CN112377135A - 一种油井套管液压变径滚珠整形器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种套管整形器，尤其是一种油井套管液压变径滚珠整形器，属于油气开采技术领域。包括水力锚定装置、液压动力装置以及整形头装置，水力锚定装置下端与液压动力装置上端螺纹连接，液压动力装置下端与整形头装置上端螺纹连接。水力锚定装置对整形器进行锚定时，带有齿形的上卡瓦组以及下卡瓦组同时径向向外扩张实现双重锚定，锚定性能好；液压动力装置由五级液压缸串联而成，能为活塞杆提供足够大的驱动力；整形头装置整形时向活塞杆的进给主油路注入液压油，活塞杆向下运动并带动锥形主芯相对锥形外套向下滑动使滚珠凸出锥形外套，对套管缩径或变形处滚压完成整形作业，采用点接触整形相比传统的面接触整形，其整形效果更好且不容易对套管造成损坏。

Description

一种油井套管液压变径滚珠整形器

技术领域

本发明涉及一种套管整形器，尤其是一种油井套管液压变径滚珠整形器，属于油气开采技术领域。

背景技术

随着越来越多的油田开发进入中后期，受到地质、工程和腐蚀等因素的影响，油气井会发生不同程度的套管变形，进而影响到油田正常生产。现阶段套管变形后，施工人员的补救措施主要分为两种：一种是利用炸药爆破产生冲击波进行整形，也即爆炸整形，通过冲击波将径缩部位扩径进而恢复油井的正常作业，但是炸药的使用量很难把控并且爆炸产生的冲击波方向无法准确控制，常会导致套管损坏。另一种是通过对整形头对套管变形部位施加作用力进行整形，也即机械整形，通过将整形头下放到套管变形位置，给整形头施加力将套管变形位置强行挤压，但是整形头易损坏而且对套管也有一定损伤。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供了一种油井套管液压变径滚珠整形器，本发明采用的技术方案如下：

一种油井套管液压变径滚珠整形器，其特征在于，包括水力锚定装置、液压动力装置以及整形头装置，所述水力锚定装置下端与液压动力装置上端螺纹连接，所述液压动力装置下端与整形头装置上端螺纹连接。

优选的，所述水力锚定装置包括上接头、外钩套、上芯套、上连接套、上活塞锥套上段、上压缩弹簧、上内套、上卡瓦组、上活塞锥套下段、下芯套、下连接套、下活塞锥套、下压缩弹簧、下内套、下卡瓦组、下接头、固定套；所述上接头与所述外钩套螺纹连接，所述外钩套与所述上连接套滑动连接，所述上连接套滑动安装在所述上芯套外部，所述上芯套上端通过所述外钩套内轴肩轴向定位，下端与所述上内套螺纹连接，所述上连接套与所述上活塞锥套上段螺纹连接，且所述上活塞锥套上段下端滑动安装在所述上内套外部，在所述上芯套与所述上活塞锥套上段环空内设置有所述上压缩弹簧，且所述上压缩弹簧位于所述上连接套与所述上内套之间，所述上活塞锥套下段滑动安装在所述上内套外部，且在所述上活塞锥套上段与所述上活塞锥套下段之间设置有所述上卡瓦组，所述固定套一端与所述上内套螺纹连接，另一端与下芯套螺纹连接，且所述下芯套上端通过上内套轴向定位，下端与所述下内套螺纹连接，所述下芯套外部滑动安装有所述下连接套，且所述下连接套上端面与所述固定套下端面接触，所述下连接套与所述下活塞锥套螺纹连接，且所述下活塞锥套下端滑动安装在所述下内套外部，在所述下芯套与所述下活塞锥套环空内设置有所述下压缩弹簧，且所述下压缩弹簧位于所述下连接套与所述下内套之间，所述下接头与所述下内套螺纹连接，在所述下接头与所述下活塞锥套之间设置有所述下卡瓦组。

