CN117266776B - 一种井下套管液压双向膨胀整形装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种井下套管液压双向膨胀整形装置，涉及井下套管整形技术领域，针对井下套管变形的整形原理，采用外扩压板向外膨胀扩张的方式，而达到修整变形的套管，在此基础之上，采用双向膨胀的方式，具体表现为：利用注液增压的方式促使两个定位锥套呈对向移动，将竖直方向上的力转换为水平方向的力，并且利用内部的驱动马达促使多个外扩压板进行往复定角度旋转，其目的是：以单一位置上的外扩压板配合旋转动作完成多角度位置上的修整动作，此外对注液增压这一过程中，根据压力变化来判断修整动作的完成度，以此达到更佳的修整效果。

Description

一种井下套管液压双向膨胀整形装置

技术领域

本发明涉及井下套管整形技术领域，具体涉及一种井下套管液压双向膨胀整形装置。

背景技术

井下套管受内、外力作用，管壁改变原状，向外凸或向里凹，严重时发生断裂，该现象叫套管变形，影响到后续的井下作业过程，对此需要对发生变形的井下套管进行整形，基本方式是利用锚定器和整形活塞，在到达目标井段后，锚定器和套管构成液压缸，液压驱动整形活塞对变形管段膨胀整形。

对井下套管整形的具体过程来说：仅仅能“检测”出变形的具体位置，而无法具体“测量”出变形方式和变形程度，而针对的整形方式多为相对静态的工作方式，继而存在无法应对不同变形程度或变形方式的问题，可以理解为：并不能完成全面的整形动作，甚至在具体操作过程中，导致整体整形结构（整形活塞）卡在进行套管中而无法移除或继续下移。

针对上述技术问题，本申请提出了一种解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种井下套管液压双向膨胀整形装置，用于解决当前井下套管整形过程处于相对静态的工作方式，无法应对不同程度上的变形程度，甚至造成整形结构被卡的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种井下套管液压双向膨胀整形装置，由锚接器、连接组件和整形组件组成，所述整形组件包括整形套柱和多个外扩压板，所述整形套柱内部中段位置上开设有油腔，所述油腔中沿竖直方向设置有两个活塞板，所述活塞板的中心点位置上均安装有定位锥套，所述定位锥套的横截面呈圆台状，且两个定位锥套的设置方向分别为竖直向上和竖直向下，两个所述定位锥套、活塞板沿油腔中心点的水平平面呈镜像对称；所述外扩压板的设置位置与定位锥套的设置位置相对应，且外扩压板位于整形套柱的外部，所述外扩压板靠近定位锥套的内曲面位置上安装有多个双头球杆，所述双头球杆一端与外扩压板之间为活动连接，且双头球杆另一端贯穿至整形套柱的内部；所述双头球杆的设置方向与定位锥套的设置方向相垂直，所述定位锥套的外曲面位置上开设有对应双头球杆另一端位置的受力滑槽，所述整形套柱对应油腔的位置上安装有三个油口，所述双头球杆的长度沿对应定位锥套的滑动方向呈等距增大或等距减小。

进一步设置为：所述锚接器、连接组件和整形组件沿从上到下的方向依次设置，所述连接组件包括橡胶外套和两个连接座，位于下侧的所述连接座下端固定安装有安装座，所述安装座内部安装有驱动马达，所述驱动马达的输出轴与整形套柱圆心点位置之间固定连接，所述整形套柱与安装座之间转动连接。

进一步设置为：所述连接座沿竖直方向呈对称设置，且两个连接座相互靠近的一侧外壁中心点位置安装有对头球杆，两个所述连接座相互靠近的外壁外侧位置上安装有多个外弯簧架，多个所述外弯簧架沿连接座的中心点呈环形阵列设置，所述橡胶外套设置在外弯簧架的外部位置上。

进一步设置为：所述外扩压板形状为X形，且外扩压板的长度等于整形套柱长度的二分之一。

进一步设置为：所述双头球杆与整形套柱之间为滑动连接，所述整形套柱对应双头球杆的内部位置上安装有定向块。

进一步设置为：所述外扩压板内曲面沿竖直方向安装有两个第一簧架，所述第一簧架沿指向整形套柱的方向呈弯曲弧形状，所述整形套柱圆周外壁位置上安装有对应第一簧架的第二簧架，所述第二簧架沿指向外扩压板的方向呈弯曲弧形状，且第二簧架与第一簧架之间相切。

