专利名称：一种顶部承压式膨胀管施工作业方法
技术领域：
本发明涉及石油天然气工业油套管损伤补修及完井作业，特别设计一种方便油田钻井现场膨胀管的膨胀施工作业方法。
背景技术：
实体膨胀套管SET (Solid Expandable Tubular)技术是以实现“节省”井眼尺寸为目的，在井眼中将套管柱径向膨胀至所要求的直径尺寸的一种钻井、完井和修井新技术。膨胀管技术现已成功的应用于油井产层防沙、易坍塌地层防塌、漏失地层堵漏等井下复杂地层的封固，膨胀式尾管悬挂器和油井受损套管修复等领域及钻井、完井及采油、修井等作业过程，已发展成为有效解决油、气井钻井过程中地层复杂情况的新型技术。膨胀管技术的开发和应用必将使我国的钻井完井水平显著提高，并使我国的钻井完井竞争力进一步提高，具有极大的经济效益和社会效益，被认为是“21世纪石油钻采行业的最富革命性的技术”。现在常用的井下膨胀管施工作业方法是在膨胀管内侧导入高压液体，促使膨胀管下部密封底座和膨胀锥密闭空间憋压，从而推动膨胀锥底部，驱动膨胀锥自下而上的运动，完成膨胀管施工作业，如专利200510122335. I和专利200420053900. 4设计的膨胀装置完成的膨胀管施工作业。但是由于膨胀管本身是一种工业化生产的钢管，不可避免的会产生管体不圆有一定椭圆度、壁厚不均匀和管内壁质量不高等问题，使膨胀管内壁和膨胀锥之间存在一定的缝隙，用常规方法膨胀管施工作业时，当导入高压液体憋压时，这些缝隙会造成液体的流失和压力的下降，造成打压过高，对膨胀管本身的安全影响很大，严重情况下会形成导入液体压力很高但膨胀锥无法移动，造成膨胀施工作业的失败。
发明内容
本发明目的在于提供一种顶部承压式膨胀管施工作业方法，可以克服现有方法的打压过高，施工效率低和对膨胀管尺寸及质量要求苛刻的问题。本发明的技术解决方案如下一种顶部承压式膨胀管施工作业方法，采用顶部承压膨胀施工装置来实现，所述的顶部承压膨胀施工装置包括膨胀管(16)、膨胀锥(13)、液压缸体(8)、液压活塞(12)和顶部密封单元，膨胀管(16)内设有膨胀锥(13)，膨胀锥(13)上设有液压活塞(12)，密封限位板(3)、密封挤压器(5)和密封橡胶(4)组成I 10个顶部密封单元，其包括如下步骤I、将密封限位板(3)、密封挤压器(5)和密封橡胶(4)共同组成的I 10个顶部密封单元用滑动丝杠(7)组合起来，装入传动导杆(6)，上端连接扶正器(2)，下端和液压缸体(8)相连；压缩液压活塞(12)内的弹簧挡条(10)向液压缸体(8)内推入液压活塞(12)设定距离，使液压腔(17)体积减小；在液压活塞(8)下端旋入上紧膨胀锥(13)；2、将I步骤组装的装置装入端部经过预膨胀的膨胀管(16)，调整密封橡胶(4)保证与膨胀管(16)刚接触同时不产生较大阻力，膨胀管(16)底部装入底部密封座(15)并检查底部密封座(15)的密封性；
3、使用钻杆(I)将整个顶部承压膨胀施工装置下入井下需要实施施工作业的井段，投入活门球(9)，活门球(9)下落到弹簧挡条(10)的位置被阻挡，通过钻杆(I)导入高压液体，由于活门球(9)在弹簧挡条(10)处封闭中心通路使液压腔(17)憋压，推动液压缸体(8 )向上移动，液压缸体(8 )推动密封挤压器(5 )挤压密封橡胶(4 )，密封橡胶(4 )收挤压后变形在径向与膨胀管(16)形成高压密封；4、当液压缸体(8 )推动密封挤压器(5 )挤压密封橡胶(4 )到设定距离时，即弹簧挡条(10)与梢孔(11)处于同一高度时，弹簧挡条(10)在弹簧力的作用下可插入梢孔(11)，在液压活塞(12)中心形成无阻挡中心通路，活门球(9)继续下落，此时液压缸体(8)与液压活塞(8 )位置由于弹簧挡条(10 )插入梢孔(11)形成固定，活门球(9 )落到底部密封座(15 )时再次形成中心通路密封，高压液体在底部密封座(15)和密封挤压器(5)之间形成憋压，继续增高压力，推动整个顶部密封单元带动膨胀锥(13)完成全部膨胀施工作业。本发明使用顶部承压式膨胀管施工作业方法，解决了由于管体不圆壁厚不均匀和管内壁质量不高等问题，造成的常规方法膨胀管施工作业时作业压力过高，对膨胀管本身安全的很大影响，提高了膨胀管施工作业的安全可靠性，工艺简单，降低膨胀管施工作业中对管体质量和打压能力的过高要求，可以有效的降低成本，提高施工作业的成功率，具有广阔的应用前景。
