CN111622686A - 一种变径套管组件及其应用于地质钻孔中的安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种变径套管组件及其应用于地质钻孔中的安装方法。所述套管组件包括在外力的作用下压缩成管状结构的螺旋式组合管片和拼装工具，在组合管片相邻螺旋环的接触面设有相互匹配的子母拼接件；所述拼装工具包括内、外筒和内设拼装卡槽的变径头；在进行安装时，将组合管片套在内筒上，一起装配到外筒内，将其置入套管安装位，固定外筒不不动，旋转内筒通过其底部的变径机构推动变径头外扩，然后固定内筒不动，逆向旋转外筒，变径头向上逆向旋转，将组合管片引入拼装卡槽内拼装成一个完整的管体。本发明中能够实现管体从等口径或小口径的孔洞进入后进行变径组合，可以作为钻孔用套管，解决了套管分级下入存在的施工难度大、风险大的问题。

Description

一种变径套管组件及其应用于地质钻孔中的安装方法

技术领域

本发明属于地质钻探领域，尤其涉及一种变径套管组件及其应用于地质钻孔中的安装方法，所述套管组件包括变径管及安装工具，该变径管可以通过安装工具实现在不同状态直径的改变，能够将其应用于地质钻孔中作为套管进行安装，不会受限与安装孔的口径大小，能够正常下入孔中，在孔内实现直径的改变。

背景技术

随着资源勘探、工程勘察、深海钻探等技术的发展，对钻探效率和钻孔质量的要求也越来越高。地质钻探中常遇破碎岩石地层及一些特殊地层(类似水敏性地层、湿陷地层等)，该类地层钻探过程中极易坍孔，形成岩屑捞不尽，无法进尺；在针对单孔深在800米以上的钻孔时，其钻孔过程中遇到的地层复杂情况也会比较多，当钻头通过泥岩、砂岩与泥岩接触面、煤层等这些易垮塌地层进行气体钻孔作业时，孔口或孔壁容易出现垮塌。孔口或孔壁若坍塌会出现下钻遇阻、遇卡、埋钻等事故，不仅带来了安全问题，增加了钻井成本，而且严重影响勘探进度。

对于上述因特殊地层出现的坍孔问题，其钻探处理方法有：1.调配优质泥浆或用化学浆液，期望泥浆能护住孔壁，止住坍塌现象；对于一般破碎不是很严重的地层，该方案是有效的，这种方法因浆液配置较为方便，速度快、成本不高、操作简便，所以是这类地层首先使用的处理方法，但是对于一些塌孔严重或者钻孔较深的位置出现塌孔现象，该方式效果都不是很明显。2.胶结凝固法，即向孔内该地层处注入胶结材料如快干水泥等胶结物，希望胶凝材料能将破碎地层胶凝住，止住地层坍塌；这种方案也是经常用的较有效的方法之一，但该方法实施周期较长，一般凝固时间需要3～7天不等，有时也达不到理想的效果，徒耗时间。3.套管隔离法，套管隔离是最直接、且效果最好的方法，一般方法无法解决的情况都可以采用套管隔离法来实现；但是现有套管隔离方法在钻探时，套管是要分级下入的，每一次下套管都是下入比前一次套管小一型号的套管，且都是从孔口处重新下入，这就意味着套管的下入需要慎重，往往面临改变钻探方案的风险，或者需要重新扩孔到该地层。该方法虽然效果最好，但成本大，实施难度大，且风险高所以一般并不使用。特别是在单孔深在800米以上的孔往往需要多次下入不同直径的套管，其下管方式更加复杂，风险更大。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题提供一种变径套管组件及其应用于地质钻孔中的安装方法，所述变径套管组件可以实现管体在不同状态下直径的改变，可以应用于地质钻孔中作为地质钻孔套管使用，并通过本发明中的安装方法将其从小口径孔洞下入钻孔中，并在钻孔内进行拼装及直径的而改变，可以实现管体从比其直径小或等直径的小口径孔洞进行安装，可以解决现有套管分级下入存在的风险及困难。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为一种变径套管组件，所述套管组件包括组合管片和管片拼装工具，所述组合管片是在外力的作用下压缩成管状结构的螺旋管片，在其相邻螺旋环的接触面设有相互匹配的子母拼接件，并在组合管片压缩至两相邻螺旋环紧密接触时，相邻螺旋环接触面的子母拼接件相互拼接连为一体；所述管片拼装工具包括内筒、外筒和变径头，所述内筒置于外筒内，并在内筒和外筒之间设有组合管片安装腔；所述变径头为弧形结构，其中一端通过铰链件安装在外筒的底部，在变径头内设有拼装卡槽，所述拼装卡槽的进口和出口分别设置在弧形变径头的两端，且进口设置在临近铰链件的一端，并与组合管片安装腔的下端出口相对应；在内筒的下部设有变径机构，并在旋转内筒时变径机构向外推送变径头完成变径过程，且变径后的变径头进口仍与组合管片安装腔的下端出口相对应；所述组合管片安装在管片安装腔内，在变径头外扩变径后，逆向旋转外筒将组合管片引入拼装卡槽内进行组合管片的组合拼装。

