CN115492536A - 一种漂浮短节、漂浮下尾管管串及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种漂浮短节、漂浮下尾管管串及其应用，属于石油工业中固完井技术领域。所述漂浮短节包括：本体以及安装在本体的内腔中的挡环、破裂盘、撞针机构和滑套；所述挡环安装在本体的内腔上部；所述撞针机构为阶梯轴结构，包括大径段和小径段，两者的连接处形成轴肩；在所述撞针机构上开有与其同轴线的中心通孔；所述滑套套在所述撞针机构的小径段的外部，并通过剪钉与撞针机构连接；所述滑套的上端面高于所述撞针机构的上端面；所述破裂盘安装在所述挡环的下端面与滑套的上端面之间；所述滑套的下端面与撞针机构的轴肩之间有空隙。利用本发明降低了尾管和裸眼之间的摩擦力，实现了水平井、大位移井尾管的漂浮下入。

Description

一种漂浮短节、漂浮下尾管管串及其应用

技术领域

本发明属于石油工业中固完井技术领域，具体涉及一种漂浮短节、漂浮下尾管管串及其应用。

背景技术

水平井在下入套管时套管会紧贴水平井段井眼的底边下行，再加上正常下入时管内灌入的钻井液，这样就增大了套管对井壁的接触力，也就增大了摩擦阻力，使套管的下入变得非常困难，甚至可能造成下入不到位，带来重大经济损失。针对水平段长、垂深浅、水垂比大、尾管加压有限及易卡套管等问题，近年来开始采用漂浮技术。

中国专利公开文献CN205577845U公开了一种自破碎式漂浮下套管工具，其主要由外体、弹性隔圈、盲板和固井环组成，外体两端为连接端，外体中部内设有弹性隔圈，弹性隔圈内部设有盲板，固井环在外体内并设于弹性钢圈上部；中国专利公开文献CN1910336B公开了一种试验插塞器件，其用于井眼的压力试验的插塞以及相关的管，在所述管内，将所述插塞安装在插塞装载室内，插塞通过与密封体相结合将通过所述管的通路密封，并且，所述插塞的下侧设置(安置)在所述室的底部的座上，所述插塞包括多个给定厚度的层状或者叠层状环形圆盘元件，每一个所述元件安装在另一个元件的顶部上；中国专利公开文献CN107313727U公开了一种漂浮下套管用高强度自溶式接箍，其包括上接头、滑套、承压板和下接头，所述上接头的内壁设有滑槽，滑套与滑槽构成轴向滑动密封配合；承压板和下接头密封固定连接；在承压板的上方设有套筒，套筒上端部与滑套下端部通过销钉连接，且滑套下部与套筒上部构成轴向插接配合；在套筒内与承压板结合部设有开启器；套筒内设置溶解液槽；溶解液槽与上方的滑套底部构成挤压配合，溶解液槽与下方的开启器构成开启配合；所述承压板、套筒、滑套和溶解液槽均为自溶式高强度材料制成。

漂浮下套管关键工具是漂浮短节，从上面的专利可知，目前漂浮短节主要有两种，一种是盲板式，其存在的主要问题是盲板在下入过程中可能提前破碎，因此大多采用高强度预应力材料，但若无破碎点，又容易在设定压力下打不开；另一种是滑套式，通过剪钉打开循环孔实现管内循环，但在固井前需要投入胶塞，将内部滑套机构整体推至浮箍位置，操作更复杂，并有一定的卡阻风险。

目前，套管漂浮技术主要应用于全井下套管，还没有漂浮下尾管的相关方法，主要原因在于：

1)漂浮短节实现了管内的暂堵，下放尾管时的激荡压力对液压尾管悬挂器影响较大，可能导致尾管提前坐挂等事故；

2)漂浮短节若采用滑套式结构，尾管到位后需要投入特定胶塞等打开接箍实现循环，无法与现有的尾管固井工具集成，且增加了固井作业风险；

3)若采用现有盲板式结构，打开可靠性较低，通径无法保证，影响后续固井作业。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种漂浮短节、漂浮下尾管管串及其应用，降低尾管和裸眼之间的摩擦力，实现水平井、大位移井尾管的快速下入。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明的第一个方面，提供了一种漂浮短节，所述漂浮短节包括：本体以及安装在本体的内腔中的挡环、破裂盘、撞针机构和滑套；

