CN103861898B - 用于膨胀管件的电磁整形装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于膨胀管件的电磁整形装置，属于石油钻井领域。根据本发明的装置包括：纵向延伸的主体，该主体具有第一配合面并设有主体电磁线圈；产生磁场的整形件，该整形件具有能与第一配合面相配合的第二配合面，以及设于与第二配合面相反的一侧的弧形面，其中主体电磁线圈在通电后产生磁场，主体电磁线圈的磁场与整形件的磁场相互排斥，使得整形件沿着与主体相反的方向运动，从而导致整形件的弧形面顶靠管件的内壁以使管件膨胀。本发明还提出了一种用于膨胀管件的方法。根据本发明的装置及方法可以大面积、多部位地作用于所整形的管件，同时能够自主调节电流。

Description

用于膨胀管件的电磁整形装置及方法

技术领域

本发明涉及一种电磁整形装置，特别涉及一种用于膨胀管件的电磁整形装置。

本发明还涉及一种用于膨胀管件的方法。

背景技术

管件在运送和使用的过程中，可能发生受到外力挤压作用而被压扁的现象。

首先，在石油行业中，下入井中的套管受到地质、工程、腐蚀等因素的影响，常常会发生挤扁、错断、严重变形和严重腐蚀等现象，这直接影响油井的正常生产，甚至有可能导致油井停产、报废。因此，套管的膨胀整形成为油田开发中必须解决的一个关键问题。其次，在石油行业中，还存在为了特殊目的，将管件在地面预压变形之后，下入井中，之后采用膨胀整形工具来将预压变形管件膨胀整形至设定尺寸的情况，如波纹管、预成型六级分支井井下分支系统的分支引出件等。再次，还有一种将小直径管件在井下膨胀成大直径管件的需求，如膨胀管。

目前套管的膨胀整形技术主要有机械整形、爆炸整形和液压膨胀三种类型。爆炸整形技术的布药方法、用药量和引爆方式等较难把握；机械整形中的梨形胀管整形技术、偏心辊子整形技术、旋转震击式整形技术等普遍存在损伤套管、施工周期长、成本大等缺陷；液压膨胀则需要大型地面液压设备。

专利文献CN101537560公开了一种管件电磁场整形方法及装置。该装置由两根工作杆通过支撑体在其一端活动连接，工作杆另一端内侧分别设置有相对的整形器线圈，将工作杆与整形器线圈相连的一端置于管件的压扁部位，在整形器线圈中通入持续电流或脉冲电流使其产生排斥力，即可将管件胀开修复。专利文献CN101538991所公开的方法与前一专利文献类似，只是将其中的排斥力变更为吸引力。

专利文献CN101786115A公开了一种管件锤击式电磁整形技术及装置。其将待修复的管件竖直放置，设置有整形线圈的锥头和冲锤置于管件修复部位，脉冲电流通过整形线圈形成脉冲磁场，使锥头和冲锤之间产生排斥力，在排斥力作用下，冲锤向上运动，锥头向下运动，向下运动的锥头冲击到管件被压扁部位，就可以使管件产生第一次胀开，向上运动的冲锤在达到预定高度后，在重力作用下回跳，冲击到锥头上，锥头再次向下运动进一步冲击到管件的被压扁部位，使管件产生第二次胀开，从而达到整形之目的。

上述三个专利文献中，前两个专利文献公开的电磁整形装置均是使用两根工作杆的单侧锥体来整形待修复的套管，作用面积小，整形效率低，且作用方向单一。而且，从上述三个电磁整形装置的组件上看，电磁整形装置在地面采用持续电流的方法进行缓慢膨胀整形时，尚且可以通过肉眼观测膨胀整形的程度来调节电流，但是使用脉冲电流时，脉冲压力大，变形速度快，很难通过肉眼观测来快速调节电流，如果脉冲压力很大，很可能导致装置对套管作用过度，从而造成套管的进一步破坏；而在油井中作业时，就更难实现根据肉眼观测膨胀整形程度来调节电流。

发明内容

针对现有技术中的装置及方法作用面积小、整形效率低、通过肉眼难以精准调节电流从而再次损伤套管等不足，本发明提出了一种改善的用于膨胀管件的电磁整形装置及相关的方法。在本发明中，所说的“膨胀”主要意指将在实际工程中受损而被压扁的管件恢复成圆形或近似圆形、将预压变形管件（如波纹管、预成型六级分支井井下分支系统的分支引出件等）膨胀整形至设定尺寸，或将小直径管件（如膨胀管）在井下膨胀成大直径管件。

本发明的一方面提出了一种用于膨胀管件的电磁整形装置，包括：纵向延伸的主体，该主体具有第一配合面并设有主体电磁线圈；产生磁场的整形件，该整形件具有能与第一配合面相配合的第二配合面，以及设于与第二配合面相反的一侧的弧形面，其中主体电磁线圈在通电后产生磁场，主体电磁线圈的磁场与整形件的磁场相互排斥，使得整形件沿着远离主体的方向运动，从而导致整形件的弧形面顶靠管件的内壁以使管件膨胀。

