油氣井用可膨脹套管擴眼工具的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種油氣井用可膨脹套管擴眼工具，包括空心的外殼，所述外殼內設有固定卡盤，所述外殼內設有與固定卡盤螺紋連接且相對于外殼上下運動的螺桿推動總成；所述螺桿推動總成的頂部活動連接有用于驅動螺桿推動總成沿外殼軸線上下運動的驅動總成；所述螺桿推動總成的下端通過密封軸承連接有變徑總成，所述外殼的圓周表面位于密封軸承的下方設有多個與外殼內腔連通的膨脹孔，所述膨脹孔內設有與變徑總成配合使用的膨脹滾子，所述膨脹滾子的大小與膨脹孔大小相適配。本實用新型減少了膨脹滾子與可膨脹管的接觸面積，降低了摩擦阻力和膨脹工作壓力，設計簡單，生產操作方便，降低了成本。
【專利說明】
油氣井用可膨脹套管擴眼工具
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種石油鉆完井用井下工具，具體涉及一種油氣井用可膨脹套管擴眼工具。
【背景技術】
[0002]目前，降低油氣井的開發(fā)成本一直是各個油田與油氣服務公司的主要任務之一，通過應用單一直徑鉆井/完井工藝可以大幅度的縮減鉆出巖肩量，使用套管總量，以及鉆井綜合用時。該工藝的應用方法是在井下使用液力/機械可膨脹擴眼鉆頭鉆進，鉆完后下入可膨脹的套管，再下入可膨脹的膨脹椎，將下層套管膨脹至上層套管的直徑，達到套管保徑的目的。此外，上層套管需有一大直徑短節(jié)(大于膨脹后直徑若干毫米)，用于懸掛下部套管并使懸掛并膨脹后的套管內徑保持一致。
[0003]目前單一直徑井工藝的實現方法有可降解環(huán)式(CN103089185A)，液壓旋轉式(US6722441)、體積膨脹式(CN102305053A)等。其中，對于可降解環(huán)式，其特點在于套管串末端交疊部分的反向臺階懸掛外壁處，增加了一層可降解環(huán)，以便于固井后在水泥漿中降解，形成懸掛部位套管外層的無水泥空隙，便于膨脹工具經過一次膨脹作業(yè)完成等直徑擴眼。對于CN103089185 A的工藝發(fā)明，雖在理論上減少了膨脹壓力，但其外部附加降解物質，增加了下套管作業(yè)(軸向滑動摩擦帶來的降解物磨損，底層與井內流體導致的物質作用周期失效)、膨脹作業(yè)的作業(yè)難度(工程計算量加大，作業(yè)精度要求加大)，同時也增加了該種膨脹管的生產復雜度；
[0004]對于US6722441的液壓旋轉式膨脹裝置，雖理論上完成了自上而下的膨脹作業(yè)，但是該裝置必須確保工具內作用在伸出部分(滾輪體座)的流體靜壓力保持在使?jié)L輪能夠使可膨脹套管產生形變的一個壓力界限上，而這樣做需要在每次卸下工具串管柱并重新接好后向管柱內部加壓，其作業(yè)時間被延長，并且在現場環(huán)境中，實體膨脹管的膨脹作業(yè)對于膨脹錐的強度要求較高，加大了施工難度；
[0005]對于CN102305053A，其膨脹是單向的，不可逆的，且在單趟膨脹作業(yè)中不能提供技術套管與上層套管交疊部分的不同直徑進行膨脹;其采用的徑向提拉膨脹法也會使膨脹套管長度產生徑向收縮。
【發(fā)明內容】
[0006]本實用新型的目的就是針對現有技術存在的缺陷，提供一種結構合理，單趟入井完成多種直徑膨脹，能提升效率，減少膨脹接觸面積，降低了摩擦阻力和膨脹工作壓力，設計簡單，生產操作方便，能降低成本的油氣井用可膨脹套管擴眼工具。