进一步设置为：所述第二簧架沿竖直方向的设置长度大于第一簧架沿竖直方向的设置长度。

进一步设置为：所述油腔沿两个活塞板的设置位置分别设置为正向仓和两个反向仓，所述正向仓位于两个活塞板的中间位置，两个所述反向仓沿正向仓呈镜像对称设置，所述油口用于连接增压注液组件，所述增压注液组件包括增压结构、检测结构。

进一步设置为：所述整形套柱内部上侧和内部下侧均安装有受压弹簧组，所述受压弹簧组与定位锥套之间相连接。

本发明具备下述有益效果：本发明基于井下套管整形的基本原理，采用外扩压板向外膨胀的修整方式，具体表现为：结合注液增压的方式形成液压，推动定位锥套移动，结合到双头球杆和受力滑槽，将竖直向上的力转换为水平方向上的力，继而促使外扩压板向外部移动，达到修整井下套管的目的，在此基础上，以两组外扩压板形成双向膨胀外扩的修整方式，并对其中的外扩压板的结构形式进一步优化，具体表现为：外扩压板的形状呈X形，其目的是形成更大的修整面积，在具体修整过程中，不需要具体检测套管变形程度，而是在利用外扩膨胀修整的基础之上，对每组外扩压板施加往复定角度的旋转过程，从而以单一行驶的外扩压板完成多角度位置上的修整动作，达到更佳的修整效果；此外在注液增压这一过程中，在外扩膨胀和定角度旋转两个过程中，根据注液增压过程中的液压变化来反向判断修整动作的完成度，具体表现为：在修整动作完成度较高时，液压处于相对稳定这一状态，以检测液压的单一方式即可完成整体修整动作的起始完成时间。

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做简单地介绍，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为本发明提出的一种井下套管液压双向膨胀整形装置的结构示意图；

图2为本发明提出的一种井下套管液压双向膨胀整形装置中整形组件的结构示意图；

图3为本发明提出的一种井下套管液压双向膨胀整形装置中图2的剖视图；

图4为本发明提出的一种井下套管液压双向膨胀整形装置中连接组件的拆分图；

图5为本发明提出的一种井下套管液压双向膨胀整形装置中整形组件的剖切图；

图6为本发明提出的一种井下套管液压双向膨胀整形装置中整形组件的俯视图；

图7为本发明提出的一种井下套管液压双向膨胀整形装置中外扩压板的结构示意图；

图8为本发明提出的一种井下套管液压双向膨胀整形装置中整形组件的剖视图。

图中：1、锚接器；2、连接组件；3、整形组件；201、连接座；202、橡胶外套；301、外扩压板；302、整形套柱；4、安装座；5、对头球杆；6、外弯簧架；7、驱动马达；8、定位锥套；9、活塞板；10、第一簧架；11、双头球杆；12、受压弹簧组；13、受力滑槽；14、油口；15、第二簧架；16、定向块；17、油腔。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，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。

实施例一

对井下套管整形的具体过程中来说：无法应对不同变形程度或变形方式，可以理解为：并不能完成全面的整形动作，甚至在具体操作过程中，导致整体整形结构卡在进行套管中而无法移除或继续下移，对此提出了如下的技术方案：参照图1~8，本实施例中的一种井下套管液压双向膨胀整形装置，由锚接器1、连接组件2和整形组件3组成，整形组件3包括整形套柱302和多个外扩压板301，整形套柱302内部中段位置上开设有油腔17，油腔17中沿竖直方向设置有两个活塞板9，活塞板9的中心点位置上均安装有定位锥套8，定位锥套8的横截面呈圆台状，且两个定位锥套8的设置方向分别为竖直向上和竖直向下，两个定位锥套8、活塞板9沿油腔17中心点的水平平面呈镜像对称；外扩压板301的设置位置与定位锥套8的设置位置相对应，且外扩压板301位于整形套柱302的外部，外扩压板301靠近定位锥套8的内曲面位置上安装有多个双头球杆11，双头球杆11一端与外扩压板301之间为活动连接，且双头球杆11另一端贯穿至整形套柱302的内部；双头球杆11的设置方向与定位锥套8的设置方向相垂直，定位锥套8的外曲面位置上开设有对应双头球杆11另一端位置的受力滑槽13，整形套柱302对应油腔17的位置上安装有三个油口14，双头球杆11的长度沿对应定位锥套8的滑动方向呈等距增大或等距减小，外扩压板301形状为X形，且外扩压板301的长度等于整形套柱302长度的二分之一，双头球杆11与整形套柱302之间为滑动连接，整形套柱302对应双头球杆11的内部位置上安装有定向块16，整形套柱302内部上侧和内部下侧均安装有受压弹簧组12，受压弹簧组12与定位锥套8之间相连接。

