一種金屬膨脹式尾管頂部封隔器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于油田固井作業(yè)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(shè)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；安裝在本體上的處于鎖緊座下游處的卡簧；安裝在本體上的處于卡簧下游處的錐體；套在所述錐體的下游端部上的膨脹套筒；以及布置在膨脹套筒的外周上的膠筒。該封隔器可實(shí)現(xiàn)大排量循環(huán)，且不會提前坐封，具有較強(qiáng)的封隔能力與適應(yīng)能力。該封隔器用于現(xiàn)場尾管固井，可極大的提高尾管重疊段封固質(zhì)量，有效防止油氣水竄的發(fā)生。
【專利說明】一種金屬膨脹式尾管頂部封隔器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種尾管頂部膨脹式封隔器，其尤其適用于油田固井作業(yè)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，尾管懸掛器技術(shù)已經(jīng)相對成熟且尾管懸掛器的種類繁多，主要包括常規(guī)尾管懸掛器、旋轉(zhuǎn)尾管懸掛器和封隔式尾管懸掛器等。
[0003]對于封隔式尾管懸掛器來說，其在常規(guī)尾管懸掛器的基礎(chǔ)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(jié)束后，可通過上提送入工具并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(huán)空并有效地提高固井質(zhì)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范圍較大，但在大排量循環(huán)過程中容易造成提前坐封。并且，封隔壓力較低，一般低于35MPa,而且所允許的循環(huán)排量也較小,一般小于1.2m3/min。此外,這種封隔懸掛器配有膠筒隔離、防突等機(jī)構(gòu)，這使得封隔器的零部件繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使得現(xiàn)場使用過程中可靠性不聞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明旨在提供一種應(yīng)用于油田固井作業(yè)的金屬膨脹式尾管頂部封隔器，其能夠應(yīng)用于大排量的循環(huán)過程中而不會造成提前坐封。
[0006]根據(jù)本發(fā)明，提供了一種應(yīng)用于油田固井作業(yè)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；安裝在本體上的處于鎖緊座下游處的卡簧，其中卡簧的內(nèi)螺紋與設(shè)置在本體上的防退螺紋相接合，使得卡簧只能相對于本體向下運(yùn)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(nèi)螺紋與卡簧的外螺紋相接合，并且所述錐體至少在其下游端部處是錐形的；套在所述錐體的下游端部上的膨脹套筒；以及布置在膨脹套筒的外周上的膠筒。
[0007]在一個實(shí)施例中，當(dāng)鎖緊座受到的軸向向下的作用力大于剪切銷的剪切值時，剪切銷被剪斷，導(dǎo)致鎖緊座推動錐體以帶動卡簧相對于本體向下運(yùn)動，使得錐體的下游端部插入到膨脹套筒內(nèi)，從而使膠筒向外擴(kuò)張而封隔環(huán)空。由此，實(shí)現(xiàn)了非?？煽康牟僮鳌?br> [0008]在一個優(yōu)選的實(shí)施例中，錐體的下游端部的外周上設(shè)有波浪形結(jié)構(gòu)。這種波浪形結(jié)構(gòu)用于與膨脹套筒形成配合，其具體尺寸可根據(jù)不同的井況外套管的尺寸來設(shè)計(jì)和修改，從而極大地提高了封隔器的封隔能力和適應(yīng)能力。
[0009]在一個實(shí)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(yōu)選的實(shí)施例中，在膨脹套筒上的與膠筒相接觸的部位設(shè)有若干凸出部。凸出部優(yōu)選為凸齒。通過設(shè)置這種凸出部，提高了金屬套筒與膠筒的膠結(jié)能力。即便在大排量的循環(huán)條件下，也不會導(dǎo)致提前坐封。
[0011]在一個實(shí)施例中，在膨脹套筒的下端開有傳壓孔，并且在本體上的膨脹套筒的下游設(shè)有支撐環(huán)。[0012]在一個優(yōu)選的實(shí)施例中，卡簧為帶有雙面鋸齒的C型結(jié)構(gòu)。通過卡簧上的鋸齒結(jié)構(gòu)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(yùn)動。這樣，在錐體推動膨脹套筒帶動膠筒徑向擴(kuò)張到套管上之后，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(jù)本發(fā)明的尾管頂部封隔器可以應(yīng)用于大排量的循環(huán)條件
[0014]下，不會導(dǎo)致提前坐封。此外，該封隔器具有較強(qiáng)的封隔能力與適應(yīng)能力，性能可靠。在用于現(xiàn)場尾管固井時，可以極大地提高尾管重疊段的封固質(zhì)量，有效地防止油氣水竄的發(fā)生。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]在下文中將基于實(shí)施例并參考附圖來對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中:
[0016]圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的尾管頂部封隔器的結(jié)構(gòu)；
[0017]圖2是顯示了根據(jù)本發(fā)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(jié)構(gòu)的卡簧5。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0020]圖1顯示了一種金屬膨脹式尾管頂部封隔器，該封隔器尤其適用于油田固井作業(yè)。在本發(fā)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?yàn)橄蛳碌姆较颉?br> [0021]根據(jù)本發(fā)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(shè)置多個具有不同尺寸的軸肩，以便于在本體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(shí)施例中，在鎖緊座2的中部設(shè)有凸臺，剪切銷3設(shè)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(shí)施例中，錐體7僅在其下端是錐形的，而其余部分為柱體。