能加壓、循環的下套管工具的製作方法

2023-10-08 20:36:24

專利名稱：能加壓、循環的下套管工具的製作方法
技術領域：
本發明涉及石油鑽探的固井作業技術領域，特別涉及一種固井下 套管的工具，尤其是一種能實現循環泥漿並能在井口對套管柱施加向 下壓力的下套管專用工具。
背景技術：
水平井能大幅度提高油氣產量、提高採收率並降低採油成本，近 幾年來水平井得到了迅速地發展。但其中一些淺層大位移及淺層階梯 水平井具有垂深淺、水平段長等特點，這就造成水平井井底對管柱的 摩阻較大。在下套管過程中套管柱的自重小於套管柱的浮力與井壁阻 力之和時，導致水平井下套管非常困難。在常規下套管過程中，由於 下套管的工具簡單，不能循環泥漿，不能為套管柱施加向下的壓力， 無法採用外界的力量協助套管柱克服阻力向下運動。

發明內容
本發明的目的是提供一種能加壓、循環的下套管工具，不僅能完 成水平井下套管，而且能在下套管的過程中，能進行泥漿循環，能給 套管柱施加向下的壓力，並且還能實現井內套管柱旋轉，確保淺層大 位移及淺層階梯水平井順利完成下套管作業。克服目前常規下套管過 程中，下套管工具簡單，無法循環泥漿，無法為套管柱施加向下的壓 力的不足。
本發明的目的是這樣實現的能加壓、循環的下套管工具，主要 由配重總成、旋轉總成和循環密封總成三部分組成。配重總成、旋轉總成和循環密封總成自上而下依次螺紋連接在一起。
配重總成包括轉換接頭、上固定座、配重杆、下固定座、擋圈、 擋圈外套和中心管。配重總成上端是轉換接頭。轉換接頭上端能連接 鵝頸管並通過鵝頸管連接高壓管匯，轉換接頭外壁上有安裝吊卡的凸 臺，用於下套管施工時能安裝吊卡。轉換接頭下端通過螺紋與中心管 相連。中心管的外壁上套有上固定座和下固定座。在上固定座和下固 定座之間對稱固定有與中心管平行的配重杆。在中心管的下端外壁上 有環形凹槽，環形凹槽內有擋圈。兩個橫截面為半圓環形的擋圈在所 述的環形凹槽內相對，在擋圈外部有擋簡外套。通過擋圈與擋圈外套 使下固定座固定在中心管上。轉換接頭和中心管有中心孔，施工時泥 漿能通過轉換接頭和中心管的中心孔。
所述的擋圈外壁是錐面，擋圈外套的內壁是錐面，擋圈外壁錐面 與擋圈外套內壁錐面錐度相同並相互配合，使下固定座不能向下滑動。 所述的上固定座和下固定座外圓為圓柱形，有一個中心孔，中心 管能穿過中心孔。在上固定座和下固定座的一個端面上對稱分布有圓 形槽，配重杆端部能插入圓形槽。在所述的圓形槽中心有通孔，在配 重杆端部有螺孔，通過螺杆和螺母將上固定座和下固定座與配重杆固 定在一起。
為了使固定後的配重杆更加牢固，在所述對稱的配重杆外圍有固 定環。
旋轉總成包括上轉換接頭、止推螺母、固定螺母、下轉換接頭、 單向推力球軸承。旋轉總成上端是上轉換接頭，上轉換接頭的上部能 與配重總成的中心管下端連接。下轉換接頭的頂端插入在上轉換接頭 的中心孔內。在下轉換接頭下端與上轉換接頭上端之間有環形空間， 在環形空間內自上而下有止推螺母、單向推力球軸承和固定螺母。止 推螺母與下轉換接頭外壁之間螺紋固定，固定螺母與上轉換接頭內壁之間螺紋固定。單向推力球軸承在止推螺母和固定螺母中間。下轉換 接頭能帶動止推螺母轉動，並單向推力球軸承旋轉，能使連接單根套 管作業時，下轉換接頭旋轉力不會傳遞到上轉換接頭。上轉換接頭和 下轉換接頭有中心孔，施工時泥漿能通過上轉換接頭和下轉換接頭的 中心孔。在下轉換接頭外壁上有一個凸起的環形臺肩，用於安裝提升 吊卡，用於提升套管單根。
