CN113047799B - 一种爆炸式套管整形工具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种爆炸式套管整形工具，属油气井套管整形工具技术领域。上壳体的一端螺纹安装有上接头，上壳体的另一端螺纹安装有下壳体，下壳体圆周上装有橡胶气囊；上壳体内通过对称设置的涡轮轴承装有涡轮轴，涡轮轴下方的上壳体内通过对称设置的电机轴承装有发电机，发电机下方的上壳体内依次安装有整流器、主控单元和电解单元，主控单元和电解单元连接；该爆炸式套管整形工具结构简单，实用性好，解决了常规套管整形修复周期长、成功率低、成本高和安全系数低的问题，对对减少油气田损失、完善注采系统、可持续开发油气田具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种爆炸式套管整形工具，属油气井套管整形工具技术领域。
背景技术
随着油田开采时间的不断延长及开发工作的不断深化，油井地层中的流体场、压力场都发生极大变化，加上油气井修井施工以及井身结构、完井固井质量、管材及腐蚀等诸多因素，使得油气井套管不断发生变形、穿孔、破裂、错断等套管损坏现象。由于套损井的变形位置地层条件相当复杂，常常经受高压挤压、地应力变化、岩层下沉和地心引力等作用，导致油水井套管出现损坏情况。在油田生产过程中套管变形还会引起注采系统不完善、开采量迅速下降、影响管柱下入性等严重后果，造成间接的经济损失更大。因此，注重油气田变形套管的修复技术对减少油气田损失、完善注采系统、可持续开发油气田具有重要意义。
变形和错断是油气井最常出现的两种套管损坏情况，但常规套管整形修复技术还存在很多缺陷，如修复周期长、成功率低、成本高和安全系数低等问题。因此，研发一种爆炸式套管整形工具来对损坏的套管进行修复，是我们亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种可一次下放、多点次整形，且修复成本低、修复安全系数高，以解决常规套管整形修复周期长、成功率低、成本高和安全系数低问题的爆炸式套管整形工具。
本发明的技术方案是：
一种爆炸式套管整形工具，包括上接头、上壳体、下壳体、涡轮轴、发电机和预整形头，上壳体的一端螺纹安装有上接头，上壳体的另一端螺纹安装有下壳体，下壳体端头螺纹安装有预整形头，其特征在于：下壳体圆周上装有橡胶气囊；上壳体内通过对称设置的涡轮轴承装有涡轮轴，涡轮轴下方的上壳体内通过对称设置的电机轴承装有发电机，发电机下方的上壳体内依次安装有整流器、主控单元和电解单元，主控单元和电解单元连接；发电机通过整流器与主控单元连接；电解单元的底部设置有电极连接座，电极连接座下方的上壳体内装有点火隔板，点火隔板下方的下壳体内装有活塞，活塞通过活塞复位弹簧与点火隔板连接。
所述的涡轮轴承之间的涡轮轴上装有涡轮组，所述的涡轮组包括涡轮转子和涡轮定子，涡轮转子与涡轮轴固定连接，涡轮定子固装在上壳体内壁上。
所述的涡轮轴下端端头装有密封盘，密封盘与上壳体内壁固定密封连接，密封盘与涡轮轴滑动密封连接。
所述的密封盘与涡轮轴承之间的上壳体圆周上均布有出水孔。所述的涡轮轴上端设置有上进液中心孔，对应上进液中心孔的涡轮轴圆周上均布由上出液孔；出液孔与上进液中心孔连通。
所述的涡轮轴下端设置有下进液中心孔，对应下进液中心孔的涡轮轴圆周上呈上下间隔状设置有上液流孔和下液流孔，上液流孔和下液流孔分别与下进液中心孔连通。
所述的发电机包括电机轴、发电机定子和发电机转子，电机轴上装有发电机转子，发电机转子外围通过上壳体内壁固装有发电机定子，发电机通过电机轴与涡轮轴连接。
所述的活塞下方的下壳体灌装有液压油。
所述的下壳体圆周上均布有膨胀通孔，橡胶气囊通过箍紧环固装在膨胀通孔对应的下壳体圆周上。