图I为顶部承压膨胀施工装置结构示意图。图2为膨胀管膨胀作业结构示意图。图3为膨胀管A-A剖视结构示意图。
具体实施例方式本发明的方法参照附图详细说明如下本发明采用顶部承压膨胀施工装置来实现，顶部承压膨胀施工装置结构示意图见图I 3。所述的顶部承压膨胀施工装置由钻杆I送入井下作业，钻杆I和扶正器2通过螺纹连接，在扶正器2的下端是密封限位板3，在密封限位板3和密封挤压器5之间是密封橡胶4，密封橡胶4的材料可选用氰化丁晴橡胶，具有较大变形能力和耐高压性能，密封挤压器5可沿滑动丝杠7向上滑动以便挤压密封橡胶4。密封限位板3、密封挤压器5和密封橡胶4共同组成顶部密封单元，根据具体膨胀施工作业的条件可选择多个顶部密封单元以获得最佳密封效果，当选择多个顶部密封单元时，通过传动导杆6实现密封挤压器5同时运动挤压密封橡胶4。密封挤压器5下方是液压缸体8，内有液压活塞12，在液压活塞12内径向设有4个弹簧挡条10，沿液压活塞圆周相隔90°角各分布一个，在液压缸体8内壁上设有梢孔11，当弹簧挡条10与梢孔11处于同一高度时，弹簧挡条10在弹簧力的作用下可插入梢孔11，在液压活塞12中心形成无阻挡中心通路，当弹簧挡条10与梢孔11上下分开时，弹簧挡条10向液压活塞12中心方向伸出形成阻挡。与液压活塞12通过螺纹相连的是膨胀锥13，膨胀锥13是上端直径小下端直径大的锥形体，膨胀锥13锥面与膨胀管16的内壁相接触在应力的作用下使膨胀管16沿径向发生塑性变形，在膨胀锥13的直径大端沿圆周分部着8个压力通孔，见图3，可保持膨胀锥13上下压力相等，在膨胀管16的底部装有底部密封座15，通过螺纹与膨胀管16和密封。实施例I :I)将密封限位板3、密封挤压器5和密封橡胶4共同组成的2个顶部密封单元用滑动丝杠7组合起来，装入传动导杆6，上端连接扶正器2，下端和液压缸体8相连；压缩液压活塞12内的弹簧挡条10向上推入液压活塞8形成45mm，液压腔17剩余高度25mm。在液压活塞8下端旋入上紧膨胀锥13。2)将I步骤组装的装置装入端部经过预膨胀膨胀管16，膨胀管16外径107. 95mm,壁厚6. 35mm调整密封橡胶4外径尺寸为95mm，密封橡胶4与膨胀管16刚接触，膨胀管16底部装入底部密封座15，对底部密封座15进行憋压试验，试验液压30MPa密封性检验合格。3)使用钻杆I将整个顶部承压膨胀施工装置下入井下需要实施施工作业的井段，投入活门球9，活门球9下落到弹簧挡条10的位置被阻挡，通过钻杆I导入高压液体，压力值为lOMPa，液压缸体8向上移动46mm，液压缸体8推动密封挤压器5挤压密封橡胶4，密封橡胶4受挤压后变形在径向与膨胀管16形成高压密封。4)当液压缸体8向上移动46mm后，液压压力变化为2. 2MPa，即弹簧挡条10在弹簧力的作用下已插入梢孔11，活门球9下落到底部密封座15时再次形成中心通路密封，有2. 2MPa压力存在说明高压液体在底部密封座15和密封挤压器5之间形成憋压，密封橡胶4与膨胀管16密封效果良好，继续增高液压到23MPa，推动整个顶部密封单元带动膨胀锥13完成全部膨胀施工作业。实施例2:I)将密封限位板3、密封挤压器5和密封橡胶4共同组成的3个顶部密封单元用滑动丝杠7组合起来，装入传动导杆6，上端连接扶正器2，下端和液压缸体8相连；压缩液压活塞12内的弹簧挡条10向上推入液压活塞8形成60mm，液压腔17剩余高度10mm。在液压活塞8下端旋入上紧膨胀锥13。2)将I步骤组装的装置装入端部经过预膨胀膨胀管16，膨胀管16外径139. 8mm,壁厚7. 