双悬挂双密封式耐高温膨胀悬挂器制造技术

本发明专利技术公开了一种双悬挂双密封式耐高温膨胀悬挂器，包括膨胀悬挂筒、卡瓦坐挂机构、悬挂密封机构、膨胀机构、倒扣机构和变扣接头；卡瓦坐挂机构包括中心管、上膨胀锥和液压机构，悬挂密封机构包括固定在膨胀悬挂筒外表面的金属卡瓦和密封筒，膨胀机构由膨胀芯轴、下膨胀锥和固定短节构成，膨胀机构预置于膨胀悬挂筒的膨胀启动器内，倒扣机构位于膨胀机构下部，由轴承芯轴、轴承、弹簧套、弹簧和倒扣接头组成。本发明专利技术可实现金属卡瓦和密封筒双重悬挂、金属和橡胶双重密封，有效提高膨胀悬挂器的悬挂力，显著提高膨胀悬挂器高温条件下的密封能力，适用于热采井和深井、超深井高温井况条件下的尾管完井作业。

【技术实现步骤摘要】
双悬挂双密封式耐高温膨胀悬挂器
本专利技术涉及石油钻井完井工具领域中的一种双悬挂双密封式耐高温膨胀悬挂器。
技术介绍
尾管悬挂固井工艺是深井、侧钻井和加深井固井中最常见的一种完井方法，可以节约套管，降低注水泥施工中的环空流动阻力和顶替压力，简化井身结构，利于尾管管柱下入，解决深井、复杂井的固完井难题。目前，尾管悬挂器按其座挂方式可分为卡瓦式尾管悬挂器和膨胀式尾管悬挂器。总体来说，卡瓦式尾管悬挂器存在座挂不可靠、座挂通径小、密封效果不理想的问题；膨胀式尾管悬挂器普遍采用液压方式实现悬挂器的膨胀座挂，使橡胶筒挤压在双层套管之间实现密封，悬挂及坐挂方式单一，且在深井、热采井高温条件下依靠单一橡胶密封仍存在橡胶高温老化失效、倒扣丢手困难的风险。例如，中国专利CN101161982B公开了一种液压膨胀式尾管悬挂器。该液压膨胀式尾管悬挂器由送入接头、水泥胶塞、中心管、膨胀管、胀塞、卡簧、剪钉、密封胶塞、胶塞导管、阻挡环和下连接管等组成。送入接头上端有螺纹，能连接钻具。送入接头下端外壁与膨胀管左旋螺纹连接；送入接头下端内壁与中心管螺纹连接。中心管下端通过剪钉固定有密封胶塞。密封胶塞的内径比中心管的内径小8-20毫米。胀塞在中心管和膨胀管之间的环形空间内的下端，胀塞与中心管之间动密封配合，胀塞能在中心管上面滑动；卡簧形状为环形，卡在中心管的下端外壁沟槽内；胶塞导管连接在膨胀管的下端；胶塞导管下端螺纹连接下连接管，下连接管的下端有螺纹，下连接管的作用是连接需要在井下悬挂的尾管串。阻挡环坐放于下连接管的内部台肩上。阻挡环上部中心孔的直径与密封胶塞下端外径相同，阻挡环下部中心孔的直径小于密封胶塞下端外径。为了使膨胀管与套管悬挂更牢固，膨胀管的外侧至少有一个环形凸起，环形凸起的截面为梯形，环形凸起外径与膨胀管的端部直径相同。膨胀管外壁直接与套管内壁密封；也可以采用橡胶密封，即在膨胀管外壁上套有橡胶圈；或者在膨胀管外壁上套有金属与橡胶组合密封圈，采用金属与橡胶组合密封。该液压膨胀式尾管悬挂器与现有的技术相比的主要特点在于：利用液压力作用，推动胀塞自下向上胀开膨胀管，膨胀管与套管内壁紧密接触进行悬挂尾管。在结构设计有较大的改进，但是未设计倒扣丢手机构，存在悬挂尾管长度受限、管柱下入困难的风险，同时采用单一悬挂方式作业，液压力不足或未碰压条件下难以有效座挂。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对现有膨胀悬挂器存在的技术问题，提供一种双悬挂双密封式耐高温膨胀尾管悬挂器，满足油气井尾管固井施工要求，特别适用于深井、热采井特殊工况条件下的尾管完井作业，减少膨胀式尾管悬挂器在液压坐挂、橡胶密封和倒扣丢手方面的安全隐患。