CN103375141A

CN103375141A - 一种膨胀管膨胀装置

Info

Publication number: CN103375141A
Application number: CN2012101241966A
Authority: CN
Inventors: 申昭熙; 上官丰收; 李磊; 王建军; 刘强; 宋生印
Original assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Tubular Goods Research Institute
Current assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Tubular Goods Research Institute
Priority date: 2012-04-25
Filing date: 2012-04-25
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2032-04-25
Also published as: CN103375141B

Abstract

本发明公开了一种膨胀管膨胀装置，膨胀装置设置于膨胀管内，且与中空的钻杆固定连接，所述膨胀装置包括底部管、滑动管及膨胀组件，底部管设置于膨胀管内，其一端与钻杆固定连接，底部管中部设有滑动槽，滑动槽沿底部管的轴向设置；滑动管套置于底部管内，其外圆面与底部管的内圆面滑动密封连接，滑动管上固定有滑动导块，滑动导块置于滑动槽内；膨胀组件设置于底部管与膨胀管之间，且位于滑动导块的下方；内压膨胀施工时，滑动导块带动滑动管下移并挤压膨胀组件使膨胀管产生径向挤压变形；本发明可快速方便的进行膨胀管井下膨胀操作，并设置有防遇阻结构，安全可靠，并可加快组装和施工速度，可多次重复使用。

Description

一种膨胀管膨胀装置

技术领域

本发明涉及井下修复套损管、裸眼完井等技术领域，更具体地讲，涉及一种不用发射腔的膨胀管的膨胀装置，方便油田钻井现场膨胀管的膨胀施工。

背景技术

膨胀管技术现已成功的应用于油井产层防沙、易坍塌地层防塌、漏失地层堵漏等井下复杂地层的封固，已发展成为有效解决油、气井钻井过程中地层复杂情况的新型技术。现在常用的井下膨胀机构需要在油井地面先做一个发射腔，即把膨胀结构放在最下面一根管子里，管子最下端进行预膨胀，然后焊上封堵底管。这种膨胀发射腔需要现场对管子在地面进行膨胀和焊接，不仅费事，且焊缝影响使用的可靠性，膨胀后还需把焊接的封堵底管钻掉，费时费力。

中国专利文献CN2835534公开了一种无封底膨胀管扩径装置，它包括缸体组件、拉杆组件、膨胀头组件和膨胀管组件，由外缸套、活塞套、注液孔和缸体连接头组成一缸体单元；活塞套由缸体接头与外缸套连接，末端活塞套由拉杆组件与膨胀头组件连接固紧。当在活塞套与外缸套之间注入高压水时，活塞套与外缸套在水压作用下产生反向移动，活塞套向上运动，通过连接的拉杆组件拉动膨胀头向上移动，随着水压升高拉动膨胀头在膨胀管内移动并进行扩径，与此同时，借助外缸套的外凸缘向下推压膨胀管，并借助橡胶圈的悬挂作用，固定膨胀管与外套管的相对位置。上述专利中所设计的无封底的膨胀管扩径装置，结构较复杂，加工安装相对费时。

发明内容

为了实现快速方便地进行膨胀管的井下膨胀操作，实现多次重复使用，本发明提供了一种无发射腔的膨胀管膨胀装置。

所述技术方案如下：

一种膨胀管膨胀装置，所述膨胀装置设置于膨胀管内，且与中空的钻杆固定连接，其特征在于，所述膨胀装置包括：

底部管，设置于所述膨胀管内，其一端与所述钻杆固定连接，所述底部管上设有滑动槽，所述滑动槽沿所述底部管的轴向设置；

滑动管，套置于所述底部管内，其外圆面与所述底部管的内圆面滑动密封连接，所述滑动管上固定有滑动导块，所述滑动导块置于所述滑动槽内；

膨胀组件，设置于所述底部管与所述膨胀管之间，且位于所述滑动导块的下方；所述滑动导块带动所述滑动管沿所述滑动槽下移并挤压所述膨胀组件，所述膨胀组件发生径向膨胀并挤压所述膨胀管，使所述膨胀管发生径向膨胀。

所述膨胀组件包括滑动楔形块、滑动膨胀锥块、固定膨胀锥块及固定楔形块，所述固定膨胀锥块与所述固定楔形块交错固定于所述底部管的外圆面上；所述滑动楔形块与所述滑动膨胀锥块交错设置于所述底部管的外圆面上，且二者位于所述固定楔形块与所述滑动导块之间；

所述滑动膨胀锥块的楔形面与所述固定楔形块的楔形面形成径向膨胀配合，所述固定膨胀锥块的楔形面与所述滑动楔形块的楔形面形成径向膨胀配合。

所述滑动膨胀锥块和所述固定膨胀锥块均由一膨胀锥和膨胀锥连接体组成，所述膨胀锥连接体的一端成型一沿其径向贯通的连接凹槽，所述膨胀锥的一端成型一与所述连接凹槽相扣接的凸起，且所述膨胀锥与所述底部管之间形成一沿所述底部管轴向延伸的锥槽，所述固定膨胀锥块的膨胀锥连接体与所述底部管固定连接；