优选的，所述液压动力装置由五级液压缸串联而成，包括活塞杆、水力锚接头、缸体、连接头、活塞、压缩弹簧、密封装置、缓冲套、端盖；所述水力锚接头上端与所述下接头螺纹连接，下端与所述缸体螺纹连接，最后一级所述缸体与所述端盖螺纹连接，所述缸体内自上而下依次设置有所述连接头、活塞、压缩弹簧、缓冲套，所述活塞杆依次穿过串联的五级所述连接头、活塞、压缩弹簧、缓冲套以及所述端盖，其中，所述连接头固定安装在所述缸体内，所述活塞滑动安装在所述缸体内，所述缓冲套与所述活塞固定连接，所述活塞杆与所述连接头滑动连接，所述活塞杆与所述活塞之间为固定连接，所述压缩弹簧设置于所述连接头与所述活塞之间，在所述活塞与所述缸体之间设置有密封装置。

优选的，所述整形头装置包括护套、锥形外套、锥形主芯、滚珠、滚珠外球座、滚珠内球座、主芯压缩弹簧、引导锥；所述活塞杆下端穿过所述护套与所述锥形主芯固定连接，所述护套与所述锥形外套螺纹连接，所述锥形主芯安装在所述锥形外套内部，所述锥形外套绕其轴线开设有多个均匀分布的滚珠外球座，所述锥形主芯绕其轴线开设有多个均匀分布的与所述滚珠外球座相对应的滚珠内球座，所述滚珠外球座与所述滚珠内球座构成球座，所述滚珠活动安装在所述球座内，所述锥形外套与所述引导锥螺纹连接，所述锥形外套、锥形主芯、引导锥三者之间形成容置腔体，所述主芯压缩弹簧设置于所述容置腔体内。

优选的，所述水力锚定装置还包括上环形弹簧片、下环形弹簧片，所述上卡瓦组滑动安装在所述上内套外部且由两个上卡瓦构成，且所述两个上卡瓦之间通过所述上环形弹簧片连接，所述上卡瓦组外圆柱面上设有齿形；所述下卡瓦组滑动安装在所述下内套外部且由两个下卡瓦构成，且所述两个下卡瓦之间通过所述下环形弹簧片连接，所述下卡瓦组外圆柱面上设有齿形。

优选的，所述上活塞锥套上段下端设置为锥面，所述上活塞锥套下段上端设置为锥面，所述上卡瓦组上端设置有与上活塞锥套上段下端锥面相配合的锥面，所述上卡瓦组下端设置有与上活塞锥套下段上端锥面相配合的锥面；所述下活塞锥套下端设置为锥面，所述下接头上端设置为锥面，所述下卡瓦组上端设置有与下活塞锥套下端锥面相配合的锥面，所述下卡瓦组下端设置有与下接头上端锥面相配合的锥面。

优选的，所述上活塞锥套上段绕其轴线开设有多个均匀分布的上锥套过流孔，所述上内套绕其轴线开设有多个均匀分布的上内套过流孔，所述上锥套过流孔、上内套过流孔、水力锚定装置内腔依次连通；所述下活塞锥套绕其轴线开设有多个均匀分布的下锥套过流孔，所述下内套绕其轴线开设有多个均匀分布的下内套过流孔，所述下锥套过流孔、下内套过流孔、水力锚定装置内腔依次连通。

优选的，所述上芯套与所述上接头之间设置有密封装置，所述上内套与所述上活塞锥套上段之间设置有密封装置，所述下内套与所述下活塞锥套之间均设置有密封装置。

优选的，所述活塞杆轴向开设有进给主油路，在所述活塞杆上还开设有五个与所述进给主油路垂直且等间距平行设置的进给支油路，所述进给支油路一端连通所述进给主油路，另一端连通所述连接头、所述活塞以及所述活塞杆之间形成的封闭腔体；所述活塞杆轴向开设有与所述进给主油路平行设置的返回主油路，在所述活塞杆上还开设有五个与所述返回主油路垂直且等间距平行设置的返回支油路，所述返回支油路一端连通所述返回主油路，另一端连通所述连接头与所述活塞杆之间形成的上部环空。

优选的，所述液压动力装置最底部的连接头与所述活塞杆之间设置有活塞杆密封，所述液压动力装置最底部的连接头与所述缸体之间设置有连接头密封，所述端盖与所述活塞杆之间设置有端盖密封。

