一种深井用自上而下的膨胀套管膨胀方法技术领域
本发明涉及石油天然气行业中的钻井完井技术领域，为一种深井膨胀套管钻完井作业中的深井用自上而下的膨胀套管膨胀方法。
背景技术
随着国内外油田开发的不断深入，石油工程面临着“新井难打、老井难修”的难题，严重制约了老区稳产和新区开发。尾管钻井完井内径小、尾管头易漏失，后期生产受限；深井超深井中复杂地层钻井难题不断加大，易钻遇漏失、高压等复杂地层而难以达到钻井目的。能有效解除上述瓶颈的膨胀套管技术，自国外公司上世纪90年代研发以来，得到蓬勃发展，是一项具有“革命性”的新兴技术。
现有的膨胀套管作业方法是在固井碰压后利用液压加机械的方式自下而上对膨胀套管进行膨胀，最后座挂膨胀悬挂器。专利CN201210382827提供一种顶部承压式膨胀管施工作业方法；专利CN201080038174提供一种用于将可膨胀管锚定到钻井壁的系统和方法。总体来说目前膨胀套管作业方法均是采用自下而上进行膨胀作业。总体来说，现有作业方式施工风险较大，地面需持续高压作业，人身和设备安全存在较大隐患，作业时间较长，严重制约了膨胀套管技术的发展。
发明内容
本发明的目的是针对现有的深井、超深井膨胀套管钻完井技术存在的问题,提供一种深井用自上而下的膨胀套管膨胀方法，能够克服常规自下而上进行的膨胀套管作业方式过度依赖液压膨胀的不足，作业方式更加安全可靠。
本发明是这样实现的：
一种深井用自上而下的膨胀套管膨胀方法，包括：（1）膨胀套管和膨胀工具组合后下入井下，（2）注水泥替浆并剪切复合胶塞碰压，（3）坐挂膨胀悬挂器，（4）膨胀膨胀套管，（5）起出膨胀工具；其中：步骤（1）中的膨胀套管上端连接膨胀悬挂器，下端连接内置式固井附件；膨胀工具套装在膨胀套管内，包括自上而下依次连接在中心管上的膨胀锥液压助力器、膨胀锥、胶塞剪切短节，以及与胶塞剪切短节连接的空心胶塞；中心管与上部钻具连接，膨胀锥液压助力器置于膨胀悬挂器内部并与膨胀悬挂器内壁构成密封滑动配合，膨胀锥上下为锥体对称结构，膨胀锥设有轴向通孔；步骤（2）中注完水泥浆后从上部钻具投入钻杆胶塞，顶替水泥浆推动钻杆胶塞至空心胶塞处复合，提高水泥浆压力憋掉钻杆胶塞和孔心胶塞组成的复合胶塞，继续顶替推动复合胶塞至固井附件碰压；步骤（3）提高水泥浆压力采用液压推动膨胀锥液压助力器沿膨胀悬挂器轴向向上移动，同时拉动膨胀锥沿膨胀悬挂器轴向向上移动直至完成膨胀悬挂器膨胀座挂，实现对整个外部膨胀套管的悬挂定位；步骤（4）利用上部钻具重量下压膨胀工具，实现膨胀套管的自上而下的膨胀。
上述方案还包括：膨胀套管与膨胀悬挂器连接段为扩径段，膨胀套管下端为扩径段，固井附件包括碰压座、浮箍和引鞋并置于扩径段内。膨胀锥通过膨胀锥承托轴与中心管连接。
本发明的优点在于：
（1）采用自上而下的膨胀方式膨胀膨胀套管可以克服由于压力腔失效造成膨胀套管作业失败，最大程度的降低施工风险。
（2）采用自上而下的膨胀方式可以仅在膨胀悬挂器座挂时存在地面高压作业，正常膨胀膨胀套管时无需带压作业，大大降低作业安全。
（3）采用自上而下的膨胀方式可省去传统自下而上膨胀方式每一立柱连接井口高压管汇的作业时间，大大节省作业时间。
附图说明
