一种能够对接的膨胀工具及其作业方法与流程

1.本发明涉及石油天然气开采技术领域，更具体地说涉及一种能够对接的膨胀工具及其作业方法。


背景技术：

2.可膨胀管技术是将待膨胀的膨胀管下到井内，以液压为动力，通过膨胀锥挤压膨胀管，使膨胀管发生径向膨胀，贴近套管的一项技术，可实现膨胀定位和密封的功能，该技术的核心工具是膨胀工具，由于膨胀工具在膨胀前分两层管柱，外层是膨胀管，内层是插入管柱，比如油管或钻杆。当使用的膨胀管超过一根时，膨胀工具在下井过程中有两种方法，一种是将一根膨胀管和一根油管作为一个模块，整体下入，类似于“搭积木”的方法；另一种方法是先将所有的膨胀管及膨胀锥下入，并固定在井口，接着将插入管柱插入膨胀管内的密封筒内。第二种方法在操作上更省时，但是插入管柱下方需连接专用插入工具，保证插入后插入管柱和膨胀锥合为一体，且能承受较大拉力。目前使用较多的插入专用工具是将开口环装在插入管柱下方的沟槽外侧，靠开口环外径变化实现插入和锁定，但是由于开口环的强度问题，使该插入专用工具存在隐患，因为开口环在受剪切力时，不能保证一周均在受力，每个开口环仅有一段受到剪切力，因此该装置所承受的最大拉力每次都不同，存在脱开风险，不够可靠。


技术实现要素：

3.本发明克服了现有技术中的不足，现有的插入专用工具的开口环在受剪切力时，不能保证一周均在受力，每个开口环仅有一段受到剪切力，故导致其所承受的最大拉力每次都不同，存在脱开风险，不够可靠，提供了一种能够对接的膨胀工具及其作业方法，本发明中对接装置分两部分，插入部分(内层管柱)安装在插入管下方，被插入部分(膨胀管部分)安装在膨胀锥上方，且插入部分的结构不是简单的开口环结构，而是带弹簧的锚块结构，插入后，锚块会实现锁定，且可承受较大的拉力，不容易脱开，稳定可靠。施工结束后可通过简易操作实现插入部分和被插入部分的解锁分离。
4.本发明的目的通过下述技术方案予以实现。
5.一种能够对接的膨胀工具，包括内层管柱和膨胀管部分，所述内层管柱设置在所述膨胀管部分内；
6.所述内层管柱包括锚块、锚套、外筒、中心管和插入管，油管或钻杆串的尾端外壁与所述中心管的首端内壁螺纹连接，在所述中心管的上部外壁形成一缩径段，在所述缩径段的下方形成一扩径段，所述锚块安装在所述扩径段内，所述锚套安装在锚块下方的所述中心管上，所述锚套的尾端外壁与所述外筒的首端内壁螺纹连接，在所述中心管的外壁和所述外筒的内壁之间形成一弹簧腔，在所述弹簧腔内设置有弹簧，在位于弹簧首端的所述中心管的外壁上形成一上弹簧限位凸台，在位于弹簧尾端的所述外筒的内壁上形成一下弹簧限位凸台，用于限制弹簧的位置，所述中心管的尾端内壁与所述插入管的首端外壁螺纹
连接；
7.所述膨胀管部分包括被插入筒、连接套、膨胀锥、膨胀管和可钻堵头，所述被插入筒设置在所述膨胀管内，且与所述膨胀管间隙配合，所述被插入筒的尾端内壁与所述连接套的首端外壁螺纹连接，所述连接套的尾端外壁套接所述膨胀锥，所述膨胀锥的尾端内壁与所述连接套的尾端外壁螺纹连接，在所述膨胀管的尾端内壁与所述可钻堵头的外壁螺纹连接，在所述可钻堵头上开设有贯穿所述可钻堵头的球座通道，所述球座通道由上至下依次为斜面球座、球座通径和球座扩径，铜球放置在所述斜面球座上。
8.所述锚块采用内壁为圆弧形外壁具有弧形凸起的结构，利用所述锚块的圆弧形内壁实现将其装配在锚套的矩形口内的目的，利用锚块外壁的弧形凸起实现其与中心管的外部凸台相配合的目的，在所述锚块的内壁边缘处形均成有30度倒角，在所述锚块的周向形成有薄台阶，所述薄台阶的外侧为弧形，以实现与锚套内径贴紧的目的。
