專利名稱：帶變徑膨脹錐的稠油熱采水平井多級液壓膨脹尾管懸掛系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及油井完井技術領域，特別是帶變徑膨脹錐的稠油熱采水平井多級液壓 膨脹尾管懸掛系統(tǒng)。
背景技術：
水平井技術以其熱驅掃范圍廣，儲層動用程度高，綜合開發(fā)效益好的優(yōu)點而被廣 泛的應用于稠油熱采領域。尾管懸掛完井技術是充分發(fā)揮熱采水平井產能優(yōu)勢的關鍵環(huán) 節(jié)，在熱采水平井中采用尾管懸掛完井技術可為后期注汽采油作業(yè)提供更大的井眼尺寸， 也可減少套管重疊，節(jié)約水泥用量，降低鉆井成本，就一 口單井而言，僅節(jié)省的套管費用就 可達幾十萬甚至上百萬美元，經濟效益十分明顯。膨脹尾管懸掛工具是尾管懸掛完井技術 的核心之一，從現有的膨脹尾管懸掛工具來看，國內外主要的石油技術服務公司已經相繼 開發(fā)了多種膨脹尾管懸掛系統(tǒng)，其動力系統(tǒng)包括液壓式和機械式，密封方式有橡膠密封、金 屬密封及橡膠-金屬組合密封，丟手方式涵蓋機械式、液壓式和機械-液壓雙作用式，膨脹 工具有實體膨脹錐和可變徑膨脹錐，這些系統(tǒng)各具特色，形成了較為完善的體系。但由于 稠油熱采水平井特殊的井眼環(huán)境，在應用現有膨脹尾管懸掛工具時存在以下難點(1)實 踐證明液壓膨脹比機械膨脹可操作性更強，但現有膨脹尾管懸掛工具多采用直接打壓膨脹 或單級液壓缸膨脹，所需泵壓高，施工風險大，一旦出現壓力泄露，將無法繼續(xù)膨脹；(2)在 進行膨脹作業(yè)時，特別是在大斜度井段或彎曲井段進行膨脹作業(yè)時，常規(guī)實體膨脹錐阻卡 風險很大，若自上而下膨脹遇阻卡后強行上提膨脹錐，會損壞膨脹管內壁，影響工具使用壽 命；若自下而上膨脹遇阻卡，則難以將膨脹錐提出，從而帶來巨大的修井工作量，嚴重的甚 至會造成井眼報廢，而采用變徑膨脹工具可有效解決這一難題，但目前帶有變徑膨脹工具 的膨脹尾管懸掛系統(tǒng)還未見報道；(3)座封后的膨脹尾管懸掛工具面臨的是300°C的高溫 蒸汽環(huán)境，在火驅開發(fā)時環(huán)境溫度可達到600°C甚至更高，如此高的溫度極易導致懸掛工具 上的密封件失效，高溫蒸汽通過密封件缺口發(fā)生竄流，影響油井的注汽效果；同時，高溫會 使巖石受力狀態(tài)發(fā)生改變，地層不穩(wěn)定性加劇，采油時地層流體大量攜砂從密封件缺口進 入井筒，堵塞甚至掩埋井內采抽設備，嚴重影響油井的正常生產。
中國專利2012200061410，公開了一種膨脹管掛式懸掛器，其僅具有液壓膨脹系 統(tǒng)，液壓缸失效時，該工具不能繼續(xù)使用；其膨脹錐為固定結構，膨脹遇阻卡后不易解決； 其在膨脹管的上端設置有三道橡膠環(huán)，在高溫環(huán)境下極易導致密封件失效，使用穩(wěn)定性差。