技术原理：整体操作过程与当前井下套管整形方式基本一致，大致方式为：在将整体装置（如图1）深入到井下发生变形的具体位置后，利用其中的锚接器1完成整体装置与井下套管的固定过程，具体过程在本发明中不作说明；需要说明的是：在其中的整形组件3深入到井下套管时，每个外扩压板301外曲面轮廓直径小于井下套管的内直径，在开始进行整形时，主要是通过油口14向油腔17内部注入液压油等介质，使两个活塞板9之间的空间液压逐渐增大，促使两个活塞板9沿对向方向移动，参照图8进行说明：上侧活塞板9向上移动时，定位锥套8向上移动产生竖直向上的推力，定位锥套8与外扩压板301的初始位置如图8所示，那么在定位锥套8向上移动时，配合双头球杆11与受力滑槽13的作用关系，将竖直方向的推力转换为对应外扩压板301的水平推力，从而促使外扩压板301沿水平方向向外部膨胀扩张，例如在井下套管受外部压力向内侧发生形变时，结合到外扩压板301对形变位置的压力，将形变位置的井下套管挤压成初始状态（圆曲面）；对此还需要说明的是：在注液过程中，形成的推力是双向的，若采用单一定位锥套8的结构形式，那么有一个方向上的推力无法得到利用而“无效”，对此本发明中的外扩压板301沿竖直方向设置为两组，充分利用到沿竖向向上和竖向向下的液压，并且力方向转换过程中，采用逐级转换的方式，为了便于定位锥套8的移动，上侧位置的定位锥套8在“顶开”外扩压板301时，采用“斜面”的方式，所以上侧位置的多个双头球杆11长度沿从下到上的方向逐渐增加，其目的是：避免在力方向转换过程出现“卡壳”的问题。

实施例二

本实施例结合到实施例一中的双向外扩膨胀过程，优化出如下的技术方案：锚接器1、连接组件2和整形组件3沿从上到下的方向依次设置，连接组件2包括橡胶外套202和两个连接座201，位于下侧的连接座201下端固定安装有安装座4，安装座4内部安装有驱动马达7，驱动马达7的输出轴与整形套柱302圆心点位置之间固定连接，整形套柱302与安装座4之间转动连接。

连接座201沿竖直方向呈对称设置，且两个连接座201相互靠近的一侧外壁中心点位置安装有对头球杆5，两个连接座201相互靠近的外壁外侧位置上安装有多个外弯簧架6，多个外弯簧架6沿连接座201的中心点呈环形阵列设置，橡胶外套202设置在外弯簧架6的外部位置上。

外扩压板301内曲面沿竖直方向安装有两个第一簧架10，第一簧架10沿指向整形套柱302的方向呈弯曲弧形状，整形套柱302圆周外壁位置上安装有对应第一簧架10的第二簧架15，第二簧架15沿指向外扩压板301的方向呈弯曲弧形状，且第二簧架15与第一簧架10之间相切，第二簧架15沿竖直方向的设置长度大于第一簧架10沿竖直方向的设置长度。

其目的在于：首先是关于外扩压板301结构形式的优化方式，外扩压板301形状为X形，用来配合整体整形组件3的旋转过程，其原因是：若每个外扩压板301的外曲面直径刚好等于井下套管内直径时，那么在整形组件3移动到变形位置时是无法移动甚至被卡住，所以每个外扩压板301的外曲面直径需要小于井下套管内直径，那么在外扩压板301外扩膨胀过程方可完成修整动作，但是每个外扩压板301之间肯定会出现缝隙，若井下套管的变形位置刚好位于缝隙处是无法完成修整动作的，所以以X形的外扩压板301形成更大的修整面积，并且还配合驱动马达7带动整体整形组件3进行往复旋转，每次旋转动作的角度参考每个外扩压板301的设置位置，如本发明中的外扩压板301的设置数量为三个，且三个外扩压板301呈环形阵列设置，所以整形组件3单次旋转动作的角度不超过外扩压板301的弧度，因为本装置中的外扩压板301设置数量为三个，所以外扩压板301的弧度为120°，其目的是：配合旋转动作，以单一位置上的外扩压板301可以完成全角度的修整动作；此外需要说明的是：井下管道并非为完全垂直状态，所以参照图1的结构形式，在将整体装置深入到井下时，以位于上侧位置的连接座201安装在锚接器1上，那么下侧位置的连接座201所安装的安装座4、整形组件3在下井时，整形组件3可以随着井道的弯曲程度进行适应性弯曲，所以参照图3其中的对头球杆5，下侧的安装座4与上侧位置的安装座4可以进行适应性活动，但是整形组件3和安装座4因为对头球杆5的设置位置，与锚接器1中心点位置始终相匹配，可以理解为：整形组件3保持在井下套管的中心点位置，其目的是用来保证每个外扩压板301膨胀外扩的行程保持一致，避免出现未修整或过修整的问题。