本发明较优的技术方案：所述套管组件还包括引导片，所述引导片的形状与组合管片完全相同，采用塑胶材质制成；所述引导片安装在变径头内。

本发明较优的技术方案：所述组合管片采用冷轧钢板制成，组合管片插入拼装卡槽的端部削成尖端，其管片厚度与组合管片安装腔的宽度相等，在组合管片的内壁设有第一齿条，第一齿条沿着螺旋管片分布，在内筒的外壁设有与第一齿条相匹配的第二齿条，并在组合管片安装到组合管片安装腔时，组合管片内壁的第一齿条与内筒外壁的第二齿条相互啮合，并将内筒与外筒连接。

本发明较优的技术方案：所述子母拼接件包括分别设置在两个相邻螺旋环片接触面上且相互匹配的卡块和卡槽，并在组合管片压紧状态下，相邻螺旋环片接触面的卡块对应嵌入卡槽内，且压缩拼接后所有的螺旋环片内壁在同一平面上，外壁也在同一平面上；所述螺旋管片的每个螺旋环的上下端面分别设有子母拼接件，且上下端面的拼接件相同或者相互匹配；当单个螺旋环上下端面的拼接件相同时，相邻两个螺旋环为截面不同的螺旋环，且相邻两个螺旋环上的拼接件相互匹配。

本发明较优的技术方案：所述内筒的长度大于外筒的长度；所述变径机构为设置在内筒底部的弧形槽；所述变径头的弧度与外筒的弧度相同，通过插销与外筒底部的插销座铰链连接，并可沿着插销向外旋转；

所述变径头未扩径时，嵌入弧形槽内，形成的圆弧外径等于或小于外筒的外径，在内筒旋转过程中，变径头沿着弧形槽旋转，并在旋转置弧形槽与内筒连接部位时被向外推出，其出口端形成的圆弧直径大于外筒的外径。

本发明进一步的技术方案：所述变径头的进口设置在临近铰链件的一端，其进口部位的拼装卡槽高度与组合管片的单个螺旋环片的高度相等，出口部位的拼装卡槽高度为两个螺旋环片的总高度减去两个螺旋环片上的子母拼接件的高度，在出口部位的拼装卡槽底部开设有拼接件卡槽，并在出口部位的拼装卡槽高出进口部位拼装卡槽区域临近进口的一侧开设有引导片卡口；所述引导片的下端从引导片卡口插入拼装卡槽并固定在拼装卡槽的出口部位，上端反向旋转一圈后从拼装卡槽的出口插入拼装卡槽内并与固定在出口部位的引导片下端卡接；固定在拼装卡槽的出口部位引导片下方的子母拼接件嵌入拼接件卡槽内。

本发明还提供了一种上述变径套管组件应用于地质钻孔中的安装方法，其特征在于具体步骤如下：

(1)在地质钻探过程中遇到需要下套管的地层时，拔起钻管具，下入带扩孔钻头的钻管具到指定深度，对需要隔离地层进行扩孔，其扩孔孔径大于组合管片外径20mm以上，扩孔深度以穿透需隔离地层为准，扩孔到位后起拔钻管具；

