CN114135243A - 一种等井径膨胀管防失效复合膨胀工具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种等井径膨胀管防失效复合膨胀工具。由转换接头，中心管A，膨胀管，定径膨胀芯头，近锥接头，活塞套A，双母活塞接头，变径锥上固定环，可变径膨胀芯头，加强皮碗，变径锥下固定环，单母接头活塞，活塞套B，U型固定套，顶锥阀套，底部堵头，锥形密封球座，密封球，T型压球器，下U型压死套，往复弹簧(21)，中心管B，启动销钉等组成。其特征在于：提供一种传统膨胀方式密封失效时，保证能够顺利完成膨胀的防失效复合膨胀工具。本发明很好的解决了膨胀管施工过程中膨胀锥密封失效而引起的施工失败的情况，节约了大量的人力，物力和财力。
Description
技术领域
本发明涉及一种等井径膨胀管防失效复合膨胀工具，属于于石油天然气开采 技术领域，尤其是涉及一种复合膨胀工具。
背景技术
随着钻井开采深度的逐渐增加，钻井难度也在日益上升。膨胀管技术被誉为 石油与天然气工业界的登月工程，起应用也越来越广泛，等井径钻井是膨胀管技 术发展的新里程。等井径钻井技术可解决深井，超深井及复杂井的钻遇问题，在 不损失井眼尺寸和不影响后续钻井作业的情况下，可降低钻遇风险并改善井身结 构,同时能确保目的层的顺利钻达。膨胀管在井下能够成功膨胀是等井径钻井的 保证。传统膨胀方式是膨胀锥与膨胀管实现密封或者皮碗与膨胀管实现密封，但 是膨胀管在大塑性变形膨胀后内壁将变得不均匀，内径的椭圆度加剧，内壁的不 平整度也急剧增加，进而导致上述密封失效而导致膨胀失败，迫使停止膨胀作用， 严重时需要采取钻除的方式，浪费大量的时间，造成严重的经济浪费。
针对以上问题，本文提出了一种等井径膨胀管防失效复合膨胀工具，该工具 在保留原有膨胀密封方式的基础上，设计了配套的膨胀工具，可保证膨胀管膨胀 施工的完整进行，以此降低了膨胀管在膨胀施工过程中的失败几率，节约了大量 的时间，人力，物力和财力。
发明内容
本发明的目的在于：为了保证膨胀管膨胀施工的完整进行，以此降低了膨胀 管在膨胀施工过程中的失败几率，节约了大量的时间，人力，物力和财力。设计 了一种等井径膨胀管防失效复合膨胀工具，可实现膨胀管复合膨胀，传统方式失 效时可采用备用方式继续完成膨胀施工。
为达到上述目的，本发明解决此问题所采用的技术方案是：一种等井径膨 胀管防失效复合膨胀工具，由转换接头(1)，中心管A(2)，膨胀管(3)，定径膨胀 芯头(4)，近锥接头(5)，活塞套A(6)，双母活塞接头(7)，变径锥上固定环(8)， 可变径膨胀芯头(9)，加强皮碗(10)，变径锥下固定环(11)，单母接头活塞(12)， 活塞套B(13)，U型固定套(14)，顶锥阀套(15)，底部堵头(16)，锥形密封球座 (17)，密封球(18)，T型压球器(19)，下U型压死套(20)，往复弹簧(21)，中心管 B(22)，启动销钉(23)，O型密封圈A(24)，O型密封圈B(25)，O型密封圈C (26)，O型密封圈D(27)，O型密封圈E(28)，O型密封圈F(29)组成；
一种等井径膨胀管防失效复合膨胀工具，其特征在于：转换接头(1)通过螺 纹和O型密封圈A(24)与中心管A(2)相连，承担拉力的传递和流体通过的功 能。
一种等井径膨胀管防失效复合膨胀工具，其特征在于：中心管A(2)通过螺 纹与双母活塞接头(7)相连，二者之间有O型密封圈D(27)。
一种等井径膨胀管防失效复合膨胀工具，其特征在于：近锥接头(5)通过螺 纹与活塞套A(6)相连，二者之间有O型密封圈C(26)；中心管B(22)通过螺纹 与双母活塞接头(7)相连。
一种等井径膨胀管防失效复合膨胀工具，其特征在于：变径锥上固定环(8) 通过螺纹与活塞套A(6)相连。
一种等井径膨胀管防失效复合膨胀工具，其特征在于：变径锥上固定环(8) 通过启动销钉(23)与中心管B(22)相连。
