CN201567994U - 一种用于等直径钻完井的可变径膨胀锥 - Google Patents

Abstract

用于等直径钻完井的可变径膨胀锥，应用于石油钻井等直径钻井的可变径膨胀锥施工中。在外壳体上部有圆柱形腔体，在圆柱形腔体壁上轴向均匀分布有条形窗口，在条形窗口内有锥齿。在外壳体的下部有泄流孔。在外壳体上部圆柱形腔体内有一个中心轴。中心轴上端是柱塞体，中心轴中部沿外壁轴向开有导向槽。导向槽有斜锥面。中心轴的下部与外壳体内壁之间有环形空间，在中心轴与外壳体内壁之间的环形空间内有压缩弹簧。锥齿与导向块相连接，导向块安装在中心轴导向槽中。效果是：能实现变径后外径与上层套管内径尺寸相同且锥面周向连续，并能使膨胀管与上层套管形成悬挂锚定且具有相同内径尺寸，满足等直径钻井施工工艺的要求。

Description

一种用于等直径钻完井的可变径膨胀锥

技术领域

本实用新型涉及石油钻井技术领域，特别涉及一种对膨胀管实施胀管作业所用的工具，是一种能实现等直径钻井的可变径膨胀锥。

背景技术

等直径钻井是指利用相同的钻柱结构和尺寸形成相同的井眼，然后逐级下入同一尺寸的膨胀管膨胀到设计尺寸并固井，从而形成从表层套管到目的层相同直径的井眼尺寸。等直径钻井技术能改善传统建井模式，降低油气井建井成本和提高建井安全可靠性，是21世纪油气井钻井工程领域的重大新技术之一。

目前，等直径钻井施工工艺主要有单行程胀管和多行程胀管两种技术体系。其中，单行程胀管体系的技术优点主要体现在完成整个等直径膨胀施工过程只需要一趟钻即可完成，两层套管搭接部分只需进行常规膨胀管的膨胀作业，膨胀管不需要进行二次膨胀，从而降低了对工具及管材的性能参数要求，提高了施工的经济性、降低了钻井成本。但是，由于井下径向尺寸的限制，单行程胀管要求用于胀管作业的膨胀锥具有在径向上伸缩变大的功能。

用于膨胀管胀管作业的膨胀锥主要有实体机械锥和液压滚动膨胀锥两种。实体机械锥不能变径，无法满足等直径钻井施工的要求；液压滚动膨胀锥虽然在较高的液压作用下可以实现周向不连续的小尺寸变径，但是其要求胀管过程中管柱旋转，目前很少应用。

国内没有发现报道用于等直径钻完井的可变径膨胀锥。

实用新型内容

本实用新型的目的是：提供一种用于等直径钻完井的可变径膨胀锥，能使锥齿在液压作用下向外扩径，变径后与上层套管内径尺寸相同，并且锥面周向连续。膨胀施工后实现膨胀管与上层套管形成悬挂锚定且具有相同内径尺寸。

本实用新型采用的技术方案是：用于等直径钻完井的可变径膨胀锥，主要由外壳体、中心轴、锥齿、导向块、定位销、弹簧、球座和剪钉组成，外壳体为圆筒形，在外壳体的上端有连接钻杆的内螺纹，外壳体内螺纹下部有中心孔，在外壳体的下端有连接钻杆的外螺纹。其特征在于：在外壳体上部有圆柱形腔体，在圆柱形腔体壁上轴向均匀分布有条形窗口，在条形窗口内有锥齿，锥齿能在条形窗口内滑动。在外壳体的下部有泄流孔，泄流孔是沟通外壳体内部与外部的流体通道。

在外壳体上部圆柱形腔体内有一个中心轴，中心轴有中心孔。中心轴上端是柱塞体，中心轴中部沿外壁轴向开有导向槽。导向槽有斜锥面。导向槽用来对锥齿的组合运动进行导向。中心轴的下部与外壳体内壁之间有环形空间，在中心轴与外壳体内壁之间的环形空间内有压缩弹簧。

锥齿与导向块相连接，导向块安装在中心轴导向槽中。

在外壳体下端内部通过剪钉固定有球座，球座的下部留有向下滑动的空间，球座固定的位置能封堵外壳体的泄流孔。当高压液体推动球座向下滑动并剪断剪钉，泄流孔能被打开形成液体通道。

外壳体和中心轴采用不锈钢材料加工制造，锥齿采用合金钢加工制造。

所述的条形窗口为两组，每组三个。中心轴中部导向槽的数量为六个，六个导向槽均匀分布在中心轴的外壁上。

简述用于等直径钻完井的可变径膨胀锥的工作过程：参阅图1。外壳体1上端连接打压管柱，外壳体1下端连接中心管柱，下入井内。中心轴2在外部液压的作用下能在外壳体1中向下滑动，中心轴2上的导向槽3能推动导向块5，从而推动锥齿4产生组合运动。弹簧7的作用力与中心轴2的自重平衡，防止中心轴2因自重而下滑。当中心轴2运动到设计位置时，锥齿4在周向和径向上相互配合形成整个锥体，定位销6将中心轴2与外壳体1进固定，从而锁定锥体。锥体形成后，投球打压，当压力超过剪钉10的设计压力时，剪钉10被剪断，泄流孔建立外壳体1内部与外部流体通道。至此，可变径膨胀锥完成变径，可以使用其进行后续的膨胀管胀管作业。

本实用新型的有益效果：本实用新型用于等直径钻完井的可变径膨胀锥，能实现变径后外径与上层套管内径尺寸相同且锥面周向连续，并能使膨胀管与上层套管形成悬挂锚定且具有相同内径尺寸，因此可以满足等直径钻井施工工艺的要求，提高了施工的可行性、经济性，有效降低了钻井成本。

