CN201627554U - 在不稳定井眼内安装可膨胀金属管的装置 - Google Patents

Abstract

一种在不稳定井眼内安装可膨胀金属管的装置，包括壳体和沿壳体周向均匀分布的滚轮轴及转动地设在各滚轮轴上的滚轮，所述各滚轮的外径在由下至上的轴向方向上逐渐变大，且在径向方向上超出所述壳体的外壁面。由于滚轮的外径超过壳体的外壁面，在扩眼时旋转钻柱，滚轮呈锥形的扩眼部分将首先进入膨胀管管体，在钻压和扭矩联合作用下，滚轮逐渐挤入管体，施加在滚轮上的扭矩能使滚轮周向碾压管体，在轴向方向上连续地使管体周向膨胀而将管体胀圆，本实用新型提供的装置为一旋转膨胀系统，不需额外提供液压动力，即可连续、高质量、高效率的完成扩管作业，装置结构简单，故障率低。

Description

在不稳定井眼内安装可膨胀金属管的装置

技术领域

本实用新型有关于油气钻采技术领域中用于钻井、修井和完井的机械整形工具，尤其是一种在不稳定井眼内安装可膨胀金属管的装置。

背景技术

可膨胀金属管是指塑性延展性能好、经膨胀后又具有足够强度能满足工程需要的金属管。可膨胀管技术的原理是利用金属的塑性变形，将通径小于井眼直径的可膨胀管下入到预封隔井段后，通过水压力和胀管工具提供的机械膨胀力将其完全胀圆到设计的尺寸。

水力膨胀的作用是利用水压将波纹管的主体膨胀到一定的圆度。由于波纹管形状复杂、曲率变化大，轧制过程中常会造成内部残余应变极不均匀；因此经水力膨胀后的波纹管主体会有一定椭圆度和表面凹凸不平度，这就需要利用波纹管机械整形工具将胀开状态的波纹管修整到要求的形状尺寸。

如图4所示，中国200510082612.0号发明专利就揭示了一种修整工具：一种膨胀管的旋转膨胀工具，其包括具有中心轴向通孔11的壳体1，通孔11的上下两端分别设有上、下连接孔111、112，以分别与钻柱和限压阀连接；在壳体1的两个截横面的圆周上径向均匀设置三个活塞孔12，在活塞孔12中安装有活塞121，沿壳体1轴向的两组活塞121和121’之间设滚轮轴13，滚轮轴13的轴线方向与壳体1的轴线方向平行，滚轮轴13的上下两端分别穿在上下两组活塞121和121’内，在滚轮轴13上设滚轮14；滚轮轴13和滚轮14之间设有滚针16，在滚轮14和滚轮轴13的轴端装设滚珠17，活塞孔12的端口部通过螺栓18固定有压盖122。在非工作状态下，压盖122的外表面1221与滚轮14的外表面141平齐。在进行膨胀作业时，地面液压系统供给的液体通过钻柱内孔注入到壳体1的通孔11内产生液体压力，滚轮14与待膨胀的套管内壁接触，滚轮14在随壳体1旋转的同时还以滚轮轴13为中心自转。活塞121和121’在液压作用下沿径向向外运动，同时带动滚轮轴13和滚轮14径向向外运动，使滚轮14对套管内壁产生压力，随着供给液压的提高，滚轮14对套管内壁的压力随之增大且不停的转动，从而完成扩管作业，当待膨胀的套管达到额定的膨胀幅度时，限压阀启动，液体压力骤降，滚轮14缩回，整套旋转膨胀工具在钻压作业下沿轴向移动一个距离，限压阀启动，液体压力逐渐升高，再进行下一段扩管作业，依此循环，一段一段的逐步完成整个套管的扩管作业。但在实际使用过程中，发现该膨胀管的旋转膨胀工具存在如下不足之处：

一、该膨胀管的旋转膨胀工具通过使滚轮14径向外伸及内缩的液压系统来提供膨胀动力，虽然具有对不同管径膨胀的自适应性，但整个装置的结构过于复杂，故障率高，并且在扩管过程中，沿着套管的长度方向，必须一段一段的进行扩张，扩管作业不连续，在各段的扩管作业过程中如液压力不能完全均一，还会导致各段的扩管管径大小不均一，扩管质量不易保证，而液压系统往复的升压降压过程、移动整个旋转膨胀工具的过程，也影响了扩管的作业效率。