所述的点火隔板为T型体，点火隔板的中心部位设置有装配孔，装配孔内活动安装有点火针，装配孔的下端口圆周上固装有点火针复位弹簧（拉簧），火针复位弹簧的一端与点火隔板连接，点火针复位弹簧的另一端与点火针连接。所述的点火针为T型体，点火针与电极连接座间歇接触连接。
所述的电极连接座两侧的电解单元上设置有出气管，出气管的一端延伸至点火隔板下方。
所述的预整形头为锥形体，预整形头的圆周上均布有环状的加强纹。
本发明的有益效果在于：
该爆炸式套管整形工具结构简单，实用性好，工作过程中，通过电解电解液产生可燃气体，并引爆可燃气体的方式提供套管整形所需的压力。相比较传统采用火药爆炸提供整形压力的装置，爆炸反应局限于工具的爆燃腔内，对井筒内环境无扰动，并且仅在工具下放到位以后通过电解作用产生可燃气体，工具上提下方过程中没有爆炸物产生，安全性有极大提高。且电解产生易燃气体的方式决定了工具可以进行多次爆炸，实现了工具一次下放，多次对套管进行整形，节约生产成本的目的。解决了常规套管整形修复周期长、成功率低、成本高和安全系数低的问题，对对减少油气田损失、完善注采系统、可持续开发油气田具有重要意义。
附图说明
图1为本发明的剖视结构示意图；
图2为本发明点火针与电极连接座的连接状态示意图；
图3为本发明的橡胶气囊的工作状态示意图，
图4为本发明的主控单元的电路图；
图5为本发明的电源电路图。
图中：1、上接头，2、上壳体，3、下壳体，4、涡轮轴，5、预整形头，6、膨胀通孔，7、箍紧环，8、橡胶气囊，9、涡轮轴承，10、涡轮组，11、出液孔，12、上液流孔，13、下液流孔，14、密封盘，15、出水孔，16、电机轴承，17、发电机，18、整流器，19、主控单元，20、电解单元，21、电极连接座，22、点火隔板，23、活塞，24、点火针，25、点火针复位弹簧，26、活塞复位弹簧。
具体实施方式
该爆炸式套管整形工具包括上接头1、上壳体2、下壳体3、涡轮轴4、发电机和预整形头5，上壳体2的一端螺纹安装有上接头1，上壳体2的另一端螺纹安装有下壳体3，下壳体3圆周上均布有膨胀通孔6，对应膨胀通孔6的下壳体3圆周上通过箍紧环7固装有橡胶气囊8。下壳体3端头螺纹安装有预整形头5，预整形头5为锥形体，预整形头5的圆周上设置有螺旋状的加强纹，以在加强预整形头5的整体强度的同时，提高入井时的下入率，防止套管的变形部位对该工具形成阻挡。
上壳体2内通过对称设置的涡轮轴承9装有涡轮轴4，涡轮轴承9之间的涡轮轴4上装有涡轮组10，涡轮组10包括涡轮转子和涡轮定子，涡轮转子与涡轮轴4固定连接，涡轮定子固装在上壳体2内壁上。涡轮轴4上端设置有上进液中心孔，对应上进液中心孔的涡轮轴4圆周上均布由上出液孔11；出液孔11与上进液中心孔连通；涡轮轴4下端设置有下进液中心孔，对应下进液中心孔的涡轮轴4圆周上呈上下间隔状设置有上液流孔12和下液流孔13，上液流孔12和下液流孔13分别与下进液中心孔连通。
涡轮轴4下端端头装有密封盘14，密封盘14与上壳体4内壁固定密封连接，密封盘14与涡轮轴4滑动密封连接，密封盘14与涡轮轴承9之间的上壳体2圆周上均布有出水孔15。密封盘14的作用是对上壳体2形成隔断，以防止工作中钻井液在上壳体2内继续下行。
涡轮轴4下方的上壳体2内通过对称设置的电机轴承16装有发电机17，发电机17包括电机轴、发电机定子和发电机转子，电机轴上装有发电机转子，发电机转子外围通过上壳体2内壁固装有发电机定子，发电机17通过电机轴与涡轮轴4连接。
发电机17下方的上壳体2内依次安装有整流器18、主控单元19和电解单元20，主控单元19和电解单元20连接；发电机17通过整流器18与主控单元19连接；电解单元20的底部设置有电极连接座21，电极连接座21下方的上壳体2内装有点火隔板22.点火隔板23为T型体，点火隔板23的中心部位设置有装配孔，装配孔内活动安装有点火针24。点火针24为T型体，点火针24与电极连接座21间歇接触连接。装配孔的下端口圆周上固装有点火针复位弹簧25，点火针复位弹簧25的一端与点火隔板22连接，点火针复位弹簧25的另一端与点火针24连接。在点火针复位弹簧25的作用下，点火针24相对点火隔板23始终保持向下的运动趋势。电极连接座21两侧的电解单元20上对称设置有出气管，出气管的一端延伸至点火隔板22下方。