优选的，所述锥形主芯上端开设有主芯连接孔，所述主芯连接孔设置有内螺纹，所述活塞杆下端设置有与所述主芯连接孔内螺纹配合的外螺纹。

优选的，所述引导锥底部中心位置开设有排沙孔，所述排沙孔用于将套管整形时进入所述容置腔体内的泥沙排出。

优选的，所述锥形主芯滑动安装在所述锥形外套内部，且所述锥形外套与所述锥形主芯之间有一定间隙，所述锥形外套的整形段包括第一圆柱部与第一圆锥部，所述锥形主芯的整形段包括第二圆柱部、第二圆锥部以及用于衔接圆柱部与圆锥部的过渡圆锥部，所述第一圆柱部与所述第二圆柱部对应且二者之间的间隙固定不变，所述第一圆锥部与第二圆锥部对应且二者之间的间隙固定不变，所述第一圆柱部与第一圆锥部的折弯处与所述过渡圆锥部对应，且二者之间的间隙自上而下逐渐增大。

本发明具有如下优点：本发明的水力锚定装置对整形器进行锚定时，带有齿形的上卡瓦组以及下卡瓦组同时径向向外扩张实现双重锚定，锚定性能好；本发明的液压动力装置由五级液压缸串联而成，能为活塞杆提供足够大的驱动力；本发明的整形头装置整形时向活塞杆的进给主油路注入液压油，活塞杆向下运动并带动锥形主芯相对锥形外套向下滑动使滚珠凸出锥形外套，对套管缩径或变形处滚压完成整形作业，采用点接触整形相比传统的面接触整形，其整形效果更好且不容易对套管造成损坏。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种油井套管液压变径滚珠整形器的整体结构示意图；

图2为本发明实施例一种油井套管液压变径滚珠整形器的水力锚定装置结构示意图；

图3为本发明实施例一种油井套管液压变径滚珠整形器的液压动力装置结构示意图；

图4为本发明实施例一种油井套管液压变径滚珠整形器的整形头装置结构示意图；

图5为本发明实施例一种油井套管液压变径滚珠整形器图4中A处放大图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将结合图1-图5对本发明实施例的一种油井套管液压变径滚珠整形器进行详细的说明。

参考图1所示，本发明实施例提供的一种油井套管液压变径滚珠整形器，包括水力锚定装置100、液压动力装置200以及整形头装置300，水力锚定装置100下端与液压动力装置200上端螺纹连接，液压动力装置200下端与整形头装置300上端螺纹连接。其中，水力锚定装置100用于将整形器固定在套管变形位置，液压动力装置200用于驱动整形头装置300，并采用五级活塞液压缸串联来增大活塞杆的推力，整形头装置300用于对变形套管进行整形。

参考图1、图2所示，本发明实施例的水力锚定装置100包括上接头101、外钩套102、上芯套103、上连接套104、上活塞锥套上段105、上压缩弹簧107、上内套108、上卡瓦组110、上活塞锥套下段112、下芯套113、下连接套114、下活塞锥套115、下压缩弹簧117、下内套118、下卡瓦组120、下接头122、固定套123；其中，上接头101下端与外钩套102上端螺纹连接，上连接套104为阶梯状回转结构，外钩套102下端与上连接套104上端滑动连接，上连接套104滑动安装在上芯套103外部，也即外钩套102与上连接套104之间、上连接套104与上芯套103之间均为滑动连接，上芯套103上端通过外钩套102内轴肩轴向定位，下端与上内套108螺纹连接，上连接套104下端与上活塞锥套上段105上端螺纹连接，且上活塞锥套上段105下端滑动安装在上内套108外部，在上芯套103与上活塞锥套上段105环空内设置有上压缩弹簧107，且上压缩弹簧107位于上连接套104与上内套108之间，上活塞锥套下段112滑动安装在上内套108外部，且在上活塞锥套上段105与上活塞锥套下段112之间设置有上卡瓦组110，固定套123一端与上内套108螺纹连接，另一端与下芯套113螺纹连接，且下芯套113上端通过上内套108轴向定位，下端与下内套118螺纹连接，下芯套113外部滑动安装有下连接套114，且下连接套114上端面与固定套123下端面接触，进而完成下连接套114的轴向定位，下连接套114下端与下活塞锥套115上端螺纹连接，且下活塞锥套115下端滑动安装在下内套118外部，在下芯套113与下活塞锥套115环空内设置有下压缩弹簧117，且下压缩弹簧117位于下连接套114与下内套118之间，下接头122与下内套118螺纹连接，在下接头122与下活塞锥套115之间设置有下卡瓦组120。