在止推螺母上端並下轉換接頭外壁上有一個軸用彈性擋圈，軸用 彈性擋圈能起到止推螺母限位作用。在上轉換接頭中心孔與下轉換接 頭頂端外壁之間有密封圈，起到密封作用。
循環密封總成包括密封軸、皮碗式封隔器和引錐。密封軸的上部 能與旋轉總成的下轉換接頭下端連接。在密封軸的下端外壁上套有皮 碗式封隔器。為保護皮碗式封隔器，在皮碗式封隔器上部同時套有上 套，上套的下部同時套有下套。在密封軸的下端外壁上固定有引錐。 在密封軸的外壁引錐的下端面固定有軸用彈性擋圈。密封軸有中心孔， 施工時泥漿能通過密封軸的中心孔。
引錐的四周均勻分布有分流槽。
本發明的有益效果本發明能加壓、循環的下套管工具，在下套 管時能同時進行泥漿循環和井口加壓。 一方面，利用泥漿循環清洗井 眼，打通井底通道，減小井底摩阻；另一方面，利用本裝置在井口給 套管柱施加一定向下的壓力。通過這兩種途徑共同作用，能明顯改善 淺層大位移及淺層階梯水平井下套管困難的問題，有助於提高井隊下 套管作業的效率，確保下套管過程的順利、安全進行。


圖l是配重總成結構示意圖。
圖2是旋轉總成結構示意圖。圖3是循環密封總成結構示意圖。
圖4是能加壓、循環的下套管工具的總體裝配結構示意圖。
圖5是上固定座的剖面示意圖。
圖6是圖的仰視圖。
圖7是擋圈與擋圈外套的示意圖。
圖中，l.轉換接頭，2.上固定座，3.固定環，4.配重杆，5.螺杆， 6.下固定座，7.螺母，8.擋圈，9.擋圈外套，10.中心管，ll.上轉換 接頭，12.止推螺母，13.固定螺母，14.下轉換接頭，15.密封圈，16. 軸用彈性擋圈，17.單向推力球軸承，18.密封軸，19.上套，20.皮碗 式封隔器，21.密封圈，22.下套，23.引錐。
具體實施方式
實施例1
參閱圖4。能加壓、循環的下套管工具，由配重總成25、旋轉總 成26和循環密封總成27三部分組成。配重總成25、旋轉總成26和循 環密封總成27自上而下依次螺紋連接在一起。
參閱圖1。配重總成包括轉換接頭1、上固定座2、配重杆4、下 固定座6、擋圈8、擋圈外套9和中心管10。配重總成上端是轉換接頭 1。轉換接頭l上端能連接鵝頸管並通過鵝頸管連接高壓管匯，轉換接 頭1外壁上有安裝吊卡的凸臺，用於下套管施工時能安裝吊卡。轉換 接頭1下端通過螺紋與中心管10相連。中心管10的外壁上套有上固 定座2和下固定座6。在上固定座2和下固定座6之間對稱固定有與中 心管10平行的配重杆4。在中心管IO的下端外壁上有環形凹槽，環形 凹槽內有擋圈8。兩個橫截面為半圓環形的擋圈8在所述的環形凹槽內 相對，在擋圈8外部有擋圈外套9。通過擋圈8與擋圈外套9使下固定 座6固定在中心管10上。參閱圖5。所述的上固定座2和下固定座6外圓為圓柱形，外徑為560毫米，厚度為80毫米。有一個中心孔，中 心孔的直徑178毫米。中心管10能穿過中心孔。參閱圖6。在上固定 座2和下固定座6的一個端面上對稱分布有6個圓形槽，配重杆4端 部能插入圓形槽。每根配重杆4的直徑160毫米，長度6000毫米。在 每個圓形槽中心有一個通孔。參閱圖6。在配重杆4端部有一個螺孔， 通過螺杆5和螺母7將上固定座2和下固定座6與配重杆4固定在一 起。參閱圖7。所述的擋圈8外壁是錐面，擋圈外套9的內壁是錐面， 擋圈8外壁錐面與擋圈外套9內壁錐面錐度相同並相互配合，使下固 定座6不能向下滑動。參閱圖1。轉換接頭1和中心管10有中心孔， 施工時泥漿能通過轉換接頭1和中心管10的中心孔。在所述對稱的配 重杆4外圍有兩道固定環3。