(2)根据钻探孔径选配相应规格的组合管片，并根据需隔离地层厚度确定出组合管片组装好之后的长度，计算形成组合套管所需组合管片的螺旋环圈数，确定组合管片下料长度；

(3)根据组合管片的下料长度来选择合适长度的拼装工具，将长度相匹配的组合管片套设在内筒外壁内；将引导片装配到变径头的拼装卡槽内，并将其旋转一圈后将引导片的两端部在拼装卡槽的出口部位拼装固定，并将变径头安装到外筒底部；然后将套有组合管片的内筒插入外筒内，将其装配好，且装配好的内筒和外筒可以相对转动；

(4)将装配好的拼装工具及组合管片一起下入钻孔内指定深度，固定好外筒，顺时针旋转内筒，通过内筒底部的变径机构将变径头向外推开，至使变径头的出口端置于外筒壁以外的区域；

(5)变径头外扩到位后，固定内筒不动，逆时针旋转外筒，带动变径头逆时针旋转，套设在内筒上的组合管片与内筒固定不动，变径头旋转过程中向上移动，在移动至组合管片的下端时，组合管片的下端从变径头铰链端的进口进入拼装卡槽内，继续逆时针旋转外筒，变径头继续逆时针旋转上移，进入拼装卡槽内组合管片在变径头上移的过程中从变径头的出口向下移出拼装卡槽，先出来的组合管片与后出来的组合管片自动压接在一起拼装成一个完整的管体；不停的旋转外筒，至使内筒外壁的组合管片拼装完成后，外筒与内筒自动分开，拔出拼装工具，完成需隔离地层的套筒安装。

本发明较优的技术方案：所述步骤(2)中的选用的组合管片外径比钻孔孔径小5mm；所述步骤(4)中拼装工具及组合管片下入深度超过隔离地层深度至少0.5m或到达扩孔底部。

本发明较优的技术方案：所述步骤(3)中的内筒外径与组合管片内径相等，并在内筒外壁和组合管片内壁设有相互匹配的齿条，在组合管片套设在内筒外壁时，内筒外壁的齿条与组合管片内壁的齿条相互啮合；变径头进口端通过铰链件安装在外筒底部，且内筒的底部设有弧形凹槽状变径机构，在变径头安装好之后，嵌入内筒底部的弧形凹槽内，并在旋转内筒时，变径头沿着弧形凹槽旋转置弧形凹槽与内筒接触部位时被向外推送进行变径；所述引导片安装时，其下端从拼装卡槽的进口插入，逆向旋转变径头一圈，使引导片的上端与下端在出口部位卡接固定。

本发明较优的技术方案：所述步骤(5)中在组合管片拼装完成后，通过旋转外筒观察外筒是否上移或根据旋转外筒力量来判断内孔组合管片是否安装顺利，当组合管片完全组装完后，起拔拼装工具。

本发明的有益效果：

(1)本发明中的组合变径管在松弛状态下为直径较小，压紧拼装后其直径较大，实现了在不同状态下管体的直径改变，能够将其应用于地质钻孔的套管隔离法中作为钻孔套管使用来解决因特殊地层出现的坍孔问题；该组合管在组合后形成一个完整的管体，能够对孔壁进行很好的支撑和保护；

(2)本发明中的组合拼装工具包括内筒、外筒和变径头，内筒底部设有变径机构，变径头安装在外筒底部，并可通过变径机构控制其变径；将组合变径管的管片安装在内筒与外筒之间，并将散件的底部固定在变径头上，通过变径机构控制变径头带动管片进行变径，其变径方法简单，且变径后直接控制外筒逆向旋转，内筒保证不动，在转动过程中实现管片的快速拼装；

(3)本发明中的安装方法可以将组合变径管在直径较小的状态下入钻孔中，并在下入到安装位后，进行变径及组装，实现了管体从等口径或小口径的孔洞进入后进行变径组合的过程，可以解决现有套管分级下入存在的难度大、风险大的问题。