所述挡环安装在本体的内腔上部；

所述撞针机构为阶梯轴结构，包括大径段和小径段，两者的连接处形成轴肩；在所述撞针机构上开有与其同轴线的中心通孔；

所述滑套套在所述撞针机构的小径段的外部，并通过剪钉与撞针机构连接；所述滑套的上端面高于所述撞针机构的上端面；

所述破裂盘安装在所述挡环的下端面与滑套的上端面之间；

所述滑套的下端面与撞针机构的轴肩之间有空隙。

本发明的进一步改进在于：

在所述撞针机构的小径段远离轴肩的一端设置有多个在圆周上均布的撞针；

每个撞针均为向上凸起的尖锐结构；

相邻两个撞针之间有间隙。

本发明的进一步改进在于：

在所述撞针机构的小径段上靠近轴肩处开有多个呼吸孔，每个呼吸孔均与撞针机构的中心通孔连通；

多个呼吸孔在圆周上均布，且各个呼吸孔的中心轴线均与撞针机构的中心轴线垂直。

本发明的进一步改进在于：

所述滑套为圆筒状结构，在所述滑套上开有多个第一剪钉孔；

多个第一剪钉孔在圆周上均布，且各个第一剪钉孔的中心轴线与滑套的中心轴线垂直。

本发明的进一步改进在于：

在所述撞针机构的小径段上开有多个第二剪钉孔，所述第二剪钉孔位于呼吸孔的上方；第二剪钉孔与滑套上的第一剪钉孔一一对应；

所述撞针机构的小径段插入到滑套的内腔中，且各个第一剪钉孔与第二剪钉孔对齐，剪钉依次穿过第一剪钉孔和第二剪钉孔。

本发明的进一步改进在于：

所述本体为圆筒状结构，在其内壁的上部、下部分别设置有内螺纹；

所述挡环为圆筒状结构，在其外壁上设置有外螺纹，所述挡环通过外螺纹与本体上部的内螺纹连接；

在所述撞针机构的大径段的外壁上设置有外螺纹，所述撞针机构通过外螺纹与所述本体下部的内螺纹连接。

本发明的进一步改进在于：

在所述本体的内壁上设置有与其同轴线的环形的密封凹槽，所述密封凹槽位于挡环的下端面与滑套的上端面之间；

在所述密封凹槽内安装有密封件；

所述密封件位于破裂盘的外壁与本体的内壁之间。

本发明的第二个方面，提供了一种漂浮下尾管管串，所述漂浮下尾管管串包括：依次连接的浮鞋、尾管、上述漂浮短节、尾管悬挂器、钻杆。

优选的，所述尾管悬挂器采用平衡液缸悬挂器。

本发明的第三个方面，提供了一种应用上述漂浮下尾管管串的方法，所述方法包括：

将上述漂浮下尾管管串下入到位后，向漂浮短节上方的钻杆内打压，压力通过挡环的中心通孔传递给破裂盘，通过破裂盘传递给滑套，进而剪断剪钉，破裂盘和滑套向下快速运动，破裂盘触碰到撞针，撞针击碎破裂盘，破裂盘破碎成微小颗粒，微小颗粒从撞针之间的间隙进入撞针机构的中心通孔内排出，再通过循环将微小颗粒排出井筒，实现尾管全通径；

循环完成后，坐挂尾管悬挂器，然后进行尾管固井，形成水泥环。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

利用本发明降低了尾管和裸眼之间的摩擦力，实现了水平井、大位移井尾管的漂浮下入。本发明中的漂浮短节通过剪钉控制撞针的启动，击碎破裂盘，提高了漂浮短节的打开可靠性；同时破裂盘选用特殊的脆性材料，承压能力强，在击碎后变成微小颗粒，可循环出井，实现了套管全通径，且无需改变后续的尾管悬挂器坐挂和固井作业流程；平衡式尾管悬挂器能够防止管内异常压力变化导致的尾管悬挂器提前坐挂等问题，同时在漂浮下入遇阻后，还可通过憋压打开漂浮装置后，大排量循环实现解阻。

