径向膨胀式试压堵塞器、井口试压装置及井口试压方法

摘要

本发明提供了一种径向膨胀式试压堵塞器，包括：堵塞器本体，堵塞器本体包括心轴和固定连接在心轴下端的盘形座，盘形座的外径大于心轴的外径；套设在心轴上的弹性体；套设在心轴上的环形压块，弹性体处于盘形座与环形压块的轴向之间；以及复位元件，复位元件的一端与弹性体固定连接，另一端穿过环形压块向上延伸；其中，环形压块能够对弹性体施加轴向压力，以使弹性体径向膨胀，直至与井口机构中的套管头内腔接触并形成密封，从而能够对井口机构进行试压，通过上提复位元件能够轴向拉伸弹性体，以使弹性体径向收缩而复位。本发明还提供了一种井口试压装置及井口试压方法。

说明书

技术领域

本发明属于油气井井口试压技术领域，具体涉及一种径向膨胀式试压堵塞器、井口试压装置及井口试压方法。

背景技术

在钻井施工中，每个开次开钻前，需要对井口机构如井口防喷器组合进行试压，以保证满足钻遇气层等异常情况的关井需求。目前，防喷器试压一般采用下入堵头的方式，将堵头通过钻杆送入进口后，座在套管头内部，待密封后进行试压作业。

随着超深井的增多，大尺寸套管、非标套管的使用逐渐增多，对防喷器型号和规格要求日益提高。例如，一些常见井口安装的FZ35-70防喷器组合，这种FZ35-70防喷器组合的内通径为Ф346.1mm，其套管头内腔直径为Ф420mm，下入Ф365.1mm套管，井口机构的通径呈“上小下大”的状态。受防喷器内通径限制，堵头最大只能下入直径Ф346.1mm的堵头，其外径小于套管头内径，无法形成密封，不满足试压要求。对于这种情况，现场一般采取分段试压的方式，将整套防喷器组合吊起，下入试压堵头后再安装防喷器，对套管头以上部件进行试压，试压完毕再拆开井口机构，取出堵头。这方法不仅操作复杂，而且对防喷器与套管头的连接处无法试压，井筒的完整性无法保证，尤其是对于井控风险较高的高压油气井，无法满足试压要求。

发明内容

针对如上所述的技术问题，本发明旨在提出一种径向膨胀式试压堵塞器，该径向膨胀式试压堵塞器能够对不同通径组合的井口装置进行试压，而无须拆换井口，其操作简便、安全可靠，适用范围广。

为此，根据本发明的第一方面，提供了一种径向膨胀式试压堵塞器，包括：堵塞器本体，所述堵塞器本体包括心轴和固定连接在所述心轴下端的盘形座，所述盘形座的外径大于所述心轴的外径；套设在所述心轴上的弹性体；套设在所述心轴上的环形压块，所述弹性体处于所述盘形座与所述环形压块的轴向之间；以及复位元件，所述复位元件的一端与所述弹性体固定连接，另一端穿过所述环形压块向上延伸；其中，所述环形压块能够对所述弹性体施加轴向压力，以使所述弹性体径向膨胀，直至与井口机构中的套管头内腔接触并形成密封，从而能够对井口机构进行试压，通过上提所述复位元件能够轴向拉伸所述弹性体，以使所述弹性体径向收缩而复位。

在一个实施例中，所述心轴的上端构造成公扣接头。

在一个实施例中，所述复位元件构造成包括中空管和固定连接在所述中空管下端的环形板，

所述环形板与所述弹性体的上端固定连接，所述中空管套设在所述心轴上，且所述中空管的上端穿过所述环形压块与所述心轴之间的环形空间而向上延伸。

在一个实施例中，所述中空管的上端构造成正锥形连接扣。

在一个实施例中，所述弹性体采用波纹金属管。

根据本发明的第二方面，提出了一种井口试压装置，包括：

如上所述的径向膨胀式试压堵塞器；

双母接头，用于连接钻杆和所述心轴，以将所述径向膨胀式试压堵塞器下入至井口机构中的套管头的内部；

压筒，用于连接钻杆并对所述弹性体施加轴向压力，以使所述弹性体径向膨胀；以及

捞筒，用于连接钻杆和复位元件，以上提所述弹性件，使所述弹性件复位。

在一个实施例中，所述双母接头的下端构造成能够与所述心轴上端的公扣接头适配的第一母扣接头，所述双母接头的上端构造成能够与钻杆适配的第二母扣接头。

在一个实施例中，所述压筒构造成包括第一筒状本体和设置在所述第一筒状本体的上端的第三母扣接头，

所述第一筒状本体的内径大于所述心轴的外径，且所述第一筒状本体能够对所述环形压块施加轴向力，所述第三母扣接头用于与钻杆适配连接。

在一个实施例中，所述捞筒构造成包括第二筒状本体和设置在所述第二筒状本体的上端的第四母扣接头，所述第二筒状本体的下端构造成负锥形连接扣，所述第二筒状本体的内径大于所述心轴的外径，且所述第二筒状本体能够通过所述负锥形连接扣与所述复位元件上端的正锥形连接扣适配连接，所述第四母扣接头用于与钻杆适配连接。