9.当锚块位于中心管的扩径段时，锚块的外径大于被插入筒的最小内径，当锚块位于中心管的缩径段时，锚块外径小于被插入筒的最小内径。
10.在所述锚套的外壁中部形成有锚套扩径段，锚套扩径段通过45度角实现过渡，在所述锚套扩径段上形成有4个矩形切口，所述锚块安装在所述锚套扩径段的矩形切口处，所述锚块的圆弧形内壁装配到所述锚套的矩形切口内，在所述锚套的尾端外壁形成锚套三角公螺纹。
11.在所述外筒的侧壁上开设有贯穿所述外筒的4个出气孔，所述出气孔位于所述弹簧腔处。
12.在缩径段上方的所述中心管的上部外壁上形成3道燕尾槽，在所述燕尾槽内设置有第一o型圈。
13.在所述插入管的上部形成一插入管扩径段，用于与连接套上方内侧的斜面进行定位，在所述插入管的中部及下部形成一插入管缩径段，所述插入管扩径段通过大斜度倒角与对所述插入管缩径段相连。
14.在所述膨胀管的首端和所述油管或钻杆串的外壁之间设置有防尘环，所述防尘环采用塑料材质。
15.所述被插入筒的首端内壁形成30度倒角，以便于插入管的插入，在30度倒角下方的所述被插入筒的内壁形成一上密封面，用于与第一o型圈配合密封，在所述上密封面的下方形成一被插入筒缩径段，在所述被插入筒缩径段下方形成一被插入筒扩径段，在被插入筒扩径段下方的所述被插入筒内壁上形成一下密封面。
16.在所述连接套的首端内壁形成一45度斜倒角，以便于插入管的进入，且所述45度斜倒角能够与插入管的插入管扩径段贴合以实现定位，从而保证锚块能够准确地进入到被插入筒扩径段处，实现锁定，在所述连接套首尾两端的外壁上分别形成上密封槽和下密封槽，所述上密封槽内设置有第二o型圈，第二o型圈实现与被插入筒的密封，所述下密封槽内设置有第三o型圈，第三o型圈实现连接套与膨胀锥的密封，所述连接套的上部内壁为连接套内扩径段，用于与插入管的外表面是间隙配合。
17.所述膨胀锥的外壁采用首端外径小尾端外径大的结构，膨胀锥的外壁首端与膨胀锥的外壁尾端通过斜面和圆角光滑过渡，在所述膨胀锥的下部外壁形成一膨胀锥密封槽，在所述膨胀锥密封槽内设置有第四o型圈，第四o型圈与膨胀管内的密封面配合实现密封，
所述膨胀锥的上部内壁形成一膨胀锥内密封面，与第三o型圈配合实现密封。
18.所述膨胀管的尾端内壁形成一膨胀管内扩径段，膨胀管内扩径段形成发射腔，在发射腔下方的所述膨胀管的尾端内壁形成一膨胀管倒角，膨胀管倒角在下井过程起到引鞋的作用，在所述膨胀管的外壁上由上至下均匀设置有密封模块，用于实现对套管的密封和定位。
19.所述可钻堵头采用铸铁材质，以便于钻掉，在所述可钻堵头的中部外壁上形成有2道可钻堵头密封槽，在所述可钻堵头密封槽内设置有第五o型圈，以实现与膨胀管的密封。
20.一种能够对接的膨胀工具的作业方法，按照下述步骤进行；
21.步骤1，下井过程
22.先将装配好的膨胀管部分下入井内，并通过安全卡瓦悬挂在井口，接着用油管或钻杆连接内层管柱，将其下入到膨胀管部分内；
23.步骤2，对接过程
24.内层管柱进入膨胀管部分过程中，当中心管和锚块经过被插入筒的上密封面，并经过插入筒缩径段时，锚块外径尺寸大于插入筒缩径段的内径，锚块无法通过而停止移动，中心管压缩弹簧，中心管相对于锚块继续下移，当中心管的缩径段与锚块对齐时，锚块进入中心管的缩径段内，锚块外径变小，锚块的外径当小于被插入筒的插入筒缩径段内径时，锚块与中心管一并通过被插入筒的插入筒缩径段，当锚块经过被插入筒的插入筒缩径段进入插入筒扩径段时，弹簧的回复力作用于中心管的上弹簧限位凸台处，使外筒、锚套和锚块一并沿中心管向上运动，锚块最终回到对接前的位置，即位于中心管的扩径段上，连接套的首端内壁形成一45度斜倒角，便于插入管的进入，且45度斜倒角能够与插入管的插入管扩径段贴合以实现定位，从而保证锚块能够准确地进入到被插入筒扩径段处，实现锁定，同时，第一o型圈也与被插入筒的上密封面配合实现密封；