附图说明

图1是漂浮下尾管管串示意图；

图2是尾管循环示意图；

图3是尾管固井示意图；

图4是漂浮短节的结构示意图。

其中：

1-地层

2-上层套管

3-钻杆

4-尾管悬挂器

5-漂浮短节

6-钻井液

7-尾管

8-裸眼

9-浮鞋

10-水泥环

501-挡环

502-破裂盘

503-撞针机构

5031-撞针

5032-凹槽

5033-呼吸孔

504-剪钉

505-滑套

506-本体

507-密封体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

本发明漂浮短节包括：本体以及安装在本体的内腔中的挡环、破裂盘、撞针机构和滑套；所述挡环安装在本体的内腔上部；所述撞针机构为阶梯轴结构，包括大径段和小径段，两者的连接处形成轴肩；在所述撞针机构上开有与其同轴线的中心通孔；所述滑套套在所述撞针机构的小径段的外部，并通过剪钉与撞针机构连接；所述滑套的上端面高于所述撞针机构的上端面；所述破裂盘安装在所述挡环的下端面与滑套的上端面之间；所述滑套的下端面与撞针机构的轴肩之间有空隙。

本发明的实施例如下：

【实施例一】

如图1所示，本发明漂浮下尾管管串包括：依次连接的浮鞋9、尾管7、漂浮短节5、尾管悬挂器4、钻杆3，各个机构之间通过螺纹扣进行连接，具体的，钻杆3的下端与尾管悬挂器4的上端螺纹连接，尾管悬挂器4的下端与漂浮短节5的上端连接，漂浮短节5的下端与尾管7的一端连接，尾管7的另一端与浮鞋9连接。

这样通过浮鞋9和漂浮短节5，在尾管内部形成一段漂浮段，在漂浮段的内部可以是空气或者低密度液体，实现了尾管7在裸眼8中的悬浮状态，减小了下部管串对井壁的正压力，大大降低了下入摩阻。在漂浮短节上方的管串内灌注钻井液6以增加上部管串的重力，推动管串下行，从而实现整个管串的顺利下入。

为进一步降低管串遇阻风险，设置在漂浮短节上方的尾管悬挂器4采用平衡液缸悬挂器(即平衡式尾管悬挂器)，若漂浮下入遇阻，通过憋压打开漂浮短节，再通过大排量循环实现解阻；同时该悬挂器不会因为激动压力导致提前坐挂。

【实施例二】

如图4所示，所述漂浮短节5包括本体506以及安装在本体506的内腔中的挡环501、破裂盘502、撞针机构503、剪钉504、滑套505。

具体的，所述本体506为圆筒状结构，在其内壁的上部设置有内螺纹，用于和挡环501连接，在所述本体506内壁的下部设置有内螺纹，用于与撞针机构503的下端连接。在所述本体的内壁上设置有与其同轴线的环形的密封凹槽，该密封凹槽位于挡环501的下方。进一步的，所述本体506的上端通过螺纹与尾管悬挂器4连接，所述本体506的下端通过螺纹与尾管7连接。

所述挡环501为圆筒状结构，在其外壁上设置有外螺纹，通过外螺纹与本体506上部的内螺纹连接，实现了将挡环501安装在本体506上部内腔中。

所述撞针机构503为阶梯轴结构，包括大径段和小径段，所述大径段的直径大于小径段的直径，两者的连接处形成轴肩。在所述撞针机构503上开有与其同轴线的中心通孔。在所述大径段的外壁上设置有外螺纹，通过外螺纹与本体506下部的螺纹连接，实现了将撞针机构503安装在本体506的内腔中。

所述滑套505套在所述撞针机构503的小径段的外部，位于小径段的外壁与本体506的内壁之间，并通过剪钉504与撞针机构503连接。所述滑套505的下端面与撞针机构503的轴肩之间有空隙。

所述破裂盘502安装在所述挡环501的下端面与滑套505的上端面之间，通过挡环501和滑套505将破裂盘502固定在本体506的内腔中。击碎前，所述撞针机构的最上端与所述破裂盘502之间有空隙。

所述本体506内壁上的密封凹槽位于挡环501的下端面与滑套505的上端面之间，在所述密封凹槽内安装有密封件507，密封件507可以采用多种密封零件，例如0形密封圈或者其他可以形成密封的零件，密封件507位于破裂盘502的外壁与本体506的内壁之间，用于隔断破裂盘502上下的压力。