实施例三

本实施例结合到实施例一的注液增压过程，补充如下方案说明：油腔17沿两个活塞板9的设置位置分别设置为正向仓和两个反向仓，正向仓位于两个活塞板9的中间位置，两个反向仓沿正向仓呈镜像对称设置，油口14用于连接增压注液组件，增压注液组件包括增压结构、检测结构。

优化方案

S1：参照图3和图8来说明，在外扩压板301需要向外部扩张时，以位于中间位置的油口14向正向仓注入液压油等介质，定位锥套8向上移动，受压弹簧组12被压缩，反之，停止正向仓的注液增压过程，而是向反向仓中进行注液增压时，是对定位锥套8施加相互对应的力，此时在受压弹簧组12的作用下，以及配合每组双头球杆11和受力滑槽13的结构形式，促使外扩压板301复位；

S2：而关于注液增压过程中进行说明的是：以增压结构（以增压泵为例）将液压油进行增压鼓入到油腔17中，并利用检测结构（以压力传感器为例）检测注入液压油的液压变化，具体表现为：在增压泵保持恒定功率时，液压油的液压也会上升，若外扩压板301向外膨胀扩张时并未受到井下套管的形变影响，那么外扩压板301的液压达到峰值后处于相对稳定的状态；反之，若外扩压板301向外膨胀扩张时受到井下套管的形变影响，那么外扩压板301的液压达到峰值后处于相对波动的状态；

S3：结合S2进行说明的是：在外扩压板301逐渐向外扩张膨胀时，针对用来检测液压的压力传感器上的显示数值处于波动状态，假设增压泵的输出压力为P1，那么压力传感器上的峰值压力趋于P1，但是在受到井下套管的形变影响时，压力传感器上的显示数值大于P1，所以在压力传感器上的显示数值“恢复”到P1时，用来判断外扩压板301完成了一部分的修整动作，从而可以参照实施例二的方式，通过驱动马达7带动整形组件3进行旋转；

S4：结合实施例二的旋转过程和S3的内容，在整形组件3完成多次往复旋转动作后，并且在某一次的往复旋转动作中，压力传感器上的显示数值恢复到P1的温度状态，可以用来判断整体修整动作全部完整，用来判断修整动作的完成度达到最佳效果，而对于整形组件3的旋转过程来说：参照图6，在理论上外扩压板301处于同步旋转的状态，但是参照双头球杆11一端与外扩压板301之间的活动连接方式，外扩压板301在受到较大程度的形变程度时，可以进行小幅度偏转，在偏转过程中，其中的第一簧架10和第二簧架15始终保持接触且相切，其目的是：利用第一簧架10和第二簧架15的弹性势能来“吸收”和“释放”偏转过程中受到的较大力，直至配合往复旋转后，井下套管完成全部修整动作后，外扩压板301不再进行偏转，其目的是用来降低压力传感器因为外扩压板301偏转而造成的显示数值误差影响。

综上：针对井下套管变形的整形原理，采用外扩压板向外膨胀扩张的方式，而达到修整变形的套管，在此基础之上，采用双向膨胀的方式，具体表现为：利用注液增压的方式促使两个定位锥套呈对向移动，将竖直方向上的力转换为水平方向的力，并且利用内部的驱动马达促使多个外扩压板进行往复定角度旋转，其目的是：以单一位置上的外扩压板配合旋转动作完成多角度位置上的修整动作，此外对注液增压这一过程中，根据压力变化来判断修整动作的完成度，以此达到更佳的修整效果。