需要说明的是，水力锚定装置100各部件间的螺纹连接自上而下依次为：上接头101与外钩套102之间、上连接套104与上活塞锥套上段105之间、上芯套103与上内套108之间、上内套108与固定套123之间、下芯套113与固定套123之间、下连接套114与下活塞锥套115之间、下芯套113与下内套118之间，下内套118与下接头122之间。

参考图1、图2所示，水力锚定装置100还包括上环形弹簧片111、下环形弹簧片121，其中，上卡瓦组110滑动安装在上内套108外部且由两个上卡瓦构成，且两个上卡瓦之间通过上环形弹簧片111连接；初始位置(整形器固定前)时，两个上卡瓦通过上环形弹簧片111抱合在上内套108外部，此时上活塞锥套上段105位于上极限位置，也即上活塞锥套上段105与上卡瓦组110外母线重合(见图2)。当液压油驱动上活塞锥套上段105向下运动时，上活塞锥套上段105通过锥形斜面将力传递给上卡瓦组110，两个上卡瓦构成克服上环形弹簧片111之间的弹性拉力，沿径向向外运动进行扩张，直至两个上卡瓦分别压紧固定在套管壁上。为提高上卡瓦组110与套管之间的固定效果，本发明在上卡瓦组110外圆柱面上设有齿形。同理，下卡瓦组120滑动安装在下内套118外部且由两个下卡瓦构成，且两个下卡瓦之间通过下环形弹簧片121连接。初始位置(整形器固定前)时，两个下卡瓦通过下环形弹簧片121抱合在下内套118外部，此时下活塞锥套115位于上极限位置，也即下活塞锥套115与下卡瓦组120外母线重合(见图2)。当液压油驱动下活塞锥套115向下运动时，下活塞锥套115通过锥形斜面将力传递给下卡瓦组120，两个下卡瓦构成克服下环形弹簧片121之间的弹性拉力，沿径向向外运动进行扩张，直至两个下卡瓦分别压紧固定在套管壁上。为提高下卡瓦组120与套管之间的固定效果，本发明在下卡瓦组120外圆柱面上设有齿形。

为提高上卡瓦组110的径向扩张效果，本发明将上活塞锥套上段105下端设置为锥面，上活塞锥套下段112上端设置为锥面，并且上卡瓦组110上端设置有与上活塞锥套上段105下端锥面相配合的锥面，上卡瓦组110下端设置有与上活塞锥套下段112上端锥面相配合的锥面。同理，为提高下卡瓦组120的径向扩张效果，本发明将下活塞锥套115下端设置为锥面，下接头122上端设置为锥面，并且下卡瓦组120上端设置有与下活塞锥套115下端锥面相配合的锥面，下卡瓦组120下端设置有与下接头122上端锥面相配合的锥面。

参考图1、图2所示，为实现上卡瓦组110的径向扩张与缩回动作，本发明的上活塞锥套上段105绕其轴线开设有多个均匀分布的上锥套过流孔106，上内套108绕其轴线开设有多个均匀分布的上内套过流孔109，上锥套过流孔106、上内套过流孔109、水力锚定装置100内腔依次连通。高压液压油经过水力锚定装置100内腔、上内套过流孔109进入上锥套过流孔106，在液压油作用下驱动上活塞锥套上段105向下运动，上卡瓦组110的两个上卡瓦克服上环形弹簧片111的弹性拉力径向向外扩张固定于套管内壁，在此过程中与上活塞锥套上段105螺纹连接的上连接套104也同步向下运动并压缩上压缩弹簧107，停止供油后，上连接套104在上压缩弹簧107的弹簧力作用下向上运动复位，上活塞锥套上段105也随之同步向上运动，此时上卡瓦组110的两个上卡瓦在上环形弹簧片111的弹簧恢复力作用下径向向内缩回复位，解除固定。

同理，为实现下卡瓦组120的径向扩张与缩回动作，本发明的下活塞锥套115绕其轴线开设有多个均匀分布的下锥套过流孔116，下内套118绕其轴线开设有多个均匀分布的下内套过流孔119，下锥套过流孔116、下内套过流孔119、水力锚定装置100内腔依次连通。高压液压油经过水力锚定装置100内腔、下内套过流孔119进入下锥套过流孔116，在液压油作用下驱动下活塞锥套115向下运动，下卡瓦组120的两个下卡瓦克服下环形弹簧片121的弹性拉力径向向外扩张固定于套管内壁，在此过程中与下活塞锥套115螺纹连接的下连接套114也同步向下运动并压缩下压缩弹簧117，停止供油后，下连接套114在下压缩弹簧117的弹簧力作用下向上运动复位，下活塞锥套115也随之同步向上运动，此时下卡瓦组120的两个下卡瓦在下环形弹簧片121的弹簧恢复力作用下径向向内缩回复位，解除固定。

