CN105178901B - 长井段加固管柱 - Google Patents
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Abstract
本发明是长井段加固管柱，涉及油田井下作业中的套损井修复领域。包括外层加固管柱和内层加力管柱。外层加固管柱包括衬管，和连接在衬管两端的上下胀管，以及两端安装的上下胀头；内层加力管柱安装在外层加固管柱内，内层加力管柱包括上加力环和顺次连接的上收缩缸、水力锚、下收缩缸、固定机构、下加力释放机构和单向球阀；上加力环的外径与上胀头的内径相配合，且上加力环的最大外径大于上胀头的最小内径；下加力释放机构的外径与下胀头的内径相配合，且下加力释放机构的最大外径大于下胀头的最小内径；固定机构和下胀管之间通过锁球固定在一起。由于把施力机构设置在了衬管内，使本发明的技术适于修复长井段套管破损的情况。
Description
技术领域
本发明涉及石油开采中井下作业的修井技术领域中的套损井修复技术，特别是涉及一种长井段加固管柱。
背景技术
石油开采过程中，油井井下套管因为腐蚀、作业或生产磨损、地层应力变化等会造成损坏，其中腐蚀穿孔是大量发生的情况。经常采用的修复套破的方法是套管内加固技术，就是在套管破损穿孔的部位内部再安装一层管子，如波纹管加固技术，膨胀管加固技术等。
中国专利申请日2011.09.08，申请号201120334937.4，专利名称“水平井套管补贴加固工具”公开了一种套损井套管内修复的技术。该技术是在套***下入一段内衬套管，在内衬套管以上有使内衬套管两端膨胀的施力机构。该技术适合于补贴加固套管破损段较小的情况，当套管破损段较长时，如超过10m，就不适用了。
发明内容
为解决上述技术问题，发明了适用于长井段破损修复的长井段加固管柱。
本发明采用了如下的技术方案：
长井段加固管柱，包括外层加固管柱和内层加力管柱，其中外层加固管柱包括衬管，和连接在衬管两端的上胀管和下胀管，以及上胀管以上安装的上胀头，和下胀管以下安装的下胀头；内层加力管柱的各部件之间用油管连接，内层加力管柱安装在外层加固管柱内，内层加力管柱包括上加力环和顺次连接的上收缩缸、水力锚、下收缩缸、固定机构、下加力释放机构和单向球阀；上加力环的外径与上胀头的内径相配合，且上加力环的最大外径大于上胀头的最小内径；下加力释放机构的外径与下胀头的内径相配合，且下加力释放机构的最大外径大于下胀头的最小内径；固定机构和下胀管之间通过锁球固定在一起。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：由于把上下收缩缸和水力锚所构成的施力机构设置在了衬管内，施力机构两端连接上加力环和下加力释放机构，这样衬管的长度就不受限制，衬管就可以做得很长，使本发明的技术适于修复长井段套管破损的情况。
附图说明
前面简单地描述了本发明，接下来参考描述本发明的以下具体实施例的图纸进一步、详细地叙述本发明。这些图纸只描述了该发明的一些典型的实施例，因此不能认为是限制本发明的范围。在这些图纸中：
图1是本发明的长井段加固管柱结构示意图。
图2是本发明的长井段加固管柱优选实施例一的结构示意图。
图3是本发明的长井段加固管柱优选实施例二的结构示意图。
具体实施方式
参见图1，为了图示清楚和叙述方便，图中只画出了剖视图的左侧，长井段加固管柱，包括外层加固管柱和内层加力管柱，其中外层加固管柱包括衬管106，和连接在衬管106两端的上胀管105和下胀管120，以及上胀管105以上安装的上胀头103，和下胀管120以下安装的下胀头121；内层加力管柱的各部件之间用油管101连接，内层加力管柱安装在外层加固管柱内，内层加力管柱包括上加力环102和顺次连接的上收缩缸107、水力锚108、下收缩缸109、固定机构110、下加力释放机构122和单向球阀130；上加力环102的外径与上胀头103的内径相配合，且上加力环102的最大外径大于上胀头103的最小内径；下加力释放机构122的外径与下胀头121的内径相配合，且下加力释放机构122的最大外径大于下胀头121的最小内径；固定机构110和下胀管120之间通过锁球固定在一起。