所述滑动楔形块的上端面与所述固定楔形块的上端面均成型一沿所述底部管轴向延伸的楔形面，所述滑动楔形块与所述固定楔形块分别插接于与其对应的所述锥槽内，所述固定楔形块与所述底部管固定连接。

进一步地，所述底部管的自由端设有一阻挡盘，所述阻挡盘套置固定于所述底部管的外圆面上，用于防止所述膨胀组件脱离所述底部管。

所述固定楔形块与所述固定膨胀锥块的膨胀锥块连接体通过剪切销钉与所述底部管固定连接。

所述滑动导块与所述底部管通过销钉连接。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果是：

(1)本发明通过对膨胀装置进行快速组装，可直接与膨胀管一起下入井内，方便现场作用，加快施工速度。

(2)通过对放置于滑动管内的堵塞球施加压力，使其带动滑动管沿着底部管的内圆面下移，此时的滑动导块沿着滑动槽下移，直至滑动导块的一侧面接触到滑动楔形块及滑动膨胀锥块的膨胀锥连接体，并通过挤压使其下移，其中的滑动膨胀锥块的膨胀锥沿着固定楔形块的楔形面上移并发生径向膨胀，同时固定膨胀锥块的膨胀锥沿着滑动楔形块的楔形面上移并发生径向膨胀，进而实现膨胀管得径向膨胀，其结构简单且易于实现。

(3)由于固定楔形块与固定膨胀锥块分别与底部管采用剪切销钉连接，当膨胀组件在膨胀过程中由于遇阻而不能上提时，由于拉力过大而使剪切销钉剪断，为了防止膨胀组件下滑至井底而在底部管的最下端固定一阻挡盘，用于防止所述膨胀组件脱离底部管滑脱至井底。

(4)膨胀组件在膨胀过程中，膨胀锥是沿着楔形面上移，由于膨胀锥与膨胀锥连接体采用挂扣方式，且膨胀锥在膨胀过程中可沿着膨胀锥连接体的连接凹槽径向移动，当从膨胀管内取出膨胀装置时，膨胀锥的凸起会沿着连接凹槽复位，可多次重复使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所提供的膨胀装置置于膨胀管内未膨胀时的结构示意图；

图2是图1中1-1截面示意图；

图3是图1中2-2截面示意图；

图4是图1中3-3截面示意图；

图5是本发明所提供的膨胀装置置于膨胀管内且发生膨胀时的结构示意图；

图6是图5中4-4截面示意图；

图7是本发明所提供的膨胀装置遇阻后安全提拉的结构示意图；

图8是图1中钻杆与底部管连接示意图；

图9是图1中的滑动管断面图；

图10是固定膨胀锥块的膨胀锥及膨胀锥连接体结构示意图；

图11是图1中的滑动楔形块结构示意图；

图12是图1中滑动膨胀锥块的膨胀锥及膨胀锥连接体结构示意图；

图13是图1中固定楔形块的结构示意图。

图中：

1-膨胀管；2-钻杆；3-固定膨胀锥块，31-膨胀锥，32-膨胀锥连接体；

4-滑动楔形块；5-滑动膨胀锥块，51-膨胀锥，52-膨胀锥连接体；

6-固定楔形块；7-销钉；8-阻挡盘；9-滑动管；10-堵塞球；

11-底部管；12-锥槽；13-楔形面；14-滑动导块；15-滑动槽；

16-凸起；17-连接凹槽。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

一种膨胀管膨胀装置，如图1-图4所示为本发明所提供的膨胀装置置于膨胀管内未膨胀时的结构示意图；

图5-图6是本发明所提供的膨胀装置置于膨胀管内且发生膨胀时的结构示意图；

其中膨胀装置设置于膨胀管内，膨胀装置包括：

钻杆2，其为中空结构，设置于膨胀管1内，并与膨胀装置的底部管固定连接；

底部管11，设置于膨胀管1内，其一端与钻杆2固定连接，底部管11的中部设有滑动槽15，滑动槽15沿底部管11的轴向设置；

滑动管9，套置于底部管11内，其外圆面与底部管11的内圆面滑动密封连接，滑动管9上固定有滑动导块14，滑动导块14置于滑动槽15内，如图4和图5所示，滑动槽15沿底部管的周向设置了4个，也可以设置其它数量；

膨胀组件，设置于底部管11与膨胀管1之间，且位于滑动导块14的下方；滑动导块14带动滑动管9沿滑动槽15下移并挤压膨胀组件，膨胀组件发生径向膨胀并挤压膨胀管1，使膨胀管1发生径向膨胀，滑动导块14与底部管11通过销钉连接。

膨胀组件包括滑动楔形块4、滑动膨胀锥块5、固定膨胀锥块3及固定楔形块6，固定膨胀锥块3与固定楔形块6交错固定于底部管11的外圆面上；滑动楔形块4与滑动膨胀锥块5交错设置于底部管11的外圆面上，且二者位于固定楔形块6与滑动导块14之间；

