专利名称：全液控尾管悬挂器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及石油领域中尾管固井的装置，属于尾管悬挂器结构的改进，特别 是全液控尾管悬挂器。
背景技术：
我国逐步形成18个陆上油田、8种油藏固井技术，主要固井技术包括调整井固井 技术、常规单双塞固井技术、双密度固井技术、双凝水泥浆固井技术、双级注固井技术、尾管 固井技术、深井固井技术、小井眼固井技术、水平井固井技术、膏盐层固井技术、浅层气煤层 气固井技术、泡沫水泥浆固井技术、泥浆转化为水泥浆固井技术。其中尾管悬挂固井技术在 国内外各油田生产中有着广泛的应用。随着我国各油田钻井越来越探，钻遇复杂地层的机会增加，并对封固复杂地层的 固井质量要求更加严格，应进一步研制和开发封隔式尾管悬挂器，以提高尾管固井质量，尤 其是提高了油气层和重叠段的固井质量。目前国内某些厂家生产的尾管悬挂器，无论从性 能、结构合理性、加工质量上，还是从使用的可靠性和成功率上都已达到或超过了国外同类 产品且价格只有进口产品的1/4-1/3。因此尾管固井应大力提倡使用国产精品。但是，尾管 悬挂器作为尾管固井的专用工具，在尾管固井施工中占有重要的位置，性能和质量的优劣 直接影响到尾管固井施工的质量，甚至影响施工的成败。在近年来随着钻井工艺的不断发 展和提高，以及各项钻井理论的出台，以及社会和环境的需求，导致了各种特殊井的大量涌 现，如定向井、水平井等。由于特殊井更能适应油藏开采需要，提高采收率，因此越来越得 到油田开发管理者的重视，相应地尾管悬挂器使用量也越来越大。尤其是在稠油采收区，需 要注入热蒸汽的井，水平井在这种情况下则能最大面积的接触储油层，经加热后可以大幅 度提高原油采收率。在克拉玛依油区采用悬挂器悬挂筛管完井也越来越多。近几年，如在 克拉玛依油田，每年有1000余口的新油井中有1/4左右的井型为水平井，这些井在完井作 业中均选用的尾管悬挂器固井工艺，随着这项工艺在克拉玛依油田逐渐成熟的情况下将会 有越来越多的开发井采用此项工艺技术完井。尾管悬挂器坐封后，一般都要继续用水泥封 固悬挂器以下套管段，水泥返到尾管悬挂处，在南疆，水泥封固一般都要返高到尾管悬挂点 上一百米处，这样利于尾管段的封固，具体使用什么型号的尾管悬挂器必须根据钻井设计 来定，现阶段在我国部分油田主要是依靠传统的机械式尾管悬挂器，其结构特点是在压力 做挂后在实施坐封动作，在施工时需要多次活动钻具，给工程施工带来极大地风险，容易造 成坐挂失败，不能有效的起到尾管固井的目的其性能和质量的优劣直接影响到尾管固井施 工的质量，甚至影响施工的成败。此外，随着国内外固井技术的不断发展，尤其是在尾管悬挂方面技术不断改进与 创新，以及鉴于国内外对保护油气层的技术需要、提高采收率的需要、便于现场施工等需 要，现有的尾管悬挂器虽然能够基本满足正常完井的施工，但在技术上仍可以完善和提高。 比如在完井施工过程中没有明显的井下活动标示，完全是靠经验以及尾管悬挂的理论为判 断依据，如果在井况较为复杂的情况下则难以判断施工过程中井下的实际情况。由于井下情况往往比较复杂，部分尾管悬挂固井施工完全是依靠固井工程师的经验判断进行操作。 另外，有许多尾管悬挂器由于设计不完善，操作困难，给固井现场施工带来了不便，导致在 施工中存在潜在的风险，难以保证达到设计的要求，给后期的采油工作带来较多不利因素， 甚至影响到最终的采收率。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种全液控尾管悬挂器，其结构合理，操作方便，利用 泥浆对尾管悬挂器进行全液压控制，改变传统的机械封隔模式，封隔效果良好。