發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現有技術的缺點，提供一種安全系數更高、適用范圍更廣、 穩(wěn)定性更好的帶變徑膨脹錐的稠油熱采水平井多級液壓膨脹尾管懸掛系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的通過以下技術方案來實現帶變徑膨脹錐的稠油熱采水平井多級液 壓膨脹尾管懸掛系統(tǒng)，它包括上接頭、多級液壓缸動力系統(tǒng)、變徑膨脹錐、膨脹管懸掛器及液壓-機械雙作用式丟手系統(tǒng)；所述的多級液壓膨脹尾管懸掛系統(tǒng)包括多級液壓缸套和空心活塞桿，上接頭與空心活 塞桿連接，多級液壓缸套內設有沿軸向依次連接的多個相互獨立的液壓缸，液壓缸的端面 上均設有空心活塞桿孔，空心活塞桿設置于空心活塞桿孔內，且空心活塞桿位于每個液壓 缸內的部分上均設有一個活塞，液壓缸的端面與空心活塞桿之間、活塞與液壓缸的內壁之 間均為滑動密封配合，位于液壓缸內、活塞下方的空心活塞桿上設有連通液壓缸內部的液 流孔；所述的變徑膨脹錐包括上爪盤、變徑膨脹塊和下爪盤，上爪盤上設置有沿周向均布的 上膨脹塊，下爪盤上設置有沿周向均布的下膨脹塊，上爪盤和下爪盤均套裝于空心活塞桿 的外側，下膨脹塊與上膨脹塊周向錯開設置，上爪盤與多級液壓缸套連接，下爪盤與空心活 塞桿連接；所述的液壓-機械雙作用式丟手系統(tǒng)包括丟手本體、扭矩滑套、丟手接箍、套爪、銷釘 卡座、阻環(huán)和憋壓球座，丟手本體的上端連接空心活塞桿，丟手本體的下端連接憋壓球座， 憋壓球座內部設有球座，扭矩滑套套裝于丟手本體的外側，且扭矩滑套通過銷釘A與丟手 本體固定連接，扭矩滑套與丟手本體間形成封閉腔體A，套爪套裝于位于扭矩滑套下方的 丟手本體外，扭矩滑套的下端面設有花鍵，套爪的上端面也設有與扭矩滑套的下端面相配 合的花鍵，套爪的下部設有凸爪；丟手本體下部與憋壓球座間的間隙內設置有套裝于憋壓 球座上的銷釘卡座，銷釘卡座通過銷釘B與憋壓球座固定連接，丟手本體、憋壓球座和銷釘 卡座圍成封閉腔體B，憋壓球座上設有連通封閉腔體B的通孔，丟手本體上設有連通封閉腔 體A與封閉腔體B的通孔；銷釘卡座的底部設有支撐圈，支撐圈抵壓于凸爪的內壁上，阻環(huán) 固設于憋壓球座的外壁上且位于銷釘卡座的下方；套爪的外部套裝有丟手接箍，丟手接箍 的上部內壁設有與套爪的上端面花鍵相配合的凹槽A，丟手接箍的下部內壁設有與套爪的 凸爪相配合的凹槽B，丟手接箍的上端外壁連接膨脹管懸掛器，丟手接箍的下端外壁連接尾 管；膨脹管懸掛器的上端外壁套裝有金屬密封圈，膨脹管懸掛器的外壁設有凹槽，金屬密封 圈安裝于該凹槽內。
所述的液壓缸的端面與空心活塞桿之間設有滑動密封件，滑動密封件內徑比活塞 桿外徑小10毫米，活塞與液壓缸的內壁之間設有臺階密封件，臺階密封件外徑比多級液壓 缸套最大內徑大10毫米。
所述的膨脹管懸掛器的上端外壁套裝有三個軸向間隔設置的金屬密封圈。
所述的憋壓球座的末端通過螺紋連接內沖洗工具。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明的液壓缸采用多級液壓缸動力系統(tǒng)，其能在較低的泵壓條件下就能產生足夠 的膨脹推力，較直接打壓膨脹或單液壓缸動力系統(tǒng)安全系數更高，適用范圍更廣，穩(wěn)定性更 好。
