专利名称：套管错断水平井拨正修复方法及其专用一体化工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及水平井拨正修复技术，具体地说是套管错断水平井拨正修复方法及其
专用一体化工具。
背景技术：
目前水平井的大规模应用，为油田的稳产保产贡献了巨大的力量，但随着应用环境不断扩大和井下工况的不断恶化，也陆陆续续暴露出一些推广初期没有考虑到的问题，像水平段发生套管错断的情况就是最为明显的例子，这种情况在稠油热采区块发生的概率很高，由于目前修井领域还没有成熟的水平井配套修复技术，常常在油井还没有达到使用寿命的时候就提前报废，造成资金和资源的巨大浪费，在一定程度上制约了储层采收率和动用率的提高。当今膨胀管技术已被广泛应用在石油工业，其中应用在完井和修井中的也不在少数，其中在修井领域应用膨胀管技术比较有代表性的像专利公开技术的膨胀管补井装置，专利号为200610016410.0，胜利油田钻井院都申请了不少发明专利，但其工艺和工具的主要缺陷还是停留在以往的常规直井工艺中，下入尖头拨正器靠下入管柱重力来对错断套管进行拨正，拨正管柱起出后进行固定下部套管工序，之后再进行后续修复工作，这样施工工序必须要分为两个或者更多的工序，遇到需要拨正力较大的井况时要么无能为力，要么易将下井管柱顿坏，极易出现事故，同时施工时常常会注入一些化学固定剂(如水泥等)固定拨正后的套管，如果套管错断处于油层段就会对油层造成二次污染，导致完工交井之后，油井减产十分明显且很难回复。况且水平井由于其特殊的井身结构，水平段一般都在油层之内，基本上无法采用这种常规直井的修复工艺。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供套管错断水平井拨正修复方法及其专用一体化工具。可以对水平井水平段错断的套管进行拨正修复，克服了现有技术不能对水平段错断套管进行有效的拨正及修复的缺点，使一部分报废井死井复活，提高油井产量，延长油井使用寿命，尽最大的可能提高开发成本的投入产出比。本发明的特点就是将拨正和套管修复两步工艺结合到一起，省去固定下部错断套管工序，避免了对油层的再次污染，且施工工序简单，对施工队伍要求条件降低，利于推广。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是套管错断水平井拨正修复方法，其步骤为
首先把套管错断水平井拨正修复专用一体化工具装配总成，即把自下而上的底部膨胀工作室、膨胀组合密封装置、推进液缸装置及上部锚定装置四部分依次连接在一起形成整体的套管错断水平井拨正修复专用一体化工具；
底部膨胀工作室使下部导引头顶在套管错断处，从井口打压，套管拨正模块开始工作，锚定装置和液缸开始进液；
当锚定装置固定好胀头管柱之后，液缸开始推动前面底部膨胀工作室中的拨正导引头拨正错段套管，当工具前端的底部膨胀工作室到达指定位置处第一套压力系统自动泄压，之后在井口投入胶塞或球到锚定位置处关闭水力锚，先释放管柱，然后继续下行至液缸关闭套处关闭第一套压力泄压口；