一种等井径膨胀管防失效复合膨胀工具，其特征在于：加强皮碗(10)硫化 在变径锥下固定环(11)上。
一种等井径膨胀管防失效复合膨胀工具，其特征在于：变径锥下固定环 (11)通过O型密封圈B(25)与中心管B(22)密封。
一种等井径膨胀管防失效复合膨胀工具，其特征在于：单母接头活塞(12) 通过螺纹与中心管B(22)相连；U型固定套(14)通过螺纹与单母接头活塞(12)相 连。
一种等井径膨胀管防失效复合膨胀工具，其特征在于：顶锥阀套(15)通过 螺纹与活塞套B(13)相连；底部堵头(16)通过螺纹与膨胀管(3)相连。
一种等井径膨胀管防失效复合膨胀工具，其特征在于：首先，固定地面上 与转换接头(1)相连的油管，通过地面压力泵打压；高压液体经过油管内孔，中 心管A(2)内孔，中心管B(22)内孔和环周小孔进入到环空压力腔A(30)；然 后，液力泵继续打压，此时在压力的作用下推动变径锥下固定环(11)向上合拢 可变径膨胀芯头(9)，使得膨胀管(3)在可变径膨胀芯头(9)的位置实现膨胀；当可 变径膨胀芯头(9)完全合拢后，顶锥阀套(15)将密封球(18)上顶，管柱内压力将出 现突然下降；最后，释放通过与转换接头(1)相连的油管串，地面压力泵继续打 压，高压液体通过顶锥阀套(15)环周孔进入到膨胀管(3)内腔，此时加强皮碗(10) 与膨胀管(3)实现密封，在压力作用下推动整个工具串向上移动并膨胀膨胀管(3)，可根据地面上油管上移的距离判定膨胀距离。
一种等井径膨胀管防失效复合膨胀工具，其特征在于：当加强皮碗(10)密 封失效时，压力泵压力下降的同时地面油管串未发生移动，启用工具备用方 案；首先，向上上提油管串，剪断启动销钉(23)，并继续上提一个行程距离， 此时顶锥阀套(15)与密封球(18)脱离，密封球(18)在往复弹簧(21)的作用下与锥 形密封球座(17)密封；然后，再次固定地面上与转换接头(1)相连的油管串，通 过地面压力泵打压，高压液体进入环空压力腔A(30)和环空压力腔B(31)；近锥 接头(5)和变径锥下固定环(11)分别向上推动定径膨胀芯头(4)和可变径膨胀芯头 (9)进行膨胀，当膨胀距离达到一个行程时，顶锥阀套(15)将密封球(18)上顶，管 柱内压力下降，一个膨胀行程结束，再次上提油管，重复上述操作。
所述的一种等井径膨胀管防失效复合膨胀工具，其特征在于：所述可变径 膨胀芯头(9)由上下各四瓣变径滑块组成，合拢压力在20MPa～30MPa。
所述的一种等井径膨胀管防失效复合膨胀工具，其特征在于：所述启动销 钉(23)环周设置6～8个，剪断总压力大于30MPa。
所述的一种等井径膨胀管防失效复合膨胀工具，其特征在于：所述启动销 钉(23)在可变径膨胀芯头(9)合拢时限制变径锥上固定环(8)与中心管B(22)的相 对运动。
所述的一种等井径膨胀管防失效复合膨胀工具，其特征在于：当上提油管 后，顶锥阀套(15)与密封球(18)脱离，密封球(18)在往复弹簧(21)的作用下下行 再次实现密封。
所述的一种等井径膨胀管防失效复合膨胀工具，其特征在于：当加强皮碗 (10)密封失效后，使用备用方案，当地面压力泵的示数发生突然下降时，关闭 压力泵，上提油管400mm～450mm一个行程后将其固定，再开启压力泵。
所述的一种等井径膨胀管防失效复合膨胀工具，其特征在于：所述定径膨 胀芯头(4)可设置1～2组与膨胀管(8)密封的密封圈。
所述的一种等井径膨胀管防失效复合膨胀工具，其特征在于：所述双母活 塞接头(7)与活塞套A(6)之间有3～4组密封圈形成阶梯密封，可实现100MPa压 力密封。
由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一 种等井径膨胀管防失效复合膨胀工具，其可以弥补皮碗失效后不能继续膨胀的 缺点，无论皮碗是否失效均能成功保证膨胀。