[0007]其技術方案是:油氣井用可膨脹套管擴眼工具，包括空心的外殼，所述外殼內設有固定卡盤，所述外殼內設有與固定卡盤螺紋連接且相對于外殼上下運動的螺桿推動總成；所述螺桿推動總成的頂部活動連接有用于驅動螺桿推動總成沿外殼軸線上下運動的驅動總成;所述螺桿推動總成的下端通過密封軸承連接有變徑總成，所述外殼的圓周表面位于密封軸承的下方設有多個與外殼內腔連通的膨脹孔，所述膨脹孔內設有與變徑總成配合使用的膨脹滾子，所述膨脹滾子的大小與膨脹孔大小相適配。
[0008]所述螺桿推動總成包括與固定卡盤螺紋連接的螺桿，所述螺桿的頂部安裝有內軸驅動鍵，所述螺桿的下端與密封軸承連接，所述螺桿上設有多個自鎖槽，所述固定卡盤內設有絲堵，所述絲堵上套設有彈簧，所述絲堵的末端設有鎖止塊，所述鎖止塊的大小與自鎖槽相配合。
[0009]所述驅動總成包括伸入外殼內部的內接頭，所述內接頭的下端設有外殼驅動鍵和位于外殼驅動鍵下端的驅動鍵槽，所述外殼驅動鍵與外殼上端的外殼鍵槽相配合，所述內軸驅動鍵與驅動鍵槽相配合。
[0010]所述變徑總成為與密封軸承連接的錐形調節(jié)器，所述錐形調節(jié)器的外圓周表面與膨脹滾子相接觸。
[0011]所述內接頭、螺桿和錐形調節(jié)器的中部設有直徑一致的液體通道。
[0012]所述外殼驅動鍵和內軸驅動鍵為六棱或矩形花鍵。
[0013]所述膨脹滾子為球形、圓柱形或錐形或其他按照膨脹管形變優(yōu)化設計的結構。
[0014]本實用新型與現有技術相比較，具有以下優(yōu)點:由于使用機械方式實現膨脹，避免了液壓膨脹錐結構復雜，短行程等缺陷，能夠提升膨脹作業(yè)的效率;此工具采用旋轉式膨脹方法，避免了傳統(tǒng)的軸向提拉法造成的套管縮短，同時在膨脹過程中降低了套管的軸向受力，降低了單一井徑套管懸掛的技術風險;工具中心設計了流體通道，可以最大限度的兼容現有工具，并可通過連接不同的工具，提升單趟工具入井的作業(yè)效率，降低作業(yè)用時，節(jié)省成本;通過螺桿上不同位置的自鎖槽與鎖止塊配合，以及錐形調節(jié)器的變徑結構，解決了傳統(tǒng)旋轉膨脹工具無法實現單趟入井完成兩種直徑膨脹的缺陷，提升了效率;采用機械膨脹法，可以在膨脹全程不施加液壓，不投球，不影響循環(huán)作業(yè)，滿足特殊/復雜工況。
【附圖說明】
[0015]下面是結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[0016]圖1是本實用新型的結構不意圖；
[0017]圖2是本實用新型鎖止塊位于上自鎖槽12a處的結構原理圖；
[0018]圖3是本實用新型鎖止塊位于下自鎖槽12b處的結構原理圖；
[0019]圖中:1.內接頭；2.密封圈總成；3a.外殼鍵槽;3b.內軸驅動鍵;4.外殼驅動鍵;5.驅動鍵槽;6.絲堵;7.彈簧;8.鎖止塊;9.密封軸承；10.錐形調節(jié)器；11.膨脹滾子(lla、llb和Ilc為膨脹滾子位于錐形調節(jié)器10a、10b和1c上的位置)；12a.上自鎖槽；12b.下自鎖槽；
13.螺桿;14.外殼;15.固定卡盤;16.膨脹孔;17.液體通道。
【具體實施方式】
[0020]參照圖1-圖3，油氣井用可膨脹套管擴眼工具，包括空心的外殼14，在外殼154內固定設有固定卡盤15。
[0021]在外殼14內設有與固定卡盤15螺紋連接且相對于外殼14上下運動的螺桿推動總成;其中，螺桿推動總成包括與固定卡盤15螺紋連接的螺桿13，在螺桿13的頂部安裝有內軸驅動鍵3b，螺桿13的下端與密封軸承9連接，在螺桿13的固定位置加工了一側帶有過渡坡面的自鎖槽，自鎖槽為2 X 2組，自鎖槽位置分別為上自鎖槽12a和下自鎖槽12b。在固定卡盤15內設有絲堵6，絲堵6上套設有彈簧7，絲堵6的末端設有鎖止塊8，鎖止塊8的大小與自鎖槽相配合實現單向自鎖和逆向脫開。