根据本发明的第三方面，提供了一种井口试压方法，包括以下步骤：

提供根据如上所述的井口试压装置；

将所述径向膨胀式试压堵塞器通过所述双母接头连接到钻杆的下端，并将所述径向膨胀式试压堵塞器送放至井口机构套管头的内部；

断开所述双母接头与所述径向膨胀式试压堵塞器的连接，并起出所述钻杆和所述双母接头；

将所述压筒与所述钻杆连接并下入井口至压在所述环形压块上，对所述压筒加压而轴向压缩所述弹性体，使所述弹性体径向扩张至与套管头内腔接触而形成密封；

上提所述钻杆而起出所述压筒，进行试压作业；

将所述捞筒与所述钻杆连接并下入井口，直至使所述捞筒与所述复位元件形成适配连接，上提所述钻杆能够带动所述复位元件轴向拉伸所述弹性体，以使所述弹性体复位，并起出所述径向膨胀式试压堵塞器。

与现有技术相比，本申请的优点之处在于：

根据本发明的径向膨胀式试压堵塞器能够在压缩状态下实现径向扩张，以满足试压作业时的密封需求。通过改变弹性体的尺寸和压缩程度，能够控制弹性体的径向扩张程度，实现对不同内径尺寸的封堵，扩大了膨胀式试压堵塞器的应用范围。相比较于传统的采用封隔器试压方法，弹性体通过轴向拉伸后能够恢复原尺寸，保障膨胀式试压堵塞器的安全起出，解决了部分封隔器无法解封的问题。此外，膨胀式试压堵塞器能够在不拆装井口装置的条件下，解决不同通径组合的井控装置试压问题，保障了井筒完整性，具有操作简便、安全可靠的特点。

附图说明

下面将参照附图对本发明进行说明。

图1示意性地显示了根据本发明的径向膨胀式试压堵塞器的结构。

图2示意性地显示了径向膨胀式试压堵塞器受压膨胀状态。

图3示意性地显示了径向膨胀式试压堵塞器受拉复位状态。

在本申请中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本发明的原理，并且未按实际比例绘制。

具体实施方式

以下通过附图来对本发明进行介绍。需要说明的是，这些介绍仅为出于说明本发明的原理而提供，并不因此而限制了本发明的范围。

为方便理解，本申请中使用的方向性用语或限定词“上”、“下”、等均是针对所参照的附图1而言，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

图1示意性地显示了根据本发明的径向膨胀式试压堵塞器10的结构。如图1所示，径向膨胀式试压堵塞器10包括堵塞器本体1、弹性体2、环形压块3，以及复位元件4。堵塞器本体1包括心轴11和固定连接在心轴11下端的盘形座12，盘形座12的外径大于心轴11的外径，从而使盘形座12的上端面形成为限位台阶121。弹性体2套设在心轴11上，且坐靠在限位台阶121上。环形压块3套设在心轴11上，且弹性体2处于盘形座12与环形压块3的轴向之间。复位元件4的一端与弹性体2的上端面固定连接，另一端穿过环形压块3与心轴11之间的环形空间而向上延伸。环形压块3能够对弹性体2施加轴向压力，使得环形压块3和限位台阶121共同对弹性体2形成轴向作用力，以轴向压缩弹性体2，从而使弹性体2径向膨胀，直至与井口机构中的套管头的内腔(未示出)接触并形成密封，从而能够对井口机构进行试压。同时，在试压结束后，通过上提复位元件4能够轴向拉伸弹性体2，以使弹性体2径向收缩而复位。

在一个实施例中，如图1所示，心轴11的上端构造成公扣接头111，用于连接钻杆(未示出)。

根据本发明的一个实施例，复位元件4构造成包括中空管41和固定连接在中空管41下端的环形板42。环形板42的下端面与弹性体2的上端面固定连接。中空管41的内径大于心轴11的外径，中空管41的内径外径小于环形压块3的中心孔。中空管41套设在心轴11上，且中空管41的上端穿过环形压块3与心轴11表面之间的环形空间而向上延伸。

在一个实施例中，中空管41的上端构造成正锥形连接扣411，用于适配连接其他零部件，如捞筒7(见图3)。

作为替代或附加，环形压块3与复位元件4可以构造为一体。

根据本发明的一个实施例，弹性体2采用波纹金属管，波纹金属管具有良好的弹性和密封性能，非常有利于实现径向膨胀和收缩复位，能够有效保证径向膨胀式试压堵塞器10的工作性能。

