本發(fā)明涉及油田開采用懸掛技術(shù)，具體地說是耐高溫大通徑液壓增力膨脹懸掛工具及方法。

背景技術(shù)：

懸掛器是尾管完井、固井過程中的一項(xiàng)專用工具，有機(jī)械式和液壓式兩種。傳統(tǒng)懸掛工具如卡瓦式懸掛器、封隔式懸掛器、旋轉(zhuǎn)式懸掛器和膨脹懸掛器等。卡瓦方式進(jìn)行懸掛，不具備密封功能，且內(nèi)徑較小，已成為尾管完井管柱中的薄弱環(huán)節(jié)。膨脹懸掛器是國(guó)內(nèi)外尾管懸掛器技術(shù)的發(fā)展方向，自研發(fā)以來，就以其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)引起了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注。目前現(xiàn)有的膨脹懸掛器存在組成零件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)通徑小，懸掛能力有限以及橡膠密封在高溫高壓、高腐蝕介質(zhì)下易失效等諸多問題，不能適應(yīng)復(fù)雜的井況和各種完井的需要，常導(dǎo)致懸掛失敗。

目前勝利油田的油水井套管損壞情況也很嚴(yán)重，每年還新增套損井400口左右，治理工作量非常大。套損井的大量出現(xiàn)使得油田開井?dāng)?shù)和產(chǎn)量急劇下降。套損井類型較多為破漏和變形，是套損井修復(fù)中需要重點(diǎn)解決的問題。特別是隨著稠油熱采水平井應(yīng)用規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大，套損現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，經(jīng)過多輪次蒸汽吞吐后，井筒狀況變差，套管破漏、腐蝕損環(huán)嚴(yán)重，損壞段太長(zhǎng)，一般修套技術(shù)無(wú)法治理。

因長(zhǎng)期井下地質(zhì)條件惡化，井深結(jié)構(gòu)復(fù)雜，固井質(zhì)量差引起的水泥環(huán)密封失效，層間互竄的問題也越來越明顯，而常規(guī)的管內(nèi)封隔無(wú)法解決此類問題。

以上兩類問題可采用懸掛小套管的方式：對(duì)于套損井可首先采取磨銑、打通道處理，在原損壞套管中懸掛小套管封固的修復(fù)工藝；對(duì)于水泥環(huán)失效的油井，可采取懸掛小套管二次固井補(bǔ)射的措施?，F(xiàn)有懸掛技術(shù)存在以下缺點(diǎn)：對(duì)套管內(nèi)徑影響較大，嚴(yán)重影響后期作業(yè)；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，耐壓強(qiáng)度低、懸掛能力有限、有效期短；橡膠密封在高溫高壓、高腐蝕介質(zhì)下易失效，無(wú)法滿足熱采井的需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供耐高溫大通徑液壓增力膨脹懸掛工具及方法，利用組合金屬密封方式，對(duì)水平井破損套管進(jìn)行膨脹懸掛，此工具并可以連接注水泥工具，進(jìn)行注水泥封固的工藝。

為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案，耐高溫大通徑液壓增力膨脹懸掛 工具，包括自上而下依次連接的錨定裝置、液壓推進(jìn)器、膨脹總成，懸掛小套管、注水泥總成、大膠塞、小膠塞，所述膨脹總成內(nèi)部?jī)?nèi)置大膠塞，所述小膠塞在注入水泥漿后從中心管投入，進(jìn)入大膠塞內(nèi)部坐封，帶動(dòng)大膠塞下行關(guān)閉注水泥開關(guān)。

所述膨脹總成包括中心桿、膨脹管、膨脹錐、尾管變扣，所述膨脹管空套在中心桿外部，并且相互之間形成環(huán)空，所述膨脹管的上半段和下半段通過中間的錐管過渡，在膨脹管下半段和錐管內(nèi)部與中心桿外壁之間形成膨脹管工作室，在膨脹管工作室內(nèi)安裝膨脹錐，所述膨脹管下端連接尾管變扣，所述尾管變扣中內(nèi)置大膠塞。