2、本發(fā)明的膨脹部件采用變徑膨脹錐，一旦發(fā)生膨脹錐阻卡事故，可通過調整上 爪盤與下爪盤的間距隨時縮小膨脹工具的直徑，解除阻卡，并及時采取補救措施，大大提高 系統(tǒng)對井下復雜情況的適應能力，避免了井下工具的損壞，降低了生產成本。
3、膨脹管懸掛器上的金屬密封圈能夠提供足夠的尾管懸掛力，能夠滿足在稠油熱 采井超高溫環(huán)境下的密封性能，可有效解決因膨脹管懸掛器密封失效而導致的汽竄和砂堵砂埋問題。
4、本發(fā)明可進行邊循環(huán)鉆井液邊下入管柱的操作，減小管柱下入摩阻，提高管柱 下入效率，保持井眼清潔。
5、本發(fā)明采用液壓-機械雙作用式丟手系統(tǒng)，當液壓丟手操作失效時，可采用機 械式丟手系統(tǒng)進行丟手，降低了操作風險，提高了裝置的穩(wěn)定性。
圖1為本發(fā)明下到設計位置后，膨脹坐掛前的結構示意圖 圖2為本發(fā)明膨脹坐掛后的結構示意3為本發(fā)明成功丟手后的結構示意中，1-上接頭，2-多級液壓缸套，3-空心活塞桿，4-液壓缸，5-活塞，6-液流孔， 7-上爪盤，8-變徑膨脹塊，9-下爪盤，10-丟手本體，11-扭矩滑套，12-丟手接箍，13-套 爪，14-銷釘卡座，15-阻環(huán)，16-憋壓球座，17-球座，18-銷釘A，19-封閉腔體A，20-凸爪， 21-銷釘B，22-封閉腔體B，23-支撐圈，24-金屬密封圈，25-滑動密封件，26-臺階密封件， 27-膨脹管懸掛器，28-尾管，29-憋壓球。
具體實施方式
下面結合附圖對本發(fā)明做進一步的描述，本發(fā)明的保護范圍不局限于以下所述 如圖1所示，帶變徑膨脹錐的稠油熱采水平井多級液壓膨脹尾管懸掛系統(tǒng)，它包括上接頭1、多級液壓缸動力系統(tǒng)、變徑膨脹錐、膨脹管懸掛器27及液壓-機械雙作用式丟手系 統(tǒng)，上接頭I設有內螺紋。
所述的多級液壓膨脹尾管懸掛系統(tǒng)包括多級液壓缸套2和空心活塞桿3，上接頭I 的下端內螺紋與空心活塞桿3的上端連接，多級液壓缸套2內設有沿軸向依次連接的多個 相互獨立的液壓缸4，液壓缸4兩端的端面上均設有空心活塞桿孔，空心活塞桿3設置于空 心活塞桿孔內，且空心活塞桿3位于每個液壓缸4內的部分上均設有一個活塞5,液壓缸4 的端面與空心活塞桿3之間、活塞5與液壓缸4的內壁之間均為滑動密封配合，位于液壓缸 4內、活塞5下方的空心活塞桿3上設有連通空心活塞桿3中空部與液壓缸4內部的液流孔6。多個液壓缸4串聯的結構可為該膨脹尾管28懸掛系統(tǒng)提供足夠的動力，液壓缸4級數 可根據所需的膨脹力大小進行靈活選擇。所述的液壓缸4的端面與空心活塞桿3之間設有 滑動密封件25，滑動密封件25內徑比活塞5桿外徑小10毫米，活塞5與液壓缸4的內壁之 間設有臺階密封件26，臺階密封件26外徑比多級液壓缸套2最大內徑大10毫米。
所述的變徑膨脹錐包括上爪盤7、變徑膨脹塊8和下爪盤9，上爪盤7上設置有沿 周向均布的三個上膨脹塊，下爪盤9上設置有沿周向均布的三個下膨脹塊，上爪盤7和下爪 盤9均套裝于空心活塞桿3的外側，下膨脹塊與上膨脹塊周向錯開設置，上爪盤7與多級液 壓缸套2通過螺紋連接，下爪盤9與空心活塞桿3固定連接，變徑膨脹錐的軸向推力來源 于多級液壓缸動力系統(tǒng)，膨脹錐的移動方向為從上到下，膨脹錐的下行距離為多級液壓缸4 的單向行程距離。