二、该膨胀管的旋转膨胀工具的轴承系统是敞开式的，缺少封闭的润滑系统，因井下工作环境复杂，工作介质和其它杂质极易进入轴承内进而使摩擦副接触面发生磨粒磨损，而接触面一旦出现磨损、剥蚀就会加速轴承摩擦副的失效，从而降低滚轮与滚轮轴的承载能力，缩短轴承系统乃至整个旋转膨胀工具的寿命。

三、虽然该膨胀管的旋转膨胀工具的滚轮14和滚轮轴13的端部之间设置滚珠17，但经长期使用后，滚轮14的端部仍会发生一定程度上的磨损，影响整个工具的寿命。

四、该膨胀管的旋转膨胀工具的壳体1空间有限，同时还设置了相对复杂的液压系统和滚轮系统，滚轮14和滚轮轴13的直径受到空间尺寸的限制，尺寸不能制得较大，承载能力有限。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种在不稳定井眼内安装可膨胀金属管的装置，不需提供液压动力，仅由钻柱的钻力和扭矩即可连续、高质量、高效率的完成扩管作业，装置结构简单，故障率低。

本实用新型要解决的技术问题是提供一种在不稳定井眼内安装可膨胀金属管的装置，具有密封的润滑系统，也能避免工作介质和其它杂质进入轴承系统而使轴承系统发生磨粒磨损，进一步延长轴承系统的寿命。

本实用新型要解决的技术问题是提供一种在不稳定井眼内安装可膨胀金属管的装置，滚轮的端部不会发生磨损。

本实用新型要解决的技术问题是提供一种在不稳定井眼内安装可膨胀金属管的装置，可以在一定程度上增加滚轮和滚轮轴的尺寸，承载力增加。

本实用新型提供的一种在不稳定井眼内安装可膨胀金属管的装置，包括壳体和沿壳体周向均匀分布的滚轮轴及转动地设在各滚轮轴上的滚轮，所述各滚轮的外径在由下至上的轴向方向上逐渐变大，且在径向方向上超出所述壳体的外壁面。

在一个实施方式中，所述各滚轮轴和其上装设的滚轮之间形成环形空腔，在所述环形空腔内设置径向滚动轴承。

在一个实施方式中，在所述各滚轮的大径端设置止推轴承，小径端设置下止推环。

在一个实施方式中，所述止推轴承为滑动式止推轴承，包括动环和定环，所述动环与滚轮的大端相固定。

在一个实施方式中，在所述动环和定环的对磨面上设置耐磨层。

在一个实施方式中，所述动环的对磨面高于所述滚轮的大径端的端面。

在一个实施方式中，所述滚轮轴和滚轮包括三组，各滚轮轴的轴心线与所述壳体的轴心线之间具有夹角。

在一个实施方式中，在所述各环形空腔内设置的径向滚动轴承为多个，且均为径向滚柱轴承或者均为径向滚珠轴承。

在一个实施方式中，在所述环形空腔位于径向滚动轴承的两端分别设置有密封件，在两个密封件之间封闭有润滑剂。

在一个实施方式中，所述各滚轮包括扩眼段和保径段，扩眼段呈圆锥形。

根据上述方案，本实用新型相对于现有技术的效果是显著的：

一、本实用新型提供的在不稳定井眼内安装可膨胀金属管的装置，由于滚轮的外径超过壳体的外壁面，在扩眼时旋转钻柱，滚轮呈锥形的扩眼部位将首先进入膨胀管管体，在钻压和扭矩联合作用下，滚轮逐渐挤入管体，施加在滚轮上的扭矩能使滚轮周向碾压管体，能在轴向方向上连续地使管体周向膨胀而将管体胀圆，本实用新型提供的装置为一旋转膨胀系统，不需额外提供液压动力，即可连续、高质量、高效率的完成扩管作业，装置结构简单，故障率低。

二、本实用新型提供的在不稳定井眼内安装可膨胀金属管的装置，具有密封的润滑系统，能确保轴承系统润滑状态良好，并且工作介质和其它杂质不会进入轴承空间内，轴承不会发生磨粒磨损，显著提高轴承系统寿命。

