[发明专利]一种基于金属橡胶承载和密封的膨胀尾管悬挂器接头

说明书

一、技术领域

本发明涉及石油钻井、完井和固井装备领域，尤其是一种基于金属橡胶承载和密封的膨胀尾管悬挂器接头。

二、背景技术

膨胀套管技术是近年来快速发展的一项新兴工程技术，膨胀管悬挂系统作为膨胀套管的关键技术，可应用于尾管悬挂、套管补贴及裸眼封堵回接等相关膨胀管技术，在侧钻井、加深井、深井钻井等尾管完井以及固井等应用中起到至关重要的作用，能提供有效尾管头密封，是石油工程领域的一个极具魅力的井下工具。

膨胀悬挂器主要依靠密封元件实现套管与套管环空之间的封隔，隔绝环空压力传递，防止油、气、水窜的出现。因此，使用不同的耐温、耐压、抗剪切性能好、耐腐蚀的弹性材料制成密封元件，并采用特殊的防突保护装置和肩部保护装置，以适应不同的流体工况，实现高温、高压下封隔器的封隔功能。在深井、超深井和热采井中，由于井内温度较高，目前膨胀悬挂器所选用的氢化丁腈橡胶筒最高使用温度在150℃左右，难以保证其在热采井中的作业安全。此外，在恶劣环境下普通橡胶老化现象严重，无法长时间以最好性能服役。

膨胀管悬挂系统在井下工作时，又面临高拉伸应力的威胁，若套管膨胀成形后承载拉伸的能力较小，则不能满足完井、固井等工况下对尾管悬挂器承载性能的要求，因此，对膨胀后的悬挂筒的承载力提出了极高的要求。

中国国家知识产权局2012年12月06日公开了公开号为CN102979472A，名称为“膨胀式悬挂器”；该技术在膨胀管的上部外壁上固定有硫化橡胶圈。中国国家知识产权局2014年03月12日公开了公开号为CN103628834A，名称为“锁定式膨胀尾管悬挂器”；该技术的膨胀管外壁有硫化橡胶。中国国家知识产权局2010年12月08日公开了公开号为CN101906945A，名称为“一种用于膨胀筛管的液压膨胀式悬挂器”；该技术采用的橡胶环为环形结构，紧密固定在悬挂器本体的外表面。中国国家知识产权局2013年03月13日公开了公开号为CN101906946B，名称为“一种液压膨胀式旋转尾管悬挂器”；该技术的本体上小径端加工有多段橡胶环，膨胀后橡胶环紧贴于上层套管和悬挂器本体之间，形成有效的密封。中国国家知识产权局2014年01月22日公开了公开号为CN103527136A名称为“膨胀悬挂器”；该技术的膨胀管本体在径向发生永久塑性变形并挤压悬挂器本体上的密封橡胶，使其与外层套管内壁紧密结合。中国国家知识产权局2013年04月22日公开了公开号为CN201225110Y，名称为“一种悬挂膨胀器”；该技术其密封材料可以直接压胶在本体上，也可以为环形结构套装在其上。中国国家知识产权局2013年03月20日公开了公开号为CN102979470A，名称为“非固井式膨胀尾管悬挂器”；该技术在膨胀管的外部固定有至少一个的橡胶圈，能够起到坐挂的作用，而且能够在压力较大的条件下起到保护膨胀管的作用。中国国家知识产权局2013年01月23日公开了公开号为CN102889063A，名称为“热采水平井膨胀管悬挂器及其使用方法”；该技术悬挂胶环是由牢固压合在所述膨胀管外表面的环形胶圈及金属复合组成。上述结构中采用的橡胶具有不耐高温、易腐蚀和易老化的问题。与橡胶接触的内外壁无粗造化处理，在承载过程中易出现拉脱的现象。

中国国家知识产权局2011年05月25日公开了公开号为CN102071893A，名称为“井下自膨胀式悬挂器”；该技术的密封元件为遇油自膨胀橡胶或遇水自膨胀橡胶，在使用现场将自膨胀橡胶筒组件套在管体的外壁上，相邻两个自膨胀橡胶筒组件之间的距离相同。该技术无需膨胀工具，依靠橡胶遇水或者油的自膨胀特性实现悬挂和密封，同样存在使用过程中橡胶老化的问题。

中国国家知识产权局2009年11月11日公开了公开号为CN101575951A，名称为公开了名称为“石油膨胀管悬挂器及施工工艺”；该技术的膨胀管悬挂体由套管、悬挂管、悬挂牙凸和悬挂胶环组成。通过膨胀悬挂管，使悬挂管扩径并压挤悬挂牙凸和悬挂胶环咬合于套管内壁，形成轴向悬挂力。中国国家知识产权局2013年03月06日公开了公开号为CN102953698A，名称为“一种膨胀式可旋转尾管悬挂器”；该技术在其膨胀段外表面上设计有一组三角状环形凸起，并在相邻两个三角状环形凸起之间硫化有环状橡胶段，所述环状橡胶段的直径大于所述三角状环形凸起的顶部外径。这两种方案存在的问题是：牙凸或者环状凸起在挤压过程中易破坏套管内壁的完整性，且由于牙凸或者环状凸起与橡胶的硬度不同，造成膨胀中变形不协调，橡胶不能得到有效挤压，悬挂和密封效果都会受到影响。

三、发明内容