72mm调整密封橡胶4外径尺寸为124mm，密封橡胶4与膨胀管16形成O. 2mm左右的间隙，膨胀管16底部装入底部密封座15，对底部密封座15进行憋压试验，试验液压38MPa密封性检验合格。3)使用钻杆I将整个顶部承压膨胀施工装置下入井下需要实施施工作业的井段，投入活门球9，活门球9下落到弹簧挡条10的位置被阻挡，通过钻杆I导入高压液体，压力值为14. 3MPa，液压缸体8向上移动60mm，液压缸体8推动密封挤压器5挤压密封橡胶4，密封橡胶4收挤压后变形在径向与膨胀管16形成高压密封。4)当液压缸体8向上移动60mm后，液压压力变化为I. 7MPa，即弹簧挡条10在弹簧力的作用下已插入梢孔11，活门球9下落到底部密封座15时再次形成中心通路密封，有I. 7MPa压力存在说明高压液体在底部密封座15和密封挤压器5之间形成憋压，密封橡胶4与膨胀管16密封效果良好，继续增高液压到35. 9MPa，推动整个顶部密封单元带动膨胀锥13完成全部膨胀施工作业。
权利要求
1. 一种顶部承压式膨胀管施工作业方法，采用顶部承压膨胀施工装置来实现，所述的顶部承压膨胀施工装置包括膨胀管(16)、膨胀锥(13)、液压缸体(8)、液压活塞(12)和顶部密封单元，膨胀管(16)内设有膨胀锥(13)，膨胀锥(13)上设有液压活塞(12)，密封限位板(3)、密封挤压器(5)和密封橡胶(4)组成I 10个顶部密封单元，其特征在于其包括如下步骤1)将密封限位板(3)、密封挤压器(5)和密封橡胶(4)共同组成的I 10个顶部密封单元用滑动丝杠(7)组合起来，装入传动导杆(6)，上端连接扶正器(2)，下端和液压缸体(8)相连；压缩液压活塞(12)内的弹簧挡条(10)向液压缸体(8)内推入液压活塞(12)设定距离，使液压腔(17)体积减小；在液压活塞(8)下端旋入上紧膨胀锥(13)；2)将I步骤组装的装置装入端部经过预膨胀的膨胀管(16)，调整密封橡胶(4)保证与膨胀管(16 )刚接触同时不产生较大阻力，膨胀管(16 )底部装入底部密封座(15)并检查底部密封座(15)的密封性；3)使用钻杆(I)将整个顶部承压膨胀施工装置下入井下需要实施施工作业的井段，投入活门球(9)，活门球(9)下落到弹簧挡条(10)的位置被阻挡，通过钻杆(I)导入高压液体，由于活门球(9)在弹簧挡条(10)处封闭中心通路使液压腔(17)憋压，推动液压缸体(8)向上移动，液压缸体(8 )推动密封挤压器(5 )挤压密封橡胶(4 )，密封橡胶(4 )受挤压后变形在径向与膨胀管(16)形成高压密封；4)当液压缸体(8)推动密封挤压器(5)挤压密封橡胶(4)到设定距离时，即弹簧挡条(10)与梢孔(11)处于同一高度时，弹簧挡条(10)在弹簧力的作用下可插入梢孔(11)，在液压活塞(12)中心形成无阻挡中心通路，活门球(9)继续下落，此时液压缸体(8)与液压活塞(8)位置由于弹簧挡条(10)插入梢孔(11)形成固定，活门球(9)落到底部密封座(15)时再次形成中心通路密封，高压液体在底部密封座(15)和密封挤压器(5)之间形成憋压，继续增高压力，推动整个顶部密封单元带动膨胀锥(13)完成全部膨胀施工作业。
全文摘要
本发明涉及一种顶部承压式膨胀管施工作业方法，其包括如下步骤压缩液压活塞内的弹簧挡条向液压缸体内推入液压活塞设定距离，使液压腔体积减小；通过钻杆导入高压液体，由于活门球在弹簧挡条处封闭中心通路使液压腔憋压，推动液压缸体向上移动，液压缸体推动密封挤压器挤压密封橡胶，密封橡胶受挤压后变形在径向与膨胀管形成高压密封；高压液体在底部密封座和密封挤压器之间形成憋压，继续增高压力，推动整个顶部密封单元带动膨胀锥完成全部膨胀施工作业。本发明提高了膨胀管施工作业的安全可靠性，工艺简单，可以有效的降低成本，提高施工作业的成功率，具有广阔的应用前景。
文档编号E21B29/10GK102937009SQ20121038282
公开日2013年2月20日 申请日期2012年10月10日 优先权日2012年10月10日
发明者刘强, 武刚, 张鸿博, 上官丰收 申请人:西安三环科技开发总公司