当锚定装置固定好管柱之后，液缸开始推动工具前端的修复模块时，液缸长度能够调整，在行程走完后，先不投胶塞或球，打开井口水龙带接口进行下压，使已走行程液缸压回到初始状态，之后可以继续打压，采用这种周而复始的步进方法直至修复所需行程。建立起第二套压力系统，工具的底部膨胀工作室开始工作，胀头自下而上将实体膨胀管胀开直到胀头脱出，通过膨胀组合密封装置将膨胀工作筒密封锚定在外部套管上，完成对套管断裂处的修复，之后钻掉拨正导引头即可交井。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是套管错断水平井拨正修复专用一体化工具，其结构包括自下而上依次连接在一起的底部膨胀工作室、膨胀组合密封装置、推进液缸装置及上部锚定装置四部分。所述底部膨胀工作室结构包括最外侧的膨胀管、膨胀管最前端设有拨正导引头；所述膨胀管内部设置有上下连接在一起的上中心管和下中心管；所述下中心管上套有组合在一起的胀头顶套和自调节圆胀头；所述胀头顶套和自调节圆胀头之间有球形接触面；所述胀头顶套和自调节圆胀头之间的球形接触面位于圆胀头的球心远离拨正头的一侧；所述胀头顶套外侧套有密封上压环；所述下中心管上还套有密封垫和密封下挡环；所述密封垫中还设置有套在下中心管上的中间压环。所述密封下挡环外侧和膨胀管内壁之间还设置有密封圈；所述拨正头与膨胀管连接接触位置也设置有拨正头密封胶圈；所述上中心管和上方推进液缸装置中的吊卡转换接头相连接处设置有密封胶圈。所述膨胀组合密封装置结构为软金属密封环，焊接在底部膨胀工作室最外侧膨胀管上的预制槽中；所述软金属为热膨胀系数比套管大硬度较低的金属(如铜等)；此外橡胶保护层硫化在预置的钢性骨架带，与前端的软金属密封环一起组成多组密封结构；所述钢性骨架带为一条按一定距离有间隔凸起块的钢带；其最底端位置高度为膨胀管外侧相对于上下中心管相连接的变径位置。所述推进液缸装置分为一、二、三级液缸，每级液缸都分为外部的液缸外套和内部的液缸内套，所述第一级液缸依次通过下方的液缸下连接头连接至第二级液缸且前端泄压指示套带有泄压指示孔，所述第二级液缸通过下方的第二级液缸下连接头连接至第三级液缸；所述第三级液缸依次通过下方的第三级液缸下转换接头连接至吊卡转换接头。所述液缸泄压指示套和关闭套外筒之间设置有橡胶密封环；所述液缸泄压指示套前端带有泄压指示孔，位于橡胶密封环处；所述关闭套外筒内部还设置有带关闭套中筒的关闭套内筒；所述关闭套中筒与关闭套外筒之间设置有关闭套中筒密封胶圈，所述关闭套中筒与关闭套内筒之间设置有关闭套剪钉、关闭套内筒大胶圈、关闭套内筒小胶圈；所述关闭套中筒中部为割缝结构；所述关闭套内筒带有各级液缸进液孔；液缸上连接头上分别设置有液缸上连接头外大密封胶圈、液缸上连接头内密封胶圈、液缸上连接头内小密封胶圈；液缸下连接头上设置有液缸下连接头外密封胶圈、液缸下连接头内密封胶圈；所述关闭套内筒上还设置有多组关闭套内筒密封胶圈。所述上部锚定装置自上而下连起来的水力锚上外筒、水力锚下外筒，所述水力锚上外筒内部为水力锚上内筒，水力锚下外筒内部为水力锚下内筒；所述水力锚下内筒带有棘爪结构，所述水力锚下外筒通过油管接箍连接至推进液缸装置中的第一级液缸内套上。所述水力锚上外筒开设通往水力锚上内筒的通孔，通孔中置入弹簧，该弹簧位于水力锚上内筒的一端设置有弹簧内压片，相反另一端则设置有弹簧外压片并通过固定销钉固定在水力锚上外筒外壁上；所述水力锚上外筒和水力锚上内筒之间设置有内接环；所述水力锚上内筒与内接环上设置有内筒密封圈；所述弹簧内压片上设置有弹簧内压片密封圈；水力锚上外筒和水力锚下外筒上分别设置有水力锚上外筒大径密封圈、水力锚下外筒小径密封圈；所述水力锚上内筒和带有关闭棘爪的水力锚下内筒之间设置有定位剪钉。本发明的套管错断水平井拨正修复方法及其专用一体化工具和现有技术相比，具有以下有益效果
