活塞式膨胀尾管悬挂器、套管大段贴堵工具及其工作方法

摘要

本发明公开了一种活塞式膨胀尾管悬挂器、套管大段贴堵工具及其工作方法，所述活塞式膨胀尾管悬挂器包括内外套设的中心管(7)和膨胀悬挂管(2)，膨胀悬挂管(2)含有上下设置的膨胀坐封段(202)和发射段(203)，发射段(203)内含有上下设置的活塞式膨胀锥(5)和胀捞一体底堵(3)，底堵内流道(301)含有投球坐封段(304)，活塞式膨胀锥(5)能够向上移动并使膨胀坐封段(202)的外径变大。所述活塞式膨胀尾管悬挂器、套管大段贴堵工具及其工作方法对套损段大于100m的大段腐蚀、穿孔套损井进行贴堵修复，达到恢复油水井产能和长效治理的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，具体的是一种活塞式膨胀尾管悬挂器，还是一种套管大段贴堵工具，更是一种套管大段贴堵工具的工作方法。

背景技术

近年来，各油田套损井逐渐增多，套损段大于100m的大段腐蚀、穿孔套损井逐年增加。这类井，进行常规隔采治理有效期较短，且效果不明显。目前，国内油田老井修复普遍采用的膨胀管补贴技术，该技术是由膨胀锥在发射腔内，经过打压由下至上膨胀补贴管对原套管进行补贴，虽然该技术在国内越来越成熟，但是，膨胀管补贴技术对长段套管贴堵并不适用，存在工具成本高、膨胀风险高、长段管柱下入困难等风险。

发明内容

为了修复油井中的套损段，本发明提供了一种活塞式膨胀尾管悬挂器、套管大段贴堵工具及其工作方法，所述活塞式膨胀尾管悬挂器、套管大段贴堵工具及其工作方法对套损段大于100m的大段腐蚀、穿孔套损井进行贴堵修复，达到恢复油水井产能和长效治理的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种活塞式膨胀尾管悬挂器，包括内外套设的中心管和膨胀悬挂管，膨胀悬挂管含有上下设置的膨胀坐封段和发射段，膨胀坐封段的外径小于发射段的外径，膨胀坐封段外套设有密封组件，发射段内含有上下设置的活塞式膨胀锥和胀捞一体底堵，活塞式膨胀锥套设于中心管和膨胀悬挂管之间，活塞式膨胀锥与中心管和膨胀悬挂管均密封连接，活塞式膨胀锥和胀捞一体底堵之间能够形成封闭的液压腔，中心管的下端与胀捞一体底堵连接固定，胀捞一体底堵内设有底堵内流道，中心管的内部通道与底堵内流道和液压腔均连通，底堵内流道含有投球坐封段，活塞式膨胀锥能够向上移动并使膨胀坐封段的外径变大。

膨胀悬挂管还含有上连接段，上连接段、膨胀坐封段和发射段从上向下依次排列，上连接段的外径小于或等于发射段的外径。

所述活塞式膨胀尾管悬挂器还包括上接头，上接头为筒形结构，上接头的下端套设于中心管和膨胀悬挂管之间，上接头与中心管螺纹连接，上接头与膨胀悬挂管通过剪切销钉连接。

密封组件含有多个密封圈，所述多个密封圈沿膨胀悬挂管的轴向间隔排列，所述多个密封圈硫化固定于膨胀悬挂管的膨胀坐封段外。

活塞式膨胀锥的外表面含有从上向下依次设置的锥体小径段、锥体上锥面段、锥体大径段和锥体下锥面段，中心管的下部设有打压通孔，中心管的内部通道通过打压通孔与液压腔连通。

胀捞一体底堵与膨胀悬挂管密封连接，胀捞一体底堵的外径大于活塞式膨胀锥的内径，胀捞一体底堵的内表面还含有底堵上大径段、底堵上缩颈段和底堵下扩颈段，底堵上大径段、底堵上缩颈段、投球坐封段和底堵下扩颈段从上向下依次设置，中心管的下端与底堵上大径段螺纹连接，投球坐封段的内径小于中心管的内径。