本实用新型的目的是这样实现的一种全液控尾管悬挂器，包括内套管、外套管及 封隔器，内套管由尾管、中部管体、连接管和芯管构成，尾管通过其前端与中部管体配合固 接连通，中部管体前端与连接管固接连通，连接管内配合套装着芯管，芯管前端伸出连接管 前端；在外套管管体后端上连接着回接筒，回接筒通过其后端的内丝扣安装着套筒，套筒内 壁与尾管动配合，尾管后端设置着倒挂接头，尾管外管壁上设置的环形密封活塞与外套管 管体内管壁动配合接触，在内套管内配合固装着将内套管分隔为前管腔和后管腔的憋压球 座，前管腔通过贯穿憋压球座本体的连通孔连通后管腔，在位于憋压球座连通孔其进口端 上配合设置着憋压球，在外套管管体前端连接着管状转换短节，转换短节外周壁上配合安 装着管状扶正器，在位于伸出连接管前端的芯管的外周壁上固装着与转换短节内周壁密封 动配合的皮碗，在皮碗、环形密封活塞、内套管外管壁与外套管内管壁之间形成管状泥浆传 液腔室，前管腔通过内套管管壁上的泥浆进孔连通泥浆传液腔室；在外套管管体前、后管 壁上分别配合固装着前管状缸体和后管状缸体，在前管状缸体内管壁与外套管管体外管壁 之间滑动配合安装的环状胶筒活塞与前管状缸体、外套管管体外管壁形成管状的前导压泥 浆腔室，前导压泥浆腔室通过外套管管体管壁上设置的前传压孔连通泥浆传液腔室，外套 管管体管壁上配合固装着由可塑性胶筒构成的管状封隔器，在封隔器后方的外套管管壁上 动配合安装的锁帽与封隔器后端面相接触配合，胶筒活塞前端面与锁帽另一端面相接触配 合，锁帽内周壁设置的楔形空腔其宽端朝后，窄端朝前，在楔形空腔内动配合设置着止回钢 球，在后部管状缸体内管壁与外套管管体外管壁之间滑动配合安装的环状卡瓦活塞与后部 管状缸体、外套管管体外管壁也形成管状的后导压泥浆腔室，后导压泥浆腔室通过外套管 管体管壁上设置的后传压孔连通泥浆传液腔室，在外套管管体后部管周壁上设置着楔形斜 面，楔形斜面的小头朝向外套管管体的前端，在位于楔形斜面与后部管状缸体之间的外套 管管体外管壁上设置着环形卡瓦，环形卡瓦内壁面与楔形斜面相配合，并与外套管管体外 管壁相接触动配合，环形卡瓦前端与卡瓦活塞后端面相配合；前导压泥浆腔室、后导压泥浆 腔室通过泥浆传液腔室、井内套管连通地面上的泥浆泵，该泥浆泵通过导压泥浆驱使胶筒 活塞和卡瓦活塞分别在前导压泥浆腔室、后导压泥浆腔室分别向前、后推动环形卡瓦、封隔 器沿外套管管体前、后方滑动。本实用新型的工作原理介绍如下(1)双液压活动井下适应性由于现在钻井工艺中泥浆的普遍应用，必然导致井下能够形成一定的液压。双液 压活动是指，施工过程中在不同的阶段，使其形成不同的压力梯度，从而驱动尾管悬挂器在 井下的一系列动作。而井下形成的不同液压是有地面施工泵提供和控制的，所以能够确定
4尾管悬挂器在井下的各项动作。(2)液压座挂液压封隔液压座挂和液压封隔是指，尾管悬挂器在井下由压力驱动座挂活塞和封隔活塞分 别在座挂液缸和封隔液缸里运动，从而达到座挂和封隔的目的。(3)保持压力倒扣机理保持压力倒扣又称憋压倒扣，是指由于悬挂器的密封作用，继座挂和封隔后，悬挂 器中的压力还保持在一定的读数，这时通过送入装置的中和点系统，找到起倒扣中和点并 开始倒扣，当其倒扣圈数达到要求时，上提送入装置，压力将会降到0，说明倒扣成功，采用 憋压倒扣方法，可以直观的判断倒扣是否成功。(4)悬挂器自身密封性能由于采用双液压驱动方式，所以对于尾管悬挂器的密封性能要求较高。为了保证 其密封性，主要从运用了 “0”型密封圈、单向皮碗等配件而且对加工工艺严格要求，减小公 差，从而提高密封性能，达到全液压的目的。(5)抗高温高压橡胶密封性能在此项技术创新中运用了大量的橡胶产品，如0形圈、皮碗、封隔胶筒等。由于悬 挂器最终所处环境为高温高压，所以这些附件也必须是抗高温高压的材料，并引入了可塑 性合金胶筒作为变形前的封隔器更进一步提高了产品的抗温性。