滑动膨胀锥块5的楔形面与固定楔形块6的楔形面13形成径向膨胀配合，固定膨胀锥块3的楔形面与滑动楔形块4的楔形面13形成径向膨胀配合，如图5所示。

如图10和图12所示，滑动膨胀锥块5和固定膨胀锥块3均由一膨胀锥31、51和膨胀锥连接体32、52组成，膨胀锥连接体32、52的一端成型一沿其径向贯通的连接凹槽17，膨胀锥31、51的一端成型一与连接凹槽17相扣接的凸起16，且膨胀锥31、51与底部管11之间形成一沿底部管11轴向延伸的锥槽12，固定膨胀锥块3的膨胀锥连接体32与底部管11固定连接；

如图11和图13所示，滑动楔形块4的上端面与固定楔形块6的上端面均成型一沿底部管11轴向延伸的楔形面13，滑动楔形块4与固定楔形块6分别插接于与其对应的锥槽12内，固定楔形块6与底部管11固定连接。

为了防止膨胀装置在膨胀过程中发生遇阻而不能上提，本发明的固定楔形块6及固定膨胀锥块3的膨胀锥连接体32分别与底部管11通过剪切销钉7固定连接；一旦遇阻，当拉力达到一定的数值时，剪切销钉7被剪断，滑动膨胀锥块3、固定楔形块6向下运动，与滑动楔形块4和滑动膨胀锥块5脱离，膨胀装置整体直径减小，可保证膨胀装置方便从膨胀管内提出。

为了防止剪切销钉被剪断后，膨胀锥块3、固定块6向下运动滑脱到井底，在膨胀装置底部焊接有一个阻挡盘8，挡住膨胀组件的继续下滑，如图1所示。

图1是本发明的膨胀装置随膨胀管1下入井内膨胀前示意图。膨胀装置由钻杆2连接，主体有滑动管9与底部管11组成，滑动管9的外表面与底部管11内表面结合严密，并可自由滑动，通过钻杆2内向膨胀装置放堵塞球10，堵住滑动管9下部的孔口。施加液压后，液压推动滑动管9向下运动，滑动导块14推动滑动楔形块4和滑动膨胀锥块5的膨胀锥连接体52向下运动，滑动楔形块4插入膨胀锥31所形成的锥槽12内推动膨胀锥31逐渐径向膨胀，而固定楔形块6插入膨胀锥51所形成的锥槽12内推动膨胀锥51逐渐径向膨胀，如图5和图6所示。

实体膨胀管膨胀：在底部管11最下端焊接阻挡盘8，适合位置加工如图8断面1所示滑动槽15。加工滑动管9的外表面和底部管11内表面，使二者紧密结合，保持密封并可自由滑动，将滑动管9插入底部管11适合长度，然后在图9所示断面2处嵌入或焊接滑动导块14。将加工好的膨胀锥和相应的膨胀锥连接体连接后与滑动楔形块4、固定楔形块6一起用低强度可溶胶固定到底部管11的相应位置，如图1所示，并插入具有安全设计剪切强度的剪切销钉7，即安装完毕。将安装好的膨胀组件放入最下端的一根膨胀管1内，可与膨胀管1一起下入井内，或等膨胀管1下井完毕后，再把安装好的膨胀装置下入膨胀管柱最下端，通过钻杆2放入弹性堵塞球10，加内压使膨胀组件膨胀到位，进一步加压，将弹性阻塞球10打掉，使用内压推动膨胀装置向上运动，与钻杆2提升力一起进行实体膨胀管管柱的膨胀，如图5和图6所示。

割缝膨胀管膨胀：在底部管11最下端焊接阻挡盘8，适合位置加工如图8断面1所示导槽。加工滑动管9的外表面和底部管11内表面，使二者紧密结合，保持密封并可自由滑动，将滑动管9插入底部管11适合长度，然后在图9所示断面2处嵌入滑动导块14。将加工好的膨胀锥和相应的膨胀锥连接体连接后与滑动楔形块4、固定楔形块6一起用低强度可溶胶固定到底部管11的相应位置，如图1所示，并插入具有安全设计剪切强度的销钉，即安装完毕。将安装好的膨胀组件放入最下端的一根膨胀管1内，可与膨胀管1一起下入井内，或等膨胀管1下井完毕后，再把安装好的膨胀装置下入膨胀管柱最下端，通过钻杆2放入弹性堵塞球10，加内压使膨胀组件膨胀到位后即可提升钻杆2开始膨胀管管柱的膨胀。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种膨胀管膨胀装置，所述膨胀装置设置于膨胀管内，且与中空的钻杆固定连接，其特征在于，所述膨胀装置包括：

2.根据权利要求1所述的膨胀装置，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的膨胀装置，其特征在于，

4.根据权利要求1-3任一所述的膨胀装置，其特征在于，

所述底部管的自由端设有一阻挡盘，所述阻挡盘套置固定于所述底部管的外圆面上，用于防止所述膨胀组件脱离所述底部管。

5.根据权利要求4所述的膨胀装置，其特征在于，

所述固定楔形块与所述固定膨胀锥块的膨胀锥连接体通过剪切销钉与所述底部管固定连接。

6.根据权利要求4所述的膨胀装置，其特征在于，

所述滑动导块与所述底部管通过销钉连接。