25.步骤2，对接过程
26.内层管柱进入膨胀管部分过程中，当中心管和锚块经过被插入筒的上密封面，并经过插入筒缩径段时，锚块外径尺寸大于插入筒缩径段的内径，锚块无法通过而停止移动，中心管压缩弹簧，中心管相对于锚块继续下移，当中心管的缩径段与锚块对齐时，锚块进入中心管的缩径段内，锚块外径变小，锚块的外径当小于被插入筒的插入筒缩径段内径时，锚块与中心管一并通过被插入筒的插入筒缩径段，当锚块经过被插入筒的插入筒缩径段进入插入筒扩径段时，弹簧的回复力作用于中心管的上弹簧限位凸台处，使外筒、锚套和锚块一并沿中心管向上运动，锚块最终回到对接前的位置，即位于中心管的扩径段上，连接套的首端内壁形成一45度斜倒角，便于插入管的进入，且度斜倒角能够与插入管的插入管扩径段贴合以实现定位，从而保证锚块能够准确地进入到被插入筒扩径段处，实现锁定，同时，第一o型圈也与被插入筒的上密封面配合实现密封；
27.步骤3，下井并膨胀
28.对接完成后，上提内层管柱上方的油管或钻杆串即可一并提起膨胀管部分，并将内层管柱和膨胀管部分下入井下预定深度，接着向油管或钻杆串内打液压，液压推动膨胀锥向上移动，将膨胀管中间的缩颈部分，即未膨胀的膨胀管继续膨胀，膨胀过程中，膨胀管外侧的密封模块贴到套管的内壁，实现对套管的密封和定位，当膨胀管的中间缩颈部分全部被膨胀完，膨胀锥将破坏防尘环，并被提出膨胀管外，此时油管或钻杆串内的液压降为0，
液压降低也是膨胀结束的信号，最终除了铜球、和膨胀管、第五o型圈和可钻堵头被留在井底，其它部件全被提出井口；
29.步骤4，锚块解锁
30.将提出的零部件提到井口后，首先拆卸膨胀锥和连接套，然后拆卸插入管，当插入管被拆以后，外筒的尾端失去插入管对其定位，在弹簧的作用下，外筒将带着锚套和锚块一起向下移动，此时上提中心管，锚块将从中心管外的扩径段移动到缩径段内，锚块的等效外径减少，当锚块的等效外径小于被插入筒的最小通径时，将被中心管一并从被插入筒中提出，实现锚块的解锁；
31.步骤5，钻掉可钻堵头
32.下入钻具，将可钻堵头和铜球一并钻掉，实现井筒的连通。
33.本发明的有益效果为：本发明的下入工艺不受膨胀管数量限制，一趟管柱可以实现多根膨胀管的下入，可以节省下入时间；本发明通过弹簧与锚块的组合代替常规的卡簧结构，对接部分可承受更大的拉力和压力，可靠性高。
附图说明
34.图1是本发明的结构示意图；
35.图2是本发明中内层管柱的结构示意图；
36.图3是本发明中外管柱的结构示意图；
37.图4是本发明中锚块的结构示意图，其中，(a)为整体结构示意图，(b)为图a中沿a-a的剖视结构示意图；
38.图5是本发明中锚套的结构示意图，其中，(a)为整体结构示意图，(b)为图a中沿a-a的剖视结构示意图；
39.图6是本发明提出地面部分的结构示意图。
40.图中：1为防尘环，2为油管或钻杆串，3为第一o型圈，4为锚块，5为锚套，6为外筒，7为中心管，8为弹簧，9为插入管，10为被插入筒，11为第二o型圈，12为连接套，13为膨胀锥，14为第三o型圈，15为第四o型圈，16为铜球，17为膨胀管，18为第五o型圈，19为可钻堵头；
41.对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
42.下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
43.实施例一
44.一种能够对接的膨胀工具，包括内层管柱和膨胀管部分，内层管柱设置在膨胀管部分内；