(4)本发明中使用的安装工具结构简单，且能够快速的拼装管体，能非常快捷有效地处理易坍塌地层，大幅提高钻探成孔效率。

附图说明

图1、图2是本发明的整体结构示意图；

图3是本发明的变径头未外扩状态示意图；

图4是本发明的变径头外扩状态示意图；

图5是本发明的变径头未外扩时整体纵向剖面图；

图6是本发明的变径头外扩时整体纵向剖面图；

图7是本发明的内筒结构示意图；

图8是本发明的外筒结构示意图；

图9是本发明的组合管片松弛状态结构示意图；

图10是图9中A-A剖面图；

图11是本发明的组合管片压紧状态结构示意图；

图12是图11的B-B剖面图；

图13是组合管片插入变径头的端部示意图；

图14是组合管片安装到内筒上的结构示意图；

图15和图16是变径头的结构示意图；

图17是引导片的结构示意图；

图18至图20是引导片装配到变径头上的各个角度示意图；

图21是图20中A-A剖面图；

图22至图28是不同螺旋环截面图；

图29是两个截面为图22的螺旋环拼接示意图；

图30是两个截面为图23的螺旋环拼接示意图；

图31是两个截面为图24的螺旋环拼接示意图；

图32是截面为图25的螺旋环和截面为图26的螺旋环拼接示意图；

图33是截面为图27的螺旋环和截面为图28的螺旋环拼接示意图。

图中：1—内筒，100—第二齿条，2—外筒，3—变径头，4—组合管片安装腔，5—拼装卡槽，500—进口，501—出口，502—拼接件卡槽，503—引导片卡口，6—变径机构，7—组合管片，700—第一齿条，701—螺旋环片，8—铰链件，800—插销，801—插销座，9—引导片，10—子母拼接，1000—卡块，1001—卡槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。附图1至图33为实施例的附图，采用简化的方式绘制，仅用于清晰、简洁地说明本发明实施例的目的。以下对在附图中的展现的技术方案为本发明的实施例的具体方案，并非旨在限制要求保护的本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例提供的一种变径套管组件，所述套管组件包括组合管片7、管片拼装工具和引导片9。如图9至图12所示，所述组合管片7是在外力的作用下压缩成管状结构的螺旋管片，在其相邻螺旋环700的接触面设有相互匹配的子母拼接件10，并在组合管片7压缩至两相邻螺旋环紧密接触时，相邻螺旋环接触面的子母拼接件10相互拼接连为一体。所述组合管片7采用冷轧钢板制成；所述子母拼接件10包括分别设置在两个相邻螺旋环片701接触面上且相互匹配的卡块1000和卡槽1001；在组合管片7的内壁设有第一齿条700，所述第一齿条700 沿着螺旋管片呈螺旋状分布，并在组合管片7压紧状态下，如图11和图12所示，相邻螺旋环片701接触面的卡块1000对应嵌入卡槽1001内，且压缩拼接后所有的螺旋环片701内壁在同一平面上，外壁也在同一平面上。如图13所示，所述组合管片7插入拼装卡槽5的端部削成尖端。

实施例提供的一种变径套管组件，所述管片拼装工具如图1至图6示，包括内筒1、外筒2和变径头3，所述内筒1置于外筒2内，内筒1的长度大于外筒 2的长度，在内筒1和外筒2之间设有组合管片安装腔4。所述组合管片安装腔 4的宽度与组合管片7的厚度相同，并在组合管片7安装内组合管片安装腔4时，将内筒1与外筒2连接，组合管片7具体安装时，如图14所示，将组合管片7 套在内筒1的外壁，然后再一起嵌入外筒2内便可。所述内筒1如图7所示，底部设有弧形槽状的变径机构6，在内筒外壁设有组合管片7内壁的第一齿条 700相匹配的第二齿条100，在组合管片7装在内筒1上时，其第二齿条100与第一齿条700相互啮合。所述外筒2如图8所示，底部设有用于安装变径头3 的插销座801，在变径头3上也设有相互匹配的插销孔，变径头3通过插销800 对应插入插销座801和变径头3上的插销孔内，将变径头3铰链连接在外筒2 的底部，变径头3在外力的作用下可以沿着插销800旋转。所述变径头3为弧度与外筒2的弧度相同的弧形结构，在未扩径时，如图3所示，嵌入弧形槽内，此时，形成的圆弧外径等于或小于外筒2的外径；在内筒1旋转过程中，变径头3沿着弧形槽旋转，并在旋转置弧形槽与内筒1连接部位时被向外推出完成扩径过程，此时如图4所示，变径机构的出口端形成的圆弧直径大于外筒2的外径。