所述的液壓-機械雙作用式丟手系統(tǒng)包括丟手本體10、扭矩滑套11、丟手接箍12、 套爪13、銷釘卡座14、阻環(huán)15、憋壓球座16 ；丟手本體10的上端設有內螺紋孔，內螺紋孔的上端與空心活塞桿3的下端通過螺紋連 接，內螺紋孔的下端通過螺紋連接憋壓球座16，憋壓球座16為空心管體，管體內部設有球 座17 ；扭矩滑套11套裝于丟手本體10的外側，且扭矩滑套11通過銷釘A18與丟手本體10固 定連接，扭矩滑套11與丟手本體10間形成封閉腔體A19，套爪13套裝于位于扭矩滑套11 下方的丟手本體10外，套爪13與丟手本體10通過螺紋連接，扭矩滑套11的下端面設有花 鍵，套爪13的上端面也設有花鍵，套爪13的上端面花鍵與扭矩滑套11的下端面花鍵咬合 在一起，限制套爪13和丟手本體10的相對轉動，套爪13的下部設有凸爪20 ；丟手本體10下部與憋壓球座16間存在間隙，該間隙內設置有套裝于憋壓球座16上的 銷釘卡座14，銷釘卡座14通過銷釘B21與憋壓球座16固定連接，丟手本體10、憋壓球座16 和銷釘卡座14圍成封閉腔體B22，憋壓球座16上設有連通憋壓球座16內部與封閉腔體B22 的通孔，丟手本體10上設有連通封閉腔體A19與封閉腔體B22的通孔；銷釘卡座14的底部 設有支撐圈23，支撐圈23抵壓于凸爪20的內壁上，限制套爪13的徑向移動，將套爪13的 凸爪20限制于丟手接箍12的凹槽B內，即限制了套爪13的軸向移動，但不限制套爪13的 徑向旋轉；阻環(huán)15固設于愁壓球座16的外壁上且位于銷釘卡座14的下方；套爪13的外部套裝有丟手接箍12，丟手接箍12的上部內壁設有與套爪13的上端面花 鍵相配合的凹槽A，限制了套爪13的徑向旋轉，但不限制套爪13的軸向移動；丟手接箍12 的下部內壁設有與套爪13的凸爪20相配合的凹槽B，丟手接箍12的上端外壁通過螺紋連 接膨脹管懸掛器27，丟手接箍12的下端外壁通過螺紋連接尾管28 ;膨脹管懸掛器27為空 心管體，膨脹管懸掛器27的上端外壁套裝有金屬密封圈24，膨脹管懸掛器27的外壁設有凹 槽，金屬密封圈24安裝于該凹槽內，金屬密封圈24在熱采井高溫條件下具有穩(wěn)定的懸掛性 能和密封性能；所述的膨脹管懸掛器27的上端外壁套裝有三個軸向間隔設置的金屬密封 圈24。
膨脹管懸掛器27坐掛后，打壓啟動液壓丟手系統(tǒng)進行丟手操作，若液壓丟手系統(tǒng) 失效，則啟動機械丟手系統(tǒng)備用進行丟手操作。
憋壓球座16的末端通過螺紋連接內沖洗工具。在懸掛篩管完井時，若篩管類型為 常開孔、縫型篩管，所述的憋壓球座16下端接頭可連接內沖管至篩管引鞋處，實現邊循環(huán) 鉆井液邊下入管串的功能；若篩管類型為承壓型熱敏篩管，所述的憋壓球座16下端接頭可 直接連接沖洗頭進行邊循環(huán)鉆井液邊下入管串的操作。