參閱圖2。旋轉總成包括上轉換接頭11、止推螺母12、固定螺母 13、下轉換接頭14、單向推力球軸承17。旋轉總成上端是上轉換接頭 11，上轉換接頭11的上部能與配重總成的中心管IO下端連接。下轉 換接頭14的頂端插入在上轉換接頭11的中心孔內。在下轉換接頭14 下端與上轉換接頭11上端之間有環形空間，在環形空間內自上而下有 止推螺母12、單向推力球軸承17和固定螺母13。止推螺母12與下轉 換接頭14外壁之間螺紋固定，固定螺母13與上轉換接頭11內壁之間 螺紋固定。單向推力球軸承17在止推螺母12和固定螺母13中間。下 轉換接頭14能帶動止推螺母12轉動，單向推力球軸承17旋轉，能使 下轉換接頭14旋轉力不會傳遞到上轉換接頭11。單向推力球軸承17 的選擇要考慮下套管過程中的最大動載荷和靜載荷。上轉換接頭11和 下轉換接頭14有中心孔，施工時泥漿能通過上轉換接頭11和下轉換 接頭14的中心孔。在止推螺母12上端並下轉換接頭14外壁上有一個 軸用彈性擋圈16，軸用彈性擋圈能起到止推螺母12限位作用。在上轉 換接頭11中心孔與下轉換接頭14頂端外壁之間有密封圈15，起到密封作用。在下轉換接頭14外壁上有一個凸起的環形臺肩，能懸掛施工
作業時使用的吊卡，提掛單根套管用。
參閱圖3。循環密封總成包括密封軸18、皮碗式封隔器20和引錐 23。密封軸18的上部能與旋轉總成的下轉換接頭14下端連接。在密 封軸18的下端外壁上套有皮碗式封隔器20。為保護皮碗式封隔器20， 在皮碗式封隔器20上部同時套有上套19，上套19的下部同時套有下 套22。在密封軸18的下端外壁上固定有引錐23。引錐23主要作用就 是扶正和導向，使密封總成能夠順利插入套管，引錐23四周均勻分布 有分流槽，防止出現拔活塞現象，誘發泥漿湧出套管。在密封軸18的 外壁引錐23的下端面固定有軸用彈性擋圈16。密封軸18有中心孔， 施工時泥漿能通過密封軸18的中心孔。皮碗封隔器20插入套管後與 套管內壁預接觸，由於橡膠具有彈性，循環鑽井液時皮碗封隔器20由 於受到液壓作用而擴張，可以與套管內壁緊密接觸，在不破壞皮碗封 隔器的前提下，鑽井液循環壓力越大密封性能越好。
在下套管施工遇阻時，套管不能向下運動，靠配重總成重量提供 足夠的下壓力，將套管壓下。鑽機大鉤上的吊環通過吊卡吊起配重總 成，而高壓管匯通過鵝頸管與提升短節連接；將密封總成插入到套管 內，用吊環掛好吊卡吊起套管。即可開泵進行鑽井液循環，然後將大 鉤下放，通過配重總成施加壓力，司鑽可以通過觀察指重表懸重從而 控制施加壓力的大小。
權利要求
1、一種能加壓、循環的下套管工具，主要由配重總成(25)、旋轉總成(26)和循環密封總成(27)三部分組成，其特徵是配重總成(25)、旋轉總成(26)和循環密封總成(27)自上而下依次螺紋連接在一起；配重總成包括轉換接頭(1)、上固定座(2)、配重杆(4)、下固定座(6)、擋圈(8)、擋圈外套(9)和中心管(10)，配重總成上端是轉換接頭(1)，轉換接頭(1)外壁上有安裝吊卡的凸臺，轉換接頭(1)下端通過螺紋與中心管(10)相連，中心管(10)的外壁上套有上固定座(2)和下固定座(6)，在上固定座(2)和下固定座(6)之間對稱固定有與中心管(10)平行的配重杆(4)，在中心管(10)的下端外壁上有環形凹槽，環形凹槽內有擋圈(8)，兩個橫截面為半圓環形的擋圈(8)在所述的環形凹槽內相對，在擋圈(8)外部有擋圈外套(9)，通過擋圈(8)與擋圈外套(