实施例提供的一种变径套管组件，所述引导片9如图17所示，其的形状与组合管片7完全相同，相当于组合管片7的其中一个螺旋环片，其材质采用塑胶材质制成，易变形；所述引导片9事先安装在变径头3内，起到强制定位的作用。实施例中提供的变径头3如图15和图16所示，在变径头3内设有拼装卡槽5，所述拼装卡槽5的进口500和出口501分别设置在弧形变径头3的两端，所述变径头3的进口500设置在临近铰链件8的一端，其进口部位的拼装卡槽高度与组合管片7的单个螺旋环片701的高度相等，出口部位的拼装卡槽高度为两个螺旋环片701的总高度减去两个螺旋环片701上的子母拼接件10的高度，在出口部位的拼装卡槽5底部开设有拼接件卡槽502，并在出口部位的拼装卡槽高出进口部位拼装卡槽区域临近进口500的一侧开设有引导片卡口503。所述引导片9的安装如图18至图21所示，引导片9的下端从引导片卡口503插入拼装卡槽5并固定在拼装卡槽5的出口部位，上端反向旋转一圈后从拼装卡槽5 的出口插入拼装卡槽5内并与固定在出口部位的引导片9下端卡接；固定在拼装卡槽5的出口部位引导片9下方的子母拼接件10嵌入拼接件卡槽502内。实际安装时，也可以将引导片9从下端从拼装卡槽5的进口500插入，逆向旋转变径头3一圈，刚好使引导片9的上端与下端卡接，然后将其内筒1、组合管片 7、外筒2以及装配好引导片9的变径头3组装好，通过旋转内筒1，使变径头 3向外扩径，然后逆向旋转外筒，带动变径头3逆向旋转，将组合管片7的下端引入拼装卡槽5内，并在旋转过程进行拼装。

实施例中组合管片7每个螺旋环片701的上下端面分别设有子母拼接件 10，且上下端面的拼接件相同或者相互匹配；如图22至图24所示的是螺旋环片701上下端面的子母拼接件相匹配的情况，其中图22所示的螺旋环片其上端面设有等腰三角形卡块1000、下端面设有与其匹配的卡槽1001，卡块1000与卡槽1001的结构形式与如图23相同，只是方向相反，在进行压力下拼接时，如图29所示，每个螺旋环上端面的卡块1000刚好嵌入与其相邻螺旋环下端面的卡槽1001内，其两个相邻的螺旋环的内表面和外表面分别在同一平面上。

图23和图24所示的螺旋环片其上端面设有卡槽1001、下端面设有与其匹配的卡块1000，卡块1000设置成倒等腰三角形(如图23所示)或等腰梯形(图 24所示)，其卡槽1001的卡口与卡块1000的底面长度完全相等，或者略小于其底面，能够在压力的作用下，卡块1000刚好卡入卡槽1001内，不会脱落；图 23中的螺旋环拼接如图30所示，图24中的螺旋环拼接如图31所示，螺旋环在压力下拼接时，个螺旋环下端面的卡块1000刚好嵌入与其相邻螺旋环上端面的卡槽1001内，其两个相邻的螺旋环的内表面和外表面分别在同一平面上。当卡块1000设置成等腰梯形时，为了使其能够更方便的卡入，可以将卡槽1001的槽口设置成与卡块相同的倾斜面。

图25至图28所示，其螺旋环片701上下端面的子母拼接件相同，此时相邻两个螺旋环片为截面不同的螺旋环片，且相邻两个螺旋环片701上的拼接件相互匹配。其中图25和图26中螺旋环片相互匹配，图27和图28中的螺旋环片相互匹配；图25和图26中螺旋环片具体拼装示意图如图32所示，图27和图28中的螺旋环片具体拼装示意图如图33所示，在具体拼装时，上下端面均有卡块的螺旋环片与上下端面均有卡槽的螺旋环片交错分布，在压紧过程中，其中一个螺旋环片上下端面的卡块1000对应嵌入上下两个相邻螺旋环片上的凹槽1001内。由于上述情况的相邻螺旋环截面不同，所以该结构的组合管片不能一体制成，每个螺旋环需要单独制备，然后将其组拼成一个整体的螺旋管片。