附图说明
图1为本发明的初始安装位置示意图；
图2为本发明的可变径膨胀追完全合拢后示意图；
图3为本发明的加强皮碗未失效时的膨胀示意图；
图4为本发明的加强皮碗失效时的膨胀示意图；
图5为本发明的可变径膨胀芯头分开时的示意图；
图6为本发明的可变径膨胀芯头合拢时的示意图；
图7为本发明等井径工艺示意图；
1.转换接头，2.中心管A，3.膨胀管3，4.定径膨胀芯头，5.近锥接头，6.活塞 套A，7.双母活塞接头，8.变径锥上固定环，9.可变径膨胀芯头，10.加强皮碗， 11.变径锥下固定环，12.单母接头活塞，13.活塞套B，14.U型固定套，15.顶锥阀 套，16.底部堵头，17.锥形密封球座，18.密封球，19.T型压球器，20.下U型压 死套，21.往复弹簧，22.中心管B，23.启动销钉，24.O型密封圈A，25.O型密封 圈B，26.O型密封圈C，27.O型密封圈D，28.O型密封圈E，29.O型密封圈F， 30.环空压力腔A，31.环空压力腔B；
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明 本发明的具体实施方式。
在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的,而不能以任 何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下,技术人员可以构想基于本 发明的任意可能的变，这些都应被视为属于本发明的范围。需要说明的是，当元 件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居 中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一 个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理 解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直 接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以 根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、 “上”、“下”“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯 一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领 域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只 是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语 “和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
根据附图所示，为达到上述目的，本发明解决此问题所采用的技术方案是： 一种等井径膨胀管防失效复合膨胀工具，由转换接头1，中心管A2，膨胀管3， 定径膨胀芯头4，近锥接头5，活塞套A6，双母活塞接头7，变径锥上固定环8， 可变径膨胀芯头9，加强皮碗10，变径锥下固定环11，单母接头活塞12，活塞 套B13，U型固定套14，顶锥阀套15，底部堵头16，锥形密封球座17，密封球 18，T型压球器19，下U型压死套20，往复弹簧21，中心管B 22，启动销钉 23，O型密封圈A 24，O型密封圈B 25，O型密封圈C 26，O型密封圈D 27， O型密封圈E 28，O型密封圈F 29组成；