9)使下固定座(6)固定在中心管(10)上，轉換接頭(1)和中心管(10)有中心孔；旋轉總成包括上轉換接頭(11)、止推螺母(12)、固定螺母(13)、下轉換接頭(14)、單向推力球軸承(17)，旋轉總成上端是上轉換接頭(11)，上轉換接頭(11)的上部能與配重總成的中心管(10)下端連接，下轉換接頭(14)的頂端插入在上轉換接頭(11)的中心孔內，在下轉換接頭(14)下端與上轉換接頭(11)上端之間有環形空間，在環形空間內自上而下有止推螺母(12)、單向推力球軸承(17)和固定螺母(13)，止推螺母(12)與下轉換接頭(14)外壁之間螺紋固定，固定螺母(13)與上轉換接頭(11)內壁之間螺紋固定，單向推力球軸承(17)在止推螺母(12)和固定螺母(13)中間，上轉換接頭(11)和下轉換接頭(14)有中心孔，在下轉換接頭(14)外壁上有一個凸起的環形臺肩；循環密封總成包括密封軸(18)、皮碗式封隔器(20)和引錐(23)，密封軸(18)的上部能與旋轉總成的下轉換接頭(14)下端連接，在密封軸(18)的下端外壁上套有皮碗式封隔器(20)，在皮碗式封隔器(20)上部同時套有上套(19)，上套(19)的下部同時套有下套(22)，在密封軸(18)的下端外壁上固定有引錐(23)，在密封軸(18)的外壁引錐(23)的下端面固定有軸用彈性擋圈(16)，密封軸(18)有中心孔。
2、 根據權利要求1所述的能加壓、循環的下套管工具，其特徵是 所述的擋圈(8)外壁是錐面，擋圈外套(9)的內壁是錐面，擋圈(8)外壁錐 面與擋圈外套(9)內壁錐面錐度相同並相互配合。
3、 根據權利要求1所述的能加壓、循環的下套管工具，其特徵是: 所述的上固定座(2)和下固定座(6)外圓為圓柱形，有一個中心孔，中心 管(10)能穿過中心孔，在上固定座(2)和下固定座(6)的一個端面上對稱 分布有圓形槽，配重杆(4)端部能插入圓形槽，在所述的圓形槽中心有 通孔，在配重杆(4)端部有螺孔，通過螺杆(5)和螺母(7)將上固定座(2) 和下固定座(6)與配重杆(4)固定在一起。
4、 根據權利要求1所述的能加壓、循環的下套管工具，其特徵是: 在所述對稱的配重杆(4)外圍有固定環(3)。
5、 根據權利要求1或2或3或4所述的能循環加壓的下套管工具， 其特徵是在止推螺母(12)上端並下轉換接頭(14)外壁上有一個軸用彈 性擋圈(16)，軸用彈性擋圈能起到止推螺母(12)限位作用，在上轉換接 頭(11)中心孔與下轉換接頭(14)頂端外壁之間有密封圈(15)。
全文摘要
能加壓、循環的下套管工具，應用於石油的固井作業技術領域。特徵是配重總成、旋轉總成和循環密封總成自上而下依次螺紋連接在一起。配重總成上端是轉換接頭。轉換接頭下端通過螺紋與中心管相連。中心管的外壁上有配重杆。旋轉總成上端是上轉換接頭。在下轉換接頭與上轉換接頭之間的環形空間內自上而下有止推螺母、單向推力球軸承和固定螺母。循環密封總成密封軸的下端外壁上套有皮碗式封隔器。效果是在下套管時能同時進行泥漿循環和井口加壓。通過這兩種途徑共同作用改善淺層大位移及淺層階梯水平井下套管困難的問題。
文檔編號E21B7/20GK101440694SQ20081024003
公開日2009年5月27日 申請日期2008年12月17日 優先權日2008年12月17日
發明者任榮權, 軍 何, 尹洪偉, 徐丙貴, 輝 王, 莉 耿, 濤 賈, 鄭萬江 申請人:中國石油天然氣集團公司;中國石油集團鑽井工程技術研究院