下面结合具体实施例对本发明的安装步骤进一步说明，以下实施例中钻孔需要安装的套管规格为Ф90mm；所以组合管片7设计为正常松弛状态下内径

外径

轴向螺纹间距30mm；在螺旋管片1压紧拼接后，内径为Ф 90mm，外径Φ110mm，轴向螺纹间距13mm。该方案可以通过将外径为Ф85mm的零件通过Ф90mm孔，安装成内径为Ф90mm，外径为Ф110mm的套管，管径相对扩大了25mm。其组合拼装工具的尺寸与组合管片7的尺寸相匹配，其设计型号尺寸为65mm变90mm变径器，内筒1的长度比外筒2略长，内管与外管形成相对旋转体，其变径头正常状态下的外径为85mm,使用时先下到孔底，钻动内管可将变径头旋出，旋转扩径后的外径为120mm。以下实施例中的组合管片7的字母拼接件采用图23中的结构，其引导片9与组合管片7截面形状相同，其在地质钻探孔中的具体安装步骤如下：

(1)在地质钻探过程中遇到需要下套管的地层时，起钻管具，重新下入带扩孔钻头的钻管具到指定深度，对需要隔离地层进行扩孔，要求所扩孔径大于组合套管外径20mm以上，扩孔深度以穿透需隔离地层为准，扩孔到位后起拔钻管具；

(2)根据钻探孔径选配相应规格的组合管片，所选用组合管片外径比钻孔孔径小5mm为宜；根据所需隔离地层厚度确定出组合套管组装好之后的长度，计算形成组合套管所需材料的圈数，然后算出需要的组合管片下料长度；按需要选择好材料规格并下好相应用量的材料；

(3)将需要下入孔内的组合管片7安装到上述变径组合管的拼装工具的内筒1上，组合管片7内壁的第一齿条700与内筒1外壁的第二齿条100相互啮合；将引导片9装配到变径头3上，将变径头3安装到外筒2底部，然后将内筒1及组合管片7一起插入外筒2内，此时组合管片7置于内、外筒之间的环形安装腔内，且外筒2可以相对转动；

(4)用钻杆将装配好的拼装工具及组合管片7一起下入钻孔内指定深度，一般以超出需隔离地层深度0.5m为宜，或到达扩孔底部；固定好外筒2，顺时针旋转内筒1，在内筒1底部的变径机构6的作用下将变径头3推开至图4所示；

(5)变径头3外扩到位后，固定内筒1不动，逆时针旋转外筒2，带动变径头3逆时针旋转，因组合管片7被固定在内筒1上，形成组合管片7与外筒2 及变径头3的相对转动，此时由于内筒1固定不动，外筒2便会带着变径头3 旋转向上移动，在移动至组合管片7的下端时，其组合管片7的下端从变径头3 铰链端的进口500进入拼装卡槽5内，继续逆向旋转外筒1，变径头3继续向上旋转移动，组合管片7便会从拼装卡槽5的出口向下移，先出来的组合管片与后出来的组合管片压接在一起，不停的旋转外筒，底部就会不停组装，一直到拼装工具内外筒之间的装组合管片用完，在外筒2外部形成一个完整的套筒，其套筒的刚好安装在步骤1扩孔部位，此时外筒2与内筒1会自动分开；

(6)组合套管安装完成后，可继续旋转外筒2，观察外筒2是否上移，以判断孔内组合管片是否安装顺利，也可根据旋转外筒力量来大致判断，当组合管片完全组装完后，拼装工具将与组合管片自动分离，起拔拼装工具即可。

由于本发明中的组合套管主要用于地质钻孔，而地质钻孔中的套管主要起隔离地层作用，只要使用其骨架支撑性能，保持管外的物质不进入管内便可，并不需要对其防水性能有要求，所以本发明中的套管可以实现上述隔离地层支撑管壁的功能，是能够用于地质钻孔中，本发明可完全克服以往套管隔离法中套管安装不便的问题。

