[發明專利]套管井下膨脹工具及使用其膨脹套管方法

有效

• 申請號: 201310488454.3
• 申請日: 2013-10-17
• 公開（公告）號: CN103775015B
• 公開（公告）日: 2016-11-16
• 發明（設計）人: 李作會;唐明;吳柳根;馬建忠;蔡鵬;彭志剛;朱萬勝;唐成磊;滕照正;寧學濤;朱海波;沈學祥
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院
• 主分類號: E21B29/00
• 分類號: E21B29/00
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;劉華聯

技術領域

本發明涉及一種鉆井完井裝置，特別是一種套管井下膨脹工具。本發明還涉及使用這種套管井下膨脹工具實現套管膨脹的方法。

背景技術

在傳統的油氣田鉆井作業中，為了鉆井安全及順利鉆達目的層，需要向井內下套管來實現地層封堵。因此在井身結構的套管序列中，隨著井內套管層數增加，套管尺寸會逐級減小，井眼尺寸也不斷縮小，井眼錐度不斷增大，由此常導致深井、超深井和復雜井無法順利鉆達目的層或井眼尺寸過小而影響后期生產作業。

因此，為了在鉆井過程中實現全井具有統一井眼尺寸和完井內徑，使井能夠打得更深，需要對井身結構及鉆井、完井技術進行改進。

發明內容

針對現有技術中所存在的上述技術問題，本發明提出了一種套管井下膨脹工具。通過本發明的膨脹工具，在鉆井時可保持井眼尺寸的恒定，特別適合于深井、超深井和復雜井的施工。本發明還涉及使用這種套管井下膨脹工具膨脹套管的方法。

根據本發明的第一方面，提出了一種套管井下膨脹工具包括用于對套管進行膨脹的膨脹組件和用于驅動膨脹組件進行膨脹的驅動組件，

驅動組件包括由內到外依次套裝的中心管、芯管和外管，中心管的下游端部能封閉并且與鉆桿連通，在中心管上沿軸向設置有傳液孔；芯管與鉆桿固定連接，并且芯管包括彼此間通過第一連接件固定相連的一組分別處于上游和下游的芯管節，在下游芯管節上設置有進液孔，中心管通過限位組件與芯管滑動式連接；外管包括彼此間通過第二連接件固定相連的一組分別處于上游和下游的外管節，并且外管通過第四剪釘與芯管相連，

其中，第一連接件處于進液孔的上游，第二連接件處于進液孔的下游，并且第一連接件與外管密封式滑動接觸，第二連接件與芯管密封式滑動接觸，從而由第一連接件、第二連接件、下游芯管節以及上游外管節形成液壓腔，

膨脹組件包括多個活動式安裝在下游外管節的下游端部的膨脹錐片和固定設置在膨脹錐片下游的錐坐件，

其中，在初始狀態中，傳液孔與進液孔不連通，在套管膨脹時，中心管的下游端部封閉，中心管在充入液體的壓力作用下在限位組件的引導下朝向下游運動，使得傳液孔與進液孔連通而導致液體進入液壓腔內，剪斷第四剪釘而驅動外管朝向下游運動并帶動膨脹錐片朝向下游運動，膨脹錐片在錐坐件的支撐下徑向張開，從而實現套管的膨脹。

根據本發明的套管井下膨脹工具，通過在地面上向套管井下膨脹工具施加液壓力，就能夠實現膨脹套管，方便了操作。

在一個實施例中，限位組件包括滑動式設置在中心管和芯管之間的限位滑套，限位滑套通過第一剪釘與芯管相連并且通過處于第一剪釘下游的第二剪釘與中心管相連，在芯管內壁上設置有徑向向內凸出的第一限位臺階，在限位滑套外壁上設置有與第一限位臺階相匹配的第一限位環，第一剪釘在套管膨脹期間受到充入液體的壓力作用而被剪斷，使得中心管和限位滑套整體朝向下游運動直到第一限位環與第一限位臺階配合在一起，這時傳液孔和進液孔連通。在一個優選的實施例中，在限位滑套的內壁上設置有徑向向內凸出的第二限位臺階，在中心管上設置有與第二限位臺階相匹配的第二限位環，在膨脹錐片張開后，第二剪釘在增大的液壓力下被剪斷，中心管朝向下游運動直到第二限位環與第二限位臺階配合在一起，這時傳液孔和進液孔不再連通。液壓腔僅用于驅動外管向下游運動以實現膨脹錐片的張開。通過這種結構的限位組件，可在膨脹錐片張開之后將液壓腔關閉，使之不再向第一連接件和第二連接件施加作用力，這有助于提高工具的使用壽命。

在一個實施例中，錐坐件包括處于其上游部分的用于使膨脹錐片張開的支撐區、處于其下游部分的連接區以及在支撐區和連接區之間的過渡區。優選地，支撐區構造成小端朝向上游的錐形。這種形狀的錐坐件使得膨脹錐片能夠順利到達其上，即錐坐件將膨脹錐片支撐起來，從而順利實現膨脹錐片的張開。

在一個實施例中，在中心管的下游端部連接有用于封閉中心管的膨脹輔助件，其包括通過第三剪釘與中心管的下游端部相連的復合膠塞，與錐坐件的連接區固定相連的膠塞導管，在套管膨脹時，中心管通過向其內部投入能與復合膠塞自動復合的鉆桿膠塞而實現封閉。