所述活塞式膨胀尾管悬挂器还包括变扣接头，变扣接头的上端与膨胀悬挂管的下端螺纹连接，胀捞一体底堵与变扣接头卡接，变扣接头能够防止胀捞一体底堵向下脱离膨胀悬挂管。

一种套管大段贴堵工具，含有从上向下依次连接的活塞式膨胀尾管悬挂器、直连套管和单流阀，活塞式膨胀尾管悬挂器为上述的活塞式膨胀尾管悬挂器，直连套管的数量为至少一根。

一种套管大段贴堵工具的工作方法，所述套管大段贴堵工具的工作方法采用了上述的套管大段贴堵工具，所述套管大段贴堵工具的工作方法包括以下步骤：

步骤1、在待修油井的底部填砂和制作水泥塞；

步骤2、向待修油井内下入所述套管大段贴堵工具，直连套管完全覆盖待修油井的套损段；

步骤3、向所述套管大段贴堵工具内注入堵剂，堵剂从单流阀的出口端排出，堵剂充满所述套管大段贴堵工具和待修油井的原有套管之间；

步骤4、向所述套管大段贴堵工具内投入钢球并打压，钢球在胀捞一体底堵内坐封，压力驱动活塞式膨胀锥向上移动并使膨胀坐封段的外径变大，膨胀悬挂管坐封固定于原有套管内；

步骤5、将中心管、活塞式膨胀锥和胀捞一体底堵提出待修油井，仅膨胀悬挂管、直连套管、单流阀和堵剂留在待修油井内；

步骤6、等待堵剂凝固后，钻开堵剂和水泥塞。

在步骤1中，水泥塞位于套损段以下50-100m；

在步骤2中，膨胀悬挂管位于待修油井内无套损位置。

本发明的有益效果是：所述活塞式膨胀尾管悬挂器、套管大段贴堵工具及其工作方法对套损段大于100m的大段腐蚀、穿孔套损井进行贴堵修复，达到恢复油水井产能和长效治理的目的。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明所述活塞式膨胀尾管悬挂器的总体示意图。

图2是本发明所述活塞式膨胀尾管悬挂器的放大示意图。

图3是活塞式膨胀锥的示意图。

图4是胀捞一体底堵的示意图。

图5是直连套管的示意图。

图6是单流阀的示意图。

图7是活塞式膨胀尾管悬挂器的示意图。

图8是本发明所述套管大段贴堵工具的工作方法的示意图。

100、活塞式膨胀尾管悬挂器；200、直连套管；300、单流阀；

1、变扣接头；2、膨胀悬挂管；3、胀捞一体底堵；4、钢球；5、活塞式膨胀锥；6、密封组件；7、中心管；8、剪切销钉；9、上接头；10、壳体；11、蘑菇头座；12、蘑菇头；13、复位弹簧；14、弹簧座；15、液压腔；16、待修油井；17、砂层；18、水泥塞；19、套损段；20、堵剂；21、原有套管；

201、上连接段；202、膨胀坐封段；203、发射段；

301、底堵内流道；302、底堵上大径段；303、底堵上缩颈段；304、投球坐封段；305、底堵下扩颈段；

501、锥体小径段；502、锥体上锥面段；503、锥体大径段；504、锥体下锥面段；701、内部通道；702、打压通孔。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种活塞式膨胀尾管悬挂器，包括内外套设的中心管7和膨胀悬挂管2，膨胀悬挂管2含有上下设置的膨胀坐封段202和发射段203，膨胀坐封段202的外径小于发射段203的外径，膨胀坐封段202外套设有密封组件6，发射段203内含有上下设置的活塞式膨胀锥5和胀捞一体底堵3，活塞式膨胀锥5套设于中心管7和膨胀悬挂管2之间，活塞式膨胀锥5与中心管7和膨胀悬挂管2均密封连接，活塞式膨胀锥5和胀捞一体底堵3之间能够形成封闭的液压腔15，中心管7的下端与胀捞一体底堵3连接固定，胀捞一体底堵3内设有底堵内流道301，中心管7的内部通道701与底堵内流道301和液压腔15均连通，底堵内流道301含有投球坐封段304，活塞式膨胀锥5能够向上移动并使膨胀坐封段202的外径变大，如图1至图4所示。

