一種金屬膨脹式尾管頂部封隔器的製造方法
2023-11-05 22:24:32
一種金屬膨脹式尾管頂部封隔器的製造方法
【專利摘要】本發明提供了一種應用於油田固井作業的金屬膨脹式尾管頂部封隔器。該封隔器包括：管狀本體，在本體的外周上設有防退螺紋；通過徑向的剪切銷安裝在本體外周上的鎖緊座；安裝在本體上的處於鎖緊座下遊處的卡簧；安裝在本體上的處於卡簧下遊處的錐體；套在所述錐體的下遊端部上的膨脹套筒；以及布置在膨脹套筒的外周上的膠筒。該封隔器可實現大排量循環，且不會提前坐封，具有較強的封隔能力與適應能力。該封隔器用於現場尾管固井，可極大的提高尾管重疊段封固質量，有效防止油氣水竄的發生。
【專利說明】一種金屬膨脹式尾管頂部封隔器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種尾管頂部膨脹式封隔器，其尤其適用於油田固井作業。
【背景技術】
[0002]目前，尾管懸掛器技術已經相對成熟且尾管懸掛器的種類繁多，主要包括常規尾管懸掛器、旋轉尾管懸掛器和封隔式尾管懸掛器等。
[0003]對於封隔式尾管懸掛器來說，其在常規尾管懸掛器的基礎上提供了尾管頂部封隔器。因此在懸掛器坐掛、丟手和固井結束後，可通過上提送入工具並利用送入工具上的坐封單元來坐封封隔器。因此，可以封隔環空並有效地提高固井質量。
[0004]目前常用的封隔懸掛器主要是多膠筒式與單膠筒式。但是這兩種封隔懸掛器的封隔範圍較大，但在大排量循環過程中容易造成提前坐封。並且，封隔壓力較低，一般低於35MPa,而且所允許的循環排量也較小,一般小於1.2m3/min。此外,這種封隔懸掛器配有膠筒隔離、防突等機構，這使得封隔器的零部件繁多，結構複雜，使得現場使用過程中可靠性不聞。
【發明內容】
[0005]針對上述技術問題，本發明旨在提供一種應用於油田固井作業的金屬膨脹式尾管頂部封隔器，其能夠應用於大排量的循環過程中而不會造成提前坐封。
[0006]根據本發明，提供了一種應用於油田固井作業的金屬膨脹式尾管頂部封隔器，包括:管狀本體；通過徑向的剪切銷安裝在本體外周上的鎖緊座；安裝在本體上的處於鎖緊座下遊處的卡簧，其中卡簧的內螺紋與設置在本體上的防退螺紋相接合，使得卡簧只能相對於本體向下運動，卡簧還具有外螺紋；安裝在本體上的錐體，所述錐體通過內螺紋與卡簧的外螺紋相接合，並且所述錐體至少在其下遊端部處是錐形的；套在所述錐體的下遊端部上的膨脹套筒；以及布置在膨脹套筒的外周上的膠筒。
[0007]在一個實施例中，當鎖緊座受到的軸向向下的作用力大於剪切銷的剪切值時，剪切銷被剪斷，導致鎖緊座推動錐體以帶動卡簧相對於本體向下運動，使得錐體的下遊端部插入到膨脹套筒內，從而使膠筒向外擴張而封隔環空。由此，實現了非常可靠的操作。
[0008]在一個優選的實施例中，錐體的下遊端部的外周上設有波浪形結構。這種波浪形結構用於與膨脹套筒形成配合，其具體尺寸可根據不同的井況外套管的尺寸來設計和修改，從而極大地提高了封隔器的封隔能力和適應能力。
[0009]在一個實施例中，膠筒為可硫化的膠筒，膨脹套筒為金屬套筒。
[0010]在一個優選的實施例中，在膨脹套筒上的與膠筒相接觸的部位設有若干凸出部。凸出部優選為凸齒。通過設置這種凸出部，提高了金屬套筒與膠筒的膠結能力。即便在大排量的循環條件下，也不會導致提前坐封。
[0011]在一個實施例中，在膨脹套筒的下端開有傳壓孔，並且在本體上的膨脹套筒的下遊設有支撐環。[0012]在一個優選的實施例中，卡簧為帶有雙面鋸齒的C型結構。通過卡簧上的鋸齒結構與本體上的防退螺紋相接合，使得鎖緊套與卡簧只能沿著本體軸向向下地運動。這樣，在錐體推動膨脹套筒帶動膠筒徑向擴張到套管上之後，能夠有效地鎖緊套筒，保證了封隔的長久性和可靠性。