本发明主要通过模块化设计，分为底部膨胀工作室、膨胀组合密封装置、推进液缸装置及上部锚定装置四部分，分别由两套压力系统控制。第一套压力系统工作时，工具上部锚定装置及推进液缸装置开始工作，将底部错断套管拨正，拨正到指定位置后会有压力突降指示，之后通过投胶塞关闭工具上部锚定装置及泄压指示孔，建立起第二套压力系统，工具的底部膨胀工作室开始工作，通过膨胀组合密封装置对错段套管进行修复。错断水平井套管拨正修复一体化工具，可以克服现有同类修井技术的缺点。它是针对现有修井技术无法有效地将套管错断处拨正修复的问题，提出的设计将现有技术的错段套管拨正和修复两步工艺完美地结合到一起，缩短了整个施工过程的时间及步骤，避免了对储层的二次伤害，且成本低廉，具有广阔的应用前景。
图1为本发明的套管错断水平井拨正修复专用一体化工具的结构示意 图2为本发明的套管错断水平井拨正修复专用一体化工具的上部锚定装置结构示意
图3为图2的局部放大 图4、图5为本发明的套管错断水平井拨正修复专用一体化工具的推进液缸装置结构示意图(分别为上半段和下半段);
图6为本发明的套管错断水平井拨正修复专用一体化工具的底部膨胀工作室及膨胀组合密封装置的结构示意图。图中I水力铺上外筒，2内接环，3内筒S封圈，4固定销钉，5弹黃内压片，6弹黃，7弹簧外压片，8弹簧内压片密封圈，9水力锚上外筒大径密封圈，10水力锚下外筒，11水力锚下外筒小径密封圈，12水力锚上内筒，13定位剪钉，14水力锚下内筒，15加厚31/2油管接箍，17加厚31/2油管接箍，18关闭套外筒，19橡胶密封环，20液缸泄压指示套，21关闭套中筒，22关闭套中筒密封胶圈，23关闭套剪钉，24关闭套内筒，25关闭套内筒大胶圈，26关闭套内筒小胶圈，27液缸上连接头，28液缸下连接头，29液缸上连接头外大密封胶圈，30液缸上连接头内密封胶圈，31液缸上连接头内小密封胶圈，32液缸下连接头外密封胶圈，33关闭套密封胶圈，34第一级液缸外套，35液缸下连接头内密封胶圈，36第一级液缸内套，37第二级液缸内套上连接头，38第二级液缸内套，39第二级液缸外套，40第三级液缸内套上连接头，41第三级液缸内套，42第三级液缸，43第三级液缸下转换头，44吊卡转换接头，45上中心管，46密封胶圈，47膨胀管，48软金属密封环，49下中心管，50胀头，51胀头顶套，52密封上压环，53密封垫，54中间压环，55密封圈，56密封下挡环，57拨正头，58拨正头密封胶圈。
具体实施例方式接下来参照说明书附图对本发明的套管错断水平井拨正修复方法及其专用一体化工具作以下详细地说明。套管错断水平井拨正修复专用一体化工具，其结构包括自下而上依次连接在一起的底部膨胀工作室、膨胀组合密封装置、推进液缸装置及上部锚定装置四部分。如图1所
/Jn o如图6所示，所述底部膨胀工作室结构包括最外侧的膨胀管47、膨胀管底端设置的拨正头57，所述膨胀管内部设置有上下连接在一起的上中心管45和下中心管49 ;所述下中心管上套有组合在一起的胀头顶套51和自调节圆胀头50，所述胀头顶套和自调节圆胀头之间有球形接触面；所述胀头顶套和自调节圆胀头之间的球形接触面位于圆胀头的球心远离拨正头的一侧；圆胀头和顶套之间有球面配合，可使胀头在15度角内根据感应工作筒内径及应力的微变化自由调节，最大限度地减少膨胀工作筒所需液压。所述胀头顶套外侧套有密封上压环52 ;所述下中心管上还套有密封垫53和密封下挡环56，所述密封垫中还设置有套在下中心管上的中间压环54。胀头套装在顶套上，顶套套装在下中心管上，下压到组合密封装置上，组合密封装置与下中心管通过丝扣相连，形成组合密封装置上下两端密封，其末端顶在拨正导引头上(将拨正力传递到中心管上，对最外部的膨胀管没有作用力的影响)，拨正头通过丝扣连接在膨胀管上，与膨胀管及上部组合密封装置一起构成底部膨胀工作室。