本实用新型适合应用于水平井，便于施工操作，能明显反映尾管悬挂器在井下各 项动作，能提高施工成功率的尾管悬挂装置，采用双液缸双活塞，由液压提供驱动力使其完 成井下动作，达到座挂和封隔的目的要求；通过送入装置的中和点系统和保持压力倒扣，从 而达到安全倒扣的目的。这些活动均是液压存在的情况下进行，而井下的液压是有地面的 施工泵提供和控制的，所以通过钻台的压力表就可以明显反映井下的各项动作。本实用新型各项基本测试性能如下(1)密封性测试在室内采用大排量泵车和小排量泵，并泵入清水，进行测定试验，分别在 10MPa-25Mpa下进行测试，当悬挂器内压力达到预定值使卡瓦活塞和封隔活塞分别打开后， 保持压力25min，无泄露，渗水的现象，压力值保持起始压力。(2)座挂性能测试室内试验，采用与井下同样套管，使悬挂器的环形卡瓦在套管内打开，然后施压于 悬挂器，约合重量65t，无移动滑落现象。(3)胶筒密封性能能力测试采用同井下同样套管做成试验仪器，使胶筒作为变形前的封隔器在套管内打开， 达到封隔效果后，加温加压，保持压力和温度30min-lh无泄压现象，读数为起始数值。(4)销钉剪切力规律测试在坐挂液缸和封隔液缸上分别安装销钉，个数为1-12个，然后进行憋压，观察每 次剪断不同销钉个数压力读数。得出销钉剪切规律为3MPa/个。(5)倒扣机理测试将尾管悬挂器置于套管内，模拟井下情况，投球憋压使卡瓦和封隔器打开后，进行 运用中和装置系统寻找到中和点，然后转动中心杆实施倒扣，无卡口，反转现象。[0030]本实用新型有以下三层压力界面井内泥浆体系与送入工具(内套管)的压力界 面、送入工具与主体(外套管)的环空界面以及主体与井壁套管的环空界面。井内泥浆通 过钻具与悬挂器送入工具的转换短节相连接，从而将悬挂器运送到指定的位置，即形成液 压动力源。送入工具上的环形密封活塞和单向皮碗将送入工具与主体内部形成一个密闭的 液压系统，带有压力的泥浆通过送入工具外套管上的传压孔到达附在外套管环壁上的两个 活塞导压系统(腔室)，即进入前、后导压泥浆腔室。两系统上的活塞均由销钉固定，当泥浆 压力达到两活塞上小的销钉的剪切压力值时，两活塞一胶筒活塞和卡瓦活塞分别向两侧活 动从而达到密封和座挂的目的。卡瓦由卡瓦活塞推动通过主体外套管上的环形楔形斜面上 升，从而使卡瓦沿楔形斜面相对运动以最终达到座挂的目的。可变形的封隔器则由胶筒活 塞推动使封隔器达到封隔的目的。本实用新型采用一种新型可塑性合金胶筒作为封隔器，利用其高熔点和良好的可 塑分隔密封性可满足目前油田中热采的要求，尤其适用于稠油的采收；其次本实用新型工 具中设计有洗井装置，可满足修井的需求，同时可操作性较强，座挂可靠，有具有较好的水 平井固井的应用性，适合目前石油天然气的勘探与开发的需求。本实用新型是对尾管悬挂器的结构进行了创新改进，改变了以往的运动方式，使 其结构更简单，操作更方便，地面反映更加明显直观。本项技术的创新点主要是1.对尾管悬挂器以往结构进行了改进，改变了以往封隔器的位置，使其位于悬挂 器总成的下方，形成了双液缸双活塞模式从而使座挂和封隔在液压的驱动下依次完成。2.增加封隔器的自锁装置，给形成封隔形变后的胶筒施压，使其形成永久形变，从 而达到永久封隔的效果。3.在倒扣中应用了保持压力倒扣方式，其方法是在投球憋压，控制压力，形成双 梯度压力使卡瓦活塞和封隔活塞打开后，保持悬挂器内的压力，经中和装置系统找到中和 点后，开始倒扣上提中心杆，压力归零倒扣成功。4.引进可塑性合金胶筒，作为变形前的封隔器，在其形变后，通过自锁装置的作用 使其永久形变，达到良好的封隔效果。因此，本实用新型为经过改进后的尾管悬挂器，结构更加合理、简单，操作更加方 便，采用的全液压模式，使尾管悬挂器在井下的各项活动在地面都有明显的反映，改变传统 的机械封隔模式，封隔效果良好。
