[發明專利]修補石油熱采井的密封膨脹管裝置和實現方法

有效

• 申請號: 200910067614.0
• 申請日: 2009-01-06
• 公開（公告）號: CN101457637A
• 公開（公告）日: 2009-06-17
• 發明（設計）人: 劉文西;陳玉如;梅華
• 申請（專利權）人: 劉文西
• 主分類號: E21B29/10
• 分類號: E21B29/10
• 代理公司: 天津市杰盈專利代理有限公司
• 代理人: 王小靜

技術領域

本發明涉及油井套管修補技術，特別是一種修補石油熱采井的密封膨脹管裝置和實現 方法。

背景技術

目前，一般油井由于環境腐蝕和各種外力作用，套管形成孔洞、裂紋和錯斷，采用膨 脹管修補，即通過液壓或機械擴脹方式，使膨脹管緊密貼服于油井內壁，則能穩定而持久 地保持密封，其中特別是ZL200410019863.X“石油膨脹管合金材料及膨脹裝置”具有代 表性，應用收到了良好效果。但是對于稠油熱采井的修補，目前還是一個尚未解決的難題。 所謂熱采井是指為了熔化稠油，周期采用350℃熱蒸汽，待稠油稀釋再行抽取。熱采井在 遼河油田、克拉瑪依油田、勝利油田以及其它油田占有不小比例，在國際上熱采井也是一 個分布較廣的井型，由于蒸汽加熱及隨后井內自然冷卻，溫度變化使套管發生軸向脹縮。 在熱疲勞應力作用下，套管本身易于損傷，同時也破壞了套管與基礎之間的結合，甚至導 致二者松動脫離，這樣更加劇套管破壞。分析用普通套管或膨脹管內套修補失效的原因： 對于采用紫銅、軟鐵、純鋁金屬硬密封，由于熱疲勞應力反復作用，材料的位錯密度不斷 增加，則引發加工硬化，材料的塑性明顯下降，于是失去密封彌合性，導致接觸界面局部 密封壓力下降引起泄漏；另外采用密封彌合良好的丁氰橡膠、氟橡膠和硅橡膠等軟密封材 料，在高溫環境作用下材料加速老化或發生軟化和液化，喪失密封能力，幾次循環即發生 泄漏。目前國際上對熱采井還沒有一種行之有效的修補方法，這成為國內外長久以來積存 的老大難問題。

發明內容

本發明目的在于提供一種修補石油熱采井的密封膨脹管裝置和實現方法，它是針對周 期地通入熱蒸汽的石油熱采井的修補問題，設計一種新型結構的膨脹管和帶有新型材料的 密封圈，根本解決了修補熱采井的老大難問題，給出了熱采井行之有效的修補方案。

本發明提供的修補石油熱采井的膨脹管密封裝置包括：膨脹管體、高溫密封圈、應力松 弛節、應力阻隔環、膨脹脹頭、桿密封組、座密封組、投球、膨脹底座、套管、鉆桿、管 接頭。膨脹管主要由膨脹管體、高溫密封圈、應力松弛節和應力阻隔環組成，膨脹管之間 借助于密封螺紋進行連接。

所述的膨脹管體是指內外表面為直線素線回轉面的膨脹管主體部分，高溫密封圈環繞 在膨脹管體的外表面，截面呈矩形的環帶；所述的應力阻隔環是膨脹管外表面上的突起， 該突起的截面呈三角形；應力松弛節是指局部膨脹管體的管內外壁車成波形狀起伏的部 分；高溫密封圈、應力阻隔環、應力松弛節三者在膨脹管軸向互相間隔分布。

所述的鉆桿是中空的，鉆桿之間用管接頭螺紋互相連接，連接鉆桿下端以螺紋旋入所 述的膨脹頭的中心孔中，膨脹脹頭中心孔內壁有密封膠圈，環繞抱住鉆桿。所述的桿密封 組套裝在鉆桿下部，桿密封組由多片帶中孔盤狀密封膠圈和盤狀塑料隔板組合而成，其下 端邊部有盤狀螺母用于旋緊固定。位置在膨脹管內下端的所述的膨脹底座是由鑄鐵或鋁合 金等易削材料作的，用銷釘固定膨脹底座的位置。為防止泄漏，膨脹底座外緣裝有密封膠 圈，以保證膨脹底座與膨脹管之間的密封。為了加強密封可靠性，在膨脹室封底上部裝入 所述的盤密封組，盤密封組由多片帶中孔盤狀密封膠圈和盤狀塑料隔板組合而成，其上端 邊部有盤狀螺母用于旋緊固定。膨脹室封底中孔上部，有倒角凹窩，以備接納投球。

所述的應力阻隔環的分布在膨脹管表面，其截面呈三角形，以降低膨脹阻力。膨脹管 擴徑后，三角形尖峰嵌入套管壁，使膨脹管對于套管軸向位置相對固定，控制膨脹管的軸 向位移和應力傳遞。

本發明提供的修補石油熱采井的密封膨脹管裝置的實現方法包括的步驟：

1)將油井鉆銑、清洗處理完畢后，測定出及校對套管的損壞部位，下入膨脹管修補 熱采井的裝置，通過鉆桿中心孔和膨脹室封底中孔打水洗井。

2)將投球送入膨脹室上部倒角凹窩，給水憋壓，此時膨脹封底、膨脹脹頭的軸密封 組與周邊膨脹管內側，形成封閉的膨脹室。憋壓后水壓不斷增加，膨脹脹頭中心孔外的環 狀面積，在水壓作用下產生向上推力，當超過啟動阻力時，膨脹脹頭便開始向上運動，同 時膨脹管向外擴徑膨脹，并壓迫高溫密封圈及應力阻隔環，指向套管內壁形成懸掛。

3)膨脹管擴徑后，三角形尖峰嵌入套管壁，使膨脹管對于套管軸向位置相對固定， 控制膨脹管的軸向位移和應力傳遞。

本發明提供的密封膨脹管修補石油熱采井的裝置具體突出的特點：