在一个实施例中，主体还具有主体电磁线圈孔，主体电磁线圈置于主体电磁线圈孔中，主体电磁线圈内布置有磁性件或铁芯。

在一个实施例中，整形件由磁性材料构成。

在一个实施例中，整形件由非磁性材料构成，并且整形件具有整形件电磁线圈，整形件电磁线圈能够在通电后产生与主体电磁线圈的磁场相排斥的磁场。

在一个实施例中，整形件具有从第二配合面中延伸出来的柱状导件，主体的第一配合面上设置有与该导件相适配的导孔，导件插入到导孔中以将整形件相对于主体定位。

在一个实施例中，导孔或导件的截面形状为圆形或梯形。

在一个实施例中，根据本发明的用于膨胀管件的电磁整形装置还包括能够测量整形件与主体之间的距离的测径传感器，测径传感器布置在第一配合面或第二配合面上。

在一个实施例中，第一配合面和第二配合面均为平面，并且主体的与第一配合面相反的一侧为弧形面。

在一个实施例中，根据本发明的用于膨胀管件的电磁整形装置包括两个整形件，并且主体具有分别与两个整形件的第二配合面相配合的两个第一配合面。

本发明的另一方面还提出了一种使用根据本发明的装置膨胀管件的方法。

根据本发明的装置及方法，通过测径传感器的设置使得装置能够精准及时地根据所整形的管件的整形程度来调整电磁线圈的电流，从而避免了电流大小不当引起的所整形的管件的再次损伤；同时，本装置的尺寸、形状设计使得所整形的管件能够大面积地受力膨胀，整形效率相比现有技术得到显著的提高；在优选的实施例中，可以在装置中布置多个整形件，以节省装置占用的空间，同时作用于所整形的管件的多个部位。

附图说明

在下文中将基于仅为非限定性的实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1为第一实施例中的根据本发明的用于膨胀管件的电磁整形装置的示意图；

图2为第二实施例中的根据本发明的用于膨胀管件的电磁整形装置的示意图；

图3为第三实施例中的根据本发明的用于膨胀管件的电磁整形装置的示意图；

图4为第四实施例中的根据本发明的用于膨胀管件的电磁整形装置的示意图。

在图中，相同的构件由相同的附图标记标示。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将参照附图来详细地介绍本发明。

图1示意性显示了第一实施例中的根据本发明的用于膨胀管件的电磁整形装置10。在本发明中，所说的“膨胀”是指将在实际工程中受损而被压扁的管件恢复成圆形或近似圆形、将预压变形管件（如波纹管、预成型六级分支井井下分支系统的分支引出件）膨胀整形至设定尺寸或将小直径管件（如膨胀管）在井下膨胀成大直径管件。

参照图1，装置10包括整形件1和主体8。

主体8可以为纵向延伸的形状，主体8一侧具有朝向整形件1布置的第一配合面，与其相反的另一侧具有能够靠着所整形的管件的内壁布置的弧形面，且其在第一配合面和弧形面之间具有一定的厚度。主体8的长度和宽度可以配合整形件1和要整形的管件设置。

整形件1的一侧具有第二配合面，在与第二配合面相反的另一侧具有弧形面，并且其在第二配合面和弧形面之间具有一定的厚度。整形件1的弧形面用来顶靠所整形的管件的内壁。整形件1的第二配合面用来朝向并相邻于主体8的第一配合面布置，第一配合面与第二配合面能够相互配合。在图1所示的实施例中，第一配合面和第二配合面均为平面，然而本领域技术人员容易理解，在其它的实施例中，只要能够相互配合，二者也可以具有相互适配的例如凹凸件的配合件。

整形件1的第二配合面上布置有柱状的导件2，用来协助将整形件1定位到与主体8相对应的位置处。主体8上设置有导孔3。在操作装置10时，导件2插入到导孔3中，以此来将整形件1定位到与主体8相对应的位置处。导件2和导孔3的截面可以为圆形。

然而在不同的实施例中，也可以不设置截面为圆形的导孔3。参照图2，在第二实施例中，导件2的截面设置为梯形，同时在主体8的两个位于末端的横向的面的中间设置与导件2的形状相对应的截面为梯形的导槽9。

为了得到最佳的定位效果，导件2和导孔3/导槽9可以在第一配合面和第二配合面上相对于横向中轴对称布置。

再次参照图1，装置10的主体8还具有主体电磁线圈5。主体电磁线圈5布置在主体8中的主体电磁线圈孔6内。主体电磁线圈5内布置有电磁线圈插入件4。电磁线圈插入件4可以是铁芯、磁性件等，用来强化主体电磁线圈5通电时所产生的磁场，以增强所产生的排斥效果。

