[发明专利]修补石油热采井的密封膨胀管装置和实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及油井套管修补技术，特别是一种修补石油热采井的密封膨胀管装置和实现 方法。

背景技术

目前，一般油井由于环境腐蚀和各种外力作用，套管形成孔洞、裂纹和错断，采用膨 胀管修补，即通过液压或机械扩胀方式，使膨胀管紧密贴服于油井内壁，则能稳定而持久 地保持密封，其中特别是ZL200410019863.X“石油膨胀管合金材料及膨胀装置”具有代 表性，应用收到了良好效果。但是对于稠油热采井的修补，目前还是一个尚未解决的难题。 所谓热采井是指为了熔化稠油，周期采用350℃热蒸汽，待稠油稀释再行抽取。热采井在 辽河油田、克拉玛依油田、胜利油田以及其它油田占有不小比例，在国际上热采井也是一 个分布较广的井型，由于蒸汽加热及随后井内自然冷却，温度变化使套管发生轴向胀缩。 在热疲劳应力作用下，套管本身易于损伤，同时也破坏了套管与基础之间的结合，甚至导 致二者松动脱离，这样更加剧套管破坏。分析用普通套管或膨胀管内套修补失效的原因： 对于采用紫铜、软铁、纯铝金属硬密封，由于热疲劳应力反复作用，材料的位错密度不断 增加，则引发加工硬化，材料的塑性明显下降，于是失去密封弥合性，导致接触界面局部 密封压力下降引起泄漏；另外采用密封弥合良好的丁氰橡胶、氟橡胶和硅橡胶等软密封材 料，在高温环境作用下材料加速老化或发生软化和液化，丧失密封能力，几次循环即发生 泄漏。目前国际上对热采井还没有一种行之有效的修补方法，这成为国内外长久以来积存 的老大难问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种修补石油热采井的密封膨胀管装置和实现方法，它是针对周 期地通入热蒸汽的石油热采井的修补问题，设计一种新型结构的膨胀管和带有新型材料的 密封圈，根本解决了修补热采井的老大难问题，给出了热采井行之有效的修补方案。

本发明提供的修补石油热采井的膨胀管密封装置包括：膨胀管体、高温密封圈、应力松 弛节、应力阻隔环、膨胀胀头、杆密封组、座密封组、投球、膨胀底座、套管、钻杆、管 接头。膨胀管主要由膨胀管体、高温密封圈、应力松弛节和应力阻隔环组成，膨胀管之间 借助于密封螺纹进行连接。

所述的膨胀管体是指内外表面为直线素线回转面的膨胀管主体部分，高温密封圈环绕 在膨胀管体的外表面，截面呈矩形的环带；所述的应力阻隔环是膨胀管外表面上的突起， 该突起的截面呈三角形；应力松弛节是指局部膨胀管体的管内外壁车成波形状起伏的部 分；高温密封圈、应力阻隔环、应力松弛节三者在膨胀管轴向互相间隔分布。

所述的钻杆是中空的，钻杆之间用管接头螺纹互相连接，连接钻杆下端以螺纹旋入所 述的膨胀头的中心孔中，膨胀胀头中心孔内壁有密封胶圈，环绕抱住钻杆。所述的杆密封 组套装在钻杆下部，杆密封组由多片带中孔盘状密封胶圈和盘状塑料隔板组合而成，其下 端边部有盘状螺母用于旋紧固定。位置在膨胀管内下端的所述的膨胀底座是由铸铁或铝合 金等易削材料作的，用销钉固定膨胀底座的位置。为防止泄漏，膨胀底座外缘装有密封胶 圈，以保证膨胀底座与膨胀管之间的密封。为了加强密封可靠性，在膨胀室封底上部装入 所述的盘密封组，盘密封组由多片带中孔盘状密封胶圈和盘状塑料隔板组合而成，其上端 边部有盘状螺母用于旋紧固定。膨胀室封底中孔上部，有倒角凹窝，以备接纳投球。

所述的应力阻隔环的分布在膨胀管表面，其截面呈三角形，以降低膨胀阻力。膨胀管 扩径后，三角形尖峰嵌入套管壁，使膨胀管对于套管轴向位置相对固定，控制膨胀管的轴 向位移和应力传递。

本发明提供的修补石油热采井的密封膨胀管装置的实现方法包括的步骤：

1)将油井钻铣、清洗处理完毕后，测定出及校对套管的损坏部位，下入膨胀管修补 热采井的装置，通过钻杆中心孔和膨胀室封底中孔打水洗井。

2)将投球送入膨胀室上部倒角凹窝，给水憋压，此时膨胀封底、膨胀胀头的轴密封 组与周边膨胀管内侧，形成封闭的膨胀室。憋压后水压不断增加，膨胀胀头中心孔外的环 状面积，在水压作用下产生向上推力，当超过启动阻力时，膨胀胀头便开始向上运动，同 时膨胀管向外扩径膨胀，并压迫高温密封圈及应力阻隔环，指向套管内壁形成悬挂。

3)膨胀管扩径后，三角形尖峰嵌入套管壁，使膨胀管对于套管轴向位置相对固定， 控制膨胀管的轴向位移和应力传递。

本发明提供的密封膨胀管修补石油热采井的装置具体突出的特点：