在本实施例中，活塞式膨胀锥5和胀捞一体底堵3均为筒形结构，中心管7、膨胀悬挂管2、活塞式膨胀锥5和胀捞一体底堵3均为直立状态。中心管7的轴线、膨胀悬挂管2的轴线、活塞式膨胀锥5的轴线和胀捞一体底堵3的轴线重合，如图1和图2所示。

在本实施例中，膨胀悬挂管2还含有上连接段201，上连接段201、膨胀坐封段202和发射段203从上向下依次排列，上连接段201的外径小于或等于发射段203的外径。上连接段201的轴线、膨胀坐封段202的轴线和发射段203的轴线重合，膨胀悬挂管2的管壁厚度相同。

在本实施例中，所述活塞式膨胀尾管悬挂器还包括上接头9，上接头9为筒形结构，上接头9的轴线与中心管7的轴线重合，上接头9的下端套设于中心管7和膨胀悬挂管2之间，上接头9与中心管7螺纹连接，上接头9与膨胀悬挂管2通过剪切销钉8连接，如图2所示。

在本实施例中，密封组件6含有多个密封圈，所述多个密封圈沿膨胀悬挂管2的轴向均匀间隔排列，所述多个密封圈通过硫化的方式固定于膨胀悬挂管2的膨胀坐封段202外。或者，所述多个密封圈也可以通过其它的方式固定于膨胀悬挂管2的膨胀坐封段202外，如粘接。

在本实施例中，活塞式膨胀锥5和胀捞一体底堵3上下抵接，活塞式膨胀锥5的外表面含有从上向下依次设置的锥体小径段501、锥体上锥面段502、锥体大径段503和锥体下锥面段504，中心管7的下部设有打压通孔702，中心管7的内部通道701通过打压通孔702与液压腔15连通。

活塞式膨胀锥5与中心管7过渡配合或间隙配合，活塞式膨胀锥5的内表面和外表面均设有密封圈安装凹槽，活塞式膨胀锥5的内表面和外表面均套设有密封圈，所述密封圈位于密封圈安装凹槽内。锥体小径段501的外径小于膨胀坐封段202的内径，锥体大径段503的外径大于膨胀坐封段202的内径，锥体大径段503的外径小于或等于发射段203的内径，活塞式膨胀锥5能够沿中心管7上下移动。

在本实施例中，胀捞一体底堵3的外表面设有密封圈，胀捞一体底堵3与膨胀悬挂管2密封连接，胀捞一体底堵3的外径大于活塞式膨胀锥5的内径，胀捞一体底堵3的内表面还含有底堵上大径段302、底堵上缩颈段303和底堵下扩颈段305，底堵上大径段302、底堵上缩颈段303、投球坐封段304和底堵下扩颈段305从上向下依次设置，中心管7的下端位于胀捞一体底堵3内，中心管7的下端与底堵上大径段302螺纹连接，投球坐封段304的内径小于中心管7的内径，打压通孔702略高于胀捞一体底堵3的上端，如图1至图4所示。

在本实施例中，所述活塞式膨胀尾管悬挂器还包括变扣接头1，变扣接头1的上下两端均设有外螺纹，变扣接头1的上端位于膨胀悬挂管2的下端内，变扣接头1的上端与膨胀悬挂管2的下端螺纹连接，胀捞一体底堵3的下端位于变扣接头1的上端内，胀捞一体底堵3与变扣接头1卡接，胀捞一体底堵3的外表面设有环形台阶，变扣接头1的上端与该环形台阶抵接，胀捞一体底堵3与变扣接头1过渡配合或间隙配合，变扣接头1能够防止胀捞一体底堵3向下脱离膨胀悬挂管2。