45.内层管柱包括锚块4、锚套5、外筒6、中心管7和插入管9，油管或钻杆串2的尾端外壁与中心管7的首端内壁螺纹连接，在中心管7的上部外壁形成一缩径段，在缩径段的下方形成一扩径段，锚块4安装在扩径段内，锚套5安装在锚块4下方的中心管7上，锚套5的尾端外壁与外筒6的首端内壁螺纹连接，在中心管7的外壁和外筒6的内壁之间形成一弹簧腔，在弹簧腔内设置有弹簧8，在位于弹簧8首端的中心管7的外壁上形成一上弹簧限位凸台，在位
于弹簧8尾端的外筒6的内壁上形成一下弹簧限位凸台，用于限制弹簧8的位置，中心管7的尾端内壁与插入管9的首端外壁螺纹连接；
46.膨胀管部分包括被插入筒10、连接套12、膨胀锥13、膨胀管17和可钻堵头19，被插入筒10设置在膨胀管17内，且与膨胀管17间隙配合，被插入筒10的尾端内壁与连接套12的首端外壁螺纹连接，连接套12的尾端外壁套接膨胀锥13，膨胀锥13的尾端内壁与连接套12的尾端外壁螺纹连接，在膨胀管17的尾端内壁与可钻堵头19的外壁螺纹连接，在可钻堵头19上开设有贯穿可钻堵头的球座通道，球座通道由上至下依次为斜面球座、球座通径和球座扩径，铜球16放置在斜面球座上。
47.实施例二
48.在实施例一的基础上，锚块4采用内壁为圆弧形外壁具有弧形凸起的结构，利用锚块4的圆弧形内壁实现将其装配在锚套5的矩形口内的目的，利用锚块4外壁的弧形凸起实现其与中心管7的外部凸台相配合的目的，在锚块4的内壁边缘处形均成有30度倒角，在锚块4的周向形成有薄台阶，薄台阶的外侧为弧形，以实现与锚套5内径贴紧的目的。
49.当锚块4位于中心管7的扩径段时，锚块4的外径大于被插入筒10的最小内径，当锚块4位于中心管7的缩径段时，锚块4外径小于被插入筒10的最小内径。
50.在锚套5的外壁中部形成有锚套扩径段，锚套扩径段通过45度角实现过渡，在锚套扩径段上形成有4个矩形切口，锚块4安装在锚套扩径段的矩形切口处，锚块4的圆弧形内壁装配到锚套5的矩形切口内，在锚套5的尾端外壁形成锚套三角公螺纹。
51.在外筒6的侧壁上开设有贯穿外筒6的4个出气孔，出气孔位于弹簧腔处。
52.在缩径段上方的中心管7的上部外壁上形成3道燕尾槽，在燕尾槽内设置有第一o型圈3。
53.在插入管9的上部形成一插入管扩径段，用于与连接套12上方内侧的斜面进行定位，在插入管9的中部及下部形成一插入管缩径段，插入管扩径段通过大斜度倒角与对插入管缩径段相连。
54.实施例三
55.在实施例二的基础上，在膨胀管17的首端和油管或钻杆串2的外壁之间设置有防尘环1，防尘环1采用塑料材质。
56.被插入筒10的首端内壁形成30度倒角，以便于插入管9的插入，在30度倒角下方的被插入筒10的内壁形成一上密封面，用于与第一o型圈3配合密封，在上密封面的下方形成一被插入筒缩径段，在被插入筒缩径段下方形成一被插入筒扩径段，在被插入筒扩径段下方的被插入筒内壁上形成一下密封面。
57.在连接套12的首端内壁形成一45度斜倒角，以便于插入管9的进入，且45度斜倒角能够与插入管9的插入管扩径段贴合以实现定位，从而保证锚块4能够准确地进入到被插入筒扩径段处，实现锁定，在连接套12首尾两端的外壁上分别形成上密封槽和下密封槽，上密封槽内设置有第二o型圈11，第二o型圈11实现与被插入筒10的密封，下密封槽内设置有第三o型圈14，第三o型圈14实现连接套12与膨胀锥13的密封，连接套12的上部内壁为连接套内扩径段，用于与插入管9的外表面是间隙配合。
58.膨胀锥13的外壁采用首端外径小尾端外径大的结构，膨胀锥13的外壁首端与膨胀锥13的外壁尾端通过斜面和圆角光滑过渡，在膨胀锥13的下部外壁形成一膨胀锥密封槽，
