可旋转液压机械双作用膨胀式尾管悬挂器

《可旋转液压机械双作用膨胀式尾管悬挂器》涉及石油固井技术领域，特别涉及一种用于尾管固井的尾管悬挂器，是一种可旋转液压机械双作用膨胀式尾管悬挂器。

尾管悬挂固井技术可以减少固井套管重叠，节约套管；减少注水泥压力；简化井身结构，解决深井、复杂井的固井问题。

截至2007年11月，尾管悬挂器的种类很多，根据悬挂尾管的操作方法不同，2007年11月之前尾管悬挂器分为机械式和液压式两种。机械式尾管悬挂器的操作方法一般是上提下放或者旋转悬挂器将尾管悬挂在外层套管上。其特点是，操作简单，节省时间，但其结构对井下条件要求较高。液压式尾管悬挂器是依靠液压的作用使尾管悬挂在上层套管上。其特点是适用范围大，不受井斜和尾管长度的限制，但其操作复杂，费时间。单一操作方法的尾管悬挂器，施工中一旦出现意外不能座挂或座挂失败，必须将整个井内管柱提出，更换尾管悬挂器后，再下入井底进行施工，尤其在斜井、水平井、大位移水平井、多底分支井这样复杂的情况时，从井内提出管柱的操作复杂，浪费时间。

中国专利公告号CN2159452Y提供了一种随位自动悬挂尾管装置，是一种典型的卡瓦式随位自动脱挂尾管悬挂器，其采用卡瓦与套管内壁进行悬挂。该尾管悬挂器座挂后，尾管内部的通径小，不利于后续作业，并且在下入尾管悬挂器和注水泥的过程中尾管不能旋转，固井质量不好。

2007年11月之前膨胀式尾管悬挂器结构较复杂。US7225880B2是一种膨胀式尾管悬挂器，其利用液压力胀开膨胀管，使膨胀管与套管进行悬挂。该尾管悬挂器采用从上向下胀开膨胀管的方式，结构复杂。

图1是《可旋转液压机械双作用膨胀式尾管悬挂器》可旋转液压机械双作用膨胀式尾管悬挂器结构剖面示意图。是实施例1的结构示意图。

图2是锁簧机构的结构剖面示意图。

图中，1.送入接头，2.水泥胶塞，3.中心管，4.膨胀管，5.胀塞，6.剪钉，7.密封胶塞，8.胶塞导管，9.阻挡环，10.下连接管，11.套管，12.套管接箍，13.锁簧机构，14.挡板，15.锁块，16.弹簧，17.环形凸起。

2016年12月7日，《可旋转液压机械双作用膨胀式尾管悬挂器》获得第十八届中国专利优秀奖。

实施例1：参阅附图1。以一个规格为95/8″-7″的机械液压双作用膨胀式尾管悬挂器为例，进行具体说明。

送入接头1最大外径为210毫米。中心管3长度为1355毫米，内径为82毫米，外径为120毫米。膨胀管4长度为1400毫米。膨胀管4的外侧有两道环形凸起17。环形凸起17的截面为梯形，厚度为5毫米。环形凸起17外部边沿的直径与膨胀管4的最大直径相同。

送入接头1上部有螺纹，能使机械液压双作用膨胀式尾管悬挂器连接在送入管柱的下端，将机械液压双作用膨胀式尾管悬挂器送入井下悬挂的位置。送入接头1下端外壁与膨胀管4之间采用花键连接；在膨胀管4外壁上套有金属与橡胶组合密封圈。送入接头1下端内壁与中心管3螺纹连接。中心管3下端通过剪钉6固定有一个密封胶塞7。密封胶塞7的内径比中心管3的内径小12毫米。

胀塞5的厚度为300毫米，最大外径为192毫米，胀塞5两端有锥面。胀塞5套在中心管3上，胀塞5在中心管3和膨胀管4之间的环形空间内的下端，胀塞5与中心管3之间动密封配合，胀塞5能在中心管3上面滑动；胶塞导管8连接在膨胀管4的下端；胶塞导管8下端螺纹连接下连接管10，下连接管10的下端有螺纹；阻挡环9固定于下连接管10的内部台肩上。阻挡环9上部中心孔的直径与密封胶塞7下端外径相同，阻挡环9下部中心孔的直径小于密封胶塞7下端外径。