所述膨脹管上端連接調(diào)節(jié)環(huán)，所述大膠塞底端設(shè)置托管，所述托管通過剪釘暫時(shí)固定在尾管變扣上。

所述膨脹工作室內(nèi)還設(shè)置膨脹組合密封，膨脹組合密封位于膨脹錐底端，所述中心桿上部與液壓推進(jìn)器的中心拉桿連接，下部與膨脹組合密封連接。

所述膨脹錐套在中心桿上，由自調(diào)節(jié)圓脹頭和脹頭頂套構(gòu)成，自調(diào)節(jié)圓脹頭罩在脹頭頂套上端，脹頭頂套和自調(diào)節(jié)圓脹頭之間有球形接觸面。

所述膨脹管外壁設(shè)置有間隔交錯(cuò)布置的金屬密封環(huán)、橡膠密封帶。

所述金屬密封環(huán)焊接在膨脹管外壁上的預(yù)制槽中，橡膠密封帶硫化在膨脹管外壁上預(yù)置的鋼性骨架帶上。

所述注水泥總成由外筒、內(nèi)筒、關(guān)閉套、擋套、單流閥、下頂蓋組成，所述外筒上部與懸掛內(nèi)襯小套管連接，下部與單流閥連接，且內(nèi)壁設(shè)計(jì)有倒牙，該外筒內(nèi)壁的倒牙與內(nèi)筒的分瓣鎖爪上的倒牙相配合；所述內(nèi)筒下部與擋套連接，內(nèi)筒與外筒有相吻合的注灰孔；關(guān)閉套通過銷釘固定于內(nèi)筒內(nèi)；單流閥下端連接下頂蓋，下頂蓋下部設(shè)計(jì)有大倒角。

為了達(dá)成上述另一目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案，耐高溫大通徑液壓增力膨脹懸掛方法，首先連接好可固井式組合金屬密封膨脹懸掛管柱，利用鉆桿或油管帶動(dòng)全部管柱一起下入油井內(nèi)，下至套管破損位置，正循環(huán)洗井然后打壓，錨定裝置和液壓推進(jìn)器開始進(jìn)液，當(dāng)錨定裝置錨定后，液壓推進(jìn)器內(nèi)的活塞帶動(dòng)中心桿與液壓推進(jìn)器外缸套做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，迫使膨脹管工作室內(nèi)的膨脹錐壓入，膨脹錐后的膨脹組合密封保證膨脹過程中的密封，隨后膨脹管受擠壓段擴(kuò)張產(chǎn)生永久性塑性變形，從而緊緊錨定在套管內(nèi)壁上，同時(shí)膨脹管外側(cè)的軟金屬密封環(huán)受擠壓變形，密封了環(huán)形空間，達(dá)到對(duì)套管封堵的目的，液壓推進(jìn)器的上端設(shè)計(jì)有泄壓裝置，在完成一個(gè)行程或者膨脹懸掛完成后起到泄壓保護(hù)的作用。

若將內(nèi)襯套管下部連接注水泥總成，管柱下入套管破損位置后，正循環(huán)充分洗井后，根據(jù)實(shí)際計(jì)算固井所需泥漿量，注入水泥漿，通過注水泥總成的外筒和內(nèi)筒上的注灰孔循環(huán)水泥，進(jìn)行固井封堵，后釋放小膠塞替漿，進(jìn)入大膠塞內(nèi)坐封，剪短銷釘，大膠塞繼續(xù)下行直至坐封到關(guān)閉套內(nèi)，剪短銷釘，帶動(dòng)關(guān)閉套直至擋套處，關(guān)閉注灰孔，完成刮凈管柱內(nèi)水泥的作用。侯凝48-72小時(shí)，提出管柱，鉆除大膠塞和小膠塞，完成懸掛內(nèi)襯小套管并且封堵固井的修復(fù)目的

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

耐高溫大通徑組合金屬密封膨脹懸掛工具由錨定裝置、液壓推進(jìn)裝置、膨脹總成和固井總成等幾部分組成。施工前，將錨定裝置、液壓推進(jìn)裝置和膨脹總成與懸掛的內(nèi)襯套管連接好。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)方法：施工時(shí)，首先利用鉆桿或油管帶動(dòng)全部管柱一起下入油井內(nèi)到達(dá)預(yù)定位置。工具到位后正循環(huán)洗井然后打壓，活塞帶動(dòng)中心拉桿與活塞外缸套做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，迫使膨脹管底部錐形脹頭壓入，在極短時(shí)間內(nèi)使脹頭產(chǎn)生徑向擴(kuò)張，膨脹管受擠壓段擴(kuò)張產(chǎn)生永久性塑性變形，從而緊緊錨定在套管內(nèi)壁上，同時(shí)膨脹管外多組組合金屬密封結(jié)構(gòu)，密封了膨脹管兩側(cè)的環(huán)形空間，達(dá)到懸掛內(nèi)襯套管的目的。如果懸掛套管后連接固井總成，打開注水泥液壓開關(guān)，循環(huán)水泥，進(jìn)行固井封堵，后下入膠塞，頂替水泥，侯凝，提出管柱，鉆除膠塞，達(dá)到修復(fù)目的。

