[發明專利]井下套管雙級錐膨脹裝置及其作業方法

有效

• 申請號: 201611210457.0
• 申請日: 2016-12-24
• 公開（公告）號: CN108240205B
• 公開（公告）日: 2023-09-12
• 發明（設計）人: 唐明;吳柳根;寧學濤;楊海波;李紹晨;劉東清;李延偉;馮慶偉;朱萬勝;侯婷;蔡鵬;滕照正;沈學祥;馬建忠;朱海波;唐成磊
• 申請（專利權）人: 中石化石油工程技術服務有限公司;中石化勝利石油工程有限公司;中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院
• 主分類號: E21B43/10
• 分類號: E21B43/10
• 代理公司: 東營雙橋專利代理有限責任公司 37107
• 代理人: 侯華頌;李勇

本發明的井下套管雙級錐膨脹裝置及作業方法，包括一級膨脹錐、二級膨脹錐、中心管、連接外管、限位機構和頂部擋塊等部件，中心管主要由花鍵軸、雙層內管、連接內管等組成，其雙層內管包括中心里管和中心外管構成。當膨脹套管發生一級膨脹時，一級膨脹錐連同連接外管、頂部擋塊沿中心管共同上行，限位后完成一級膨脹；發生二級膨脹時，二級膨脹錐、中心管、限位機構相對一級膨脹錐上行，二級限位后結束單次行程膨脹；通過重復雙級膨脹行程，分次完成膨脹套管的液壓膨脹，直至膨脹套管全部完成膨脹。本發明能有效套管井下降低膨脹力，具有將膨脹套管膨脹至更大的可能，降低施工風險，可用于膨脹套管補貼修井、完井和鉆井封堵等領域的膨脹套管作業中。

技術領域

本發明涉及石油鉆井完井技術領域的膨脹管作業裝置，特別是涉及一種井下套管雙級錐膨脹裝置及作業方法。

背景技術

在老油田開發過程中，面臨新井難打、老井難修等問題，為了獲得最大的內通徑，有時可以采用膨脹套管進行套管補貼和特殊工藝完井等，對諸多套損井進行套管修復，也可對側鉆井、加深井等進行完井作業，同時對鉆井過程中鉆遇漏失層、高壓層、坍塌層等復雜地層時，采用膨脹套管封堵也是一種非常有效的地層封堵方法。然而，由于地層和井下狀況復雜多變，時常會發生膨脹套管在井下膨脹作業壓力偏高的情況，給膨脹螺紋、地面管線和設備等承壓工具和設備增加施工風險，甚至造成因膨脹壓力過高而導致套管不能有效膨脹、管體膨脹失敗等作業風險。

目前，常規膨脹率的膨脹套管在膨脹過程中一般采用一個固定尺寸的膨脹錐完成膨脹套管的井下膨脹作業，膨脹時遇到膨脹壓力過高時只能通過液壓和機械拉拔相結合的方式解決，實際上仍不能有效降低套管的膨脹壓力。而另一種膨脹率較大的等井徑膨脹套管則采用可變徑膨脹工具對膨脹套管進行等井徑膨脹，其管體膨脹率更大，主要用于無內徑損失的鉆井封堵，如公開號CN104005725A的專利公開了一種膨脹管雙級膨脹裝置，采用的是定徑膨脹頭和變徑膨脹頭的雙級膨脹機構，其定徑膨脹頭和變徑膨脹頭是在液壓作用下同時運動，完成套管的等徑膨脹，未能有效降低套管的膨脹力，而且變徑膨脹頭和液缸系統的結構過于復雜，不適用于常規膨脹率的膨脹套管系統。因此，無論使用固定尺寸膨脹錐還是使用變徑膨脹錐，只要套管管體的一次膨脹率恒定，其膨脹壓力就不能有效降低，由膨脹壓力高帶來的高壓施工風險就難以有效降低，不利于套管的膨脹施工作業。

發明內容

針對現有膨脹套管膨脹時所面臨的膨脹壓力過大等難題，解決井下套管膨脹時壓力過高而導致膨脹螺紋易破損、地面管線及施工管柱承壓風險等問題，發明了一種井下套管雙級錐膨脹裝置及其作業方法，通過雙級膨脹錐機構，將膨脹管實現分級膨脹，從而降低套管井下膨脹壓力，降低施工風險。

本發明的井下套管雙級錐膨脹裝置，包括一級膨脹錐2、二級膨脹錐3、中心管28、連接外管7、限位機構8和頂部擋塊9，其中：中心管為兩段組成的空心結構，上段為連接內管6，下段為雙層內管5，雙層內管5下端固定連接有花鍵軸4，雙層內管5設有軸向流道，在雙層內管5外管壁上下端部分別設有上進液孔15和下進液孔16，上進液孔15和下進液孔16與軸向流道貫通；在連接內管6和雙層內管5連接段固定安裝有一的限位機構8，限位機構8內設有進液通道26，在連接內管6底部設有頂部進液孔14，頂部進液孔14?與進液通道26、上進液孔15、軸向流道、下進液孔16貫通；一級膨脹錐2的最大外徑小于二級膨脹錐3的最大外徑；一級膨脹錐2和二級膨脹錐3上下依次套裝在花鍵軸4上部的雙層內管5外，一級膨脹錐2與雙層內管5?構成軸向滑動密封配合；一級膨脹錐2上部與連接外管7相連，連接外管7與中心管28間隔配合，在連接外管7頂部通過頂部擋塊9與連接內管6構成軸向滑動密封配合；限位機構8位于連接外管7和中心管28環空內；連接外管7上下端部分別設有上排液孔17和下排液孔18；雙層內管5的下進液孔16位于一級膨脹錐2與二級膨脹錐3對合部之間；一級膨脹錐2、連接外管7和頂部擋塊9構成聯動，花鍵軸4、二級膨脹錐3、雙層內管5和連接內管6構成聯動。

本發明的井下套管雙級錐膨脹裝置還包括密封堵頭19，密封堵頭19通過花鍵槽與花鍵軸4配合。

上述裝置中進一步包括：