本专利技术解决技术问题的技术方案：一种双悬挂双密封式耐高温膨胀悬挂器，包括膨胀悬挂筒、卡瓦坐挂机构、悬挂密封机构、膨胀机构和倒扣机构；所述膨胀悬挂筒为可膨胀的短节，其顶部和底部分别加工有预先膨胀、呈上喇叭口状的膨胀出口和下喇叭口状的膨胀启动器；膨胀悬挂筒底部通过变扣接头与尾管固定连接；所述卡瓦坐挂机构包括中心管、上膨胀锥和液压机构，液缸机构与上膨胀锥相连，上膨胀锥设有朝下的膨胀锥面，并预置于膨胀悬挂筒的膨胀出口处，上膨胀锥与中心管构成轴向滑动密封配合，液缸机构上设有与中心管内贯通的进液孔，液缸机构为一级或多级液缸结构；在上膨胀锥下行程止点处的中心管上设有限位结构，限位结构与在中心管上轴向移动的上膨胀锥限位配合；所述悬挂密封机构包括固定在膨胀悬挂筒外表面的金属卡瓦和密封筒，金属卡瓦由呈圆周排列的多块卡瓦块组成，相邻卡瓦块之间预设循环通道；所述膨胀机构包括膨胀芯轴和下膨胀锥，膨胀机构预置于膨胀悬挂筒的膨胀启动器内，膨胀芯轴和下膨胀锥为一体空心结构或者是组合套装空心结构，下膨胀锥外表面设有向上的膨胀锥面；膨胀芯轴上部与中心管固定连接；所述倒扣机构位于膨胀机构下部，包括空心胶塞、轴承芯轴、轴承、弹簧套、弹簧和倒扣接头、变扣接头；轴承芯轴上安装有倒扣接头，倒扣接头上设有倒扣螺纹，倒扣接头通过倒扣螺纹与变扣接头配合连接；倒扣接头与轴承芯轴构成周向同步转动、周向滑动配合；在倒扣接头上部的轴承芯轴上装有弹簧和弹簧套，弹簧位于轴承芯轴和弹簧套之间，轴承芯轴上部与膨胀芯轴固定连接，在轴承芯轴上的弹簧套和膨胀芯轴之间安装有轴承；空心胶塞通过销钉接在轴承芯轴底部；所述膨胀悬挂筒、变扣接头自上而下依次固定连接组成外管柱；液缸机构、中心管、膨胀芯轴、轴承芯轴、空心胶塞自上而下依次固定连接组成内管柱。上述方案进一步包括：所述密封筒为橡胶筒、橡胶筒-梯形金属环或橡胶筒-锯齿形金属环中的一种或几种搭配组合构成。所述的橡胶筒采用耐高温的氟橡胶，橡胶筒部位的膨胀悬挂筒外表面设有与橡胶筒限位配合的金属凸起。梯形金属环为外宽内窄结构，梯形金属环和锯齿形金属环采用软金属材料，且外径略小于橡胶筒外径。所述卡瓦块上加工有卡瓦牙，相邻卡瓦块之间通过连接筋和固定环固定；连接筋为开口的非闭环结构，连接筋外径小于卡瓦块外径；固定环外径略小于卡瓦块外径。所述相邻卡瓦块之间通过下部和中部的连接筋固定，卡瓦块上部由固定环固定。所述倒扣机构还包括胶塞杆，空心胶塞通过销钉固定安装在胶塞杆底部，胶塞杆与轴承芯轴相连，空心胶塞预置于与膨胀悬挂器相连的尾管内。所述悬挂密封机构还包括固定短节，膨胀芯轴和下膨胀锥通过固定短节与上方的中心管固定连接。本专利技术的主要优点在于：（1）采用金属卡瓦和密封筒双重悬挂以及金属和橡胶双重材料密封的双悬挂双密封方式作业，有效提高膨胀悬挂器的悬挂和密封性能；（2）密封筒采用耐高温的氟橡胶筒和梯形金属环、锯齿形金属环相结合的密封方式，提高高温条件下的密封能力，适用于热采井和深井、超深井高温井况条件下的尾管完井作业。（3）采用轴承结构的倒扣机构，中和点载荷倒扣时，倒扣螺纹承受较小的轴向载荷，便于倒扣作业，提高倒扣作业成功率。（4）采用上膨胀锥和下膨胀锥先坐挂卡瓦、再坐挂膨胀悬挂筒的作业方式，可增加机械坐挂力，降低液压膨胀力，降低作业风险。