所述密封下挡环56外侧和膨胀管内壁之间还设置有密封圈55 ;所述拨正头与膨胀管连接接触位置也设置有拨正头密封胶圈58 ;所述上中心管45和上方推进液缸装置中的吊卡转换接头相连接处设置有密封胶圈46。图6中，所述膨胀组合密封装置结构为软金属密封环48，套在底部膨胀工作室最外侧膨胀管上的预制槽中，此外橡胶保护层硫化在预置的钢性骨架带，与前端的软金属密封环一起组成多组密封结构；所述钢性骨架带为一条按一定距离有间隔凸起块的钢带；其位置高度为膨胀管外侧相对于上下中心管相连接的变径位置。通过硫化胶结等工艺用夹心橡胶带将预制软金属环固定在膨胀管预制槽内；软金属密封环为热膨胀系数大的预制软金属环(铜，铅等)。膨胀组合密封段为夹心橡胶带和特制软金属环的组合密封，夹心橡胶带是指内层有一定预制形状的钢芯套，外部是橡胶，其目的是起到悬挂膨胀管到套管上。特制软金属环是指用热膨胀系数比套管大的软金属，如铜、铅等做成一定形状的金属环，它的目的是在修复的过程中及以后的注汽热采过程中起到密封的作用。如图4和图5所示,所述推进液缸装置分为一、二、三级液缸,每级液缸都分为外部的液缸外套和内部的液缸内套，分别为第一级液缸外套34、第一级液缸内套36、第二级液缸内套38、第二级液缸外套39、第三级液缸内套39，所述第一级液缸通过下方的液缸下连接头37连接至第二级液缸39，所述第二级液缸通过下方的第二级液缸下连接头40与连接至第三级液缸42 ;所述第三级液缸通过下方的第三级液缸下转换头43与连接至吊卡转换接头44。所述液缸泄压指示套20和关闭套外筒18之间设置有橡胶密封环19 ;所述液缸泄压指示套20带有泄压指示孔位于橡胶密封环19处；所述关闭套外筒18内部还设置有带关闭套中筒21的关闭套内筒24 ;所述关闭套中筒21与关闭套外筒18之间设置有关闭套外筒密封胶圈22，所述关闭套中筒与关闭套内筒之间设置有关闭套剪钉23、关闭套内筒大胶圈25、关闭套内筒小胶圈26 ;液缸上连接头上分别设置有液缸上连接头外大密封胶圈29、液缸上连接头内密封胶圈30、液缸上连接头内小密封胶圈31 ;液缸下连接头上设置有液缸下连接头外密封胶圈32、液缸下连接头内密封胶圈35 ;所述关闭套上还设置有关闭套密封胶圈33。如图2和图3所示，所述上部锚定装置自上而下连起来的水力锚上外筒1、水力锚下外筒10，所述水力锚上外筒内部为水力锚上内筒12，水力锚下外筒内部为水力锚下内筒14 ;所述水力锚下内筒带有棘爪结构，所述水力锚下外筒通过加厚31/2油管接箍15、17连接至推进液缸装置中的第一级液缸内套上。所述水力锚上外筒开设通往水力锚上内筒的通孔，通孔中置入弹簧6，该弹簧位于水力锚上内筒的一端设置有弹簧内压片5，相反另一端则设置有弹簧外压片7并通过固定销钉4固定在水力锚上外筒外壁上；所述水力锚上外筒和水力锚上内筒之间设置有内接环2 ;所述水力锚上内筒与内接环设置有内筒密封圈3 ;所述弹簧内压片上设置有弹簧内压片密封圈8 ;水力锚上外筒和水力锚下外筒上分别设置有水力锚上外筒大径密封圈9、水力锚下外筒小径密封圈11 ;所述水力锚上内筒和带有关闭棘爪的水力锚下内筒之间设置有定位剪钉13。本发明主要通过模块化设计，分为底部膨胀工作室、膨胀组合密封装置、推进液缸装置及上部锚定装置四部分，四个部分分别由两套压力系统控制。第一套压力系统工作时，推进液缸装置及上部锚定装置开始工作，将底部套管拨正，拨正到指定位置后会有压力突降指示，之后通过投胶塞建立起第二套压力系统，对错段套管进行修复。