①采用多組金屬組合密封方式，耐高溫耐腐蝕，且密封結(jié)和面積大，密封效果好，懸掛力大；②利用膨脹管技術(shù)進(jìn)行懸掛，保證了大尺寸的內(nèi)通徑，方便后續(xù)下入分采分注管柱；③利用液壓增力裝置產(chǎn)生膨脹動(dòng)力，安全高效；④懸掛內(nèi)襯管后，可進(jìn)行注水泥封固，增加了套管使用壽命，提高了該工藝的適用性；⑤可對(duì)任何局部套管孫環(huán)和水泥環(huán)失效部位進(jìn)行修復(fù)，工藝操作簡(jiǎn)單，小修隊(duì)即可施工，對(duì)井深和溫度無(wú)嚴(yán)格限制，實(shí)用性強(qiáng)，對(duì)修復(fù)套損井、提高油田的經(jīng)濟(jì)效益具有重要的作用，具有較好的推廣前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的耐高溫大通徑液壓增力膨脹懸掛工具的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為膨脹總成的結(jié)構(gòu)圖；

圖3為注水泥總成的結(jié)構(gòu)圖；

圖4為小膠塞結(jié)構(gòu)圖；

圖5為大膠塞結(jié)構(gòu)圖；

圖6為小膠塞進(jìn)入大膠塞后坐封示意圖。

圖中：破損套管1、錨定裝置2、液壓推進(jìn)器3、膨脹總成4，懸掛小套管5、注水 泥總成6、小膠塞7、大膠塞8；

中心桿4.1、調(diào)節(jié)環(huán)4.2、膨脹管4.3、橡膠密封帶4.4、金屬密封環(huán)4.5、中心桿接箍4.6、膨脹錐4.7、膨脹組合密封4.8、尾管變扣4.9；膨脹管工作室4.3.1、自調(diào)節(jié)圓脹頭4.7.1、脹頭頂套4.7.2；

外筒6.1、內(nèi)筒6.2、關(guān)閉套6.3、銷釘6.4、擋套6.5、單流閥6.7、下頂蓋6.8。

具體實(shí)施方式

有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)說明及技術(shù)內(nèi)容，配合附圖說明如下，然而附圖僅提供參考與說明之用，并非用來對(duì)本發(fā)明加以限制。

根據(jù)圖1，圖4，圖5，耐高溫大通徑組合金屬密封膨脹懸掛管柱，包括在破損套管1內(nèi)自上而下依次連接的錨定裝置2、液壓推進(jìn)器3、膨脹總成4，懸掛小套管5、注水泥總成6，大膠塞8內(nèi)置于膨脹總成中，所述小膠塞，在注入水泥漿后從中心管投入，進(jìn)入大膠塞內(nèi)部坐封，帶動(dòng)大膠塞下行關(guān)閉注水泥開關(guān)；大小膠塞共同作用，完成刮凈管內(nèi)水泥的作用。