[0013]根據本發明的尾管頂部封隔器可以應用於大排量的循環條件
[0014]下，不會導致提前坐封。此外，該封隔器具有較強的封隔能力與適應能力，性能可靠。在用於現場尾管固井時，可以極大地提高尾管重疊段的封固質量，有效地防止油氣水竄的發生。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]在下文中將基於實施例並參考附圖來對本發明進行更詳細的描述，其中:
[0016]圖1顯示了根據本發明的尾管頂部封隔器的結構；
[0017]圖2是顯示了根據本發明的尾管頂部封隔器中的錐體、膠筒與膨脹套筒之間的配合的放大視圖；
[0018]圖3顯示了帶有雙面鋸齒的C型結構的卡簧5。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖對本發明作進一步說明。
[0020]圖1顯示了一種金屬膨脹式尾管頂部封隔器，該封隔器尤其適用於油田固井作業。在本發明中，將從井口到井底的方向定義為向下的方向。也就是說，圖1中的從上至下的方向為向下的方向。
[0021]根據本發明的金屬膨脹式尾管頂部封隔器100包括管狀的本體I。在本體I上可設置多個具有不同尺寸的軸肩，以便於在本體I上安裝各種零件。在本體I的沿軸向的一部分上加工有防退螺紋，其功能將在下文中描述。
[0022]在本體I的上端部分中安裝有鎖緊座2。該鎖緊座2通過徑向的剪切銷3與本體I固定地相連。在一個具體實施例中，在鎖緊座2的中部設有凸臺，剪切銷3設置在該凸臺中。
[0023]在鎖緊座2的下端部分上套有錐體7。錐體7的上端和鎖緊座2的下端相接觸，且例如可通過緊固螺釘4互相連接。錐體7至少在其下端是錐形的。在一個實施例中，錐體7僅在其下端是錐形的，而其餘部分為柱體。在錐體7與本體I的接觸區域中可以設置若干個密封圈8。
[0024]在鎖緊座2、錐體7以及本體I所形成的空間內設有卡簧5。該卡簧5例如為雙面鋸齒的C型結構(如圖3所示)。其中，卡簧5的內鋸齒與本體I的防退螺紋配合，使得卡簧5隻能沿軸向向下運動。卡簧5的外鋸齒與錐體7的內螺紋配合。卡簧5通過防轉螺釘6與錐體7固定在一起，從而防止卡簧5相對於錐體7轉動。雙面鋸齒的C型結構的卡簧5實現了簡便的安裝過程。
[0025]在錐體7的錐形下端上套有膨脹套筒10。在膨脹套筒10的外周上安裝了膠筒9。膨脹套筒10例如可由金屬製成，而膠筒9例如可由可硫化材料製成。這種採用可硫化膠筒與金屬套筒相組合的結構，代替了常規封隔器的隔離、防突等機構，結構簡單，且性能可靠。[0026]此外，在膨脹套筒10上可設置傳壓孔11，以避免在膨脹套筒10和本體I所形成的空間中存在的大氣壓使得膨脹套筒10下端膨脹，從而影響膠筒9的徑向膨脹效果。另外，在膨脹套筒10的下端，在本體I上固定地設置了支撐環12，用於支撐上述各個零件。
[0027]根據本發明，當懸掛器坐掛、丟手和固井結束後，上提送入工具。利用送入工具上的坐封單元施加給封隔器100的鎖緊座2相對本體I 一個軸向向下的力。當該力超過剪切銷3的剪切值時，剪切銷3被剪斷，導致鎖緊座2向下移動。此時，與之相連的錐體7被迫沿著本體I上的防退螺紋而向下運動。同樣地，卡簧5也被迫沿軸向向下的方向運動。當錐體7的錐形下端插入到膨脹套筒10內時，由於錐體7的錐形下端的尺寸逐漸增大，使得膨脹套筒10開始徑向地膨脹。繼而，膨脹套筒10推動與之相連的膠筒9開始徑向地膨脹，直至緊貼在套管內壁(圖中未標示)上為止。由此，實現了封隔環空的功能。