下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。图1为本实用新型的剖视结构示意图；图2为图1中A部的放大结构示意图。
具体实施方式
一种全液控尾管悬挂器，如图1、图2所示，包括内套管、外套管及封隔器25，内套 管由尾管32、中部管体26、连接管18和芯管19构成，尾管32通过其前端与中部管体26配 合固接连通，中部管体26前端与连接管18固接连通，连接管18内配合套装着芯管19，芯 管19前端伸出连接管18前端；在外套管管体4后端上连接着回接筒1，回接筒1通过其后端的内丝扣3安装着套筒，套筒内壁与尾管32动配合，尾管32后端设置着倒挂接头2，尾管 32外管壁上设置的环形密封活塞7与外套管管体4内管壁动配合接触，在内套管内配合固 装着将内套管分隔为前管腔和后管腔的憋压球座27，前管腔通过贯穿憋压球座27本体的 连通孔13连通后管腔，在位于憋压球座27连通孔13其进口端上配合设置着憋压球14，在 外套管管体4前端连接着管状转换短节22，转换短节22外周壁上配合安装着管状扶正器 23，在位于伸出连接管18前端的芯管19的外周壁上固装着与转换短节22内周壁密封动配 合的皮碗20，在皮碗20、环形密封活塞7、内套管外管壁与外套管内管壁之间形成管状泥浆 传液腔室，前管腔通过内套管管壁上的泥浆进孔30连通泥浆传液腔室；在外套管管体4前、 后管壁上分别配合固装着前管状缸体31和后管状缸体8，在前管状缸体31内管壁与外套管 管体4外管壁之间滑动配合安装的环状胶筒活塞15与前管状缸体31、外套管管体4外管壁 形成管状的前导压泥浆腔室28，前导压泥浆腔室28通过外套管管体4管壁上设置的前传 压孔29连通泥浆传液腔室，外套管管体4管壁上配合固装着由可塑性胶筒构成的管状封隔 器25，在封隔器25后方的外套管管壁上动配合安装的锁帽17与封隔器25后端面相接触配 合，胶筒活塞15前端面与锁帽17另一端面相接触配合，锁帽17内周壁设置的楔形空腔其 宽端朝后，窄端朝前，在楔形空腔内动配合设置着止回钢球16，在后部管状缸体8内管壁与 外套管管体4外管壁之间滑动配合安装的环状卡瓦活塞9与后部管状缸体8、外套管管体4 外管壁也形成管状的后导压泥浆腔室12，后导压泥浆腔室12通过外套管管体4管壁上设置 的后传压孔10连通泥浆传液腔室，在外套管管体4后部管周壁上设置着楔形斜面5，楔形斜 面5的小头朝向外套管管体4的前端，在位于楔形斜面5与后部管状缸体8之间的外套管管 体4外管壁上设置着环形卡瓦6，环形卡瓦6内壁面与楔形斜面5相配合，并与外套管管体 4外管壁相接触动配合，环形卡瓦6前端与卡瓦活塞9后端面相配合；前导压泥浆腔室28、 后导压泥浆腔室12通过泥浆传液腔室、井内套管连通地面上的泥浆泵，该泥浆泵通过导压 泥浆驱使胶筒活塞15和卡瓦活塞9分别在前导压泥浆腔室28、后导压泥浆腔室12分别向 前、后推动环形卡瓦6、封隔器沿外套管管体4前、后方滑动。 皮碗20卡装在皮碗托盘21内，皮碗托盘21通过锁环24固装在内套管外管壁上。 所述的憋压球14为胶木球或铜球。
权利要求一种全液控尾管悬挂器，包括内套管、外套管及封隔器(25)，内套管由尾管(32)、中部管体(26)、连接管(18)和芯管(19)构成，尾管(32)通过其前端与中部管体(26)配合固接连通，中部管体(26)前端与连接管(18)固接连通，连接管(18)内配合套装着芯管(19)，芯管(19)前端伸出连接管(18)前端；在外套管管体(4)后端上连接着回接筒(1)，回接筒(1)通过其后端的内丝扣(3)安装着套筒，套筒内壁与尾管(32)动配合，尾管(32)后端设置着倒挂接头(2)，尾管(32)外管壁