点火隔板22下方的下壳体3内装有活塞23，活塞23下方的下壳体3内灌装有液压油。活塞23通过活塞复位弹簧26（拉簧）与点火隔板22连接。在活塞复位弹簧26（拉簧）的作用下，活塞23相对点火隔板23始终保持向上的运动趋势，由此对点火针24形成托举顶触，并对点火针复位弹簧25形成压缩，使点火针24与电极连接座21形成接触。
该爆炸式套管整形工具工作时，通过上接头1与钻杆连接，依据套管探伤相关数据首先确定待整形套管的整形修复位置，再依据整形修复位置确定该工具的下入位置，然后将该工具下入，工具下入过程中，初始状态下，点火针24与电极连接座21保持接触状态，且预整形头5随该工具的整体转动而转动，预整形头5通过该工具的整体转动，以及下入过程产生的径向挤压力可对变形严重的套管进行预整形，进行预整形的目的一是保证该工具能准确下入预定位置，二是通过预整形头5的先期预整形，以提高后期的整形效率、质量和成功率。工具下放到位以后，启动钻井液泵，钻井液由上接头1进入该工具。
进入该工具的钻井液由上进液中心孔进入涡轮轴4，再由上出液孔11喷出实现对涡轮组10的冲击，从而带动涡轮轴4转动，完成冲击涡轮组10的钻井液由上液流孔12再次进入涡轮轴4的下进液中心孔，然后经下液流孔13和出水孔15进入该工具与套管之间的环空。
涡轮轴4转动的同时，通过带动发电机17的电机轴带动发电机转子转动，从而产生电能并通过整流器18（MDQ100单相整流堆）为主控单元19提供工作电源。
主控单元19通过连接线向电解单元20提供工作电源（直流），电解单元20通过正、负极电解电解液，电解产生的氢气和氧气分别由出气管收集并进入点火隔板22与活塞23之间的爆燃腔室内混合。这一过程中，主控单元19内的计时电路监控电解单元20的工作时间，当电解单元20达到特定工作时长后，且电解产生的氢、氧气体汇集到一定量后； 主控单元19通过电极连接座21向点火针24供电点火。点火针24得电点火后；点火针24产生的电火花点燃爆燃腔室内混合的氢、氧气体从而爆燃，氢、氧气体爆燃产生的高温高压燃气瞬间推动活塞23下行。
活塞23下行过程中，挤压活塞23下方、下壳体3内灌装的液压油，液压油通过膨胀通孔6径向喷出，从而使橡胶气囊8径向膨胀变形，由此通过膨胀变形的橡胶气囊8挤压变形的套管，达到对变形套管进行修复整形的目的。活塞23下方的过程中，活塞复位弹簧26被拉长蓄能，同时，活塞23对点火针24形成的托举顶触状态，以及点火针复位弹簧25的压缩状态解除，点火针24与电极连接座21分离，从而切断点火信号，等待下一次点火。
氢、氧气体一次爆炸结束后，爆燃腔室内的压力下降，此时活塞23在活塞复位弹簧26的作用下上行复位，点火针24在点火针复位弹簧25的作用下上行复位，恢复至初始工作状态，即，点火针24再次与电极连接座21接触。电极连接座21与点火针24结合时，主控单元19会检测到结合时的电信号，在此信号的控制下，爆炸程序归零，等待下一次爆炸整形工作。
活塞23复位的同时，橡胶气囊8在自身弹力的作用下复位，并将液压油挤回爆燃腔室内，恢复至初始工作状态等待下一次爆炸整形。
作为点火针24的点火改进，亦可在地面改变钻井液流量，主控单元19通过检测发电机17转速感知钻井液流量的变化信号，从而给点火针24发送点火指令。
该爆炸式套管整形工具结构简单，实用性好，解决了常规套管整形修复周期长、成功率低、成本高和安全系数低的问题，对对减少油气田损失、完善注采系统、可持续开发油气田具有重要意义。
Claims (9)