图1本发明一种具体实施例的膨胀套管和膨胀工具组合后下入井下示意图；
图2 固井替浆过程示意图；
图3 碰压座挂膨胀悬挂器示意图；
图4 自上而下膨胀膨胀套管示意图；
图5 膨胀至膨胀套管底部示意图；
图6 起出膨胀工具后的井身结构示意图；
图中：1.技术套管，2.上部钻具，3.膨胀悬挂器，4.膨胀锥液压助力器，5.膨胀锥，6.膨胀锥承托轴，7.胶塞剪切短节，8.空心胶塞，9.膨胀套管，10.碰压座，11.浮箍，12.引鞋，13.钻杆胶塞。
具体实施方式
现结合说明书附图，对本发明作进一步的描述。
如图1～6所示，一种深井用自上而下的膨胀套管膨胀方法，主要由以下步骤：（1）膨胀套管9和膨胀工具组合后下入井下，（2）注水泥浆顶替（简称替浆）并剪切空心胶塞8碰压，（3）坐挂膨胀悬挂器3，（4）自上而下膨胀膨胀套管9，（5）起出膨胀工具完成后续作业等步骤组成。
步骤（1）具体内容如图1所示，包括：
内管串由上部钻具2、膨胀锥液压助力器4、膨胀锥5、膨胀锥承托轴6、胶塞剪切短节7、空心胶塞8组成，其中膨胀锥液压助力器4、膨胀锥5、膨胀锥承托轴6、胶塞剪切短节7之间通过中心管串接。外部管串由膨胀悬挂器3、膨胀套管9、碰压座10、浮箍11、引鞋12组成，其中碰压座10、浮箍11、引鞋12共同构成内置式固井附件。膨胀套管9串上下各有一段预先膨胀过的膨胀套管，上部与膨胀悬挂器3连接，下部预装内置式固井附件。内管串中膨胀锥5上下均为带有角度的对称结构，可实现向上和向下两个方向对外管串的膨胀，膨胀锥5加工有轴向通孔，可在自上而下对膨胀套管9进行膨胀时排出管内液体。在膨胀锥5上部连接了膨胀锥液压助力器4, 膨胀锥液压助力器4在膨胀悬挂器3坐挂前与膨胀悬挂器3内壁为密封接触，可在碰压后依靠液力作用向上进行轴向移动，同时拉动膨胀锥沿膨胀悬挂器3轴向向上移动，从而坐挂膨胀悬挂器3，在膨胀悬挂器3坐挂后，密封面失效不影响自上而下进行膨胀套管9膨胀。
步骤（2）如图2所示，按照设计要求进行固井作业，注完水泥浆后从上部钻具2投入钻杆胶塞13替浆推动其至空心胶塞8处复合。提高压力憋掉钻杆胶塞13和孔心胶塞8组成的复合胶塞，继续顶替推动复合胶塞至碰压座10处碰压。
步骤（3）如图3所示，提高压力采用液压推动膨胀锥液压助力器4沿膨胀悬挂器3轴向向上移动，同时拉动膨胀锥5沿膨胀悬挂器3轴向向上移动直至完成膨胀悬挂器3膨胀座挂，实现对整个外部管串的悬挂定位。
步骤（4）如图4所示，利用上部钻具2重量下压内管串，实现膨胀套管9的自上而下的膨胀。膨胀套管9管串所受的向下推力由膨胀悬挂器3承受，整个管串可保持在井内位置不变。膨胀套管9内的液体通过膨胀锥5上的排液孔向上排出，不影响膨胀过程。
如图5所示，地面继续接入钻具向下对全部膨胀套管9实施膨胀，直至完成全部膨胀套管9的膨胀。
步骤（5）如图6所示，上提内管串，除了复合胶塞留置碰压座10处外，其它部件完全提出，完成整个膨胀套管9作业，按照设计要求进行后续作业。
本发明采用先膨胀座挂膨胀悬挂器3实现对管串定位然后自上而下膨胀膨胀套管9的作业方式，能有效降低作业风险，增加人身和设备安全性，大大节约作业时间，可广泛用于深井膨胀套管完井、钻井封堵等领域。