下面介绍一种套管大段贴堵工具，所述套管大段贴堵工具含有从上向下依次连接的活塞式膨胀尾管悬挂器100、直连套管200和单流阀300，活塞式膨胀尾管悬挂器100为上述的活塞式膨胀尾管悬挂器，直连套管200的数量为至少一根。当直连套管200的数量为多根时，相邻的两根直连套管200首尾连接，如图1至图7所示。

当直连套管200为一根时，直连套管200的上端与变扣接头1的下端螺纹连接，直连套管200的下端与单流阀300的入口端连接固定。当直连套管200为多根时，最上端的直连套管200的上端与变扣接头1的下端螺纹连接，最下端的直连套管200的下端与单流阀300的入口端连接固定。一根直连套管200的长度为100m-1000m，直连套管200无接箍，直连套管200的两端分别设有内螺纹和外螺纹，直连套管200的管径为4 1/2in，直连套管200的外径小于或等于发射段203的外径。

所述套管大段贴堵工具中，大段的含义为大于100m，即所述套管大段贴堵工具能够修复油井中套管的总长度大于100m。单流阀300含有壳体10、蘑菇头座11、蘑菇头12、复位弹簧13和弹簧座14，蘑菇头座11与壳体10螺纹连接，蘑菇头12被复位弹簧13压在蘑菇头座11上，弹簧座14与蘑菇头座11螺纹连接。单流阀300的入口端朝上，单流阀300的出口端朝下，如图6所示。

变扣接头1具备固定胀捞一体底堵3和连接直连套管200的功能；膨胀悬挂管2具备膨胀坐封悬挂直连套管200的功能；胀捞一体底堵3在膨胀悬挂管2的发射段203中，具备挤注堵剂时提供过流通道，投球后建立膨胀压力系统的作用；钢球4具备建立膨胀压力体统的作用；活塞式膨胀锥5在液压力的作用下能够在中心管7上进行单向向上的活塞运动，具备迫使膨胀悬挂管2膨胀坐封在套管上的功能。

密封组件6硫化在膨胀悬挂管2上，随膨胀悬挂管2一起膨胀坐封在套管上提供悬挂密封能力；中心管7具备连接胀捞一体底堵3和上接头9的作用，并且为活塞式膨胀锥5提供滑动导轨的作用；剪切销钉8具备固定上接头9与膨胀悬挂管2的作用，在活塞式膨胀锥5完成膨胀后剪断；上接头9具备连接中心管7与投送管柱的作用。

壳体10具备连接直连套管200及固定蘑菇头座11的作用；蘑菇头座11具备为蘑菇头12提供密封面的作用；蘑菇头12具备单流阀单向密封的功能；复位弹簧13具备蘑菇头12复位的作用；弹簧座14给复位弹簧13提供反向力。

活塞式膨胀尾管悬挂器100具备挤注堵剂，以及坐封悬挂直连套管200的作用；直连套管200具备长段连接功能，覆盖长段破损套管，外部挤注堵剂后起到新套管的作用；单流阀300具备单向挤注堵剂封固悬挂直连套管200的作用，还具备防止堵剂倒返的作用。

使用活塞式膨胀尾管悬挂器100悬挂4 1/2in直连套管200，根据套损长度，4 1/2in直连套管200的长度可在100m-1000m之间选择，4 1/2in直连套管200底部安装单流阀300。使用时，首先下填砂管柱填砂，打水泥塞，作为人工井底，然后下入贴堵管柱组合：单流阀+4-1/2″直连套管+膨胀式尾管悬挂器+2-7/8″加厚油管，所有管柱下到位后注替堵剂，挤注堵剂。注替堵剂后，投球至活塞式膨胀尾管悬挂器处，油管打压，悬挂器坐挂+丢手+底堵随捞一次性完成，继续上提管柱50-100m，关油套环空，憋压侯凝，最后下入螺杆钻，钻塞通井至井底，起管柱，恢复通道。

下面介绍一种套管大段贴堵工具的工作方法，所述套管大段贴堵工具的工作方法采用了上述的套管大段贴堵工具，所述套管大段贴堵工具的工作方法包括以下步骤：

步骤1、在待修油井16的底部填砂和制作水泥塞18；

首先，向待修油井16中下入填砂管柱填砂，在待修油井16的底部形成砂层17，砂层17位于生产层，然后打水泥塞18，作为人工井底，水泥塞18位于套损段19以下50m-100m；