【实施例三】

所述滑套505为圆筒状结构，在所述滑套505上开有多个第一剪钉孔，优选的，多个第一剪钉孔在圆周上均布，且各个第一剪钉孔的中心轴线与滑套505的中心轴线垂直。

在所述撞针机构503的小径段上靠近轴肩处开有多个呼吸孔5033，每个呼吸孔5033均与撞针机构503的中心通孔连通。优选的，多个呼吸孔5033在圆周上均布，且各个呼吸孔5033的中心轴线与撞针机构503的中心轴线垂直。呼吸孔5033用于避免滑套505、本体506和撞针机构503之间形成密闭空间。

在所述撞针机构的小径段远离轴肩的一端设置有多个撞针5031，每个撞针5031均为向上凸起的尖锐结构，用于撞击破裂盘502；相邻两个撞针5031之间的间隙5032用于排出破裂盘碎屑，避免碎屑堵塞撞针机构503与滑套505之间的间隙。优选的，多个撞针5031在圆周上均布。

进一步的，在所述撞针机构503的小径段上开有多个第二剪钉孔，所述第二剪钉孔位于呼吸孔5033的上方。第二剪钉孔与滑套上的第一剪钉孔一一对应。

装配时，将撞针机构503的小径段插入到滑套505的内腔中并使得各个第一剪钉孔与第二剪钉孔对齐后，将剪钉504依次穿过第一剪钉孔和第二剪钉孔后将滑套505和撞针机构503连接起来，此时滑套505的下端面与撞针机构503的轴肩之间有一定的空隙，为滑套505的下行提供空间，且撞针机构503的撞针5031的尖端与破裂盘502之间有一定的空隙，保证滑套505下移之前，撞针5031不会触碰到破裂盘502，当破裂盘502随滑套505下移后，破裂盘502与撞针5031接触。

所述剪钉504的数量可根据现场的需求进行调整，实现漂浮短节打开压力的可调控，提高了漂浮短节的适应性和打开的准确性。

所述破裂盘502选用脆性材料制成，例如可以是玻璃也可以是陶瓷，只要具有高承压、易破碎成颗粒(粒径小于10mm)的特点即可，可根据使用要求，选择不同承压等级的破裂盘，提高漂浮短节的适用范围。

【实施例四】

应用上述漂浮下尾管管串的方法如下：

如图1所示，在地层1中设置有上层套管2，将漂浮下尾管管串下入到位后，向漂浮短节5上方的钻杆3内打压，压力通过挡环501的中心通孔传递给破裂盘502，通过破裂盘502传递给滑套505，进而剪断剪钉504，破裂盘502和滑套505向下快速运动，破裂盘502触碰到撞针5031，撞针5031击碎破裂盘502，破裂盘502破碎成微小颗粒，微小颗粒从撞针5031之间的间隙5032进入撞针机构503的中心通孔内排出，这样避免了微小颗粒堵塞撞针机构503与滑套505之间的间隙，再通过循环将碎屑排出井筒，实现尾管全通径，如图2所示。循环完成后，坐挂尾管悬挂器4，然后按照正常流程实现尾管固井，形成水泥环10，如图3所示。

在漂浮下入遇阻后，解阻方法如下：

向漂浮短节5上方的管串内打压，压力通过挡环501的中心通孔传递给破裂盘502，通过破裂盘502传递给滑套505，进而剪断剪钉504，破裂盘502和滑套505向下快速运动，破裂盘502触碰到撞针5031，撞针5031击碎破裂盘502，破裂盘502破碎成微小颗粒，微小颗粒从撞针5031之间的间隙5032进入撞针机构503的中心通孔内排出，再通过循环将碎屑排出井筒，进一步解阻，将漂浮尾管送入到位。

因此，本发明通过设置漂浮短节可以实现两种降低摩阻的方式，其中，一种方式是漂浮下入，另一种方式就是如果漂浮下入不到位还可以通过循环解阻，如果不设置漂浮短节，就只有循环解阻这一种降低摩阻的方式。

