CN216406749U - 一种悬挂器压裂回接工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种悬挂器压裂回接工具，该压裂回接工具主要由悬挂器部分以及配套压裂施工的密封插头部分组成。其中悬挂器部分由提升短节、压帽、悬挂筒、密封橡胶、防落物机构、膨胀锥底座，膨胀锥、连接杆、压裂回接装置、套管短节、胶塞剪切机构、固井胶塞等组成，压裂密封插头部分为一体式结构，主要由提升短节、上密封装置面、对扣结构、下密封面等组成。悬挂器在上层套管内坐挂后，下入压裂密封插头，回插连接压裂回接装置，即可进行压裂作业。本实用新型采用悬挂器与压裂密封插头相结合的方式，具有通径大、密封性能好、承载力高，并且能够满足多种压裂施工要求，可广泛应用于各种油水井压裂施工。

Description

一种悬挂器压裂回接工具

技术领域

本实用新型涉及石油天然气行业中的钻井完井技术领域，为后期压裂施工提供一种悬挂器压裂回接工具。本实用新型涉及石油天然气行业中的钻井完井技术领域。

背景技术

膨胀悬挂器是一种利用钢管膨胀坐挂、多种密封相结合的尾管固井工具，通过机械力或液压力使钢管产生径向膨胀，采用高强度橡胶材料悬挂密封，从而可提供高强的尾管头密封效果和更大的完井内径，防止水窜，可悬挂较常规悬挂器更大尺寸的套管，满足大直径工具下入。鉴于以上技术优势，目前膨胀悬挂器技术已经在油田新井开发、老井侧钻以及修井等领域得到广泛应用，成为新井优化井身结构、增大完井套管内径，侧钻井悬挂大尺寸套管完井，以及长停井套损治理的有效手段，成为油田提升效益的有效技术支持。

但是膨胀悬挂器由于本身特殊的原理结构设计，也为膨胀悬挂器的技术应用带来一定的局限性，限制了该技术的发展。膨胀悬挂器由于要将悬挂筒本体径向膨胀，以达到悬挂密封的工程目的，悬挂筒的制造材料限制为一种低强度高塑性的钢管材料制造，材料的高塑性决定悬挂筒膨胀后依然能够保持其原始材料抗压抗拉等机械性能，材料的低强度则可将悬挂器的施工压力控制在易于现场实施的压力范围内，但材料强度依然能够达到油田常用API套管性能指标，并可满足大部分油水井的常规开发需求。由于低渗油藏的开发井后期压裂施工压力往往达到70兆帕以上，目前国内相关企业开发的膨胀悬挂器抗压强度普遍偏低，不能胜任该类施工，造成了膨胀悬挂器完井技术在低渗油藏的应用限制。针对于此，本实用新型设计了一种悬挂器压裂回接工具，通过改进结构设计后的悬挂器坐挂后可满足大部分油水井压裂施工要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现用膨胀悬挂器不能满足低渗油藏后期需压裂的需求，设计的一种即保留目前膨胀悬挂器的优点，又能满足油水井压裂施工要求的一种悬挂器压裂回接工具，该悬挂器能够使用液压、机械力或两者相结合的方式进行坐挂，具有通径大、密封性能强、能够进行压裂施工等优势。