在下连接管10的下端外壁上均匀分布固定有4个锁簧机构13。挡板14、锁块15和弹簧16组成一个锁簧机构13。上下挡板14焊接在下连接管10外壁上；两块挡板14之间有一个锁块15，锁块15形状为“L”形的钢板，锁块15的下平面为一个斜面；弹簧16为圆柱螺旋压缩弹簧，锁簧机构13嵌入下连接管10外壁上。下连接管10的下端有外螺纹。

膨胀管4的外侧有2道环形凸起17，环形凸起17的截面为梯形，凸起高度为5毫米。环形凸起17外径与膨胀管4的端部直径相同。

简述《可旋转液压机械双作用膨胀式尾管悬挂器》的工作过程，有利于理解《可旋转液压机械双作用膨胀式尾管悬挂器》。当《可旋转液压机械双作用膨胀式尾管悬挂器》随着尾管串下到设计位置时，连接管10上的锁簧机构13卡到特制套管12的卡槽内，这时当上提整个送入管柱的时候，下连接管10与特制套管12无相对运动。当尾管串下到设计位置的时候，将设计好一定量的水泥注入到送入管柱后，马上投入水泥胶塞2。继续泵入完井液，完井液推动水泥胶塞2向下运动，在密封胶塞7处碰压，剪断剪钉6，水泥胶塞2和密封胶塞7组成的复合胶塞在完井液的推动下继续下行，同时刮去尾管内壁上残留的水泥，至阻挡环9处二次碰压，完成水泥固井工序。在水泥固井工序中我们可以旋转送入管柱，并通过送入接头1与膨胀管4之间的花键带动尾管串旋转，从而实现在尾管注水泥固井施工中，全过程旋转尾管。再次憋压，在管柱内增加完井液压力的同时，上提送入管柱。在完井液液压力和上提管柱机械力共同作用下推动胀塞5、中心管3和送入接头1一起向上运动，胀开膨胀管4，上层套管11内壁接触和胀合，形成了金属与金属的坚固而可靠的密封，实现尾管串的座挂，同时丢手。丢手后，提出胀塞5、中心管3和送入接头1，下钻，钻通与水泥凝结在一起的两个胶塞和尾管串内的水泥即可。

可旋转液压机械双作用膨胀式尾管悬挂器专利目的

《可旋转液压机械双作用膨胀式尾管悬挂器》的目的是提供一种可旋转液压机械双作用膨胀式尾管悬挂器，完成尾管悬挂固井，当时用液压方法操作失效，不能胀开膨胀管时，可依靠机械方法进行膨胀管膨胀作业。并克服卡瓦式尾管悬挂器采用卡瓦座挂，座挂不可靠，座挂后通径变小；克服膨胀式尾管悬挂器采用从上向下胀开膨胀管的方式，结构复杂的不足。另外，在管柱下放和注水泥的过程中能旋转尾管，减少水泥浆内的气泡，提高水泥凝固质量。

可旋转液压机械双作用膨胀式尾管悬挂器技术方案

《可旋转液压机械双作用膨胀式尾管悬挂器》的技术解决方案：可旋转液压机械双作用膨胀式尾管悬挂器，主要由送入接头、水泥胶塞、中心管、膨胀管、胀塞、剪钉、密封胶塞、胶塞导管、阻挡环和下连接管组成。其特征是：送入接头上端有螺纹，能与送入管柱连接。送入接头下端外壁与膨胀管之间采用花键连接；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，施工时胀塞自下向上胀开膨胀管。胀塞与中心管之间动密封配合，胀塞能在中心管上面滑动；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，能与套管串连接；阻挡环固定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。在下连接管的下端外壁上均匀分布固定有至少两个锁簧机构，下连接管的下端有外螺纹，下连接管下端能连接需要在井下悬挂的尾管串。