现场操作过程是按照图示连接方式将上述部件装配总成下入井内，首先把套管错断水平井拨正修复专用一体化工具装配总成，即把自下而上的底部膨胀工作室、膨胀组合密封装置、推进液缸装置及上部锚定装置四部分依次连接在一起形成整体的套管错断水平井拨正修复专用一体化工具；底部膨胀工作室使下部导引头顶在套管错断处，从井口打压，工具的推进液缸装置和上部锚定装置开始工作，当锚定装置固定好胀头管柱之后，液缸开始推动工具前面底部膨胀工作室中的拨正导引头拨正错段套管，当工具前端到达指定位置处第一套压力系统自动泄压，之后在井口投入胶塞或球到锚定位置处关闭水力锚，先释放管柱，然后继续下行至液缸关闭套处关闭第一套压力系统的泄压指示孔；建立起第二套压力系统，工具的底部膨胀工作室开始工作，胀头自下而上将实体膨胀管胀开，通过膨胀组合密封装置将膨胀工作筒锚定到外部套管上，直到胀头脱出，完成对套管断裂处的修复，整个拨正补贴工艺施工结束。以上所述实施例，只是本发明较优选的具体的实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
权利要求
1.套管错断水平井拨正修复方法，其步骤为 首先把套管错断水平井拨正修复专用一体化工具装配总成，即把自下而上的底部膨胀工作室、膨胀组合密封装置、推进液缸装置及上部锚定装置四部分依次连接在一起形成整体的套管错断水平井拨正修复专用一体化工具； 底部膨胀工作室使下部导引头顶在套管错断处，从井口打压，套管拨正模块开始工作，锚定装置和推进液缸开始进液； 当锚定装置固定好管柱之后，液缸开始推动工具前端的修复模块，拨正导引头拨正错段套管，当修复模块到达指定位置处第一套压力系统自动泄压；之后在井口投入胶塞到锚定位置处关闭水力锚，先释放管柱，然后继续下行至液缸关闭套处关闭泄压指示孔； 建立起第二套压力系统，工具的底部膨胀工作室开始工作，胀头自下而上将实体膨胀管胀开直到胀头脱出，通过膨胀组合密封装置将膨胀工作筒密封锚定在外部套管上，完成对套管断裂处的修复，之后钻掉拨正导引头即可交井。
2.根据权利要求1所述的套管错断水平井拨正修复方法，其特征在于当锚定装置固定好管柱之后，液缸开始推动工具如端的修复1吴块时，液缸长度能够调整，在打程走完后，先不投胶塞或球，打开井口水龙带接口进行下压，使已走行程液缸压回到初始状态，之后可以继续打压，采用这种周而复始的步进方法直至修复所需行程。
3.套管错断水平井拨正修复专用一体化工具，其特征在于其结构包括自下而上依次连接在一起的底部膨胀工作室、膨胀组合密封装置、推进液缸装置及上部锚定装置四部分。
4.根据权利要求3所述的套管错断水平井拨正修复专用一体化工具，其特征在于所述底部膨胀工作室结构包括最外侧的膨胀管、膨胀管前端设有拨正导引头，所述膨胀管内部设置有上下连接在一起的上中心管和下中心管；所述下中心管上套有组合在一起的胀头顶套和自调节圆胀头；所述胀头顶套和自调节圆胀头之间有球形接触面；所述胀头顶套和自调节圆胀头之间的球形接触面位于圆胀头的球心远离拨正头的一侧；所述胀头顶套外侧套有密封上压环；所述下中心管上还套有密封垫和密封下挡环；所述密封垫中还设置有套在下中心管上的中间压环。
5.根据权利要求4所述的套管错断水平井拨正修复专用一体化工具，其特征在于所述密封下挡环外侧和膨胀管内壁之间还设置有密封圈；所述拨正头与膨胀管连接接触位置也设置有拨正头密封胶圈；所述上中心管和上方推进液缸装置中的吊卡转换接头相连接处设置有密封胶圈。