需要说明的是，为提高水力锚定装置100的密封效果，本发明的上芯套103与上接头101之间设置有密封装置，上内套108与上活塞锥套上段105之间设置有密封装置，下内套118与下活塞锥套115之间设置有密封装置。

参考图1、图3所示，本发明实施例的液压动力装置200由五级液压缸串联而成，包括活塞杆201、水力锚接头202、缸体203、连接头204、活塞205、压缩弹簧206、密封装置207、缓冲套208、端盖213；其中，水力锚接头202上端与下接头122螺纹连接，从而实现水力锚定装置100与液压动力装置200的连接固定，水力锚接头202下端与缸体203螺纹连接，最后一级液压缸的缸体203与端盖213螺纹连接，缸体203内自上而下依次设置有连接头204、活塞205、压缩弹簧206、缓冲套208，活塞杆201依次穿过串联的五级液压缸的连接头204、活塞205、压缩弹簧206、缓冲套208以及端盖213，其中，连接头204固定安装在缸体203内，活塞205滑动安装在缸体203内，缓冲套208与活塞205固定连接，活塞杆201与连接头204滑动连接，活塞杆201与活塞205固定连接，压缩弹簧206设置于连接头204与活塞205之间，在活塞205与缸体203之间设置有密封装置207。

需要说明的是，压缩弹簧206用于活塞杆201返回时减缓活塞杆201运动速度，防止活塞205与连接头204发生碰撞致其损坏。优选的，压缩弹簧206在标准普通圆柱螺旋压缩弹簧中选择，标号YA 5×45×140左GB/T2089，且材料选择高弹力不锈钢60Si2Mn，五个压缩弹簧206型号相同。缓冲套208用于活塞杆201进给运动时，防止活塞205与下级液压缸的连接头204发生碰撞致其损坏。此外，缸体203材料采用沉淀不锈钢0Cr17Ni4Cu4Nb，活塞杆201材料采用沉淀不锈钢0Cr17Ni4Cu4Nb。

参考图3所示，为实现活塞杆201的进给动作，本发明的活塞杆201轴向开设有进给主油路209，在活塞杆201上还开设有五个与进给主油路209垂直且等间距平行设置的进给支油路210，进给支油路210一端连通进给主油路209，另一端连通连接头204、活塞205以及活塞杆201之间形成的封闭腔体。具体的，高压液压油通过进给主油路209从上到下依次流经进给支油路210进入各级液压缸的连接头204、活塞205以及活塞杆201之间形成的封闭腔体，由于缸体203内的活塞205与活塞杆201固定，因此在高压液压油作用下五级活塞205会产生向下的推力并形成合力作用于活塞杆201，使活塞杆201向下运动，活塞杆201前端通过螺纹连接整形头装置300，逐渐对变形套管扩径即可完成整形任务。

为实现活塞杆201的返回动作，本发明的活塞杆201轴向开设有与进给主油路209平行设置的返回主油路211，在活塞杆201上还开设有五个与返回主油路211垂直且等间距平行设置的返回支油路212，返回支油路212一端连通返回主油路211，另一端连通连接头204与活塞杆201之间形成的上部环空。具体的，高压液压油通过返回主油路211从上到下依次流经返回支油路212进入各级液压缸的连接头204与活塞杆201之间上部环空，在高压液压油作用下五级活塞205会产生向上的推力并形成合力作用于活塞杆201，使活塞杆201向上运动，返回复位，完成一个工作周期。在此过程中，进给主油路209充当回油通道。

需要说明的是，为提高液压动力装置200的密封效果，本发明在液压动力装置200最底部的连接头204与活塞杆201之间设置有活塞杆密封214，优选的，活塞杆密封214采用O型密封圈；在液压动力装置200最底部的连接头204与缸体203之间设置有连接头密封215，优选的，连接头密封215采用O型密封圈；在端盖213与活塞杆201之间设置有端盖密封216，优选的，端盖密封216采用O型密封圈。