所述的锁簧机构包括挡板、锁块和弹簧，挡板焊接在下连接管上；锁块形状为“L”形的钢板，锁块的下平面为一斜面；弹簧为圆柱螺旋压缩弹簧，锁簧机构嵌入下连接管外壁上。

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。

胀塞的两个端为锥面。

膨胀管和胀塞的结构采用的是固井用膨胀管和胀塞的结构，使用方法与膨胀管固井方法相同，本领域技术人员熟悉，不详细介绍。

可旋转液压机械双作用膨胀式尾管悬挂器有益效果

1、膨胀式尾管悬挂器——结构简单，座挂、座封可靠。

2、机械液压双作用，为尾管悬挂器的成功座挂、座封提供了双保险，能提高座挂、座封成功率；当液压系统失灵，悬挂失效不能胀开膨胀管时，可以改换为机械拉拔固井管柱的方法，推动胀塞自下向上胀开膨胀管，进行膨胀管膨胀作业。

3、送入接头和膨胀管采用花键连接，能在下放管柱和注水泥的过程中旋转尾管，达到减少水泥浆内的气泡，使尾管串可以顺利下入预定位置和提高固水泥质量。

《可旋转液压机械双作用膨胀式尾管悬挂器》的上述结构设计有较大的改进，打破传统固井尾管悬挂方式，采用液压或/和机械方法，推动胀塞自下向上胀开膨胀管，膨胀管膨胀后，使尾管串牢固悬挂在井下套管内壁。提高尾管固井成功率，保障井下安全，提高固井质量。

1.一种可旋转液压机械双作用膨胀式尾管悬挂器，主要由送入接头（1）、水泥胶塞（2）、中心管（3）、膨胀管（4）、胀塞（5）、剪钉（6）、密封胶塞（7）、胶塞导管（8）、阻挡环（9）和下连接管（10）组成，其特征是：送入接头（1）上端有螺纹，送入接头（1）下端外壁与膨胀管（4）之间采用花键连接；送入接头（1）下端内壁与中心管（3）螺纹连接，中心管（3）下端通过剪钉（6）固定有密封胶塞（7），密封胶塞（7）的内径比中心管（3）的内径小8-20毫米，胀塞（5）在中心管（3）和膨胀管（4）之间的环形空间内的下端，胀塞（5）与中心管（3）之间动密封配合，胀塞（5）能在中心管（3）上面滑动；胶塞导管（8）连接在膨胀管（4）的下端；胶塞导管（8）下端螺纹连接下连接管（10），下连接管（10）的下端有螺纹；阻挡环（9）固定于下连接管（10）的内部台肩上，阻挡环（9）上部中心孔的直径与密封胶塞（7）下端外径相同，阻挡环（9）下部中心孔的直径小于密封胶塞（7）下端外径，在下连接管（10）的下端外壁上均匀分布固定有至少两个锁簧机构（13），下连接管（10）的下端有外螺纹。

2.如权利要求1所述的可旋转液压机械双作用膨胀式尾管悬挂器，其特征在于：所述的锁簧机构（13）包括挡板（14）、锁块（15）和弹簧（16），挡板（14）焊接在下连接管（10）上；锁块（15）形状为“L”形的钢板，锁块（15）的下平面为一斜面；弹簧（16）为圆柱螺旋压缩弹簧，锁簧机构（13）嵌入下连接管（10）外壁上。

3.如权利要求1所述的可旋转液压机械双作用膨胀式尾管悬挂器，其特征在于：膨胀管（4）的外侧至少有一个环形凸起（17），环形凸起（17）的截面为梯形，环形凸起（17）外径与膨胀管（4）的端部直径相同。

4.如权利要求1、2或3所述的可旋转液压机械双作用膨胀式尾管悬挂器，其特征在于：在膨胀管（4）外壁上套有橡胶圈。

5.如权利要求1、2或3所述的可旋转液压机械双作用膨胀式尾管悬挂器，其特征在于：在膨胀管（4）外壁上套有金属与橡胶组合密封圈。

6.如权利要求1、2或3所述的可旋转液压机械双作用膨胀式尾管悬挂器，其特征在于：胀塞（5）的两个端为锥面。