根据本发明，还提供了一种井口试压装置，该井口试压装置包括如上所述的径向膨胀式试压堵塞器10、双母接头5、压筒6，以及捞筒7。双母接头5、压筒6，以及捞筒7能够分别与钻杆(未示出)连接，以进行相应的动作。双母接头5用于连接钻杆和心轴11，以将径向膨胀式试压堵塞器10下入至井口机构中的套管头的内部。压筒6用于连接钻杆并对弹性体2施加轴向压力，以使弹性体2径向膨胀。捞筒7用于连接钻杆和复位元件4，以上提弹性件2，使弹性件2复位。

如图1所示，双母接头5的下端构造成能够与心轴11上端的公扣接头111适配的第一母扣接头51，双母接头5的上端构造成能够与钻杆适配的第二母扣接头52。在作业时，径向膨胀式试压堵塞器10通过双母接头5固定连接到钻杆的下端，进而可通过钻杆将径向膨胀式试压堵塞器10下入井口中直至到达井口机构中的套管头的内腔。并且，通过转动钻杆能够带动双母接头5心轴11上端的公扣接头111脱离，进而上提钻杆出井口，从而将径向膨胀式试压堵塞器10留在套管头的内腔中。

如图2所示，压筒6构造成包括第一筒状本体61和设置在第一筒状本体61的上端的第三母扣接头62。第一筒状本体61的内径大于心轴11的外径，且第一筒状本体61能够对环形压块3施加轴向力，第三母扣接头62用于与钻杆适配连接。第一筒状本体61的内径大于复位元件4的中心管41的外径。在作业时，压筒6通过第三母扣接头62连接到钻杆的下端，进而通过钻杆能够将压筒6下入井口，并使压筒6套在心轴2和复位元件4的中心管41的外周，使得压筒6的下端面抵靠环形压块3的上端面。下压压筒6能够对环形压块3施加轴向压力，以轴向压缩弹性体2，从而使弹性体2径向膨胀。

如图3所示，捞筒7构造成包括第二筒状本体71和设置在第二筒状本体71的上端的第四母扣接头72，第二筒状本体71的下端构造成负锥形连接扣73。第二筒状本体71的内径大于心轴11的外径，且第二筒状本体71能够通过负锥形连接扣73与复位元件4上端的正锥形连接扣411适配连接，第四母扣接头72用于与钻杆适配连接。在作业时，捞筒7通过第四母扣接头72连接到钻杆的下端，进而通过钻杆将捞筒7下入井口，使捞筒7套在心轴2的外周，进而使第二筒状本体71通过负锥形连接扣73与复位元件4上端的正锥形连接扣411适配连接，然后上提钻杆能够通过复位元件4轴向拉伸弹性体2，使弹性体2实现径向收缩复位。

本发明还提供一种井口试压方法，该井口试压方法包括以下步骤。

首先，提供根据本发明的井口试压装置，并且，根据井口机构中的防喷器通径和套管头内腔直径设置径向膨胀式试压堵塞器10的堵塞器本体1的外径。

之后，将径向膨胀式试压堵塞器10通过双母接头5连接到钻杆的下端，并将径向膨胀式试压堵塞器10送放至井口机构套管头的内部。然后，通过转动钻杆使双母接头5与径向膨胀式试压堵塞器10脱离，进而将钻杆和双母接头5提出井口。

之后，拆下双母接头5，将压筒6与钻杆连接，并下入井口至使压筒6压在环形压块3上，然后对压筒6加压以使环形压块3轴向压缩弹性体2，从而使弹性体2径向扩张，直至与套管头内腔接触而形成密封。

之后，上提钻杆而起出压筒6，进行试压作业。试压结束后，拆下压筒6。

之后，将捞筒7与钻杆连接，并将捞筒7下入井口，直至使捞筒7下端的负锥形连接扣73与复位元件4上端的正锥形连接扣411适配连接，进而上提钻杆带动复位元件4轴向拉伸弹性体2，弹性体2径向尺寸缩小直至复位，弹性体2与套管头内腔分离，继续上提钻杆起出径向膨胀式试压堵塞器10。由此，完成试压作业，恢复正常施工。

根据本发明的径向膨胀式试压堵塞器10能够在压缩状态下实现径向扩张，以满足试压作业时的密封需求。通过改变弹性体2的尺寸和压缩程度，能够控制弹性体2的径向扩张程度，实现对不同内径尺寸的封堵，扩大了膨胀式试压堵塞器10的应用范围。相比较于传统的采用封隔器试压方法，弹性体2通过轴向拉伸后能够恢复原尺寸，保障膨胀式试压堵塞器10的安全起出，解决了部分封隔器无法解封的问题。此外，膨胀式试压堵塞器10能够在不拆装井口装置的条件下，解决不同通径组合的井控装置试压问题，保障了井筒完整性，具有操作简便、安全可靠的特点。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施方案而已，并不构成对本发明的任何限制。尽管参照前述实施方案对本发明进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。