本发明的漂浮短节通过剪钉控制撞针的启动，击碎破裂盘，提高了漂浮短节的打开可靠性；同时破裂盘选用特殊的脆性材料，承压能力强，在击碎后变成微小颗粒，可循环出井，实现套管全通径，无需改变后续的尾管悬挂器坐挂和固井作业流程；本发明采用平衡式尾管悬挂器能够防止管内异常压力变化导致的尾管悬挂器提前坐挂等问题，同时在漂浮下入遇阻后，还可通过憋压打开漂浮装置后，大排量循环实现解阻。

在本发明的描述中，除非另有说明，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

最后应说明的是，上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (10)

1.一种漂浮短节，其特征在于：所述漂浮短节包括：本体以及安装在本体的内腔中的挡环、破裂盘、撞针机构和滑套；

所述挡环安装在本体的内腔上部；

所述撞针机构为阶梯轴结构，包括大径段和小径段，两者的连接处形成轴肩；在所述撞针机构上开有与其同轴线的中心通孔；

所述滑套套在所述撞针机构的小径段的外部，并通过剪钉与撞针机构连接；所述滑套的上端面高于所述撞针机构的上端面；

所述破裂盘安装在所述挡环的下端面与滑套的上端面之间；

所述滑套的下端面与撞针机构的轴肩之间有空隙。

2.根据权利要求1所述的漂浮短节，其特征在于：在所述撞针机构的小径段远离轴肩的一端设置有多个在圆周上均布的撞针；

每个撞针均为向上凸起的尖锐结构；

相邻两个撞针之间有间隙。

3.根据权利要求2所述的漂浮短节，其特征在于：在所述撞针机构的小径段上靠近轴肩处开有多个呼吸孔，每个呼吸孔均与撞针机构的中心通孔连通；

多个呼吸孔在圆周上均布，且各个呼吸孔的中心轴线均与撞针机构的中心轴线垂直。

4.根据权利要求3所述的漂浮短节，其特征在于：所述滑套为圆筒状结构，在所述滑套上开有多个第一剪钉孔；

多个第一剪钉孔在圆周上均布，且各个第一剪钉孔的中心轴线与滑套的中心轴线垂直。

5.根据权利要求4所述的漂浮短节，其特征在于：在所述撞针机构的小径段上开有多个第二剪钉孔，所述第二剪钉孔位于呼吸孔的上方；第二剪钉孔与滑套上的第一剪钉孔一一对应；

所述撞针机构的小径段插入到滑套的内腔中，且各个第一剪钉孔与第二剪钉孔对齐，剪钉依次穿过第一剪钉孔和第二剪钉孔。

6.根据权利要求5所述的漂浮短节，其特征在于：所述本体为圆筒状结构，在其内壁的上部、下部分别设置有内螺纹；

所述挡环为圆筒状结构，在其外壁上设置有外螺纹，所述挡环通过外螺纹与本体上部的内螺纹连接；

在所述撞针机构的大径段的外壁上设置有外螺纹，所述撞针机构通过外螺纹与所述本体下部的内螺纹连接。

7.根据权利要求6所述的漂浮短节，其特征在于：在所述本体的内壁上设置有与其同轴线的环形的密封凹槽，所述密封凹槽位于挡环的下端面与滑套的上端面之间；

在所述密封凹槽内安装有密封件；

所述密封件位于破裂盘的外壁与本体的内壁之间。

8.一种漂浮下尾管管串，其特征在于：所述漂浮下尾管管串包括：依次连接的浮鞋、尾管、如权利要求1-7任一所述的漂浮短节、尾管悬挂器、钻杆。

9.根据权利要求8所述的漂浮下尾管管串，其特征在于：所述尾管悬挂器采用平衡液缸悬挂器。

10.一种应用如权利要求8或9所述的漂浮下尾管管串的方法，其特征在于：所述方法包括：

将如权利要求8或9所述的漂浮下尾管管串下入到位后，向漂浮短节上方的钻杆内打压，压力通过挡环的中心通孔传递给破裂盘，通过破裂盘传递给滑套，进而剪断剪钉，破裂盘和滑套向下快速运动，破裂盘触碰到撞针，撞针击碎破裂盘，破裂盘破碎成微小颗粒，微小颗粒从撞针之间的间隙进入撞针机构的中心通孔内排出，再通过循环将微小颗粒排出井筒，实现尾管全通径；

循环完成后，坐挂尾管悬挂器，然后进行尾管固井，形成水泥环。

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