本实用新型是这样实现的：

一种悬挂器压裂回接工具，包括：

自上而下顺次连接的第一提升短节、防落物机构、底座、连接杆、胶塞剪切机构、固井胶塞；

从第一提升短节外部自上而下顺次连接的压帽、悬挂筒、压裂回接装置、接箍、套管短节；

所述悬挂筒中间加工有变径段，膨胀锥放置于变径段的上端变径处和底座之间。

进一步的，所述悬挂筒外表面以硫化或机械的方式固设有密封橡胶。

进一步的，所述压帽通过销钉固设于第一提升短节外表面并与悬挂筒的上端密封配合。

进一步的，所述胶塞剪切机构与固井胶塞之间通过销钉固定。

进一步的，所述胶塞剪切机构与固井胶塞之间安装有O型密封圈。

进一步的，压裂密封插头加工有上下双密封面和压裂回接螺纹，用于完井后与悬挂器筒、压裂回接装置配合施工进行压裂作业。

进一步的，所述悬挂筒采用低强度高塑性的钢管材料制成，在液压力或机械力的作用下可发生径向冷扩塑性变形。

进一步的，所述膨胀锥采用钨钢等高硬度钢材制作，在液压力或机械力的作用下能够使悬挂筒发生径向塑性变形。

进一步的，所述防落物机构外表面安装V形橡胶筒，所述橡胶筒与悬挂筒内壁形成过盈配合。

进一步的，所述压裂回接装置采用高强度钢材制成，内壁加工上密封面、回接母螺纹、下密封面，回接母螺纹为大螺距低扭矩左旋平扣母螺纹。

本实用新型的优点在于：

（1）悬挂器悬挂筒本体采用低强度钢材制造，但在压裂作业实施工程中，压裂密封插头与悬挂筒底部的压裂回接装置相连接，可以使高压流体避开强度较弱的悬挂筒本体，降低了膨胀悬挂器的加工成本以及制造难度；

（2）采用本实用新型的悬挂器可悬挂比常规悬挂器直径更大的套管，便于后期压裂施工以及注采、防砂等各种作业的实施；

（3）本实用新型结构涉及的内管所有机构以及压裂密封插头均可实现回收使用，大大降低了施工成本。

附图说明

图1：为本实用新型悬挂器主体部分结构示意图。

图2：为本实用新型悬挂器胀封坐挂后结构示意图。

图3：为本实用新型压裂密封插头结构示意图。

图4：为本实用新型压裂实施过程结构示意图。

图中：1、悬挂筒，2、密封橡胶，3、压裂回接装置，4、回接母螺纹，5、上密封面，6、下密封面，7、膨胀锥，8、底座，9、防落物机构，10、第一提升短节，11、压帽，12、连接杆，13、胶塞剪切机构，14、接箍，15、固井胶塞，16、套管短节，17、压裂密封插头，18、第二提升短节，19、上密封圈，20、回接公螺纹，21、下密封圈。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的效果更加清楚的解释，现对照说明书附图进一步阐述本实用新型的具体实施方式。

实施例一：

如图1-图4所示，本实用新型提供了一种悬挂器压裂回接工具，包括悬挂筒1、密封橡胶2、压裂回接装置3、膨胀锥7、底座8、防落物机构9、第一提升短节10、压帽11，连接杆12、胶塞剪切机构13、接箍14、固井胶塞15、套管短节16（如图1所示）和压裂密封插头17（如图3所示）等部件组成。悬挂筒1采用低强度高塑性钢材制造，中间部分采用冷扩工艺加工变径结构，悬挂筒1外表面进行硫化或机械方式固定密封橡胶2，密封橡胶的数量可以根据实际需求情况进行调节，悬挂筒1下端通过螺纹连接压裂回接装置3，该装置采用高强度钢材制造，内壁加工上密封面5、回接母螺纹4、下密封面6，回接母螺纹4为大螺距低扭矩左旋平扣母螺纹。压裂回接装置3下端通过接箍14连接套管短节16；膨胀锥7放置于底座8并形成密封配合，膨胀锥可采用钨钢等高硬度合金钢制造，是悬挂器胀封坐挂的关键机构。底座8上端依次连接防落物机构9、第一提升短节10，防落物机构9基本结构为金属本体外安装“V”形环状橡胶件，与悬挂筒本体内壁之间形成过盈配合，其作用是为悬挂器在下入井筒期间提供保护，防止井筒内的固相杂质进入悬挂筒内，第一提升短节10功能主要是用于悬挂器配合钻杆吊卡进行下入。第一提升短节10与悬挂筒1之间安装压帽11，通过销钉将压帽11固定在第一提升短节10外表面并与悬挂筒1上端形成密封，其主要作用是为悬挂器提供二次保护，防止固相异物进入悬挂筒1内；底座8下端依次固定连接杆12、胶塞剪切机构13、固井胶塞15，胶塞剪切机构13与固井胶塞15之间通过销钉固井，并安装有“O”型圈等密封件，固井胶塞的作用是固井时将套管内的水泥浆完全推入套管与井眼的环空中，胶塞剪切机构13与固井胶塞15的剪切工作压力可以通过调节销钉的数量实现。压裂密封插头17为一体式结构，上端为第二提升短节18，下端外表面依次为上密封圈19、回接公螺纹20、下密封圈21，回接螺纹为大螺距低扭矩左旋平扣公螺纹，作用是后期压裂作业时与压裂回接装置3的回接母螺纹4对扣回接，同时满足高压密封要求。