本發(fā)明的工作過程如下鉆井作業(yè)完成以后，送入管柱通過螺紋連接帶變徑膨脹 錐的稠油熱采水平井多級液壓膨脹尾管懸掛系統(tǒng)的上接頭1，并將膨脹尾管28懸掛系統(tǒng)送 入到設計井深；送入管柱的上接頭I連接方鉆桿，開泵循環(huán)鉆井液，一切正常后上提管柱卸 下方鉆桿，投入憋壓球29 ;再次連接方鉆桿，將管串下放到設計深度；連接打壓管匯，開泵 低壓緩慢供液，待憋壓球29下落到球座17位置時，升高泵壓；泵車降低排量，緩慢升壓至 15MPa時，多級液壓缸套2開始下行產生軸向推力，推動變徑膨脹錐緩慢下移，膨脹管懸掛 器27脹封開始；保持泵車壓力10分鐘，密切記錄壓力變化曲線；如圖2所示，多級液壓缸套 2單向滿行程后，變徑膨脹錐脹大，膨脹管懸掛器27到位，膨脹管懸掛器27脹開段緊貼套管 內壁，膨脹作業(yè)結束；泵壓升高至22MPa，剪斷銷釘卡座14的銷釘B21，銷釘卡座14下移至阻環(huán)15位置，套爪13徑向限制解除，再次建立循環(huán)，泵壓迅速下降，丟手成功，如圖3所示； 如果泵壓出現異常，則嘗試適當提高泵壓，憋壓一段時間后，壓力還不下降則說明液壓丟手 失效，立即啟動備用機械丟手方式進行丟手操作；泵壓升高至30MPa，剪斷扭矩滑套11的銷 釘A18，扭矩滑套11上行并脫離套爪13上端的花鍵，丟手本體10轉動限制解除，開動轉盤 正轉30圈丟手；丟手成功后，上提送入管柱，變徑膨脹錐直徑變小，銷釘卡座14帶出套爪 13，緩慢提出送入管柱，避免工具因猛烈磕碰井壁而受損，完成膨脹懸掛作業(yè)。
權利要求
1.帶變徑膨脹錐的稠油熱采水平井多級液壓膨脹尾管懸掛系統(tǒng)，其特征在于它包括上接頭(I)、多級液壓缸動力系統(tǒng)、變徑膨脹錐、膨脹管懸掛器(27)及液壓-機械雙作用式丟手系統(tǒng);所述的多級液壓膨脹尾管懸掛系統(tǒng)包括多級液壓缸套(2)和空心活塞桿(3)，上接頭 (I)與空心活塞桿(3)連接，多級液壓缸套(2)內設有沿軸向依次連接的多個相互獨立的液壓缸(4)，液壓缸(4)的端面上均設有空心活塞桿孔，空心活塞桿(3)設置于空心活塞桿孔內，且空心活塞桿(3)位于每個液壓缸(4)內的部分上均設有一個活塞(5),液壓缸(4)的端面與空心活塞桿(3)之間、活塞(5)與液壓缸(4)的內壁之間均為滑動密封配合，位于液壓缸(4)內、活塞(5)下方的空心活塞桿(3)上設有連通液壓缸(4)內部的液流孔(6)；所述的變徑膨脹錐包括上爪盤CO、變徑膨脹塊(8)和下爪盤(9)，上爪盤(7)上設置有沿周向均布的上膨脹塊，下爪盤(9)上設置有沿周向均布的下膨脹塊，上爪盤(7)和下爪盤(9)均套裝于空心活塞桿(3)的外側，下膨脹塊與上膨脹塊周向錯開設置，上爪盤(7)與多級液壓缸套(2 )連接，下爪盤(9 )與空心活塞桿(3 )連接；所述的液壓-機械雙作用式丟手系統(tǒng)包括丟手本體(10)、扭矩滑套(11)、丟手接箍 (12 )、套爪(13 )、銷釘卡座(14)、阻環(huán)(15 )和憋壓球座(16 )，丟手本體(10 )的上端連接空心活塞桿(3)，丟手本體(10)的下端連接憋壓球座(16)，憋壓球座(16)內部設有球座(17)， 扭矩滑套(11)套裝于丟手本體(10 )的外側，且扭矩滑套(11)通過銷釘A(IS)與丟手本體(10)固定連接，扭矩滑套(11)與丟手本體(10)間形成封閉腔體A(19)，套爪(13)套裝于位于扭矩滑套(11)下方的丟手本體(10)外，扭矩滑套(11)的下端面設有花鍵，套爪(13) 