参考图4、图5所示，本发明实施例的整形头装置300包括护套301、锥形外套302、锥形主芯303、滚珠305、滚珠外球座306、滚珠内球座307、主芯压缩弹簧308、引导锥309；其中，活塞杆201下端穿过护套301与锥形主芯303固定连接，进而实现液压动力装置200与整形头装置300的螺纹连接固定，具体的，在锥形主芯303上端开设有主芯连接孔304，主芯连接孔304设置有内螺纹，活塞杆201下端设置有与主芯连接孔304内螺纹配合的外螺纹，活塞杆201与主芯连接孔304通过螺纹配合安装在一起。护套301与锥形外套302螺纹连接，锥形主芯303滑动安装在锥形外套302内部，锥形外套302绕其轴线开设有多个均匀分布的滚珠外球座306，锥形主芯303绕其轴线开设有多个均匀分布的与滚珠外球座306相对应的滚珠内球座307，滚珠外球座306与滚珠内球座307构成球座，滚珠305活动安装在球座内，锥形外套302与引导锥309螺纹连接，锥形外套302、锥形主芯303、引导锥309三者之间形成容置腔体，主芯压缩弹簧308设置于容置腔体内。如图5所示，滚珠外球座306截面呈等腰梯形，沿径向自内向外逐渐减小，且滚珠305直径小于滚珠外球座306内径(也即梯形的下底)，滚珠305直径大于滚珠外球座306外径(也即梯形的上底)，从而保证滚珠305能在球座内滚动，但又不会脱离球座。

为避免泥沙通过球座进入容置腔体并造成淤积，本发明在引导锥309底部中心位置开设有排沙孔310，该排沙孔310用于将套管整形时进入容置腔体内的泥沙排出；引导锥309用于整形头装置300下放时清除残留阻碍物，以此来保护滚珠305；主芯压缩弹簧308用于对锥形主芯303与锥形外套302之间的相对滑动进行缓冲，减缓锥形主芯303对滚珠的挤压作用力与挤压速度，从而达到保护滚珠305以提高滚珠305使用寿命的目的。

需要说明的是，主芯压缩弹簧308用于锥形主芯303相对于锥形外套302向下运动时进行速度缓冲，防止滚珠305受力过大导致整形头装置300损坏；其中，主芯压缩弹簧308在标准普通圆柱螺旋压缩弹簧中选择，标号YA 14×85×340左GB/T2089，且材料选择高弹力不锈钢60Si2Mn。护套301、锥形外套302、锥形主芯303、滚珠305、引导锥309的材料均选用硬质合金。

参考图5所示，锥形主芯303滑动安装在锥形外套302内部，且锥形外套302与锥形主芯303之间有一定间隙，锥形外套302的整形段包括第一圆柱部与第一圆锥部，锥形主芯303的整形段包括第二圆柱部、第二圆锥部以及用于衔接圆柱部与圆锥部的过渡圆锥部，第一圆柱部与第二圆柱部对应且二者之间的间隙固定不变，第一圆锥部与第二圆锥部对应且二者之间的间隙固定不变，第一圆柱部与第一圆锥部的折弯处与过渡圆锥部对应，且二者之间的间隙自上而下逐渐增大。通过如此设置，能够保证锥形主芯303相对锥形外套302进行短行程滑动。

需要说明的是，本发明实施例的整形头装置300通过锥形主芯303相对锥形外套302短行程滑动来改变滚珠305在球座中的径向位置，并通过滚珠305滚压套管变形处完成对变形套管的整形修复作业，本发明将传统整形器的面接触整形改进为点接触整形，在不毁坏套管的前提下大幅度提高了胀压力，同时锥形主芯303的短行程设计使滚珠305凸出球座后能够快速缩回，可以有效避免套管整形器发生卡井事故。