如图1所示，一种等井径膨胀管防失效复合膨胀工具，其特征在于：转换接 头1通过螺纹和O型密封圈A24与中心管A2相连，承担拉力的传递和流体通 过的功能；中心管A2通过螺纹与双母活塞接头7相连，二者之间有O型密封圈 D 27；近锥接头5通过螺纹与活塞套A6相连，二者之间有O型密封圈C 26；中 心管B 22通过螺纹与双母活塞接头7相连；变径锥上固定环8通过螺纹与活塞 套A6相连；变径锥上固定环8通过启动销钉23与中心管B 22相连；加强皮碗 10硫化在变径锥下固定环11上；变径锥下固定环11通过O型密封圈B 25与中心管B 22密封；单母接头活塞12通过螺纹与中心管B 22相连；U型固定套14 通过螺纹与单母接头活塞12相连；顶锥阀套15通过螺纹与活塞套B13相连； 底部堵头16通过螺纹与膨胀管3相连；
如图1所示，首先，固定地面上与转换接头1相连的油管，通过地面压力泵 打压；高压液体经过油管内孔，中心管A2内孔，中心管B 22内孔和环周小孔进 入到环空压力腔A30；然后，液力泵继续打压，变径锥下固定环11在压力的作 用下推动向上合拢可变径膨胀芯头9，使得膨胀管3在可变径膨胀芯头9的位置 实现膨胀；
如图2所示，当可变径膨胀芯头9完全合拢后，顶锥阀套15将密封球18上 顶，管柱内压力将出现突然下降；
如图2～3所示，释放通过与转换接头1相连的油管串，地面压力泵继续打 压，高压液体通过顶锥阀套15环周孔进入到膨胀管3内腔，此时加强皮碗10与 膨胀管3实现密封，在压力作用下推动整个工具串向上移动并膨胀膨胀管3，可 根据地面上油管上移的距离判定膨胀距离。
当加强皮碗10密封失效时，压力泵压力下降的同时地面油管串未发生移动， 启用工具备用方案；
如图4所示，首先，向上上提油管串，剪断启动销钉23，并继续上提一个 行程距离，此时顶锥阀套15与密封球18脱离，密封球18在往复弹簧21的作用 下与锥形密封球座17密封；然后，再次固定地面上与转换接头1相连的油管串， 通过地面压力泵打压，高压液体进入环空压力腔A30和环空压力腔B31；近锥接 头5和变径锥下固定环11分别向上推动定径膨胀芯头4和可变径膨胀芯头9进 行膨胀，当膨胀距离达到一个行程时，顶锥阀套15将密封球18上顶，管柱内压 力下降，一个膨胀行程结束，再次上提油管，重复上述操作。
如图5所示，所述可变径膨胀芯头9由上下各四瓣变径滑块组成，合拢压力 在20MPa～30MPa。
如图6所示，所述可变径膨胀芯头9合拢后，外径将增加至设计值。
所述启动销钉23环周设置6～8个，剪断总压力大于30MPa。
所述启动销钉23在可变径膨胀芯头9合拢时限制变径锥上固定环8与中心 管B 22的相对运动。
当上提油管后，顶锥阀套15与密封球18脱离，密封球18在往复弹簧21的 作用下下行再次实现密封。
当加强皮碗10密封失效后，使用备用方案，当地面压力泵的示数发生突然 下降时，关闭压力泵，上提油管400mm～450mm一个行程后将其固定，再开启压 力泵。
所述定径膨胀芯头4可设置1～2组与膨胀管8密封的密封圈。
所述双母活塞接头7与活塞套A6之间有3～4组密封圈形成阶梯密封，可实 现100MPa压力密封。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明的精神和原 则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明范围之内。
Claims (8)
1.一种等井径膨胀管防失效复合膨胀工具，由转换接头(1)，中心管A(2)，膨胀管(3)，定径膨胀芯头(4)，近锥接头(5)，活塞套A(6)，双母活塞接头(7)，变径锥上固定环(8)，可变径膨胀芯头(9)，加强皮碗(10)，变径锥下固定环(11)，单母接头活塞(12)，活塞套B(13)，U型固定套(14)，顶锥阀套(15)，底部堵头(16)，锥形密封球座(17)，密封球(18)，T型压球器(19)，下U型压死套(20)，往复弹簧(21)，中心管B(22)，启动销钉(23)，O型密封圈A(24)，O型密封圈B(25)，O型密封圈C(26)，O型密封圈D(27)，O型密封圈E(28)，O型密封圈F(29)组成；