步骤2、向待修油井16内下入所述套管大段贴堵工具，直连套管200完全覆盖待修油井16的套损段19；

在组装所述套管大段贴堵工具时，膨胀悬挂管2的发射段203的外径略小于待修油井16中原有套管21的内径，直连套管200的外径略小于待修油井16中原有套管21的内径，直连套管200的数量可以根据需要而定；将活塞式膨胀尾管悬挂器100、直连套管200和单流阀300从上向下依次连接固定；

然后，使用油管连接活塞式膨胀尾管悬挂器100的上端将连接好的管柱下入待修油井16的原有套管21的套损位置，使直连套管200完全覆盖待修油井16的套损段19(即腐蚀段、穿孔段等)，活塞式膨胀尾管悬挂器100位于无损套管位置，单流阀300位于水泥塞18上方；

步骤3、向所述套管大段贴堵工具内注入堵剂20，堵剂20从单流阀300的出口端排出，堵剂20充满所述套管大段贴堵工具和待修油井16的原有套管21之间；

从油管内挤注堵剂20，堵剂20通过油管进入活塞式膨胀尾管悬挂器100的中心管7中，随后进入胀捞一体底堵3内，堵剂20通过胀捞一体底堵3后进入直连套管200，最后进入单流阀300并向下排出，在挤注压力的作用下，堵剂20填充单流阀300和水泥塞18之间的空间，水泥塞18承压迫使堵剂20从直连套管200与破损的原有套管21之间的环空向上返至活塞式膨胀尾管悬挂器100的上沿，即堵剂20还填充在所述套管大段贴堵工具和待修油井16的原有套管21之间，堵剂20的注入量大于所述套管大段贴堵工具与人工井底之间的圆柱形空腔的体积和所述套管大段贴堵工具与原套管之间环形空间的体积之和，具体的注入量可以根据经验并结合有限次试验获得；堵剂20为现有技术产品，用于填充直连套管与原套管环空的物质；

步骤4、向所述套管大段贴堵工具内投入钢球4并打压，钢球4在胀捞一体底堵3内坐封，压力驱动活塞式膨胀锥5向上移动并使膨胀坐封段202的外径变大，膨胀悬挂管2坐封固定于原有套管21内；

投入钢球4后，钢球4在投球坐封段304的上端坐封，压力液从打压通孔702进入液压腔15，压力液推动活塞式膨胀锥5向上移动，在压力作用下，活塞式膨胀锥5迫使膨胀悬挂管2的膨胀坐封段202膨胀坐封固定挂在原有套管21上，膨胀坐封段202膨胀完成后，活塞式膨胀锥5继续向上移动剪切销钉8被剪断；

步骤5、将中心管7、活塞式膨胀锥5和胀捞一体底堵3提出待修油井16，仅膨胀悬挂管2、直连套管200、单流阀300和堵剂20留在待修油井16内，单流阀300使堵剂20不能上返；

上提油管，油管、上接头9、中心管7和胀捞一体底堵3从上向下依次连接固定，上接头9、中心管7和胀捞一体底堵3将随油管同步向上移动，胀捞一体底堵3将带动活塞式膨胀锥5也同步向上移动，钢球4位于胀捞一体底堵3内，钢球4和活塞式膨胀锥5也会提出待修油井16，即有仅膨胀悬挂管2、直连套管200、单流阀300和堵剂20留在待修油井16内，其余零部件全部随油管带出；

步骤6、等待堵剂20凝固后，下钻具钻开堵剂20和水泥塞18，则可以恢复井筒生产，如图8所示。

为了便于理解和描述，本发明中采用了绝对位置关系进行表述，如无特别说明，其中的方位词“上”表示图1中的上侧方向，方位词“下”表示图1中的下侧方向，本发明采用了阅读者或使用者的观察视角进行描述，但上述方位词不能理解或解释为是对本发明保护范围的限定。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案、技术方案与技术方案、实施例与实施例之间均可以自由组合使用。