附图说明图1为本专利技术的一种双悬挂双密封式耐高温膨胀悬挂器实施例总体结构剖视图；图2为本专利技术一种实施例的金属卡瓦结构示意图；图3为本专利技术一种实施例的密封筒段结构示意图；图4为本专利技术一种实施例的下入状态示意图；图5为本专利技术一种实施例的固井前倒扣状态示意图；图6为本专利技术一种实施例的固井及金属卡瓦坐挂状态示意图；图7为本专利技术一种实施例的坐挂状态示意图；图8为本专利技术一种实施例的施工结束后管柱状态示意图。其中：1.膨胀悬挂筒，2.金属卡瓦，201.卡瓦块，202.卡瓦牙，203.连接筋，204.固定环，205.循环通道，3.密封筒，301.橡胶筒，302.梯形金属环，303.锯齿形金属环，4.上膨胀锥，5.下膨胀锥，6.液缸机构，7.中心管，8.固定短节，9.膨胀芯轴，10.轴承芯轴，11.轴承，12.弹簧套，13.弹簧，14.倒扣接头，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.双悬挂双密封式耐高温膨胀悬挂器，包括膨胀悬挂筒（1）、卡瓦坐挂机构（24）、悬挂密封机构（25）、膨胀机构（26），其特征在于还包括倒扣机构（27）；/n所述膨胀悬挂筒（1）为可膨胀的短节，其顶部和底部分别加工有预先膨胀、呈上喇叭口状的膨胀出口（23）和下喇叭口状的膨胀启动器（22）；膨胀悬挂筒（1）底部通过变扣接头（15）与尾管（16）固定连接；/n所述卡瓦坐挂机构（24）包括中心管（7）、上膨胀锥（4）和液压机构（6），液缸机构（6）与上膨胀锥（4）相连，上膨胀锥（4）设有朝下的膨胀锥面，并预置于膨胀悬挂筒（1）的膨胀出口（23）处，上膨胀锥（4）与中心管（7）构成轴向滑动密封配合，液缸机构（6）上设有与中心管内贯通的进液孔，液缸机构（7）为一级或多级液缸结构；在上膨胀锥（4）下行程止点处的中心管（7）上设有限位结构，限位结构与在中心管（7）上轴向移动的上膨胀锥（4）限位配合；/n所述悬挂密封机构（25）包括固定在膨胀悬挂筒（1）外表面的金属卡瓦（2）和密封筒（3），金属卡瓦（2）由呈圆周排列的多块卡瓦块（201）组成，相邻卡瓦块（201）之间预设循环通道（205）；/n所述膨胀机构（26）包括膨胀芯轴（9）和下膨胀锥（5），膨胀机构（26）预置于膨胀悬挂筒（1）的膨胀启动器（22）内，膨胀芯轴（9）和下膨胀锥（5）为一体空心结构或者是组合套装空心结构，下膨胀锥（4）外表面设有向上的膨胀锥面；膨胀芯轴（9）上部与中心管（7）固定连接；/n所述倒扣机构（27）位于膨胀机构（26）下部，包括空心胶塞（18）、轴承芯轴（10）、轴承（11）、弹簧套（12）、弹簧（13）和倒扣接头（14）、变扣接头（15）；轴承芯轴（10）上安装有倒扣接头（14），倒扣接头（14）上设有倒扣螺纹，倒扣接头（14）通过倒扣螺纹与变扣接头（15）配合连接；倒扣接头（14）与轴承芯轴（10）构成周向同步转动、周向滑动配合；在倒扣接头（14）上部的轴承芯轴（10）上装有弹簧（13）和弹簧套（12），弹簧（13）位于轴承芯轴（10）和弹簧套（12）之间，轴承芯轴（10）上部与膨胀芯轴（9）固定连接，在轴承芯轴（10）上的弹簧套（12）和膨胀芯轴（9）之间安装有轴承（11）；空心胶塞（18）通过销钉接在轴承芯轴（10）底部；/n所述膨胀悬挂筒（1）、变扣接头（15）自上而下依次固定连接组成外管柱；液缸机构（6）、中心管（7）、膨胀芯轴（9）、轴承芯轴（10）、空心胶塞（18）自上而下依次固定连接组成内管柱。/n...