以上内容仅仅是对本发明结构所做的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (9)

1.一种井下套管液压双向膨胀整形装置，由锚接器（1）、连接组件（2）和整形组件（3）组成，其特征在于，所述整形组件（3）包括整形套柱（302）和多个外扩压板（301），所述整形套柱（302）内部中段位置上开设有油腔（17），所述油腔（17）中沿竖直方向设置有两个活塞板（9），所述活塞板（9）的中心点位置上均安装有定位锥套（8），所述定位锥套（8）的横截面呈圆台状，且两个定位锥套（8）的设置方向分别为竖直向上和竖直向下，两个所述定位锥套（8）、活塞板（9）沿油腔（17）中心点的水平平面呈镜像对称；所述外扩压板（301）的设置位置与定位锥套（8）的设置位置相对应，且外扩压板（301）位于整形套柱（302）的外部，所述外扩压板（301）靠近定位锥套（8）的内曲面位置上安装有多个双头球杆（11），所述双头球杆（11）一端与外扩压板（301）之间为活动连接，且双头球杆（11）另一端贯穿至整形套柱（302）的内部；所述双头球杆（11）的设置方向与定位锥套（8）的设置方向相垂直，所述定位锥套（8）的外曲面位置上开设有对应双头球杆（11）另一端位置的受力滑槽（13），所述整形套柱（302）对应油腔（17）的位置上安装有三个油口（14），所述双头球杆（11）的长度沿对应定位锥套（8）的滑动方向呈等距增大或等距减小。

2.根据权利要求1所述的一种井下套管液压双向膨胀整形装置，其特征在于，所述锚接器（1）、连接组件（2）和整形组件（3）沿从上到下的方向依次设置，所述连接组件（2）包括橡胶外套（202）和两个连接座（201），位于下侧的所述连接座（201）下端固定安装有安装座（4），所述安装座（4）内部安装有驱动马达（7），所述驱动马达（7）的输出轴与整形套柱（302）圆心点位置之间固定连接，所述整形套柱（302）与安装座（4）之间转动连接。

3.根据权利要求2所述的一种井下套管液压双向膨胀整形装置，其特征在于，所述连接座（201）沿竖直方向呈对称设置，且两个连接座（201）相互靠近的一侧外壁中心点位置安装有对头球杆（5），两个所述连接座（201）相互靠近的外壁外侧位置上安装有多个外弯簧架（6），多个所述外弯簧架（6）沿连接座（201）的中心点呈环形阵列设置，所述橡胶外套（202）设置在外弯簧架（6）的外部位置上。

4.根据权利要求1所述的一种井下套管液压双向膨胀整形装置，其特征在于，所述外扩压板（301）形状为X形，且外扩压板（301）的长度等于整形套柱（302）长度的二分之一。

5.根据权利要求1所述的一种井下套管液压双向膨胀整形装置，其特征在于，所述双头球杆（11）与整形套柱（302）之间为滑动连接，所述整形套柱（302）对应双头球杆（11）的内部位置上安装有定向块（16）。

6.根据权利要求4所述的一种井下套管液压双向膨胀整形装置，其特征在于，所述外扩压板（301）内曲面沿竖直方向安装有两个第一簧架（10），所述第一簧架（10）沿指向整形套柱（302）的方向呈弯曲弧形状，所述整形套柱（302）圆周外壁位置上安装有对应第一簧架（10）的第二簧架（15），所述第二簧架（15）沿指向外扩压板（301）的方向呈弯曲弧形状，且第二簧架（15）与第一簧架（10）之间相切。

7.根据权利要求6所述的一种井下套管液压双向膨胀整形装置，其特征在于，所述第二簧架（15）沿竖直方向的设置长度大于第一簧架（10）沿竖直方向的设置长度。

8.根据权利要求1所述的一种井下套管液压双向膨胀整形装置，其特征在于，所述油腔（17）沿两个活塞板（9）的设置位置分别设置为正向仓和两个反向仓，所述正向仓位于两个活塞板（9）的中间位置，两个所述反向仓沿正向仓呈镜像对称设置，所述油口（14）用于连接增压注液组件，所述增压注液组件包括增压结构、检测结构。

9.根据权利要求1所述的一种井下套管液压双向膨胀整形装置，其特征在于，所述整形套柱（302）内部上侧和内部下侧均安装有受压弹簧组（12），所述受压弹簧组（12）与定位锥套（8）之间相连接。