附图说明

图1是本实用新型用于等直径钻完井的可变径膨胀锥初始状态结构示意图。

图2是用于等直径钻完井的可变径膨胀锥变径后的示意图。

图3是外壳体1在开窗口11处的外圆柱面沿周向展开图。

图中，1.外壳体，2.中心轴，3.导向槽，4.锥齿，5.导向块，6.定位销，7.弹簧，8.定位孔，9.球座，10.剪钉，11.窗口。

具体实施方式

实施例1：以一个3500×180毫米规格的用于等直径钻完井的可变径膨胀锥为例，对本实用新型作进一步详细说明。

参阅图1。本实用新型用于等直径钻完井的可变径膨胀锥，主要由外壳体1、中心轴2、锥齿4、导向块5、定位销6、弹簧7、球座9和剪钉10组成，外壳体1为圆筒形，在外壳体1的上端有连接钻杆的内螺纹，外壳体1内螺纹下部有中心孔，在外壳体1的下端有连接钻杆的外螺纹。外壳体1外径180毫米，总长度3500毫米；中心轴2上端最大外径138毫米，长度1900毫米。中心轴2的中心孔是55毫米。外壳体1和中心轴2采用不锈钢材料，锥齿4采用合金钢材料。

在外壳体1上部有圆柱形腔体。在圆柱形腔体壁上轴向均匀分布有两组条形窗口11，两组条形窗口11上下交错。每组有三个条形窗口11，条形窗口11的宽度115毫米。在条形窗口11内有锥齿4，锥齿4能在条形窗口11内滑动。在外壳体1的下部有四个泄流孔，泄流孔是沟通外壳体1内部与外部的流体通道。

在外壳体1上部圆柱形腔体内有一个中心轴2，中心轴2上端是柱塞体，中心轴2中部沿外壁轴向开有六个导向槽3。导向槽3上端部有斜锥面。导向槽3用来对锥齿4的组合运动进行导向。中心轴2的下部与外壳体1内壁之间有环形空间，在中心轴2与外壳体1内壁之间的环形空间内有一个压缩弹簧7。

六个锥齿4分别与六个导向块5相连接，导向块5安装在中心轴2导向槽3中。

在外壳体1下端，通过剪钉10固定一个外形为圆柱体的球座9，球座9的下部留有向下滑动的空间，球座9固定的位置能封堵外壳体1的泄流孔。

根据单行程胀管体系的等直径钻井施工工艺，当膨胀管柱下部的“喇叭口”形成以后，可变径膨胀锥即有足够的空间进行变径。此时，球座9通过剪钉10与外壳体1连接，球座9挡住外壳体1上的泄流孔。通过中心轴2打压使中心轴2向下运动，中心轴2上的导向槽3推动导向块5，从而推动锥齿4运动。首先，锥齿4沿着径向方向运动，直至锥齿4脱离外壳体1上的窗口11；然后锥齿4沿着轴向方向运动，6个锥齿同时在周向和径向上相互配合，形成整个锥体，如附图2所示。该锥体在径向上可以使胀管作业后的膨胀管内径与上一级套管的内径等直径，从而形成等直径井身结构；在周向上可以与膨胀管形成连续的接触面，满足膨胀管胀管要求。当锥体形成以后，定位销6通过外壳体1上的定位孔8将中心轴2与外壳体1固定，从而锁定锥体。当锥体锁定以后，从井口投球，小球通过中心轴2到达球座9，继续打压，当压力超过剪钉10的设计压力时，剪钉10剪断，球座9向下运动，外壳体1下部的泄流孔使外壳体1的内部与外部建立流体通道，保证后续胀管作业的顺利进行。

Claims (3)

1.一种用于等直径钻完井的可变径膨胀锥，主要由外壳体(1)、中心轴(2)、锥齿(4)、导向块(5)、定位销(6)、弹簧(7)、球座(9)和剪钉(10)组成，外壳体(1)为圆筒形，在外壳体(1)的上端有连接钻杆的内螺纹，外壳体(1)内螺纹下部有中心孔，在外壳体(1)的下端有连接钻杆的外螺纹，其特征在于：在外壳体(1)上部有圆柱形腔体，在圆柱形腔体壁上轴向均匀分布有条形窗口(11)，在条形窗口(11)内有锥齿(4)，在外壳体(1)的下部有泄流孔；

在外壳体(1)上部圆柱形腔体内有一个中心轴(2)，中心轴(2)有中心孔，中心轴(2)上端是柱塞体，中心轴(2)中部沿外壁轴向开有导向槽(3)，导向槽(3)有斜锥面，中心轴(2)的下部与外壳体(1)内壁之间有环形空间，在中心轴(2)与外壳体(1)内壁之间的环形空间内有压缩弹簧(7)，

锥齿(4)与导向块(5)相连接，导向块(5)安装在中心轴(2)导向槽(3)中；

在外壳体(1)下端内部通过剪钉(10)固定有球座(9)，球座(9)的下部留有向下滑动的空间，球座(9)固定的位置能封堵外壳体(1)的泄流孔。

2.根据权利要求1所述的用于等直径钻完井的可变径膨胀锥，其特征是：外壳体(1)和中心轴(2)采用不锈钢材料，锥齿(4)采用合金钢。

3.根据权利要求1或2所述的用于等直径钻完井的可变径膨胀锥，其特征是：所述的条形窗口(11)为两组，每组三个，中心轴(2)中部导向槽(3)的数量为六个，六个导向槽(3)均匀分布在中心轴(2)的外壁上。

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