參考附圖2，膨脹總成4由中心桿4.1、調(diào)節(jié)環(huán)4.2、膨脹管4.3、膨脹錐4.7、膨脹組合密封4.8、尾管變扣4.9和內(nèi)置的大膠塞8組成，中心桿4.1可以根據(jù)實(shí)際情況，通過中心桿接箍4.6延長(zhǎng)，中心桿4.1上部與液壓推進(jìn)器3的中心拉桿連接，下部與膨脹組合密封4.8連接；調(diào)節(jié)環(huán)4.2上部與液壓推進(jìn)器3外缸套連接，下部插入膨脹管4.3內(nèi)部；膨脹管4.3外壁上為組合金屬密封裝置，結(jié)構(gòu)為金屬密封環(huán)4.5，焊接在膨脹管4.3外壁上的預(yù)制槽中，橡膠密封帶4.4硫化在預(yù)置的鋼性骨架帶，與前端的軟金屬密封環(huán)4.5一起組成多組密封結(jié)構(gòu)，金屬密封環(huán)4.5和橡膠密封帶4.4的數(shù)量可由膨脹管具體長(zhǎng)度決定；膨脹管4.3下部有膨脹工作室4.3.1，膨脹工作室4.3.1內(nèi)部有膨脹錐4.7，膨脹錐4.7套在中心桿4.1上，由自調(diào)節(jié)圓脹頭4.7.1和脹頭頂套4.7.2組成，脹頭頂套和自調(diào)節(jié)圓脹頭之間有球形接觸面；中心桿4.1與膨脹管內(nèi)壁之間設(shè)置有膨脹組合密封4.8；膨脹管4.3下部與尾管變扣4.9連接，大膠塞8通過銷釘4.10內(nèi)置固定與尾管變扣4.9內(nèi)，尾管變扣下部與懸掛的內(nèi)襯小套管5連接。

參考附圖3，注水泥總成6由外筒6.1、內(nèi)筒6.2、關(guān)閉套6.3、擋套6.5、單流閥6.7和下頂蓋6.8組成；外筒6.1上部與懸掛內(nèi)襯小套管5連接，下部與單流閥6.7連接，且內(nèi)壁設(shè)計(jì)有倒牙，與內(nèi)筒6.2的分瓣鎖爪上的倒牙相配合；內(nèi)筒6.2下部與擋套6.5連接，內(nèi)筒6.2與外筒6.1有相吻合的注灰孔；關(guān)閉套6.3通過銷釘6.4固定于內(nèi)筒6.2內(nèi)；下頂蓋6.8下部設(shè)計(jì)有大倒角。

施工時(shí)，首先連接好可固井式組合金屬密封膨脹懸掛管柱，利用鉆桿或油管帶動(dòng)全部管柱一起下入油井內(nèi)，下至套管破損位置，正循環(huán)洗井然后打壓，錨定裝置2和液壓推進(jìn)器3開始進(jìn)液，當(dāng)錨定裝置2錨定后，液壓推進(jìn)器3內(nèi)的活塞帶動(dòng)中心桿4.1與液壓推進(jìn)器3外缸套做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，迫使膨脹管工作室4.3.1內(nèi)的膨脹錐4.7壓入，膨脹錐4.7后的膨脹組合密封4.8保證膨脹過程中的密封，在極短時(shí)間內(nèi)，膨脹管4.3受擠壓段擴(kuò)張產(chǎn)生永久性塑性變形，從而緊緊錨定在套管1內(nèi)壁上，同時(shí)膨脹管外側(cè)的軟金屬密封環(huán)4.5受擠壓變形，密封了環(huán)形空間，達(dá)到對(duì)套管封堵的目的，液壓推進(jìn)器3的上端設(shè)計(jì)有泄壓裝置，在完成一個(gè)行程或者膨脹懸掛完成后起到泄壓保護(hù)的作用。

若將內(nèi)襯套管下部連接注水泥總成6，管柱下入套管破損位置后，正循環(huán)充分洗井后，根據(jù)實(shí)際計(jì)算固井所需泥漿量，注入水泥漿，通過注水泥總成6的外筒6.1和內(nèi)筒6.1上的注灰孔循環(huán)水泥，進(jìn)行固井封堵，后釋放小膠塞7替漿，進(jìn)入大膠塞8內(nèi)坐封，剪短銷釘4.10，大膠塞繼續(xù)下行直至坐封到關(guān)閉套6.3內(nèi)，剪短銷釘6.4，帶動(dòng)關(guān)閉套6.3直至擋套6.5處，關(guān)閉注灰孔，完成刮凈管柱內(nèi)水泥的作用。侯凝48-72小時(shí)，提出管柱，鉆除小、大膠塞7，8，完成懸掛內(nèi)襯小套管并且封堵固井的修復(fù)目的。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，非用以限定本發(fā)明的專利范圍，其他運(yùn)用本發(fā)明的專利精神的等效變化，均應(yīng)俱屬本發(fā)明的專利范圍。