在錐體7與本體I的接觸區(qū)域中可以設(shè)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(nèi)設(shè)有卡簧5。該卡簧5例如為雙面鋸齒的C型結(jié)構(gòu)(如圖3所示)。其中，卡簧5的內(nèi)鋸齒與本體I的防退螺紋配合，使得卡簧5只能沿軸向向下運(yùn)動。卡簧5的外鋸齒與錐體7的內(nèi)螺紋配合?？ɑ?通過防轉(zhuǎn)螺釘6與錐體7固定在一起，從而防止卡簧5相對于錐體7轉(zhuǎn)動。雙面鋸齒的C型結(jié)構(gòu)的卡簧5實(shí)現(xiàn)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例如可由金屬制成，而膠筒9例如可由可硫化材料制成。這種采用可硫化膠筒與金屬套筒相組合的結(jié)構(gòu)，代替了常規(guī)封隔器的隔離、防突等機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，且性能可靠。[0026]此外，在膨脹套筒10上可設(shè)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(shè)置了支撐環(huán)12，用于支撐上述各個零件。
[0027]根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)懸掛器坐掛、丟手和固井結(jié)束后，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(dāng)該力超過剪切銷3的剪切值時，剪切銷3被剪斷，導(dǎo)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(yùn)動。同樣地，卡簧5也被迫沿軸向向下的方向運(yùn)動。當(dāng)錐體7的錐形下端插入到膨脹套筒10內(nèi)時，由于錐體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(nèi)壁(圖中未標(biāo)示)上為止。由此，實(shí)現(xiàn)了封隔環(huán)空的功能。
[0028]在一個優(yōu)選的實(shí)施例中，如圖2更清楚地顯示，在錐體7的錐形下端上設(shè)置了波浪形結(jié)構(gòu)13。這種波浪形結(jié)構(gòu)13用于與膨脹套筒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(jù)不同井況下的外套管的尺寸來方便地進(jìn)行設(shè)計(jì)和修改，從而極大地提高了封隔器100的封隔能力和適應(yīng)能力。
[0029]此外，在一個優(yōu)選的實(shí)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(shè)有若干凸出部14。凸出部14優(yōu)選為凸齒的形式，并且一體式地形成在膨脹套筒10上。通過設(shè)置凸出部14，提高了金屬套筒與膠筒之間的膠結(jié)能力。這樣，即便在大排量的循環(huán)條件下，封隔器100也不會導(dǎo)致提前坐封。
[0030]如上所述，卡簧5為雙面鋸齒的C型結(jié)構(gòu)。其中，卡簧5的外鋸齒可與錐體7的內(nèi)螺紋相匹配。當(dāng)封隔器坐封時，錐體7下移，帶動卡簧5也向下移動。當(dāng)坐封完畢撤銷坐封載荷后，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(nèi)螺紋通過其螺紋斜面將向上推力轉(zhuǎn)化為對卡簧5的作用力，該作用力具有在垂直于軸向力的方向上的分量。這一徑向上的分力促使卡簧5產(chǎn)生徑向收縮以抱緊本體1，從而使得卡簧5的內(nèi)鋸齒與本體I的外螺紋實(shí)現(xiàn)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(jù)本發(fā)明的封隔器的封隔效果更加可靠、更加長久。
[0031]雖然已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對其進(jìn)行各種改進(jìn)并且可以用等效物替換其中的部件。尤其是，只要不存在結(jié)構(gòu)沖突，各個實(shí)施例中所提到的各項(xiàng)技術(shù)特征均可以任意方式組合起來。本發(fā)明并不局限于文中公開的特定實(shí)施例，而是包括落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有技術(shù)方案。
【權(quán)利要求】
1.一種用于油田固井作業(yè)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； 安裝在本體上的處于所述鎖緊座下游處的卡簧，其中所述卡簧的內(nèi)螺紋與設(shè)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于所述本體向下運(yùn)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(nèi)螺紋與所述卡簧的外螺紋相接合，并且所述錐體至少在其下游端部處是錐形的； 套在所述錐體的下游端部上的膨脹套筒；和 布置在所述膨脹套筒的外周上的膠筒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封隔器，其特征在于，當(dāng)所述鎖緊座受到的軸向向下的作用力大于剪切銷的剪切值時，所述剪切銷被剪斷，導(dǎo)致所述鎖緊座推動所述錐體以帶動所述卡簧相對于所述本體向下運(yùn)動，使得所述錐體的下游端部插入到所述膨脹套筒內(nèi)，從而使所述膠筒向外擴(kuò)張而封隔環(huán)空。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的封隔器，其特征在于，所述錐體的下游端部的外周上設(shè)有波浪形結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的封隔器，其特征在于，在所述膨脹套筒上的與所述膠筒相接觸的部位設(shè)有若干凸出部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的封隔器，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)所述的封隔器，其特征在于，在所述膨脹套筒的下端開有傳壓孔，并且在所述本體上的膨脹套筒的下游設(shè)有支撐環(huán)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的封隔器，其特征在于，所述卡簧為帶有雙面鋸齒的C型結(jié)構(gòu)。
【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(yōu)先權(quán)日:2013年2月21日
【發(fā)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(shù)研究院