综上所述，为本发明列举的一个实施例，但本发明不仅限于上述实施例，只要以任何相同或相似的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种变径套管组件，其特征在于：所述套管组件包括组合管片(7)和管片拼装工具，所述组合管片(7)是在外力的作用下压缩成管状结构的螺旋管片，在其相邻螺旋环(700)的接触面设有相互匹配的子母拼接件(10)，并在组合管片(7)压缩至两相邻螺旋环紧密接触时，相邻螺旋环接触面的子母拼接件(10)相互拼接连为一体；所述管片拼装工具包括内筒(1)、外筒(2)和变径头(3)，所述内筒(1)置于外筒(2)内，并在内筒(1)和外筒(2)之间设有组合管片安装腔(4)；所述变径头(3)为弧形结构，其中一端通过铰链件(8)安装在外筒(2)的底部，在变径头(3)内设有拼装卡槽(5)，所述拼装卡槽(5)的进口(500)和出口(501)分别设置在弧形变径头(3)的两端，且进口(500)设置在临近铰链件(8)的一端，并与组合管片安装腔(4)的下端出口相对应；在内筒(1)的下部设有变径机构(6)，并在旋转内筒(1)时变径机构(6)向外推送变径头(3)完成变径过程，且变径后的变径头(3)进口(500)仍与组合管片安装腔(4)的下端出口相对应；所述组合管片(7)安装在管片安装腔(4)内，在变径头(3)外扩变径后，逆向旋转外筒(2)将组合管片(7)引入拼装卡槽(5)内进行组合管片(7)的组合拼装。

2.根据权利要求1所述的一种变径套管组件，其特征在于：所述套管组件还包括引导片(9)，所述引导片(9)的形状与组合管片(7)完全相同，采用塑胶材质制成；所述引导片(9)安装在变径头(3)内。

3.根据权利要求1或2所述的一种变径套管组件，其特征在于：所述组合管片(7)采用冷轧钢板制成，组合管片(7)插入拼装卡槽(5)的端部削成尖端，其管片厚度与组合管片安装腔(4)的宽度相等，在组合管片(7)的内壁设有第一齿条(700)，第一齿条(700)沿着螺旋管片分布，在内筒(1)的外壁设有与第一齿条(700)相匹配的第二齿条(100)，并在组合管片(7)安装到组合管片安装腔(4)时，组合管片(7)内壁的第一齿条(700)与内筒(1)外壁的第二齿条(100)相互啮合，并将内筒(1)与外筒(2)连接。

4.根据权利要求1或2所述的一种变径套管组件，其特征在于：所述子母拼接件(10)包括分别设置在两个相邻螺旋环片(701)接触面上且相互匹配的卡块(1000)和卡槽(1001)，并在组合管片(7)压紧状态下，相邻螺旋环片(701)接触面的卡块(1000)对应嵌入卡槽(1001)内，且压缩拼接后所有的螺旋环片(701)内壁在同一平面上，外壁也在同一平面上；所述螺旋管片(701)的每个螺旋环(701)的上下端面分别设有子母拼接件(10)，且上下端面的拼接件相同或者相互匹配；当单个螺旋环(701)上下端面的拼接件相同时，相邻两个螺旋环(701)为截面不同的螺旋环，且相邻两个螺旋环(701)上的拼接件相互匹配。

5.根据权利要求1或2所述的一种变径套管组件，其特征在于：所述内筒(1)的长度大于外筒(2)的长度；所述变径机构(6)为设置在内筒(1)底部的弧形槽；所述变径头(3)的弧度与外筒(2)的弧度相同，通过插销(800)与外筒(2)底部的插销座(801)铰链连接，并可沿着插销(800)向外旋转；所述变径头(3)未扩径时，嵌入弧形槽内，形成的圆弧外径等于或小于外筒(2)的外径，在内筒(1)旋转过程中，变径头(3)沿着弧形槽旋转，并在旋转置弧形槽与内筒(1)连接部位时被向外推出，其出口端形成的圆弧直径大于外筒(2)的外径。