1.一种爆炸式套管整形工具，包括上接头（1）、上壳体（2）、下壳体（3）、涡轮轴（4）、发电机（17）和预整形头（5），上壳体（2）的一端螺纹安装有上接头（1），上壳体（2）的另一端螺纹安装有下壳体（3），下壳体（3）端头螺纹安装有预整形头（5），其特征在于：下壳体（3）圆周上装有橡胶气囊（8）；上壳体（2）内通过对称设置的涡轮轴承（9）装有涡轮轴（4），涡轮轴（4）下方的上壳体（2）内通过对称设置的电机轴承装有发电机（17），发电机（17）下方的上壳体（2）内依次安装有整流器（18）、主控单元（19）和电解单元（20），主控单元（19）和电解单元（20）连接；发电机（17）通过整流器（18）与主控单元（19）连接；电解单元（20）底部设置有电极连接座（21），电极连接座（21）两侧的电解单元（20）上设置有出气管，电极连接座（21）下方的上壳体（2）内装有点火隔板（22），点火隔板（22）下方的下壳体（3）内装有活塞（23），活塞（23）通过活塞复位弹簧（26）与点火隔板（22）连接；预整形头（5）为锥形体，预整形头（5）的圆周上设置有螺旋状的加强纹；该整形工具工作时，主控单元（19）通过连接线向电解单元（20）提供工作电源，电解单元（20）电解产生的氢气和氧气分别由出气管收集并进入爆燃腔室内混合；这一过程中，主控单元（19）内的计时电路监控电解单元（20）的工作时间，当电解单元（20）达到特定工作时长后，且电解产生的氢、氧气体汇集到一定量后；主控单元（19）通过电极连接座（21）向点火针（24）供电点火；点火针（24）得电点火后；点火针（24）产生的电火花点燃爆燃腔室内混合的氢、氧气体从而爆燃，氢、氧气体爆燃产生的高温高压燃气瞬间推动活塞（23）下行；活塞（23）下行过程中，挤压活塞（23）下方、下壳体（3）内灌装的液压油，液压油通过膨胀通孔（6）径向喷出，从而使橡胶气囊（8）径向膨胀变形，由此通过膨胀变形的橡胶气囊（8）挤压变形的套管，达到对变形套管进行修复整形的目的。
2.根据权利要求1所述的一种爆炸式套管整形工具，其特征在于：所述的涡轮轴承（9）之间的涡轮轴（4）上装有涡轮组（10），所述的涡轮组（10）包括涡轮转子和涡轮定子，涡轮转子与涡轮轴（4）固定连接，涡轮定子固装在上壳体（2）内壁上。
3.根据权利要求2所述的一种爆炸式套管整形工具，其特征在于：所述的涡轮轴（4）下端端头装有密封盘（14），密封盘（14）与上壳体（2）内壁固定密封连接，密封盘（14）与涡轮轴（4）滑动密封连接。
4.根据权利要求3所述的一种爆炸式套管整形工具，其特征在于：所述的密封盘（14）与涡轮轴承（9）之间的上壳体（2）圆周上均布有出水孔（15）。
5.根据权利要求3所述的一种爆炸式套管整形工具，其特征在于：所述的涡轮轴（4）上端设置有上进液中心孔，对应上进液中心孔的涡轮轴（4）圆周上均布由出液孔（11）；出液孔（11）与上进液中心孔连通。
6.根据权利要求5所述的一种爆炸式套管整形工具，其特征在于：所述的涡轮轴（4）下端设置有下进液中心孔，对应下进液中心孔的涡轮轴（4）圆周上呈上下间隔状设置有上液流孔（12）和下液流孔（13），上液流孔（12）和下液流孔（13）分别与下进液中心孔连通。
7.根据权利要求1所述的一种爆炸式套管整形工具，其特征在于：所述的发电机（17）包括电机轴、发电机定子和发电机转子，电机轴上装有发电机转子，发电机转子外围通过上壳体（2）内壁固装有发电机定子，发电机（17）通过电机轴与涡轮轴（4）连接。
8.根据权利要求1所述的一种爆炸式套管整形工具，其特征在于：所述的活塞（23）下方的下壳体（3）内灌装有液压油。
9.根据权利要求8所述的一种爆炸式套管整形工具，其特征在于：所述的下壳体（3）圆周上均布有膨胀通孔（6），橡胶气囊（8）通过箍紧环（7）固装在膨胀通孔（6）对应的下壳体（3）圆周上。
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