【技术特征摘要】
1.双悬挂双密封式耐高温膨胀悬挂器，包括膨胀悬挂筒（1）、卡瓦坐挂机构（24）、悬挂密封机构（25）、膨胀机构（26），其特征在于还包括倒扣机构（27）；
所述膨胀悬挂筒（1）为可膨胀的短节，其顶部和底部分别加工有预先膨胀、呈上喇叭口状的膨胀出口（23）和下喇叭口状的膨胀启动器（22）；膨胀悬挂筒（1）底部通过变扣接头（15）与尾管（16）固定连接；
所述卡瓦坐挂机构（24）包括中心管（7）、上膨胀锥（4）和液压机构（6），液缸机构（6）与上膨胀锥（4）相连，上膨胀锥（4）设有朝下的膨胀锥面，并预置于膨胀悬挂筒（1）的膨胀出口（23）处，上膨胀锥（4）与中心管（7）构成轴向滑动密封配合，液缸机构（6）上设有与中心管内贯通的进液孔，液缸机构（7）为一级或多级液缸结构；在上膨胀锥（4）下行程止点处的中心管（7）上设有限位结构，限位结构与在中心管（7）上轴向移动的上膨胀锥（4）限位配合；
所述悬挂密封机构（25）包括固定在膨胀悬挂筒（1）外表面的金属卡瓦（2）和密封筒（3），金属卡瓦（2）由呈圆周排列的多块卡瓦块（201）组成，相邻卡瓦块（201）之间预设循环通道（205）；
所述膨胀机构（26）包括膨胀芯轴（9）和下膨胀锥（5），膨胀机构（26）预置于膨胀悬挂筒（1）的膨胀启动器（22）内，膨胀芯轴（9）和下膨胀锥（5）为一体空心结构或者是组合套装空心结构，下膨胀锥（4）外表面设有向上的膨胀锥面；膨胀芯轴（9）上部与中心管（7）固定连接；
所述倒扣机构（27）位于膨胀机构（26）下部，包括空心胶塞（18）、轴承芯轴（10）、轴承（11）、弹簧套（12）、弹簧（13）和倒扣接头（14）、变扣接头（15）；轴承芯轴（10）上安装有倒扣接头（14），倒扣接头（14）上设有倒扣螺纹，倒扣接头（14）通过倒扣螺纹与变扣接头（15）配合连接；倒扣接头（14）与轴承芯轴（10）构成周向同步转动、周向滑动配合；在倒扣接头（14）上部的轴承芯轴（10）上装有弹簧（13）和弹簧套（12），弹簧（13）位于轴承芯轴（10）和弹簧套（12）之间，轴承芯轴（10）上部与膨胀芯轴（9）固定连接，在轴承芯轴（10）上的弹簧套（12）和膨胀芯轴（9）之间安装有轴承（11）；空心胶塞（18）通过销钉接在轴承芯轴（10）底部；
所述膨胀悬挂筒（1）、变扣接头（15）自上而下依次固定连接组成外管柱；液缸机构（6）、中心管（7）、膨胀芯轴（9）、轴承芯轴（10）、空心胶塞（18）自上而下依次固定连接组成内管柱。


2.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨海波，唐明，吴柳根，滕照正，蔡鹏，朱海波，唐成磊，宁学涛，冯德杰，张建国，沈学祥，马建忠，侯婷，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中石化石油工程技术服务有限公司，中石化胜利石油工程有限公司，中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11