本发明在整形作业开始之前，先计算机模拟计算出整形器到达套管变形位置后所受阻力大小，而后将整形器在套管内缓慢下放，下放过程中当其所受阻力的大小与模拟计算值相近且逐渐增大时，即可确定为套管发生缩径或变形的位置。此时停止下放，开始为整形器通入液压油并加压，当压力到达设定值时，水力锚定装置100的上卡瓦组110以及下卡瓦组120径向向外扩张，实现整形器的锚定；整形头装置300整形时所需要的推力由五级液压缸串联而成的液压动力装置200提供；向活塞杆201的进给主油路209注入液压油，活塞杆201向下运动并带动锥形主芯303相对锥形外套302向下滑动使滚珠305凸出锥形外套302，对套管缩径或变形处滚压完成整形作业。整形结束后，地面的液压油进行释压，上卡瓦组110与下卡瓦组120分别在上压缩弹簧107与下压缩弹簧117作用下复位，解锚；给活塞杆201的返回主油路211注入液压油，活塞杆201向上运动复位，并带动锥形主芯303相对锥形外套302向上滑动使滚珠305复位。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种油井套管液压变径滚珠整形器，其特征在于，包括水力锚定装置、液压动力装置以及整形头装置，所述水力锚定装置下端与液压动力装置上端螺纹连接，所述液压动力装置下端与整形头装置上端螺纹连接。

所述水力锚定装置包括上接头、外钩套、上芯套、上连接套、上活塞锥套上段、上压缩弹簧、上内套、上卡瓦组、上活塞锥套下段、下芯套、下连接套、下活塞锥套、下压缩弹簧、下内套、下卡瓦组、下接头、固定套；所述上接头与所述外钩套螺纹连接，所述外钩套与所述上连接套滑动连接，所述上连接套滑动安装在所述上芯套外部，所述上芯套上端通过所述外钩套内轴肩轴向定位，下端与所述上内套螺纹连接，所述上连接套与所述上活塞锥套上段螺纹连接，且所述上活塞锥套上段下端滑动安装在所述上内套外部，在所述上芯套与所述上活塞锥套上段环空内设置有所述上压缩弹簧，且所述上压缩弹簧位于所述上连接套与所述上内套之间，所述上活塞锥套下段滑动安装在所述上内套外部，且在所述上活塞锥套上段与所述上活塞锥套下段之间设置有所述上卡瓦组，所述固定套一端与所述上内套螺纹连接，另一端与下芯套螺纹连接，且所述下芯套上端通过上内套轴向定位，下端与所述下内套螺纹连接，所述下芯套外部滑动安装有所述下连接套，且所述下连接套上端面与所述固定套下端面接触，所述下连接套与所述下活塞锥套螺纹连接，且所述下活塞锥套下端滑动安装在所述下内套外部，在所述下芯套与所述下活塞锥套环空内设置有所述下压缩弹簧，且所述下压缩弹簧位于所述下连接套与所述下内套之间，所述下接头与所述下内套螺纹连接，在所述下接头与所述下活塞锥套之间设置有所述下卡瓦组。

所述液压动力装置由五级液压缸串联而成，包括活塞杆、水力锚接头、缸体、连接头、活塞、压缩弹簧、密封装置、缓冲套、端盖；所述水力锚接头上端与所述下接头螺纹连接，下端与所述缸体螺纹连接，最后一级所述缸体与所述端盖螺纹连接，所述缸体内自上而下依次设置有所述连接头、活塞、压缩弹簧、缓冲套，所述活塞杆依次穿过串联的五级所述连接头、活塞、压缩弹簧、缓冲套以及所述端盖，其中，所述连接头固定安装在所述缸体内，所述活塞滑动安装在所述缸体内，所述缓冲套与所述活塞固定连接，所述活塞杆与所述连接头滑动连接，所述活塞杆与所述活塞之间为固定连接，所述压缩弹簧设置于所述连接头与所述活塞之间，在所述活塞与所述缸体之间设置有密封装置。

所述整形头装置包括护套、锥形外套、锥形主芯、滚珠、滚珠外球座、滚珠内球座、主芯压缩弹簧、引导锥；所述活塞杆下端穿过所述护套与所述锥形主芯固定连接，所述护套与所述锥形外套螺纹连接，所述锥形主芯安装在所述锥形外套内部，所述锥形外套绕其轴线开设有多个均匀分布的滚珠外球座，所述锥形主芯绕其轴线开设有多个均匀分布的与所述滚珠外球座相对应的滚珠内球座，所述滚珠外球座与所述滚珠内球座构成球座，所述滚珠活动安装在所述球座内，所述锥形外套与所述引导锥螺纹连接，所述锥形外套、锥形主芯、引导锥三者之间形成容置腔体，所述主芯压缩弹簧设置于所述容置腔体内。

