[发明专利]井下套管双级锥膨胀装置及其作业方法

说明书

本发明的井下套管双级锥膨胀装置及作业方法，包括一级膨胀锥、二级膨胀锥、中心管、连接外管、限位机构和顶部挡块等部件，中心管主要由花键轴、双层内管、连接内管等组成，其双层内管包括中心里管和中心外管构成。当膨胀套管发生一级膨胀时，一级膨胀锥连同连接外管、顶部挡块沿中心管共同上行，限位后完成一级膨胀；发生二级膨胀时，二级膨胀锥、中心管、限位机构相对一级膨胀锥上行，二级限位后结束单次行程膨胀；通过重复双级膨胀行程，分次完成膨胀套管的液压膨胀，直至膨胀套管全部完成膨胀。本发明能有效套管井下降低膨胀力，具有将膨胀套管膨胀至更大的可能，降低施工风险，可用于膨胀套管补贴修井、完井和钻井封堵等领域的膨胀套管作业中。

技术领域

本发明涉及石油钻井完井技术领域的膨胀管作业装置，特别是涉及一种井下套管双级锥膨胀装置及作业方法。

背景技术

在老油田开发过程中，面临新井难打、老井难修等问题，为了获得最大的内通径，有时可以采用膨胀套管进行套管补贴和特殊工艺完井等，对诸多套损井进行套管修复，也可对侧钻井、加深井等进行完井作业，同时对钻井过程中钻遇漏失层、高压层、坍塌层等复杂地层时，采用膨胀套管封堵也是一种非常有效的地层封堵方法。然而，由于地层和井下状况复杂多变，时常会发生膨胀套管在井下膨胀作业压力偏高的情况，给膨胀螺纹、地面管线和设备等承压工具和设备增加施工风险，甚至造成因膨胀压力过高而导致套管不能有效膨胀、管体膨胀失败等作业风险。

目前，常规膨胀率的膨胀套管在膨胀过程中一般采用一个固定尺寸的膨胀锥完成膨胀套管的井下膨胀作业，膨胀时遇到膨胀压力过高时只能通过液压和机械拉拔相结合的方式解决，实际上仍不能有效降低套管的膨胀压力。而另一种膨胀率较大的等井径膨胀套管则采用可变径膨胀工具对膨胀套管进行等井径膨胀，其管体膨胀率更大，主要用于无内径损失的钻井封堵，如公开号CN104005725A的专利公开了一种膨胀管双级膨胀装置，采用的是定径膨胀头和变径膨胀头的双级膨胀机构，其定径膨胀头和变径膨胀头是在液压作用下同时运动，完成套管的等径膨胀，未能有效降低套管的膨胀力，而且变径膨胀头和液缸系统的结构过于复杂，不适用于常规膨胀率的膨胀套管系统。因此，无论使用固定尺寸膨胀锥还是使用变径膨胀锥，只要套管管体的一次膨胀率恒定，其膨胀压力就不能有效降低，由膨胀压力高带来的高压施工风险就难以有效降低，不利于套管的膨胀施工作业。

发明内容

针对现有膨胀套管膨胀时所面临的膨胀压力过大等难题，解决井下套管膨胀时压力过高而导致膨胀螺纹易破损、地面管线及施工管柱承压风险等问题，发明了一种井下套管双级锥膨胀装置及其作业方法，通过双级膨胀锥机构，将膨胀管实现分级膨胀，从而降低套管井下膨胀压力，降低施工风险。

本发明的井下套管双级锥膨胀装置，包括一级膨胀锥2、二级膨胀锥3、中心管28、连接外管7、限位机构8和顶部挡块9，其中：中心管为两段组成的空心结构，上段为连接内管6，下段为双层内管5，双层内管5下端固定连接有花键轴4，双层内管5设有轴向流道，在双层内管5外管壁上下端部分别设有上进液孔15和下进液孔16，上进液孔15和下进液孔16与轴向流道贯通；在连接内管6和双层内管5连接段固定安装有一的限位机构8，限位机构8内设有进液通道26，在连接内管6底部设有顶部进液孔14，顶部进液孔14 与进液通道26、上进液孔15、轴向流道、下进液孔16贯通；一级膨胀锥2的最大外径小于二级膨胀锥3的最大外径；一级膨胀锥2和二级膨胀锥3上下依次套装在花键轴4上部的双层内管5外，一级膨胀锥2与双层内管5 构成轴向滑动密封配合；一级膨胀锥2上部与连接外管7相连，连接外管7与中心管28间隔配合，在连接外管7顶部通过顶部挡块9与连接内管6构成轴向滑动密封配合；限位机构8位于连接外管7和中心管28环空内；连接外管7上下端部分别设有上排液孔17和下排液孔18；双层内管5的下进液孔16位于一级膨胀锥2与二级膨胀锥3对合部之间；一级膨胀锥2、连接外管7和顶部挡块9构成联动，花键轴4、二级膨胀锥3、双层内管5和连接内管6构成联动。

本发明的井下套管双级锥膨胀装置还包括密封堵头19，密封堵头19通过花键槽与花键轴4配合。

上述装置中进一步包括：