CN101906947B - 膨胀管用伞式可变径膨胀工具 - Google Patents

Abstract

本发明为一种膨胀管用的伞式可变径膨胀工具，包括固定锥和变径锥两部分。其特征是：固定锥为上窄下宽的锥体通孔结构，变径锥主要由底板、变径锥片和膨胀顶锥构成，变径锥片包括第一锥面、第二锥面和膨胀锥面三个锥面，膨胀顶锥为一上窄下宽的锥形结构，顶端位于膨胀锥片通孔内，膨胀锥面锥角与膨胀顶锥顶锥面锥角相等。膨胀工具拥有若干膨胀锥片组合在底板上，膨胀时在液压力作用下，膨胀锥片沿膨胀顶锥的顶锥面发生径向扩张，使膨胀工具达到变径的目的，当膨胀锥面变为竖直面时，膨胀工具的外径达到最大值。其优点在于：膨胀工具的变径锥在外力作用下可以实现变径膨胀，大大增加管体膨胀量，提高井径利用率；而且结构简单，易于加工，膨胀力小，可适合在各种套管内及井壁规则的裸眼井眼中使用。

Description

膨胀管用伞式可变径膨胀工具

技术领域

本发明为膨胀管用伞式可变径膨胀工具，适用于石油钻井完井领域，使膨胀管实现可变径膨胀或等井径膨胀。

背景技术

随着钻井技术的不断进步深井油藏的开发越来越多，传统的井身一直存在一开井眼大周期长而完钻后生产段井眼却很小的实际问题，不仅钻井成本高，而且不利于生产与后期作业；如果地层不稳定，井眼坍塌、缩径，如盐膏层以及一些疏松砂岩油层，就难以继续钻进。

可膨胀管的管体在径向可以发生永久塑性变形，以达到显著降低钻井完井成本、优化井身结构和提高石油钻井、完井及修井作业水平的目的。ZL200420053900.4，公开了一种石油工程用可膨胀管的膨胀工具，为一种上窄下宽的锥体通孔结构，通过液压实现管体膨胀；ZL200620130884.3，公布了一种钻压驱动式膨胀工具，这两种膨胀工具均可实现膨胀管管体的膨胀，但其膨胀量有限且不能实现可变径膨胀的目的，不方便在大尺寸膨胀管中使用，制约了大尺寸膨胀管技术和等井径钻井技术的发展。

发明内容

为了使大尺寸膨胀管在裸眼井眼内解决复杂的钻井问题，实现等井径膨胀管钻井技术，要求膨胀工具具备可变径特征，从而使膨胀管获得更大的膨胀量。本发明的目的在于向现场提供一种膨胀管用伞式可变径膨胀工具。

本发明是这样实现的。膨胀管用伞式可变径膨胀工具包括固定锥和变径锥两部分，变径锥主要包括变径锥片、膨胀顶锥和底板。固定锥位于变径锥顶端，为分体式结构，固定锥为上窄下宽的锥体通孔结构，表面加工有锥度，与膨胀管配合为密封配合；变径锥也为通孔结构，变径锥片包括第一锥面、第二锥面和膨胀锥面三个锥面，锥片膨胀前第二锥面为竖直面，外径与固定锥最大径相等。膨胀工具拥有若干膨胀锥片，均通过T型槽或其他方式组合在底板上，锥片在外力作用下可在适当范围内活动，膨胀顶锥为一上窄下宽的锥形结构，顶端位于膨胀锥片通孔内。变径锥片的膨胀锥面的锥角与膨胀顶锥顶锥面的锥角相等，膨胀时，膨胀工具在液压力作用下，膨胀锥片沿膨胀顶锥的顶锥面发生径向扩张，膨胀锥片的第二锥面由竖直面变为斜锥面，使膨胀工具达到变径的目的，当膨胀锥面变为竖直面时，膨胀工具的外径达到最大值。通过可变径膨胀工具自下而上移动，实现管体的膨胀。

本发明的优点在于：膨胀工具的变径锥在外力作用下可以实现变径，从而通过固定锥和变径锥实现双级膨胀，大大增加管体膨胀量，为膨胀管提供了最大的内外径比，提高井径利用率；对于不稳定地层，井眼坍塌、缩径，以及一些疏松砂岩油层，可以通过利用膨胀管进行较大膨胀量的膨胀，对井身进行加固后继续钻进；本发明结构简单，易于加工制造，且膨胀力小，可适合在各种套管完井井眼及井壁规则的裸眼井眼中使用。

附图说明

附图1膨胀管用伞式可变径膨胀工具变径膨胀前结构示意图

附图2膨胀管用伞式可变径膨胀工具变径膨胀后结构示意图

附图3膨胀管用伞式可变径膨胀工具位于启动装置内的膨胀系统的剖面图

附图4膨胀管用伞式可变径膨胀工具变径后膨胀系统的剖面图

1固定锥  2变径锥片  3膨胀顶锥  4底板  5第一锥面  6第二锥面  7膨胀锥面  8顶锥面9  中心通孔  10启动装置  11中心管  12活塞密封件  13膨胀管  14浮鞋