[0022]在螺桿推動總成的頂部活動連接有用于驅動螺桿推動總成沿外殼14的軸線上下運動的驅動總成;其中，驅動總成包括伸入外殼14內部的內接頭I，在外殼14的頂部設有用于伸出內接頭I的孔，孔的周邊設有密封圈總成2，通過密封圈總成2能保證接頭軸向滑動時的密封。在內接頭I的下端設有外殼驅動鍵4和位于外殼驅動鍵4下端的驅動鍵槽5，外殼驅動鍵4與外殼14上端的外殼鍵槽3a相配合，實現聯動。內軸驅動鍵3b與驅動鍵槽5相配合，驅動鍵槽5可以通過相對下移，與其對應的偶件內軸驅動鍵3b配合聯動。且外殼驅動鍵4和內軸驅動鍵3b為六棱或矩形花鍵。
[0023]在螺桿推動總成的下端通過密封軸承9連接有變徑總成，其中，變徑總成為與密封軸承9連接的錐形調節(jié)器10，在外殼14的圓周表面設有多個與外殼14內腔連通的膨脹孔16，膨脹滾子11安裝在膨脹孔16內，膨脹滾子11的大小與膨脹孔16的大小相適配，膨脹滾子11為球形、圓柱形或錐形結構。這樣由外殼14驅動時錐形調節(jié)器10的外圓周表面與膨脹滾子11滑動接觸，并使其從膨脹孔16伸出，實現膨脹功能。此時膨脹滾子11與可膨脹管點接觸，能減少膨脹滾子11與可膨脹管的接觸面積，降低了摩擦阻力和膨脹工作壓力，提高了工作效率。
[0024]在內接頭丨、螺桿13和錐形調節(jié)器10的中部設有直徑一致的液體通道17。這樣可以最大限度的兼容現有工具，并可通過鏈接不同的工具，提升單趟工具入井的作業(yè)效率，降低作業(yè)用時，節(jié)省成本。
[0025]工作原理:
[0026]第一種，反向操作步驟:
[0027]1.與內管固井工具組成工具串，由鉆桿下入井底，固井完成后立即開始膨脹作業(yè):固定外殼14(或先固定)，下放內接頭I使其向下運動；
[0028]2.觀察指重讀數，確認與內軸驅動鍵3b配合后開始順時針旋轉，這時膨脹調節(jié)錐10會被螺桿13帶動同時向上運動，膨脹滾子11則由于外殼14上的膨脹孔16的限制保持在原來位置并被擠出工具使可膨脹套管發(fā)生塑形形變；
[0029 ] 3.鉆桿帶動螺桿13旋轉若干圈后，鎖止塊8彈出固定自鎖槽，確保螺桿13在固定的位置不發(fā)生逆向旋轉(此時正向的旋轉是允許的)；此時錐形調節(jié)器10的1b位置與膨脹滾子11配合，膨脹滾子11伸出到Ilb的位置；
[0030]4.上提內接頭I，使驅動鍵槽5與內軸驅動鍵3b脫開;繼續(xù)上提使外殼驅動鍵4進入外殼鍵槽3a中；確認掛合后使外殼14脫離固定裝置并旋轉、提升工具，完成大直徑、與下層套管交疊部分的膨脹；
[0031]5.當膨脹到某一固定深度時，重新固定外殼14，按照相同的步驟3調節(jié)螺桿13向上移動，使螺桿13上的下自鎖槽12b被鎖止塊8鎖住；
[0032 ] 6.重復步驟4，完成膨脹作業(yè)。
[0033]第二種，正向操作步驟:
[0034]1.下入并固定可膨脹套管后，在固井前下入工具到可膨脹套管與上層套管的交疊部分，通過更換錐形調節(jié)器10的結構(安裝入與圖示中1b與1c交換位置的膨脹調節(jié)錐體)，固定外殼14后，按照第一種方法的第2步進行小直徑段的膨脹；
[0035]2.下放并旋轉工具，到指定位置時按照第一種方法的第5步，將膨脹裝置調節(jié)至I Ob位置，完成套管大直徑段、與下層套管交疊部分的膨脹。