参见图2，这是根据图1结构所做的长井段加固管柱的优选实施例一。长井段加固管柱安装在套管201内。所述的上加力环102包括带外螺纹的调节管203和大螺母204，大螺母204安装在调节管203外，大螺母204有外台阶和上胀头103相配合并压紧上胀头103。
为了提高密封效果，上胀管105外周一般设有上密封环205，下胀管120外周设有下密封环223，上密封环205和下密封环223一般由紫铜制成。上胀管105、下胀管120和衬管106之间用螺纹连接。
为了在内层加力管柱内形成液压密封，在图中的连接或其它需要处设有密封圈，如图中的密封圈310，以下的说明中不再一一说明。
上胀头103、下胀头121的外表面是圆锥形，其小端分别***上胀管105和下胀管120中，当受到挤压力时，上下胀头就会扩胀上下胀管，使上下胀管紧紧地挤压在套管201的内壁上并密封。
所述的固定机构110是一种锁球固定机构，包括锁球216、锁套218、连接套211、锁环214、释球套215、芯轴210和防退弹簧212；芯轴210、连接套211、锁套218依次相连，且三者之间形成一个环形空间，释球套215、锁环214和防退弹簧212安装在环形空间内；防退弹簧212和释球套215依次套在芯轴210外，释球套215分别和芯轴210和锁套218之间相成密封；锁套218在侧壁开孔，锁球216安装在其孔内；释球套215与锁套218在侧壁的开孔处其直径相配合把锁球216固定在开孔内；在下胀管120的内壁设有内凹槽，锁球216高出锁套218外壁且嵌入下胀管120的内凹槽中；在锁球216以下位置于释球套215外壁设外凹槽230；在锁球216以上位置于释球套215外壁设锁紧螺纹，锁环214套在锁紧螺纹上且位于连接套211和锁套218连接处之间的间隙内；在释球套215的上端有一个外台阶，在连接套211的下端有一个内台阶，两个台阶之间的距离保证使释球套215上行到位时正好使外凹槽230对齐锁球216所在的孔。
通常，锁球216也可以用锁块来代替，锁块的径向截面是梯形加矩形的。
所述的下加力释放机构122包括锁套218、下锁爪219、剪钉221和活塞222；锁套218、下锁爪219和活塞222之间形成液压腔，于锁套218侧壁设进液孔220与液压腔相通；活塞222和下锁爪219之间用剪钉221相固定；下锁爪219下部呈指爪状，其指爪的下端外周有梯形状突起，该梯形状突起撑在下胀头121的开口端，所述的梯形状突起的内壁被活塞222下端的突起部分所支撑。
所述的指爪是指在管子上轴向开槽，使管子一端呈手指状。
在调节管203和芯轴210之间连接施力机构，施力机构包括顺次连接的上收缩缸107、水力锚108和下收缩缸109，当管内产生液压时，水力锚锚定在衬管内壁，收缩缸给上下胀头施加拉力。
为了在油管内产生液压力，在管柱的下端设置单向球阀130，单向球阀130包括钢球226和球座225，这是一种通用结构。
见图3所示，为了方便运输和现场安装，所述的下收缩缸109和固定机构110之间连接快速安装机构，快速安装机构包括插头306、锁定弹簧307、锁帽308和上锁爪309；上锁爪309上部呈指爪状，指爪状的上端向内有梯形缩径台阶，该梯形缩径台阶与插头306外侧的梯形突起台阶相配合扣在一起，锁帽308套在上锁爪309的上端，锁定弹簧307套在插头306外面并压住锁帽308；插头306和上锁爪309之间用密封圈310密封。在这里，上锁爪309替代了芯轴210，或者说是在芯轴210的上部增加了指爪状，当然，也可以是芯轴210、上锁爪309分开设计，二者之间用螺纹连接。
本发明的工作原理是这样的，长井段加固管柱用油管下入井内的套破位置，衬管106的长度要大于套管破裂的长度，油管内加液压，释球套215在压力作用下上行，外凹槽230对准锁球216，在拉力下，锁球216径向运动退入外凹槽230，固定机构110与下胀管120脱开。在液压力作用下，上、下收缩缸在轴向上产生拉力，拉动上胀头103和下胀头121相向运动，来挤压扩胀上胀管105、下胀管120，使其膨胀贴紧并密封井下套管内壁。当达到设计压力时，剪钉221被剪断，活塞222下行，其下端外周突起的大径部分脱离下锁爪219，下锁爪219的下端失去支撑，上提内层加力管柱，下锁爪219下端的指爪向内收缩，与下胀头121脱开，上提油管起出内层加力管柱。