具体实施方式

现结合说明书附图对本发明作进一步的描述。

膨胀管用伞式可变径膨胀工具，如图1所示，包括固定锥1和变径锥两部分，固定锥1和变径锥为相互独立构件，固定锥1为上窄下宽的锥体通孔结构，变径锥主要由变径锥片2、膨胀顶锥3和底板4构成，变径锥上安装有若干膨胀锥片2，均通过T型槽等方式组合在底板上，变径锥片2在外力作用下可在适当范围内活动，膨胀顶锥3为一上窄下宽的锥形结构，顶端位于膨胀锥片2的中心通孔9内。

如图1、图2所示，变径锥的变径锥片2包括第一锥面5、第二锥面6和膨胀锥面7三个圆锥面，第一锥面5的锥角大于等于膨胀锥面7的锥角，同时变径锥片2的膨胀锥面7的锥角与膨胀顶锥3顶锥面8的锥角相等。膨胀前，变径锥与固定锥1最大径相等，其第二锥面6为竖直面，膨胀时，膨胀工具在液压力作用下，膨胀锥片2沿膨胀顶锥3的顶锥面8发生径向扩张，膨胀锥片2的第二锥面6由竖直面变为斜锥面，使膨胀工具达到变径的目的，当膨胀锥面7变为竖直面时，膨胀工具的外径达到最大值，见图2。

如图3、图4所示，膨胀系统包括膨胀管组合和内管柱系统，膨胀管组合下端带有启动装置10和浮鞋14，启动装置10为一变径圆管，喇叭口状结构，上部直接与膨胀管13直径相等，底部直径大于膨胀管13直径，膨胀工具组合位于启动装置10内，其膨胀前外径大于膨胀管13内径而小于启动装置10最大内径。通过固定锥1锥面与启动装置10变径锥面的密封配合，悬挂膨胀管13组合，从而使膨胀管13下至预定位置。内管柱系统由膨胀工具、中心管11和活塞密封件12组成，活塞密封件12位于膨胀工具上端，流体通过浮鞋14可在中心管11和井眼内流动、循环，固井碰压后，固井胶塞关闭了通过浮鞋14的流体通道，从而配合活塞密封件12形成液压空间。

如图3、图4所示，当管柱内压力达到一定程度后，变径锥的膨胀锥片2沿膨胀顶锥3的顶锥面8呈辐射状发生径向运动，膨胀锥片2的第二锥面6由竖直面变为斜锥面，使膨胀工具达到变径的目的，当膨胀锥面7变为竖直面时，膨胀工具的外径达到最大值。此时，变径锥的变径锥片2从原始位置移动至第二位置，即膨胀位置，膨胀工具的变径使得膨胀管13组合下部的启动装置10也随之发生膨胀。固定锥1的锥面和变径锥的膨胀锥面7共同形成两个膨胀面，在液压作用下实现双级可变径膨胀，使膨胀管13膨胀至预定尺寸，增大了完井井径，大大提高了井径利用率。

通过可变径膨胀工具自下而上移动，实现膨胀管13管体的膨胀，膨胀完成起出工作管柱，如有需要，下入钻头，钻掉浮鞋14及启动装置10未完全膨胀部分，继续钻进。

Claims (4)

1.膨胀管用伞式可变径膨胀工具，包括固定锥[1]和变径锥两部分，变径锥主要由变径锥片[2]、膨胀顶锥[3]和底板[4]构成，其特征是：固定锥[1]为上窄下宽的锥体通孔结构，表面加工有锥度，变径锥的底板[4]上安装有若干变径锥片[2]，变径锥片[2]包含有第一锥面[5]、第二锥面[6]和膨胀锥面[7]三个锥面，膨胀前第二锥面[6]为竖直面，且固定锥[1]和变径锥二者的最大外径相等，膨胀顼锥[3]为一上窄下宽的锥形结构，顶端位于变径锥片[2]的通孔[9]内；膨胀后第二锥面由竖直面变为斜锥面，使变径锥外径增到最大，固定锥和变径锥共同形成两个膨胀面，实现膨胀管双级可变径膨胀，增大完井内径。 

2.如权利要求1所述的膨胀管用伞式可变径膨胀工具，其特征在于：变径锥片[2]的第一锥面[5]锥角大于等于膨胀锥面[7]的锥角，膨胀锥面[7]的锥角与膨胀顶锥[3]顶锥面[8]的锥角相等。 

3.如权利要求1所述的膨胀管用伞式可变径膨胀工具，其特征在于：固定锥[1]位于变径锥顶端，为分体式结构。 

4.如权利要求1所述的膨胀管用伞式可变径膨胀工具，其特征在于：变径锥的底板[4]上安装有变径锥片[2]，通过T型槽方式固定在底板[4]上。