2.根据权利要求1所述的油井套管液压变径滚珠整形器，其特征在于，所述水力锚定装置还包括上环形弹簧片、下环形弹簧片，所述上卡瓦组滑动安装在所述上内套外部且由两个上卡瓦构成，且所述两个上卡瓦之间通过所述上环形弹簧片连接，所述上卡瓦组外圆柱面上设有齿形；所述下卡瓦组滑动安装在所述下内套外部且由两个下卡瓦构成，且所述两个下卡瓦之间通过所述下环形弹簧片连接，所述下卡瓦组外圆柱面上设有齿形。

3.根据权利要求2所述的油井套管液压变径滚珠整形器，其特征在于，所述上活塞锥套上段下端设置为锥面，所述上活塞锥套下段上端设置为锥面，所述上卡瓦组上端设置有与上活塞锥套上段下端锥面相配合的锥面，所述上卡瓦组下端设置有与上活塞锥套下段上端锥面相配合的锥面；所述下活塞锥套下端设置为锥面，所述下接头上端设置为锥面，所述下卡瓦组上端设置有与下活塞锥套下端锥面相配合的锥面，所述下卡瓦组下端设置有与下接头上端锥面相配合的锥面。

4.根据权利要求3所述的油井套管液压变径滚珠整形器，其特征在于，所述上活塞锥套上段绕其轴线开设有多个均匀分布的上锥套过流孔，所述上内套绕其轴线开设有多个均匀分布的上内套过流孔，所述上锥套过流孔、上内套过流孔、水力锚定装置内腔依次连通；所述下活塞锥套绕其轴线开设有多个均匀分布的下锥套过流孔，所述下内套绕其轴线开设有多个均匀分布的下内套过流孔，所述下锥套过流孔、下内套过流孔、水力锚定装置内腔依次连通。

5.根据权利要求4所述的油井套管液压变径滚珠整形器，其特征在于，所述上芯套与所述上接头之间设置有密封装置，所述上内套与所述上活塞锥套上段之间设置有密封装置，所述下内套与所述下活塞锥套之间均设置有密封装置。

6.根据权利要求1所述的油井套管液压变径滚珠整形器，其特征在于，所述活塞杆轴向开设有进给主油路，在所述活塞杆上还开设有五个与所述进给主油路垂直且等间距平行设置的进给支油路，所述进给支油路一端连通所述进给主油路，另一端连通所述连接头、所述活塞以及所述活塞杆之间形成的封闭腔体；所述活塞杆轴向开设有与所述进给主油路平行设置的返回主油路，在所述活塞杆上还开设有五个与所述返回主油路垂直且等间距平行设置的返回支油路，所述返回支油路一端连通所述返回主油路，另一端连通所述连接头与所述活塞杆之间形成的上部环空。

7.根据权利要求6所述的油井套管液压变径滚珠整形器，其特征在于，所述液压动力装置最底部的连接头与所述活塞杆之间设置有活塞杆密封，所述液压动力装置最底部的连接头与所述缸体之间设置有连接头密封，所述端盖与所述活塞杆之间设置有端盖密封。

8.根据权利要求1所述的油井套管液压滚珠整形器，其特征在于，所述锥形主芯上端开设有主芯连接孔，所述主芯连接孔设置有内螺纹，所述活塞杆下端设置有与所述主芯连接孔内螺纹配合的外螺纹。

9.根据权利要求8所述的油井套管液压滚珠整形器，其特征在于，所述引导锥底部中心位置开设有排沙孔，所述引导锥底部中心位置开设有排沙孔，所述排沙孔用于将套管整形时进入所述容置腔体内的泥沙排出。

10.根据权利要求9所述的油井套管液压滚珠整形器，其特征在于，所述锥形主芯滑动安装在所述锥形外套内部，且所述锥形外套与所述锥形主芯之间有一定间隙，所述锥形外套的整形段包括第一圆柱部与第一圆锥部，所述锥形主芯的整形段包括第二圆柱部、第二圆锥部以及用于衔接圆柱部与圆锥部的过渡圆锥部，所述第一圆柱部与所述第二圆柱部对应且二者之间的间隙固定不变，所述第一圆锥部与第二圆锥部对应且二者之间的间隙固定不变，所述第一圆柱部与第一圆锥部的折弯处与所述过渡圆锥部对应，且二者之间的间隙自上而下逐渐增大。

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