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

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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

技术领域
[0001] 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。 膨胀管用伞式可变径膨胀工具
背景技术
[0002] 随着钻井技术的不断进步深井油减的开发越来越多,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。
[0003] 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
[0004] 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。
[0005] 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 坚直面,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 的第二锥面由坚直面变为斜锥面,使膨胀工具达到变径的目的,当膨胀锥面变为坚直面时, 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。
[0006] 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
[0007] 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
[0008] 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
[0009] 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
[0010] 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
[0011] 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
[0012] 现结合说明书附图对本发明作进一步的描述。
[0013] 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。
[0014] 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为坚直面,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由坚直面变为斜锥面,使膨胀工具达到变径的目的, 当膨胀锥面7变为坚直面时,膨胀工具的外径达到最大值,见图2。
[0015] 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。
[0016] 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由坚直面变为斜锥面,使膨 胀工具达到变径的目的,当膨胀锥面7变为坚直面时,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。
[0017] 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]为坚直面,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;膨胀后第二锥面由坚直面变为斜锥面,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。
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