在膨胀锥密封槽内设置有第四o型圈15，第四o型圈15与膨胀管17内的密封面配合实现密封，膨胀锥13的上部内壁形成一膨胀锥内密封面，与第三o型圈14配合实现密封。
59.膨胀管17的尾端内壁形成一膨胀管内扩径段，膨胀管内扩径段形成发射腔，在发射腔下方的膨胀管17的尾端内壁形成一膨胀管倒角，膨胀管倒角在下井过程起到引鞋的作用，在膨胀管17的外壁上由上至下均匀设置有密封模块，用于实现对套管的密封和定位。
60.可钻堵头19采用铸铁材质，以便于钻掉，在可钻堵头19的中部外壁上形成有2道可钻堵头密封槽，在可钻堵头密封槽内设置有第五o型圈18，以实现与膨胀管17的密封。
61.实施例四
62.一种能够对接的膨胀工具的作业方法，按照下述步骤进行；
63.步骤1，下井过程
64.先将装配好的膨胀管部分下入井内，并通过安全卡瓦悬挂在井口，接着用油管或钻杆连接内层管柱，将其下入到膨胀管部分内；
65.步骤2，对接过程
66.内层管柱进入膨胀管部分过程中，当中心管7和锚块4经过被插入筒10的上密封面，并经过插入筒缩径段时，锚块4外径尺寸大于插入筒缩径段的内径，锚块4无法通过而停止移动，中心管7压缩弹簧8，中心管7相对于锚块4继续下移，当中心管7的缩径段与锚块4对齐时，锚块4进入中心管7的缩径段内，锚块4外径变小，锚块4的外径当小于被插入筒10的插入筒缩径段内径时，锚块4与中心管7一并通过被插入筒10的插入筒缩径段，当锚块4经过被插入筒10的插入筒缩径段进入插入筒扩径段时，弹簧8的回复力作用于中心管7的上弹簧限位凸台处，使外筒6、锚套5和锚块4一并沿中心管7向上运动，锚块4最终回到对接前的位置，即位于中心管7的扩径段上，连接套12的首端内壁形成一45度斜倒角，便于插入管9的进入，且45度斜倒角能够与插入管9的插入管扩径段贴合以实现定位，从而保证锚块4能够准确地进入到被插入筒扩径段处，实现锁定，同时，第一o型圈也3与被插入筒10的上密封面配合实现密封；
67.步骤3，下井并膨胀
68.对接完成后，上提内层管柱上方的油管或钻杆串2即可一并提起膨胀管部分，并将内层管柱和膨胀管部分下入井下预定深度，接着向油管或钻杆串2内打液压，液压推动膨胀锥13向上移动，将膨胀管17中间的缩颈部分，即未膨胀的膨胀管继续膨胀，膨胀过程中，膨胀管17外侧的密封模块贴到套管的内壁，实现对套管的密封和定位，当膨胀管17的中间缩颈部分全部被膨胀完，膨胀锥13将破坏防尘环1，并被提出膨胀管17外，此时油管或钻杆串2内的液压降为0，液压降低也是膨胀结束的信号，最终除了铜球16、和膨胀管17、第五o型圈18和可钻堵头19被留在井底，其它部件全被提出井口；
69.步骤4，锚块解锁
70.将提出的零部件提到井口后，首先拆卸膨胀锥14和连接套12，然后拆卸插入管9，当插入管9被拆以后，外筒6的尾端失去插入管9对其定位，在弹簧8的作用下，外筒6将带着锚套5和锚块4一起向下移动，此时上提中心管7，锚块4将从中心管7外的扩径段移动到缩径段内，锚块4的等效外径减少，当锚块4的等效外径小于被插入筒10的最小通径时，将被中心管7一并从被插入筒10中提出，实现锚块4的解锁。
71.步骤5，钻掉可钻堵头
72.下入钻具，将可钻堵头19和铜球16一并钻掉，实现井筒的连通。
73.为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。
74.而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
75.以上对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。