[0036]本實用新型使用機械方式實現膨脹，避免了液壓膨脹錐結構復雜，短行程等缺陷，能夠提升膨脹作業(yè)的效率;此工具采用旋轉式膨脹方法，避免了傳統(tǒng)的軸向提拉法造成的套管縮短，同時在膨脹過程中降低了套管的軸向受力，降低了單一井徑套管懸掛的技術風險；工具中心設計了流體通道，可以最大限度的兼容現有工具，并可通過鏈接不同的工具，提升單趟工具入井的作業(yè)效率，降低作業(yè)用時，節(jié)省成本;解決了傳統(tǒng)旋轉膨脹工具無法實現單趟入井完成兩種直徑膨脹的缺陷，提升了效率。采用機械膨脹法，可以在膨脹全程不施加液壓，不投球，不影響循環(huán)作業(yè)。滿足特殊/復雜工況。
[0037]本實用新型減少了膨脹滾子與可膨脹管的接觸面積，降低了摩擦阻力和膨脹工作壓力，設計簡單，生產方便，節(jié)省成本，減少了流程。
[0038]本實用新型并不限于上述的實施方式，在本領域技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本實用新型宗旨的前提下做出各種變化，變化后的內容仍屬于本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1.油氣井用可膨脹套管擴眼工具，包括空心的外殼，所述外殼內設有固定卡盤，其特征在于:所述外殼內設有與固定卡盤螺紋連接且相對于外殼上下運動的螺桿推動總成;所述螺桿推動總成的頂部活動連接有用于驅動螺桿推動總成沿外殼軸線上下運動的驅動總成；所述螺桿推動總成的下端通過密封軸承連接有變徑總成，所述外殼的圓周表面位于密封軸承的下方設有多個與外殼內腔連通的膨脹孔，所述膨脹孔內設有與變徑總成配合使用的膨脹滾子，所述膨脹滾子的大小與膨脹孔大小相適配。2.根據權利要求1所述的油氣井用可膨脹套管擴眼工具，其特征在于:所述螺桿推動總成包括與固定卡盤螺紋連接的螺桿，所述螺桿的頂部安裝有內軸驅動鍵，所述螺桿的下端與密封軸承連接，所述螺桿上設有多個月牙形逆向可脫開自鎖槽，所述固定卡盤內設有絲堵，所述絲堵上套設有彈簧，所述絲堵的末端設有鎖止塊，所述鎖止塊的大小與自鎖槽相配入口 ο3.根據權利要求2所述的油氣井用可膨脹套管擴眼工具，其特征在于:所述驅動總成包括伸入外殼內部的內接頭，所述內接頭的下端設有外殼驅動鍵和位于外殼驅動鍵下端的驅動鍵槽，所述外殼驅動鍵與外殼上端的外殼鍵槽相配合，所述內軸驅動鍵與驅動鍵槽相配入口 ο4.根據權利要求3所述的油氣井用可膨脹套管擴眼工具，其特征在于:所述變徑總成為與密封軸承連接的錐形調節(jié)器，所述錐形調節(jié)器的外圓周表面與膨脹滾子相接觸。5.根據權利要求4所述的油氣井用可膨脹套管擴眼工具，其特征在于:所述內接頭、螺桿和錐形調節(jié)器的中部設有直徑一致的液體通道。6.根據權利要求3所述的油氣井用可膨脹套管擴眼工具，其特征在于:所述外殼驅動鍵和內軸驅動鍵為六棱或矩形花鍵。7.根據權利要求4所述的油氣井用可膨脹套管擴眼工具，其特征在于:所述膨脹滾子的形狀與膨脹管的形變結構相對應。8.根據權利要求7所述的油氣井用可膨脹套管擴眼工具，其特征在于:所述膨脹滾子為球形、圓柱形或錐形。
【文檔編號】E21B7/28GK205605117SQ201620379137
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月1日
【發(fā)明人】董會康, 西蒙切娃·伊蓮娜·伊夫吉妮娜, 加帕洛娃·茱莉亞·瓦雷
【申請人】董會康