6.根据权利要求2所述的一种变径套管组件，其特征在于：所述变径头(3)的进口(500)设置在临近铰链件(8)的一端，其进口部位的拼装卡槽高度与组合管片(7)的单个螺旋环片(701)的高度相等，出口部位的拼装卡槽高度为两个螺旋环片(701)的总高度减去两个螺旋环片(701)上的子母拼接件(10)的高度，在出口部位的拼装卡槽(5)底部开设有拼接件卡槽(502)，并在出口部位的拼装卡槽高出进口部位拼装卡槽区域临近进口(500)的一侧开设有引导片卡口(503)；所述引导片(9)的下端从引导片卡口(503)插入拼装卡槽(5)并固定在拼装卡槽(5)的出口部位，上端反向旋转一圈后从拼装卡槽(5)的出口插入拼装卡槽(5)内并与固定在出口部位的引导片(9)下端卡接；固定在拼装卡槽(5)的出口部位引导片(9)下方的子母拼接件(10)嵌入拼接件卡槽(502)内。

7.一种权利要求2中的变径套管组件应用于地质钻孔中的安装方法，其特征在于具体步骤如下：

(1)在地质钻探过程中遇到需要下套管的地层时，拔起钻管具，下入带扩孔钻头的钻管具到指定深度，对需要隔离地层进行扩孔，其扩孔孔径大于组合管片外径20mm以上，扩孔深度以穿透需隔离地层为准，扩孔到位后起拔钻管具；

(2)根据钻探孔径选配相应规格的组合管片，并根据需隔离地层厚度确定出组合管片组装好之后的长度，计算形成组合套管所需组合管片的螺旋环圈数，确定组合管片下料长度；

(3)根据组合管片的下料长度来选择合适长度的拼装工具，将长度相匹配的组合管片套设在内筒外壁内；将引导片装配到变径头的拼装卡槽内，并将其旋转一圈后将引导片的两端部在拼装卡槽的出口部位拼装固定，并将变径头安装到外筒底部；然后将套有组合管片的内筒插入外筒内，将其装配好，且装配好的内筒和外筒可以相对转动；

(4)将装配好的拼装工具及组合管片一起下入钻孔内指定深度，固定好外筒，顺时针旋转内筒，通过内筒底部的变径机构将变径头向外推开，至使变径头的出口端置于外筒壁以外的区域；

(5)变径头外扩到位后，固定内筒不动，逆时针旋转外筒，带动变径头逆时针旋转，套设在内筒上的组合管片与内筒固定不动，变径头旋转过程中向上移动，在移动至组合管片的下端时，组合管片的下端从变径头铰链端的进口进入拼装卡槽内，继续逆时针旋转外筒，变径头继续逆时针旋转上移，进入拼装卡槽内组合管片在变径头上移的过程中从变径头的出口向下移出拼装卡槽，先出来的组合管片与后出来的组合管片自动压接在一起拼装成一个完整的管体；不停的旋转外筒，至使内筒外壁的组合管片拼装完成后，外筒与内筒自动分开，拔出拼装工具，完成需隔离地层的套筒安装。

8.根据权利要求7所述的一种变径套管组件应用于地质钻孔中的安装方法，其特征在于：所述步骤(2)中的选用的组合管片外径比钻孔孔径小5mm；所述步骤(4)中拼装工具及组合管片下入深度超过隔离地层深度至少0.5m或到达扩孔底部。

9.根据权利要求7所述的一种变径套管组件应用于地质钻孔中的安装方法，其特征在于：所述步骤(3)中的内筒外径与组合管片内径相等，并在内筒外壁和组合管片内壁设有相互匹配的齿条，在组合管片套设在内筒外壁时，内筒外壁的齿条与组合管片内壁的齿条相互啮合；变径头进口端通过铰链件安装在外筒底部，且内筒的底部设有弧形凹槽状变径机构，在变径头安装好之后，嵌入内筒底部的弧形凹槽内，并在旋转内筒时，变径头沿着弧形凹槽旋转置弧形凹槽与内筒接触部位时被向外推送进行变径；所述引导片安装时，其下端从拼装卡槽的进口插入，逆向旋转变径头一圈，使引导片的上端与下端在出口部位卡接固定。

10.根据权利要求7所述的一种变径套管组件应用于地质钻孔中的安装方法，其特征在于：所述步骤(5)中在组合管片拼装完成后，通过旋转外筒观察外筒是否上移或根据旋转外筒力量来判断内孔组合管片是否安装顺利，当组合管片完全组装完后，起拔拼装工具。

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