的上端面也設有與扭矩滑套(11)的下端面相配合的花鍵，套爪(13)的下部設有凸爪(20); 丟手本體(10)下部與憋壓球座(16)間的間隙內設置有套裝于憋壓球座(16)上的銷釘卡座(14 )，銷釘卡座(14 )通過銷釘B (21)與憋壓球座(16 )固定連接，丟手本體(10 )、憋壓球座(16)和銷釘卡座(14)圍成封閉腔體B (22)，憋壓球座(16)上設有連通封閉腔體B (22) 的通孔，丟手本體(10)上設有連通封閉腔體A (19)與封閉腔體B (22)的通孔；銷釘卡座 (14)的底部設有支撐圈(23)，支撐圈(23)抵壓于凸爪(20)的內壁上，阻環(huán)(15)固設于憋壓球座(16)的外壁上且位于銷釘卡座(14)的下方；套爪(13)的外部套裝有丟手接箍(12)， 丟手接箍(12)的上部內壁設有與套爪(13)的上端面花鍵相配合的凹槽A，丟手接箍(12)的下部內壁設有與套爪(13)的凸爪(20)相配合的凹槽B，丟手接箍(12)的上端外壁連接膨脹管懸掛器(27)，丟手接箍(12)的下端外壁連接尾管(28);膨脹管懸掛器(27)的上端外壁套裝有金屬密封圈(24)。
2.根據權利要求1所述的帶變徑膨脹錐的稠油熱采水平井多級液壓膨脹尾管懸掛系統(tǒng)，其特征在于所述的液壓缸(4)的端面與空心活塞桿(3)之間設有滑動密封件(25)，滑動密封件(25)內徑比活塞(5)桿外徑小10毫米，活塞(5)與液壓缸(4)的內壁之間設有臺階密封件(26 )，臺階密封件(26 )外徑比多級液壓缸套(2 )最大內徑大IO毫米。
3.根據權利要求1所述的帶變徑膨脹錐的稠油熱采水平井多級液壓膨脹尾管懸掛系統(tǒng)，其特征在于所述的膨脹管懸掛器(27)的上端外壁套裝有三個軸向間隔設置的金屬密封圈(24)。
4.根據權利要求1所述的帶變徑膨脹錐的稠油熱采水平井多級液壓膨脹尾管懸掛系統(tǒng)，其特征在于所述的憋壓球座(16)的末端連接內沖洗工具。
全文摘要
本發(fā)明公開了帶變徑膨脹錐的稠油熱采水平井多級液壓膨脹尾管懸掛系統(tǒng)，它包括多級液壓缸動力系統(tǒng)、變徑膨脹錐、膨脹管懸掛器(27)及液壓-機械雙作用式丟手系統(tǒng)；多級液壓膨脹尾管懸掛系統(tǒng)包括多級液壓缸套(2)和空心活塞桿(3)，變徑膨脹錐包括上爪盤(7)、變徑膨脹塊(8)和下爪盤(9)，液壓-機械雙作用式丟手系統(tǒng)包括丟手本體(10)、扭矩滑套(11)、丟手接箍(12)、套爪(13)、銷釘卡座(14)和憋壓球座(16)。本發(fā)明的有益效果是采用多級液壓缸動力系統(tǒng)，安全系數更高，適用范圍更廣；采用變徑膨脹錐，提高了系統(tǒng)的適應能力；采用液壓-機械雙作用式丟手系統(tǒng)，降低了操作風險，提高了裝置的穩(wěn)定性。
文檔編號E21B23/04GK102996089SQ20121048189
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月24日 優(yōu)先權日2012年11月24日
發(fā)明者李黔, 尹虎, 劉輝, 吳昊, 楊先倫 申請人:西南石油大學