6.根据权利要求3所述的套管错断水平井拨正修复专用一体化工具，其特征在于所述膨胀组合密封装置结构为软金属密封环，焊接在底部膨胀工作室最外侧膨胀管上的预制槽中；所述软金属为热膨胀系数比套管大硬度较低的金属；此外橡胶保护层硫化在预置的钢性骨架带，与前端的软金属密封环一起组成多组密封结构；所述钢性骨架带为一条按一定距离有间隔凸起块的钢带；其最底端位置高度为膨胀管外侧相对于上下中心管相连接的变径位置。
7.根据权利要求3所述的套管错断水平井拨正修复专用一体化工具，其特征在于所述推进液缸装置分为一、二、三级液缸，每级液缸都分为外部的液缸外套和内部的液缸内套，所述第一级液缸依次通过下方的液缸下连接头连接至第二级液缸且前端泄压指示套带有泄压指示孔，所述第二级液缸通过下方的第二级液缸下连接头连接至第三级液缸；所述第三级液缸依次通过下方的第三级液缸下转换接头连接至吊卡转换接头。
8.根据权利要求7所述的套管错断水平井拨正修复专用一体化工具，其特征在于所述液缸泄压指示套和关闭套外筒之间设置有橡胶密封环；所述液缸泄压指示套前端带有泄压指示孔，位于橡胶密封环处；所述关闭套外筒内部还设置有带关闭套中筒的关闭套内筒；所述关闭套中筒与关闭套外筒之间设置有关闭套中筒密封胶圈，所述关闭套中筒与关闭套内筒之间设置有关闭套剪钉、关闭套内筒大胶圈、关闭套内筒小胶圈；所述关闭套中筒中部为割缝结构；所述关闭套内筒带有各级液缸进液孔；液缸上连接头上分别设置有液缸上连接头外大密封胶圈、液缸上连接头内密封胶圈、液缸上连接头内小密封胶圈；液缸下连接头上设置有液缸下连接头外密封胶圈、液缸下连接头内密封胶圈；所述关闭套内筒上还设置有多组关闭套内筒密封胶圈。
9.根据权利要求3所述的套管错断水平井拨正修复专用一体化工具，其特征在于所述上部锚定装置自上而下连起来的水力锚上外筒、水力锚下外筒，所述水力锚上外筒内部为水力锚上内筒，水力锚下外筒内部为水力锚下内筒；所述水力锚下内筒带有棘爪结构，所述水力锚下外筒通过油管接箍连接至推进液缸装置中的第一级液缸内套上。
10.根据权利要求9所述的套管错断水平井拨正修复专用一体化工具，其特征在于所述水力锚上外筒开设通往水力锚上内筒的通孔，通孔中置入弹簧，该弹簧位于水力锚上内筒的一端设置有弹簧内压片，相反另一端则设置有弹簧外压片并通过固定销钉固定在水力锚上外筒外壁上；所述水力锚上外筒和水力锚上内筒之间设置有内接环；所述水力锚上内筒与内接环设置有内筒密封圈；所述弹簧内压片上设置有弹簧内压片密封圈；水力锚上外筒和水力锚下外筒上分别设置有水力锚上外筒大径密封圈、水力锚下外筒小径密封圈；所述水力锚上内筒和带有关闭棘爪的水力锚下内筒之间设置有定位剪钉。
全文摘要
本发明公开了套管错断水平井拨正修复专用一体化工具，其结构包括自下而上依次连接在一起的底部膨胀工作室、膨胀组合密封装置、推进液缸装置及上部锚定装置四部分。可以对水平井水平段错断的套管进行拨正修复，克服了现有技术不能对水平段错断套管进行有效的拨正及修复的缺点，使一部分报废井死井复活，提高油井产量，延长油井使用寿命，尽最大的可能提高开发成本的投入产出比。本发明的特点就是将拨正和套管修复两步工艺结合到一起，省去固定下部错断套管工序，避免了对油层的再次污染，且施工工序简单，对施工队伍要求条件降低，利于推广。
文档编号E21B29/10GK103061700SQ20111032177
公开日2013年4月24日 申请日期2011年10月21日 优先权日2011年10月21日
发明者朱瑛辉, 张全胜, 田玉刚, 王桂英, 李玉宝, 温盛魁, 任家敏, 董建国, 李海涛, 杨娟华 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司采油工艺研究院