[0028]在一個優選的實施例中，如圖2更清楚地顯示，在錐體7的錐形下端上設置了波浪形結構13。這種波浪形結構13用於與膨脹套筒10形成配合，其具體尺寸(即凸脊部分和凹谷部分的尺寸)可以根據不同井況下的外套管的尺寸來方便地進行設計和修改，從而極大地提高了封隔器100的封隔能力和適應能力。
[0029]此外，在一個優選的實施例中，如圖2更清楚地顯示，在膨脹套筒10上的與膠筒9相接觸的部位設有若干凸出部14。凸出部14優選為凸齒的形式，並且一體式地形成在膨脹套筒10上。通過設置凸出部14，提高了金屬套筒與膠筒之間的膠結能力。這樣，即便在大排量的循環條件下，封隔器100也不會導致提前坐封。
[0030]如上所述，卡簧5為雙面鋸齒的C型結構。其中，卡簧5的外鋸齒可與錐體7的內螺紋相匹配。當封隔器坐封時，錐體7下移，帶動卡簧5也向下移動。當坐封完畢撤銷坐封載荷後，已膨脹的膨脹套筒10存在回縮的趨勢，這會推動錐體7向上移動。在這種情況下，錐體7的內螺紋通過其螺紋斜面將向上推力轉化為對卡簧5的作用力，該作用力具有在垂直於軸向力的方向上的分量。這一徑向上的分力促使卡簧5產生徑向收縮以抱緊本體1，從而使得卡簧5的內鋸齒與本體I的外螺紋實現鎖緊。這就防止了錐體7向上移動，保證封隔器坐封效果。因此，根據本發明的封隔器的封隔效果更加可靠、更加長久。
[0031]雖然已經參考優選實施例對本發明進行了描述，但在不脫離本發明的範圍的情況下，可以對其進行各種改進並且可以用等效物替換其中的部件。尤其是，只要不存在結構衝突，各個實施例中所提到的各項技術特徵均可以任意方式組合起來。本發明並不局限於文中公開的特定實施例，而是包括落入權利要求的範圍內的所有技術方案。
【權利要求】
1.一種用於油田固井作業的尾管頂部膨脹式封隔器，包括: 管狀本體； 通過徑向的剪切銷安裝在所述本體的外周上的鎖緊座； 安裝在本體上的處於所述鎖緊座下遊處的卡簧，其中所述卡簧的內螺紋與設置在所述本體上的防退螺紋相接合，使得所述卡簧只能相對於所述本體向下運動，所述卡簧還具有外螺紋； 安裝在所述本體上的錐體，所述錐體通過內螺紋與所述卡簧的外螺紋相接合，並且所述錐體至少在其下遊端部處是錐形的； 套在所述錐體的下遊端部上的膨脹套筒；和 布置在所述膨脹套筒的外周上的膠筒。
2.根據權利要求1所述的封隔器，其特徵在於，當所述鎖緊座受到的軸向向下的作用力大於剪切銷的剪切值時，所述剪切銷被剪斷，導致所述鎖緊座推動所述錐體以帶動所述卡簧相對於所述本體向下運動，使得所述錐體的下遊端部插入到所述膨脹套筒內，從而使所述膠筒向外擴張而封隔環空。
3.根據權利要求1或2所述的封隔器，其特徵在於，所述錐體的下遊端部的外周上設有波浪形結構。
4.根據權利要求1到3中任一項所述的封隔器，其特徵在於，在所述膨脹套筒上的與所述膠筒相接觸的部位設有若干凸出部。
5.根據權利要求1到4中任一項所述的封隔器，其特徵在於，所述膠筒為可硫化的膠筒，所述膨脹套筒為金屬套筒。
6.根據權利要求1到5中任一項所述的封隔器，其特徵在於，在所述膨脹套筒的下端開有傳壓孔，並且在所述本體上的膨脹套筒的下遊設有支撐環。
7.根據權利要求1到6中任一項所述的封隔器，其特徵在於，所述卡簧為帶有雙面鋸齒的C型結構。
【文檔編號】E21B33/127GK104005729SQ201310055210
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2013年2月21日 優先權日:2013年2月21日
【發明者】馬蘭榮, 吳晉霞, 朱和明, 郭朝輝, 姚輝前 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院