本文所述的实施例仅仅为典型实施例，但不仅限于这些实施例，本领域的技术人员可以在不偏离本发明的精神和启示下做出修改。本文所公开的方案可能存在很多变更、组合和修改，且都在本发明的范围内，因此，保护范围不仅限于上文的说明，而是根据权利要求来定义，保护范围包括权利要求的标的的所有等价物。
Claims (2)
1.长井段加固管柱，包括外层加固管柱和内层加力管柱，其中外层加固管柱包括衬管（106），和连接在衬管（106）两端的上胀管（105）和下胀管（120），以及上胀管（105）以上 安装的上胀头（103），和下胀管（120）以下安装的下胀头（121）；内层加力管柱的各部件之 间用油管（101）连接，其特征在于，内层加力管柱安装在外层加固管柱内，内层加力管柱包 括上加力环（102）和顺次连接的上收缩缸（107）、水力锚（108）、下收缩缸（109）、固定机构（110）、下加力释放机构（122）和单向球阀（130）；上加力环（102）的外径与上胀头（103）的内径相配合，且上加力环（102）的最大外径大于上胀头（103）的最小内径 ；下加力释放机构（122）的外径与下胀头（121）的内径相配合，且下加力释放机构（122）的最大外径大于下胀头（121）的最小内径 ；固定机构（110）和下胀管（120）之间通过锁球固定在一起; 所述的固定机构（110）是一种 锁球固定机构，包括锁球（216）、锁套（218）、连接套（211）、锁环（214）、释球套（215）、上锁 爪（309）和防退弹簧（212）；上锁爪（309）、连接套（211）、锁套（218）依次相连，且三者之间 形成一个环形空间，释球套（215）、锁环（214）和防退弹簧（212）安装在环形空间内 ；防退弹 簧（212）和释球套（215）依次套在上锁爪（309）外，释球套（215）分别和上锁爪（309）和锁 套（218）之间相成密封 ；锁套（218）在侧壁开孔，锁球（216）安装在其孔内 ；释球套（215）与 锁套（218）在侧壁的开孔处其直径相配合把锁球（216）固定在开孔内；在下胀管（120）的 内壁设有内凹槽，锁球（216）高出锁套（218）外壁且嵌入下胀管（120）的内凹槽中 ；在锁球 （216）以下位置于释球套（215）外壁设外凹槽（230）；在锁球（216）以上位置于释球套（215） 外壁设锁紧螺纹，锁环（214）套在锁紧螺纹上且位于连接套（211）和锁套（218）连接处之间 的间隙内 ；在释球套（215）的上端有一个外台阶，在连接套（211）的下端有一个内台阶，两 个台阶之间的距离保证使释球套（215）上行到位时正好使外凹槽（230）对上锁球（216）所 在的孔;所述的下加力释放机构（122） 包括锁套（218）、下锁爪（219）、剪钉（221）和活塞（222）；锁套（218）、下锁爪（219）和活塞 （222）之间形成液压腔，于锁套（218）侧壁设进液孔（220）与液压腔相通 ；活塞（222）和下锁 爪（219）之间用剪钉（221）相固定 ；下锁爪（219）下部呈指爪状，其指爪的下端外周有梯形 状突起，该梯形状突起撑在下胀头（121）的开口端，所述的梯形状突起的内壁被活塞（222） 下端的突起部分所支撑;所述的下收缩缸（109）和固 定机构（110）之间连接快速安装机构，快速安装机构包括插头（306）、锁定弹簧（307）、锁帽 （308）和上锁爪（309）；上锁爪（309）上部呈指爪状，指爪状的上端向内有梯形缩径台阶，该 梯形缩径台阶与插头（306）外侧的梯形突起台阶相配合扣在一起，锁帽（308）套在上锁爪 （309）的上端，锁定弹簧（307）套在插头（306）外面并压住锁帽（308）；插头（306）和上锁爪 （309）之间用密封圈（310）密封。
2.根据权利要求 1 所述的长井段加固管柱，其特征在于，所述的上加力环（102）包括带 外螺纹的调节管（203）和大螺母（204），大螺母（204）安装在调节管（203）外，大螺母（204） 有外台阶和上胀头（103）相配合并压紧上胀头（103）。
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