本实用新型一种悬挂器压裂回接工具现场实施时，首先将装配好的悬挂器连接在套管串上，如图1所示，由钻杆伴送至设计井段，在完成注水泥作业后，井口投入钻杆胶塞，注入清水或泥浆继续顶替作业，钻杆胶塞达到固井胶塞15，在压力的作用下剪断固定销钉，固井胶塞下行至套管底部碰压，随着压力的提高，作用在膨胀锥7上的液压力不断增大，最终推动内管向上运动，此时悬挂筒1在膨胀锥7的作用下产生径向变形，由于钢管变形设计在塑性变形范围内，悬挂筒1不会产生回弹，当膨胀锥7完成整个悬挂筒的膨胀作业后，密封橡胶2被紧紧挤压在悬挂筒1与外层套管之间，同时提供了巨大的悬挂力以及密封力。

如图2所示，起出内管工具后，悬挂器在井筒内仅保留了悬挂筒1、密封橡胶2，压裂回接装置3以及底部套管短节等部件，与机械式悬挂器比较，无液缸、卡瓦等机构，为井筒内提供了更大的通径。

如图3-4所示，在完成套管射孔作业、建立套管与待压裂地层通道后，在压裂密封插头17安装密封圈，然后使用钻杆伴送压裂密封插头17，待压裂密封插头17下放至膨胀悬挂器附近时，控制下放速度。待压裂密封插头17插进悬挂筒1时，继续下探至遇阻2吨后，采用机械或人工方式反转钻杆，扭矩控制在钻杆倒扣扭矩25%以内，防止钻杆倒扣。反转5圈后，上提钻杆，悬重比钻杆原悬重增加3吨后，说明压裂密封插头17的回接公螺纹20已与压裂回接装置3的回接母螺纹4对扣成功，此时调节悬重至对扣前的数值，继续反转钻杆5圈，使回接公螺纹20与回接母螺纹4完全配合，且在上密封面5、下密封面6与上密封圈19、下密封圈21的作用下，压裂密封插头17与压裂回接装置3之间产生高压水力密封。然后利用地面压裂设备将压裂液依次经过钻杆、压裂密封插头17、套管，泵入待压裂地层，采用本压裂方式施工，可使压裂液完全避开强度较弱的悬挂筒1。压裂施工完成后，正传钻杆12圈，压裂密封插头17与压裂回接装置3脱开，上提钻杆，悬重恢复至钻杆原悬重，继续上提钻杆，将压裂工具起出井口，结束压裂作业。

实施例二：

一种悬挂器压裂回接工具，包括悬挂筒1、密封橡胶2、压裂回接装置3、膨胀锥7、底座8、防落物机构9、第一提升短节10、压帽11，连接杆12、胶塞剪切机构13、接箍14、固井胶塞15、套管短节16、压裂密封插头17等部件组成；悬挂筒1采用低强度高塑性钢材制造，采用硫化或嵌入固定的方式将密封橡胶2固定在悬挂筒1本体上，密封橡胶2的数量可以根据具体要求调节，橡胶的材料也可以根据实际使用要求采用不用的橡胶材料制造。悬挂筒1的下部依次连接压裂回接装置3以及套管短节16。压裂回接装置3采用高强度钢材制造，以满足压裂施工要求，压裂回接装置3的内部自上而下依次加工有上密封面5、回接母螺纹4、下密封面6，其中回接母螺纹4采用大螺距左旋平扣螺纹，以方便后期实施过程中的回接作业环节。所述一种悬挂器压裂回接工具内管部分自上而下依次为第一提升短节10、防落物机构9、底座8、膨胀锥7、连接杆12、胶塞剪切机构13以及固井胶塞15组成，其中防落物机构9本体外安装“V”形环状橡胶件，与悬挂筒1本体内壁之间形成过盈配合。膨胀锥7采用钨钢等特种材料制造，硬度高于悬挂筒1材料硬度，内壁加工有一道或多道密封圈槽，通过安装密封圈的方式与底座8之间形成水力密封。胶塞剪切机构13与固井胶塞15之间通过销钉进行固定连接，销钉数量可根据施工要求调节，同时采用安装密封圈的方式进行密封。压裂密封插头17为一体式结构设计，采用高强度钢材制造，上部加工有第二提升短节18，下部结构依次为上密封槽、大螺距低扭矩左旋平扣公螺纹、下密封槽，密封槽内安装配套的密封胶圈，

