中心管2上，其上端顶抵在一级胀锥4的。
20、下端；胀锥分瓣52由多个上分瓣521和多个下分瓣522组成，上分瓣521的一端与上锥座51相连，下分瓣522的一端与下锥座53相连，下锥座53位于中心管2的支撑环25上，多个上分瓣521与多个下分瓣522沿圆周方向交错设置，且可相对滑动地组合成一胀锥，该多个上分瓣521与多个下分瓣522组合后的胀锥直径大于一级胀锥4的直径。该变径胀锥5在膨胀管下入前处于未膨胀状态，使管柱下入裸眼井的过程中直径最小化，减少下入遇阻风险，同时，在变径胀锥5组合后，其可提供比一级胀锥4膨胀直径更大的膨胀直径，满足膨胀管获得较大膨胀率的要求。0037 该膨胀管完井工具的工作过程如下：首先，将膨胀管完井工具组合完毕后下。
21、入裸眼井中，管柱到位后，循环泥浆，此时从井口投入复合胶塞9固井候凝，在本发明中，该复合胶塞9包括胶塞座91，胶塞座91的中部开设有通孔911，胶塞座91的上端外侧套设有胶塞92，其下端连接有橡胶球套93，该橡胶球套93内座设有球931，该胶塞座91的通孔911上端密封设有爆破片912，胶塞座91的下端外侧凸设有胶塞卡簧914；待复合胶塞9封堵在中心管2的下端后，开始从地面注水打压，该注水压力为2527MPa，注入水通过钻杆7流入中心管2内，并从中心管2的第一穿孔23注入一级液缸3的一级容纳腔33中，此时，一级液缸3的一级液缸缸体32将带动一级液压缸31轴向下移，直至一级活塞34的卡簧341卡设。
22、在一级液压缸31的卡簧槽311内，一级液缸3锁定在中心管2上；其中，一级液缸3在轴向下移的过程中，将变径胀锥5的上分瓣521向下压，使变径胀锥5的上分瓣521与变径胀锥5的下分瓣522组合在一起形成一完整胀锥；待变径胀锥5组合完毕后，继续从地面注水打压，该注水压力为3032MPa，在该注水压力下，复合胶塞9的爆破片912爆破，注入水自复合胶塞9的通孔911进入，进而推动座设在橡胶球座93内的球931下行，使球931落到胀锥锁紧心轴22内；此时，从地面继续注水打压，在注水压力的作用下，连接在胀锥锁紧心轴22与胀锥锁紧分瓣爪21之间的剪切销钉221被剪断，胀锥锁紧心轴22下行，胀锥锁紧分瓣爪21的。
23、锁紧爪211将脱开变扣短节12的环凸棱121的卡设而轴向上移，注入水流入膨胀管1与胀锥锁紧分瓣爪21之间的环空13中，注入水的压力作用在中心管2的支撑环25上，从而推动支撑环25、变径胀锥5和一级胀锥4轴向上移，实现膨胀膨胀管1的目的。0038 本发明的膨胀管完井工具，采用一级胀锥4和变径胀锥5膨胀膨胀管1，一级胀锥4对膨胀管1进行预膨胀，变径胀锥5在未组合时其胀锥分瓣52处于分离状态，变径胀锥5直径小，无阔径，其能随一级胀锥4顺利下入井中，以使管柱下入裸眼井的过程中直径最小化，减少下入遇阻风险；另外，变径胀锥5在组合变径后，其直径大于一级胀锥4的直径，其可实现获得大膨胀率膨胀管1的目的，并且。
24、大膨胀率可提供更大井眼，其膨胀动作稳定，有效确保膨胀工艺可靠性，该变径胀锥5能实现单一直径裸眼封堵效果，可作为钻井应急衬管，不影响钻井管柱序列；再有，连接在中心管2下端的胀锥锁紧分瓣爪21和胀锥锁紧心轴22，将膨胀管1与打压管柱锚定，其可精确定位膨胀管1位置，确保施工可靠性。0039 本发明的膨胀管完井工具，其变径胀锥5通过一级液压缸3和复合胶塞9控制其组合结构，在注水打压的过程中，一级液缸3的一级液压缸31的卡簧槽311锁定在一级活塞34的卡簧341上，实现了将一级液缸3锁定在中心管1上的目的，从而将变径胀锥5锁定在一级胀锥4和中心管2的支撑环25之间，使得组合后的变径胀锥5结构更加稳定；复。
25、说 明 书CN 103742092 A5/5页7合胶塞9采用爆破片912结构，压力控制更加可靠。0040 根据本发明的一个实施方式，所述膨胀管完井工具还包括二级液缸8，该二级液缸8套设在中心管2开设有第二穿孔24的位置处，其位于一级液缸3与一级胀锥4之间。在本发明中，二级液缸8由二级液缸缸体81和二级活塞82组成，二级液缸缸体81的上端内侧螺纹连接在一级液缸缸体32的下端内侧，从而在二级液缸缸体81与一级液缸缸体32之间形成有二级容纳腔83，二级活塞82套设连接在中心管2上，其位于二级容纳腔83中，中心管2上开设的第二穿孔24与二级活塞82下端的二级容纳腔83相连通。当从地面向中心管2内注水打。
26、压时，注入水自中心管2的第二穿孔24流入二级容纳腔83中，在注水压力的作用下，二级液缸缸体81带动一级液缸缸体32轴向下移，而一级液缸缸体32带动一级液压缸31轴向下移，直至一级液压缸31的卡簧槽311卡设在一级活塞34的卡簧341上，此时一级液缸3锁紧在中心管2上。0041 该二级液缸8的设置，主要是为了降低注水压力，避免仅采用一级液缸3实现变径胀锥5的组合时，需要过高的注水压力，而影响复合胶塞9爆破片912的工作。0042 根据本发明的一个实施方式，所述中心管2上套设有防尘环10，所述防尘环10位于所述一级液缸3的上端。该防尘环10用于防止灰尘等杂质进入膨胀管1内，而污染膨胀管内壁。0043 以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。说 明 书CN 103742092 A1/1页8图1说 明 书 附 图CN 103742092 A。