一种套损井薄壁管补贴装置 |
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| 申请号 | CN201710772415.4 | 申请日 | 2017-08-31 | 公开(公告)号 | CN107503701A | 公开(公告)日 | 2017-12-22 |
| 申请人 | 中国石油大学(华东); | 发明人 | 张辛; 汪海; 徐兴平; 刘广斗; 王越; 王龙庭; 刘延鑫; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种套损井薄壁管补贴装置，属于 套管 修复技术领域，包括补贴管、下端设置在补贴管内部的膨胀锥、设置在补贴管的外壁上端的上密封环和设置在补贴管的外壁下端的下密封环，其中，膨胀锥中部圆锥段与第一圆锥段相互配合，通过胀锥的中心设置的通孔向膨胀锥和补贴管之间的内腔中注入高压动 力 液，在压差力的驱动下，膨胀锥从补贴管的下部向上部运动，膨胀锥在补贴管内部运动的过程中，使得补贴管不断膨胀，直至补贴管与套管相贴合，并且补贴管在膨胀锥作用下的 变形 为永久性变形，实现套损井的薄壁管加强和漏洞的修补，采用上密封环和下密封环保证套损井修复之后的密封效果，降低了套损井的修复成本和修复难度，极为显著的降低钻井成本。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种套损井薄壁管补贴装置，其特征在于，所述套损井薄壁管补贴装置包括补贴管、下端设置在所述补贴管内部的膨胀锥、设置在所述补贴管的外壁上端的上密封环和设置在所述补贴管的外壁下端的下密封环，其中，所述补贴管包括第一圆柱段、大端与所述第一圆柱段相连接的第一圆锥段、与所述第一圆锥段的小端相连接的第二圆柱段和设置在所述第一圆柱段底端的底板，所述膨胀锥包括膨胀锥底部圆柱段、膨胀锥中部圆锥段和膨胀锥顶部圆柱段，所述膨胀锥底部圆柱段与所述膨胀锥中部圆锥段的大端相连接，所述膨胀锥顶部圆柱段与所述膨胀锥中部圆锥段的小端相连接；所述膨胀锥的中心设置有通孔，所述通孔连通所述补贴管的内腔。 |
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| 说明书全文 | 一种套损井薄壁管补贴装置技术领域背景技术[0002] 进行石油勘探以及油气开发的整个过程中，往往会由于地层的塑性变形、射孔、腐蚀、套管磨损等因素，最终导致套管失效现象的发生，使得油气井产量大大的降低，并会导致产层污染，更为严重的就是致使油井报废。随着油田开发进程的不断深入，必将大大增加油水井套管损坏的可能性，产生了极大的威胁。套管损坏井，简称为套损井，一旦发生这种问题，将严重影响油田的正常生产，产生极大的危害。 [0003] 具体的，一方面勘探开发难度日渐提升，钻采条件变得更为恶劣，出现更多的超深井、深井、大位移井、水平井等，这些油井条件苛刻，使得油、套管通常都是超过预期的时间仍在服役；另一方面，相关的预防手段尚未健全完善，尤其是针对下井前以及下井过程中，套管容易遭受破坏，必须采取有效的保护措施，但是在套损防治方面一直差强人意，尚未取得令人满意的成果，套管损坏问题依旧呈现出逐年上升的趋势。在长久的水力侵蚀之下，将导致页岩、泥岩受水不断的膨胀，致使地壳升降、地层滑移或者岩体滑移，从而使得套管发生错断的情况。除此之外，由于套管使用金属材料，在井下复杂的环境下，容易与底下某些物质进行作用，导致套管逐渐被腐蚀，最终致使其漏失。一旦发生这些情况，针对漏失以及错断的套管，必须采取积极有效的补救方法，保护油气产层，实现重新进行生产，降低经济损失。 [0004] 已有技术中，套损井的修补主要采取套管补贴、下4寸套管加固、下封隔器隔离或者挤水泥等方式进行简单的补救，其中套管补贴技术主要包括液压技术悬挂式补贴、爆炸气压补贴技术以及波纹管补贴技术等。但是，无论是液压技术悬挂式补贴还是爆炸气压补贴技术以及波纹管补贴技术，在对套损井进行套管修复时，其修复效果一般，并且修复成本高。 发明内容[0005] 本发明实施例提供一种套损井薄壁管补贴装置，旨在提高套损井的修复效果，保证套损井修复之后的密封效果，降低套损井的修复成本和修复难度，进一步极为显著的降低钻井成本。 [0006] 本发明提供的具体技术方案如下： [0007] 一方面，本发明实施例提供一种套损井薄壁管补贴装置，所述套损井薄壁管补贴装置包括补贴管、下端设置在所述补贴管内部的膨胀锥、设置在所述补贴管的外壁上端的上密封环和设置在所述补贴管的外壁下端的下密封环，其中，所述补贴管包括第一圆柱段、大端与所述第一圆柱段相连接的第一圆锥段、与所述第一圆锥段的小端相连接的第二圆柱段和设置在所述第一圆柱段底端的底板，所述膨胀锥包括膨胀锥底部圆柱段、膨胀锥中部圆锥段和膨胀锥顶部圆柱段，所述膨胀锥底部圆柱段与所述膨胀锥中部圆锥段的大端相连接，所述膨胀锥顶部圆柱段与所述膨胀锥中部圆锥段的小端相连接；所述膨胀锥的中心设置有通孔，所述通孔连通所述补贴管的内腔。 [0008] 可选的，所述第一圆锥段和所述膨胀锥中部圆锥段的锥度相同。 [0010] 可选的，所述膨胀锥中部圆锥段的大端外径与所述第一圆锥段的大端内径的大小相同。 [0011] 可选的，所述上密封环的材质为硫化橡胶，所述下密封环的材质为硫化橡胶。 [0012] 可选的，所述补贴管的外径小于套管的内径且所述补贴管的外径大于所述套管的内径的3/4。 [0013] 可选的，所述膨胀锥中部圆锥段的长度大于所述第一圆锥段的长度。 [0014] 可选的，所述补贴管的厚度为5mm～8mm。 [0015] 可选的，所述膨胀锥底部圆柱段和所述膨胀锥中部圆锥段之间的连接部为圆弧连接。 [0016] 可选的，所述膨胀锥底部圆柱段的底面与侧面的连接部为圆角。 [0017] 本发明的有益效果如下： [0018] 本发明实施例提供一种套损井薄壁管补贴装置，包括补贴管、下端设置在补贴管内部的膨胀锥、设置在补贴管的外壁上端的上密封环和设置在补贴管的外壁下端的下密封环，其中，补贴管包括第一圆柱段、第一圆锥段、第二圆柱段和设置在第一圆柱段底端的底板，膨胀锥包括膨胀锥底部圆柱段、膨胀锥中部圆锥段和膨胀锥顶部圆柱段，膨胀锥中部圆锥段与第一圆锥段相互配合，通过胀锥的中心设置的通孔向膨胀锥和补贴管之间的内腔中注入高压动力液，在压差力的驱动下，膨胀锥从补贴管的下部向上部运动，膨胀锥在补贴管内部运动的过程中，使得补贴管不断膨胀，直至补贴管与套管相贴合，并且补贴管在膨胀锥作用下的变形为永久性变形，在上密封环和下密封环的作用下，实现补贴管和套管之间的密封，实现套损井的薄壁管加强和漏洞的修补，采用上密封环和下密封环保证套损井修复之后的密封效果，降低了套损井的修复成本和修复难度，极为显著的降低钻井成本。附图说明 [0019] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0020] 图1为本发明实施例的一种套损井薄壁管补贴装置的剖视结构示意图； [0021] 图2为本发明实施例的补贴管的剖视结构示意图； [0022] 图3为本发明实施例的膨胀锥的剖视结构示意图； [0023] 图4为本发明实施例的套损井薄壁管补贴装置的接触锥角与接触压力和驱动压力之间的关系曲线示意图。 具体实施方式[0024] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。 [0025] 本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”、“第七”和“第八”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。 [0026] 此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。 [0027] 为提高套损井的修复效果，保证套损井修复之后的密封效果，本发明实施例提供一种套损井薄壁管补贴装置，包括补贴管、下端设置在补贴管内部的膨胀锥、设置在补贴管的外壁上端的上密封环和设置在补贴管的外壁下端的下密封环，其中，补贴管包括第一圆柱段、大端与第一圆柱段相连接的第一圆锥段、与第一圆锥段的小端相连接的第二圆柱段和设置在第一圆柱段底端的底板，膨胀锥包括膨胀锥底部圆柱段、膨胀锥中部圆锥段和膨胀锥顶部圆柱段，膨胀锥底部圆柱段与膨胀锥中部圆锥段的大端相连接，膨胀锥顶部圆柱段与膨胀锥中部圆锥段的大端相连接；膨胀锥的中心设置有通孔，通孔连通补贴管的内腔，膨胀锥中部圆锥段与第一圆锥段相互配合，通过胀锥的中心设置的通孔向膨胀锥和补贴管之间的内腔中注入高压动力液，在压差力的驱动下，膨胀锥从补贴管的下部向上部运动，膨胀锥在补贴管内部运动的过程中，使得补贴管不断膨胀，直至补贴管与套管相贴合，并且补贴管在膨胀锥作用下的变形为永久性变形，在上密封环和下密封环的作用下，实现补贴管和套管之间的密封，实现套损井的薄壁管加强和漏洞的修补，采用上密封环和下密封环保证套损井修复之后的密封效果，降低了套损井的修复成本和修复难度，极为显著的降低钻井成本。 [0028] 下面将结合附图1～附图3对本发明实施例的一种套损井薄壁管补贴装置进行详细的说明。 [0029] 参考附图1所示，本发明实施例的一种套损井薄壁管补贴装置，包括补贴管100、下端设置在补贴管100内部的膨胀锥200、设置在补贴管100的外壁上端的上密封环300和设置在补贴管100的外壁下端的下密封环400。参考图1所示，其中，补贴管100的外径小于套管500的内径且补贴管100的外径大于套管500的内径的3/4。如果补贴管100的外径设置的过小，则将补贴管100安装在套损井的薄壁区的套管500内之后，则需要将补贴管100膨胀较多尺寸才能实现补贴管与套管的贴合，则需要的膨胀力较大，不利于使用补贴管100实现套损井的薄壁区的套管500的修复。鉴于此，本发明实施例选用外径大于套管500的内径的3/4且小于套管500的内径的补贴管100进行套损井的损坏套管的修复。 [0030] 其中，优选的，补贴管100的厚度为5mm～8mm，如果将补贴管100的厚度设置的过于厚，将会导致补贴管的强度过大，需要使用较大的膨胀力才能实现补贴管100膨胀至可以与套管贴合，不利于使用补贴管100实现套损井的薄壁区的套管500的修复。但是，如果将补贴管100的厚度设置的过于薄，则修补之后的套损井的套管露点或者损坏处的强度不够大，可能会造成套损井修补之后的二次损坏。正是考虑到此，本发明实施例优选的，采用厚度为5mm～8mm的补贴管100实现套损井的薄壁区的套管500的修复。 [0031] 参考图1所示，上密封环300的材质为硫化橡胶，下密封环400的材质为硫化橡胶。其中，补贴管100的结构为圆环形，上密封环300和下密封环400也为圆环形，上密封环300和下密封环400套设在补贴管100的外壁上。对于上密封环300和下密封环400在补贴管100的外壁上的固定方式，本发明实施例不做具体限定，示例的，可以在补贴管100的外壁上的相应位置设置密封环安装槽，将上密封环300和下密封环400安装在该安装槽内。 [0032] 参考图1所示，由于上密封环300的材质为硫化橡胶，下密封环400的材质为硫化橡胶，则上密封环300和下密封环400可以随着补贴管100膨胀，当补贴管100膨胀至与套管500贴合之后，上密封环300和下密封环400分别被压紧在补贴管100的外壁的上端和下端与套管500的贴合处，实现补贴管100与套管500之间的密封，由于上密封环300的材质为硫化橡胶，下密封环400的材质为硫化橡胶，其膨胀变形为永久性变形，可以进一步保证补贴管100与套管500之间的密封良好性。 [0033] 参考图2所示，补贴管100包括第一圆柱段101、大端与第一圆柱段101相连接的第一圆锥段102、与第一圆锥段102的小端相连接的第二圆柱段103和设置在第一圆柱段101的底端的底板104，其中，优选的，第一圆柱段101、第一圆锥段102、第二圆柱段103和底板104采用一体成型，一体成型的补贴管100的结构强度高。参考题1和图2所示，第一圆柱段101、第一圆锥段102、第二圆柱段103和底板104相互配合，形成一个底部密封的内腔，其中，膨胀锥200的下端设置在补贴管100的内腔中，并且膨胀锥200可以在补贴管100的内腔中上下移动。 [0034] 参考图3所示，膨胀锥200包括膨胀锥底部圆柱段201、膨胀锥中部圆锥段202和膨胀锥顶部圆柱段203，其中，膨胀锥底部圆柱段201、膨胀锥中部圆锥段202和膨胀锥顶部圆柱段203采用一体成型，一体成型的膨胀锥底部圆柱段201、膨胀锥中部圆锥段202和膨胀锥顶部圆柱段203，其连接强度高，工作可靠性好。 [0035] 参考图1和图3所示，膨胀锥底部圆柱段201与膨胀锥中部圆锥段202的大端相连接，膨胀锥顶部圆柱段203与膨胀锥中部圆锥段202的小端相连接，并且膨胀锥200的中心设置有通孔204，通孔204连通补贴管100的内腔，其中，通孔204用于向膨胀锥200和补贴管100相互配合形成的密封空腔中注入高压动力液。 [0036] 参考图1、图2和图3所示，第一圆锥段102和膨胀锥中部圆锥段202的锥度相同，其中，优选的，第一圆锥段102和膨胀锥中部圆锥段202之间的接触锥角为10°。 [0037] 本申请的发明人在实现本发明的过程中，通过大量的试验分析不同大小的第一圆锥段102和膨胀锥中部圆锥段202之间的接触锥角的情况下，在补贴管膨胀过程中，第一圆锥段102和膨胀锥中部圆锥段202之间的接触压力和施加在膨胀锥底部的驱动压力之间的变化，经过多次试验和数据分析，发明人发现不同接触锥角下，第一圆锥段102和膨胀锥中部圆锥段202之间的接触压力和施加在膨胀锥底部的驱动压力如下表所示： [0038] 表一：膨胀锥角对驱动压力和膨胀压力的影响 [0039]膨胀锥角/° 驱动压力/MPa 膨胀压力/MPa 2 43.19 493.62 4 40.68 498.54 6 38.35 512.30 8 36.75 575.16 10 35.06 574.24 12 34.86 663.51 14 34.12 730.62 16 33.79 812.39 18 33.15 835.41 20 32.63 864.05 40 30.42 873.65 60 31.83 890.32 [0040] 参考表一所示的数据和图4所示的接触锥角与接触压力和驱动压力之间的关系曲线发明人发现，当接触锥角从2°增加到20°时，施加在膨胀锥底部的驱动压力从43.19MPa减小到32.63MPa，膨胀锥与补贴管之间的接触压力从493.62MPa增加到864.05MPa，即接触锥角增大时，驱动压力逐渐减小而膨胀压力逐渐增大，最大膨胀压力可以达到864.05MPa，所以在减小驱动压力的同时，还要考虑到补贴管和膨胀锥之间的接触压力，也即还要考虑补贴管和套管之间的膨胀压力。 [0041] 经过上述分析，发明人在实现本发明实施例的过程中，当接触锥角为10°时，施加在膨胀锥上的驱动压力和补贴管与套管之间的膨胀压力都能达到膨胀要求的最优结合点，因此，本发明实施例优选的，第一圆锥段102和膨胀锥中部圆锥段202之间的接触锥角为10°。 [0042] 参考图1、图2和图3所示，膨胀锥中部圆锥段202的大端外径与第一圆锥段101的大端内径的大小相同，可以保证膨胀锥在补贴管内部自下向上运动的过程中，膨胀锥与补贴管之间的接触面积足够大。 [0043] 参考图1、图2和图3所示，膨胀锥中部圆锥段202的长度大于第一圆锥段102的长度。 [0044] 参考图3所示，膨胀锥底部圆柱段201和膨胀锥中部圆锥段202之间的连接部为圆弧连接，且膨胀锥底部圆柱段201的底面与侧面的连接部为圆角，可以保证膨胀锥在补贴管内部自下向上运动的过程中，膨胀锥与补贴管之间的可靠接触。 [0045] 本发明实施例提供一种套损井薄壁管补贴装置，包括补贴管、下端设置在补贴管内部的膨胀锥、设置在补贴管的外壁上端的上密封环和设置在补贴管的外壁下端的下密封环，其中，补贴管包括第一圆柱段、第一圆锥段、第二圆柱段和设置在第一圆柱段底端的底板，膨胀锥包括膨胀锥底部圆柱段、膨胀锥中部圆锥段和膨胀锥顶部圆柱段，膨胀锥中部圆锥段与第一圆锥段相互配合，通过胀锥的中心设置的通孔向膨胀锥和补贴管之间的内腔中注入高压动力液，在压差力的驱动下，膨胀锥从补贴管的下部向上部运动，膨胀锥在补贴管内部运动的过程中，使得补贴管不断膨胀，直至补贴管与套管相贴合，并且补贴管在膨胀锥作用下的变形为永久性变形，在上密封环和下密封环的作用下，实现补贴管和套管之间的密封，实现套损井的薄壁管加强和漏洞的修补，采用上密封环和下密封环保证套损井修复之后的密封效果，降低了套损井的修复成本和修复难度，极为显著的降低钻井成本。 [0046] 显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。 |
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