所述的一种悬挂器压裂回接工具首先使用悬挂器连接完井套管下入井眼后，完成注水泥作业，顶替水泥浆碰压后，首先膨胀锥7在液压或机械力的作用下从悬挂筒1内向上运动，使悬挂筒1本体发生塑性变形，本体被完全膨胀后，悬挂器坐挂在上层套管内壁，并同时实现悬挂和封隔的功能，上提钻具起出膨胀锥7。继续下入第二趟钻具，钻具底部连接压裂密封插头17，密封插头下至膨胀悬挂器内腔后，通过反转钻具实现密封插头与压裂回接装置3对扣，对扣过程需严格控制扭矩，防止钻杆倒扣，对扣扭矩控制在钻杆卸扣扭矩的25%以内。对扣工序完成后，由于密封插头与压裂回接装置3之间加工有密封结构，压裂管柱与套管形成完整的水力密封，可以继续实施下一步的压裂作业，压裂作业实施后压裂密封插头17可现实反复回收使用。所述的一种悬挂器压裂回接工具结构设计简洁可靠、施工成功率高，内管工具以及压裂密封插头17可现实回收利用，大大降低了作业成本，具有广阔的市场应用前景。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，非用于限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.一种悬挂器压裂回接工具，其特征在于，包括：

自上而下顺次连接的第一提升短节、防落物机构、底座、连接杆、胶塞剪切机构、固井胶塞；

从第一提升短节外部自上而下顺次连接的压帽、悬挂筒、压裂回接装置、接箍、套管短节；

所述悬挂筒中间加工有变径段，膨胀锥放置于变径段的上端变径处和底座之间。

2.根据权利要求1所述的一种悬挂器压裂回接工具，其特征在于，所述悬挂筒外表面以硫化或机械的方式固设有密封橡胶。

3.根据权利要求1所述的一种悬挂器压裂回接工具，其特征在于，所述压帽通过销钉固设于第一提升短节外表面并与悬挂筒的上端密封配合。

4.根据权利要求1所述的一种悬挂器压裂回接工具，其特征在于，所述胶塞剪切机构与固井胶塞之间通过销钉固定。

5.根据权利要求1所述的一种悬挂器压裂回接工具，其特征在于，所述胶塞剪切机构与固井胶塞之间安装有O型密封圈。

6.根据权利要求1所述的一种悬挂器压裂回接工具，其特征在于，压裂密封插头加工有上下双密封面和压裂回接螺纹，用于完井后与悬挂器筒、压裂回接装置配合施工进行压裂作业。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种悬挂器压裂回接工具，其特征在于，所述悬挂筒采用低强度高塑性的钢管材料制成，在液压力或机械力的作用下可发生径向冷扩塑性变形。

8.根据权利要求1-6任一所述的一种悬挂器压裂回接工具，其特征在于，所述膨胀锥采用钨钢制作，在液压力或机械力的作用下能够使悬挂筒发生径向塑性变形。

9.根据权利要求1-6任一所述的一种悬挂器压裂回接工具，其特征在于，所述防落物机构外表面安装V形橡胶筒，所述橡胶筒与悬挂筒内壁形成过盈配合。

10.根据权利要求1-6任一所述的一种悬挂器压裂回接工具，其特征在于，所述压裂回接装置采用高强度钢材制成，内壁加工上密封面、回接母螺纹、下密封面，回接母螺纹为大螺距低扭矩左旋平扣母螺纹。

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