上设置的环形密封活塞(7)与外套管管体(4)内管壁动配合接触，在内套管内配合固装着将内套管分隔为前管腔和后管腔的憋压球座(27)，前管腔通过贯穿憋压球座(27)本体的连通孔(13)连通后管腔，在位于憋压球座(27)连通孔(13)其进口端上配合设置着憋压球(14)，在外套管管体(4)前端连接着管状转换短节(22)，转换短节(22)外周壁上配合安装着管状扶正器(23)，其特征是在位于伸出连接管(18)前端的芯管(19)的外周壁上固装着与转换短节(22)内周壁密封动配合的皮碗(20)，在皮碗(20)、环形密封活塞(7)、内套管外管壁与外套管内管壁之间形成管状泥浆传液腔室，前管腔通过内套管管壁上的泥浆进孔(30)连通泥浆传液腔室；在外套管管体(4)前、后管壁上分别配合固装着前管状缸体(31)和后管状缸体(8)，在前管状缸体(31)内管壁与外套管管体(4)外管壁之间滑动配合安装的环状胶筒活塞(15)与前管状缸体(31)、外套管管体(4)外管壁形成管状的前导压泥浆腔室(28)，前导压泥浆腔室(28)通过外套管管体(4)管壁上设置的前传压孔(29)连通泥浆传液腔室，外套管管体(4)管壁上配合固装着由可塑性胶筒构成的管状封隔器(25)，在封隔器(25)后方的外套管管壁上动配合安装的锁帽(17)与封隔器(25)后端面相接触配合，胶筒活塞(15)前端面与锁帽(17)另一端面相接触配合，锁帽(17)内周壁设置的楔形空腔其宽端朝后，窄端朝前，在楔形空腔内动配合设置着止回钢球(16)，在后部管状缸体(8)内管壁与外套管管体(4)外管壁之间滑动配合安装的环状卡瓦活塞(9)与后部管状缸体(8)、外套管管体(4)外管壁也形成管状的后导压泥浆腔室(12)，后导压泥浆腔室(12)通过外套管管体(4)管壁上设置的后传压孔(10)连通泥浆传液腔室，在外套管管体(4)后部管周壁上设置着楔形斜面(5)，楔形斜面(5)的小头朝向外套管管体(4)的前端，在位于楔形斜面(5)与后部管状缸体(8)之间的外套管管体(4)外管壁上设置着环形卡瓦(6)，环形卡瓦(6)内壁面与楔形斜面(5)相配合，并与外套管管体(4)外管壁相接触动配合，环形卡瓦(6)前端与卡瓦活塞(9)后端面相配合；前导压泥浆腔室(28)、后导压泥浆腔室(12)通过泥浆传液腔室、井内套管连通地面上的泥浆泵，该泥浆泵通过导压泥浆驱使胶筒活塞(15)和卡瓦活塞(9)分别在前导压泥浆腔室(28)、后导压泥浆腔室(12)分别向前、后推动环形卡瓦(6)、封隔器沿外套管管体(4)前、后方滑动。
2.根据权利要求1所述的全液控尾管悬挂器，其特征是皮碗(20)卡装在皮碗托盘 (21)内，皮碗托盘(21)通过锁环(24)固装在内套管外管壁上。
3.根据权利要求1所述的全液控尾管悬挂器，其特征是所述的憋压球(14)为胶木球 或铜球。
专利摘要本实用新型公开了一种全液控尾管悬挂器，其环形密封活塞和单向皮碗将送入工具与主体内部形成一个密闭的液压系统，带有压力的泥浆通过送入工具外套管上的传压孔到达附载于外套管环壁上的进入前、后导压泥浆腔室，两活塞—胶筒活塞和卡瓦活塞分别向两侧活动从而达到密封和座挂的目的，卡瓦由卡瓦活塞推动通过主体外套管上的环形楔形斜面上升，从而使卡瓦沿楔形斜面相对运动以最终达到座挂的目的，可变形的封隔器则由胶筒活塞推动使封隔器达到封隔的目的。本实用新型结构更加合理、简单，操作更加方便，采用的全液压模式，改变传统的机械封隔模式，封隔效果良好。
文档编号E21B23/01GK201705253SQ20102015388
公开日2011年1月12日 申请日期2010年4月9日 优先权日2010年4月9日
发明者吴云义, 张江凯, 李青山, 许东, 马国栋 申请人:新疆贝肯能源工程股份有限公司;克拉玛依贝肯石油科技开发有限责任公司