专利名称：一种用于裸眼井段的膨胀管悬挂密封装置的制作方法
技术领域：
本实用新型为一种用于裸眼井段的膨胀管悬挂密封装置。
背景技术：
每年我国都有不少的新增区块及复杂探区的勘探开发，由于新增区块地 质构造了解欠缺和复杂探区地质情况复杂，以及深井、超深井、大斜度井、 水平井、分支井、小井眼小间隙井等钻井新技术的大量推广应用，在钻进过 程中由于地层破裂压力异常低，岩层孔隙度大、渗透性好或有裂缝、溶洞等 地质因素或人为因素造成的井漏事件十分频繁；钻遇复杂层段的机会也大大 增加，如封隔縮径、坍塌、井漏或高压层等，给钻进过程带来极大的不便， 复杂层段钻井问题处理难度也大大增加，如果处理不当会导致勘探井的钻探 目的无法完成，甚至造成重大井下事故。复杂层的钻井问题已严重制约着油 井的勘探开发，严重影响到钻井工程的安全和速度，延长了钻井及建井周期。 利用实体膨胀管技术可以很好的解决复杂层段的钻井问题，如封隔縮 径、坍塌、井漏或高压层等，在复杂层段下入实体膨胀管作为应急套管，对 复杂层段进行堵漏或封隔作业，能够做到有效地减小继续钻进过程中可能存 在的潜在的风险，达到钻探目的。
膨胀管技术是将膨胀管下入复杂层，用膨胀工具使其发生径向塑性变 形，膨胀后膨胀管外壁紧贴于井壁，靠近复杂层段的上下端硫化有橡胶密封 元件，从而达到堵漏或封隔作业目的。因此，研究用于裸眼地层的膨胀管密 封悬挂装置对复杂层段的安全钻进具有十分重要的意义。
发明内容
本实用新型一种用于裸眼井段的膨胀管悬挂密封装置，所要解决的技术 问题是通过应用膨胀管在复杂层位发生膨胀变形，使得管体上下两端的橡胶 密封元件对复杂层进行有效封堵，实现堵漏或封隔作业目的，从而有效提高 钻井速度，縮短钻井和建井周期。本实用新型的目的是向现场提供一种用于 裸眼井段的膨胀管悬挂密封装置。
本实用新型是在裸眼井段对复杂层进行有效堵漏或封隔作业的一种可 膨胀悬挂密封装置，由实体膨胀管、可变径膨胀工具、膨胀系统、橡胶元件 和膨胀启动器组成。膨胀启动器位于膨胀系统的下端，构成膨胀系统的压力 密封空间，膨胀启动器下端的引鞋为可钻材料，可变径膨胀工具为可变径结 构，位于膨胀启动器内，可变径膨胀工具和实体膨胀管、引鞋和实体膨胀管 之间均为密封配合，在额定压力范围内不会发生泄压；在实体膨胀管上下两 端硫化有橡胶密封元件，橡胶密封元件为环形结构，遇水可自膨胀，其外径 大于实体膨胀管的外径而小于裸眼井段井眼直径。使用中心管工具将实体膨 胀管系统下入到复杂层位置，使实体膨胀管上的橡胶密封元件位于离复杂层 上下边界若干米的位置，将膨胀管在径向发生永久塑性变形，膨胀管管体上 的橡胶与复杂层段的上下井壁紧密接触，从而在裸眼段对复杂层起到封隔作 用。
本实用新型的优点在于
1、对于下入的膨胀管无需悬挂到上层套管，可直接在裸眼井段的复杂 层附近进行膨胀作业，使之悬挂密封在裸眼井壁上，集悬挂器和封隔器的功 能于一身，减小了施工风险及施工难度，降低了施工成本，并且縮短了后续
钻井的时间和建井周期。
2、 膨胀系统中的膨胀工具为可变径ft构，减小了膨胀管下端膨胀启动 器部分的外径，保证膨胀管能顺利下入到目的层位，可变径膨胀工具使实体 膨胀管能适应井眼不规则情况，膨胀后紧贴于裸眼井壁。
3、 膨胀系统中的可变径膨胀工具，可根据压力情况调节其外径大小， 增大了膨胀管的膨胀率，进一步减小了膨胀后的膨胀管与井壁间的环形空 间，从而有效提髙膨胀管对复杂层的封堵或封隔效果。
4、 施工过程无需注水泥。膨胀管管体上下端分别硫化有橡胶元件，在 膨胀施工完毕后，膨胀管上的橡胶密封元件随膨胀管一起膨胀，保证橡胶层 与复杂层上下井壁紧密接触，从而起到封堵或封隔复杂层的目的。为提高 密封效果可采用遇水自膨胀橡胶，橡胶遇水膨胀时间可控制在3 5天。