在图1所示的第一实施例中，整形件1由磁性材料构成。在使用装置10时，首先通过导件2和导孔3（在第二实施例中为导槽9）将整形件1置于与主体8相对应的位置处。将装置10置于要进行整形的管件中，对主体电磁线圈5通入直流电流、交流电流或方波电流，以产生磁场，使得主体电磁线圈5产生的磁场与由磁性材料构成的整形件1所产生的磁场相互作用，使得主体8和整形件1之间产生排斥力，从而使得整形件1沿着远离主体8的方向运动，整形件1的弧形面顶靠与其相邻的所整形的管件的内壁，从而将管件膨胀导致其变形。

参照图3和图4。在优选的实施例中，装置10具有两个整形件1。主体8设计为具有两个第一配合面。这两个第一配合面均能够分别与整形件1的第二配合面相互配合。在这两个第一配合面上设置导孔3、主体电磁线圈孔6、主体电磁线圈5、电磁线圈插入件4，如此地，同一时刻可以在主体8的两个第一配合面上同时定位两个整形件1，从而同时对所整形的管件的两个部位进行膨胀整形，在提高整形效率和加强整形效果的同时降低了大规模作业的成本。

参照图3，在第三实施例中，整形件1由非磁性材料构成。在第三实施例中，根据本发明的装置10还包括布置在整形件1上的整形件电磁线圈11，整形时将整形件电磁线圈11通入电流以使得整形件1具有磁性。通过整形件电磁线圈11的磁场和主体电磁线圈5的磁场之间的的相互作用，使得整形件1和主体8之间产生排斥作用。而与此相对地，图1、图2和图4显示了整形件1由磁性材料构成时的实施例，此时不需要设置整形件电磁线圈11，而是单纯地利用整形件1的磁性材料产生的磁场，使整形件1和主体8之间产生排斥作用。特别地，图4显示了当整形件1由磁性材料构成时的具有两个整形件1的装置10的第四实施例。

装置10还包括布置在主体8或整形件1上的测径传感器7。图1和图2显示了测径传感器7布置在主体8的第一配合面上的实施例，图3和图4显示了测径传感器7布置在整形件1的第二配合面上的实施例。测径传感器7可以监测整形件1和主体8之间的距离。通过该距离结合整形件1和主体8的尺寸参数可以得知管径的膨胀整形程度，进而可以对施加的电流进行调节，直至管件达到预期的膨胀整形效果。

本发明的另一方面提出了一种使用电磁整形装置10来膨胀管件的方法。根据本发明的方法，首先通过将导件2插入到导孔3（或导槽9）中将整形件1定位到与主体8相对应的位置处。将装置10放入需要整形的管件中。将主体8上的主体电磁线圈5通电。如果整形件1为磁性材料（如图1、图2和图4所示的实施例），则不需设置整形件电磁线圈11；如果整形件1为非磁性材料，则将布置到整形件1的适当位置处的整形件电磁线圈11通电。通过主体8和整形件1所产生的磁场之间的排斥作用，使得整形件1沿着远离主体8的方向运动，整形件1的弧形面顶靠所整形的管件的内壁，从而达到膨胀整形的作用。测径传感器7实时监测主体8和整形件1之间的距离，结合主体8和整形件1的尺寸，能够得知所整形的管件的整形程度，并相应调节主体电磁线圈5（和整形件电磁线圈11，如果存在）的电流状态。

上面所描述的各种细节性的技术特征可以相互组合，并不限制于所描述的特定的实施例。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (7)

1.一种用于膨胀管件的电磁整形装置，包括：

纵向延伸的主体，所述主体具有第一配合面并设有主体电磁线圈；以及产生磁场的整形件，所述整形件具有能与第一配合面相配合的第二配合面，以及设于与第二配合面相反的一侧的弧形面，

其中，所述主体电磁线圈在通电后产生磁场，所述主体电磁线圈的磁场与所述整形件的磁场相互排斥，使得所述整形件沿着远离所述主体的方向运动，从而导致所述整形件的弧形面顶靠管件的内壁以使管件膨胀，

所述电磁整形装置还包括能够测量所述整形件与所述主体之间的距离的测径传感器，所述测径传感器布置在所述第一配合面或第二配合面上，

所述电磁整形装置包括两个所述整形件，并且所述主体具有分别与两个整形件的第二配合面相配合的两个第一配合面，所述整形件相对于彼此呈镜像对称。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主体还具有主体电磁线圈孔，所述主体电磁线圈置于所述主体电磁线圈孔中，所述主体电磁线圈内布置有磁性件或铁芯。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述整形件由磁性材料构成。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述整形件由非磁性材料构成，并且所述整形件具有整形件电磁线圈，所述整形件电磁线圈能够在通电后产生与所述主体电磁线圈的磁场相排斥的磁场。

5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述整形件具有从第二配合面中延伸出来的柱状导件，所述主体的第一配合面上设置有与所述导件相适配的导孔，所述导件插入到所述导孔中以将所述整形件相对于所述主体定位。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述导孔或所述导件的截面形状为圆形或梯形。

7.一种膨胀管件的方法，其特征在于，通过根据权利要求1到6中任一项所述的装置来进行。