其技术特征在于：转换接头(1)通过螺纹和O型密封圈A(24)与中心管A(2)相连；中心管A(2)通过螺纹与双母活塞接头(7)相连，二者之间有O型密封圈D(27)；近锥接头(5)通过螺纹与活塞套A(6)相连，二者之间有O型密封圈C(26)；中心管B(22)通过螺纹与双母活塞接头(7)相连；变径锥上固定环(8)通过螺纹与活塞套A(6)相连；变径锥上固定环(8)通过启动销钉(23)与中心管B(22)相连；加强皮碗(10)硫化在变径锥下固定环(11)上；变径锥下固定环(11)通过O型密封圈B(25)与中心管B(22)密封；单母接头活塞(12)通过螺纹与中心管B(22)相连；U型固定套(14)通过螺纹与单母接头活塞(12)相连；顶锥阀套(15)通过螺纹与活塞套B(13)相连；底部堵头(16)通过螺纹与膨胀管(3)相连；
一种等井径膨胀管防失效复合膨胀工具，其特征在于：首先，固定地面上与转换接头(1)相连的油管，通过地面压力泵打压，液体进入环控压力腔A(30)，推动变径锥下固定环(11)向上合拢可变径膨胀芯头(9)，当可变径膨胀芯头(9)完全合拢后，顶锥阀套(15)将密封球(18)上顶，管柱内压力下降；然后，释放通过与转换接头(1)相连的油管，地面压力泵继续打压，液体压力通过顶锥阀套(15)环周孔进入到膨胀管(3)内腔，此时加强皮碗(10)与膨胀管(3)实现密封，当达到膨胀压力时，油管向上移动，成功开始膨胀；
一种等井径膨胀管防失效复合膨胀工具，其特征在于：当加强皮碗(10)密封失效时，启用备用方案，首先，向上上提油管，剪断启动销钉(23)，此时顶锥阀套(15)与密封球(18)脱离，密封球(18)在往复弹簧(21)的作用下与锥形密封球座(17)密封；然后固定地面上与转换接头(1)相连的油管通过地面压力泵打压，液体进入环空压力腔A(30)和液体进入环空压力腔B(31)；近锥接头(5)和变径锥下固定环(11)分别向上推动定径膨胀芯头(4)和可变径膨胀芯头(9)进行膨胀，当顶锥阀套(15)将密封球(18)上顶，管柱内压力下降时，一个膨胀行程结束，再次上提油管，继续打压。
2.根据权利要求1所述的一种等井径膨胀管防失效复合膨胀工具，其特征在于：所述可变径膨胀芯头(9)由上下各四瓣变径滑块组成，合拢压力在20MPa～30MPa。
3.根据权利要求1所述的一种等井径膨胀管防失效复合膨胀工具，其特征在于：所述启动销钉(23)环周设置6～8个，剪断总压力大于30MPa。
4.根据权利要求1所述的一种等井径膨胀管防失效复合膨胀工具，其特征在于：所述启动销钉(23)在可变径膨胀芯头(9)合拢时固定变径锥上固定环(8)的轴向运动。
5.根据权利要求1所述的一种等井径膨胀管防失效复合膨胀工具，其特征在于：当上提油管后，顶锥阀套(15)与密封球(18)脱离，密封球(18)在往复弹簧(21)的作用下下行再次实现密封。
6.根据权利要求1所述的一种等井径膨胀管防失效复合膨胀工具，其特征在于：当加强皮碗(10)密封失效后，使用备用方案时，当地面压力泵的示数发生急剧下降时，应关闭压力泵，上提油管400mm～450mm后将其固定，再开启压力泵。
7.根据权利要求1所述的一种等井径膨胀管防失效复合膨胀工具，其特征在于：所述定径膨胀芯头(4)可设置1～2组与膨胀管(8)密封的密封圈。
8.根据权利要求1所述的一种等井径膨胀管防失效复合膨胀工具，其特征在于：所述双母活塞接头(7)与活塞套A(6)之间有3～4组密封圈形成阶梯密封，可实现100MPa压力密封。
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