附图所示为一种用于裸眼井段的膨胀管悬挂密封装置的膨胀示意图。 图1裸眼井段的膨胀管悬挂密封装置下入过程 图2可变径膨胀工具变径及膨胀管悬挂密封装置膨胀封堵过程 l.实体膨胀管2.可变径膨胀工具3.膨胀系统4.橡胶元件5.膨胀启动器 6.复杂层7.中心管8.引鞋
具体实施方式
现结合说明书附图对本实用新型作进一步的描述。
如图l、图2所示，在钻遇复杂层段后，先使用扩眼工具对复杂层6及 其上下若干米的范围内进行扩眼，保证膨胀系统3的顺利下入以及获得较大 的井眼。在复杂层6位置下入膨胀系统3，使实体膨胀管1上的橡胶密封元
件4位于复杂层6上下边界若千米的位置，以保证能有效封堵或封隔复杂层 6。膨胀启动器5位于膨胀系统3的下端，构成膨胀系统3的压力密封空间， 利用液压通过中心管7使可变径膨胀工具2在膨胀启动器5内发生变径，并 将膨胀启动器5膨胀。继续打压，使变径后的膨胀工具2在液压或机械力的 作用下开始向上运动，此时实体膨胀管1在可变径膨胀工具2的作用下发生 径向永久塑性变形，下端实体膨胀管1外层的硫化橡胶4与井壁贴紧，膨胀 施工后橡胶层4封堵实体膨胀管1与井壁之间的环形空间，从而达到封堵复 杂层6的目的。如果采用遇水膨胀橡胶4，膨胀结束后，起出中心管，遇水 膨胀橡胶4在地层水的作用下发生自膨胀，进一步有效封堵实体膨胀管1 与井壁之间的环空；遇水自膨胀橡胶4主要由高效遇水膨胀橡胶、弱遇水膨 胀橡胶、临时屏蔽材料等三层材料组成，遇水自膨胀橡胶4的膨胀时间可选 择不同的配方来加以控制，可选择为遇水自膨胀时间为3 5天。膨胀启动 器5下端的引鞋8为可钻材料，复杂层2封堵或封隔完成后，下钻头钻掉启 动器引鞋8后，继续钻进。
权利要求1、一种用于裸眼井段的膨胀管悬挂密封装置，它是由实体膨胀管[1]、可变径膨胀工具[2]、膨胀系统[3]、橡胶元件[4]和膨胀启动器[5]组成，其特征是膨胀启动器[5]位于膨胀系统[3]的下端，构成膨胀系统[3]的压力密封空间，膨胀启动器[5]下端的引鞋[8]为可钻材料，可变径膨胀工具[2]为可变径结构，位于膨胀启动器[5]内，在实体膨胀管[1]上下两端硫化有橡胶密封元件[4]，橡胶密封元件[4]为环形结构，其外径大于实体膨胀管[1]的外径而小于裸眼井段井眼直径。
2、 如权利要求1所述的一种用于裸眼井段的膨胀管悬挂密封装置，其特征 在于橡胶密封元件[4]主要由高效遇水膨胀橡胶、弱遇水膨胀橡胶、临时屏蔽 材料等三层材料组成。
3、 如权利要求1所述的一种用于裸眼井段的膨胀管悬挂密封装置，其特征 在于可变径膨胀工具[2]和实体膨胀管[1]、引鞋[8]和实体膨胀管[1]之间均 为密封配合。
4、 如权利要求1所述的一种用于裸眼井段的膨胀管悬挂密封装置，其特征在于实体膨胀管[l]通过膨胀直接坐挂在裸眼井段。
专利摘要本实用新型为一种用于裸眼井段的膨胀管悬挂密封装置，由实体膨胀管、可变径膨胀工具、膨胀系统、橡胶密封元件和膨胀启动器组成。膨胀启动器位于膨胀系统的下端，构成膨胀系统的压力密封空间，启动器下端的引鞋为可钻材料，膨胀工具为可变径结构，位于启动器内，实体膨胀管两端的环形橡胶密封元件遇水可自膨胀。采用膨胀工具使膨胀管在径向发生变形，使橡胶元件与复杂层段的上下井壁紧密接触，从而对复杂层起到封堵的目的。其优点在于直接在裸眼井段的复杂层附近进行膨胀作业，集悬挂密封功能于一身；膨胀工具为可变径结构，增大了膨胀管的膨胀率，使膨胀管能适应井眼不规则情况；橡胶遇水膨胀时间可控，施工过程无需注水泥。
文档编号E21B33/10GK201202429SQ200820018400
公开日2009年3月4日 申请日期2008年3月13日 优先权日2008年3月13日
发明者吴柳根, 明 唐, 唐成磊, 宁学涛, 彭志刚, 朱海波, 沈学祥, 滕照正, 王绍先, 赵金海, 马建忠 申请人:中国石化集团胜利石油管理局钻井工艺研究院