三、本实用新型提供的在不稳定井眼内安装可膨胀金属管的装置，各滚轮轴和其上装设的滚轮之间形成环形空腔，在环形空腔内设置径向滚动轴承，在各滚轮的大径端设置止推轴承。在环形空间内设置径向滚动轴承，能将滚轮和滚轮轴之间的滑动摩擦转变为滚动摩擦，减少了摩擦磨损，同时装置的起动力矩小，能在较小的轴向力和扭矩作用下膨胀完成扩管作业，可以减少装置蹩卡现象的发生。止推轴承能承受轴向反推力，全面改善轴承系统的受力状态，减少对磨面的磨损，有效延长使用寿命高轴承系统寿命。

四、本实用新型提供的在不稳定井眼内安装可膨胀金属管的装置，将滚轮轴的装配位置倾斜一定角度，使滚轮轴的轴心线与壳体中心线成一定的倾角，可有效防止对称分布的三组滚轮相互干涉，能使采用更大直径的滚轮、滚轮轴和采用更大尺寸的轴承系统成为可能，在确保壳体强度的前提下，可增加滚轮和滚轮轴的尺寸以提高承载能力。

附图说明

图1为本实用新型装置的半剖视图。

图2为图1中的A-A向剖视图。

图3为图1中具有圆锥形扩眼段的滚轮的示意图。

图4为现有膨胀管的旋转膨胀工具的示意图。

具体实施方式

如图1～3所示，本实用新型提供的一种在不稳定井眼内安装可膨胀金属管的装置，包括壳体1，壳体1由上、下接头101、102和支撑段103构成，上接头101与钻柱连接，下接头102与打捞短节或磨鞋连接，以实现继续打捞或磨铣的功能，支撑段103沿圆周方向均布三个凹槽104用于固定滚轮轴承系统，壳体1的内部通孔105作为流体通道，工作液经过时冷却润滑本装置。在三个凹槽104内分别设有一组滚轮轴2及转动地设在各滚轮轴2上的滚轮3，另外可根据需要设置四组或五组滚轮轴2和滚轮3，滚轮3为锥形滚轮体，形成的最大直径为扩眼的直径B，扩眼时旋转钻柱，滚轮3的锥体部分首先进入管体，在钻压和扭矩的联合作用下将管体胀开。由滚轮轴2和滚轮3构面的滚轮系统采用锁紧螺栓21、22、23、24与壳体1固定，便于其拆装更换。本实用新型的改进之处是：各滚轮3的外径在由下至上的轴向方向上逐渐变大而呈锥形体，且在径向方向上超出壳体1的外壁面106。因滚轮3的外径超过壳体1的外壁面106，在扩眼时旋转钻柱，滚轮3呈锥形的扩眼部位将首先进入膨胀管管体，在钻压和扭矩联合作用下，滚轮3逐渐挤入管体，施加在滚轮3上的扭矩能使滚轮周向碾压管体，从而可在轴向方向上连续地使管体周向膨胀而将整个管体胀圆，不需额外提供液压动力，即可连续、高质量、高效率的完成扩管作业，装置结构简单，故障率低。

各滚轮轴2和其上装设的滚轮3之间形成环形空腔4，在环形空腔4内设置径向滚动轴承5例如多个径向滚柱轴承或多个径向滚珠轴承。在环形空间4内设置径向滚动轴承5，能将滚轮3和滚轮轴2之间的滑动摩擦转变为滚动摩擦，减少了摩擦磨损，同时装置的起动力矩小，能在较小的轴向力和扭矩作用下膨胀完成扩管作业，可以减少蹩卡现象的发生。

在各滚轮3的大径端设置止推轴承6，止推轴承6包括动环61和定环62，动环61通过螺纹与滚轮3的大径端的螺纹孔32相固定，在各滚轮3的小径端设置下止推环7。止推轴承6可为滚动式止推轴承例如滚柱止推轴承或滚珠止推轴承，止推轴承优选采用滑动式止推轴承，实验中发现滑动式止推轴承可以更好的承受轴向力。本装置在载荷作用下扩开管体的过程中，通过壳体1将扭矩、钻压传递给滚轮，使滚轮3的外母线始终摩擦挤压管体内壁，滚轮3会受到来自管壁很大的轴向反推力和径向反压力，而止推轴承6能最终承担作用在滚轮轴2和滚轮3上的轴向反推力，由径向滚动轴承5来承受径向反压力，能全面改善轴承系统的受力状态，减少对磨面的磨损，有效延长使用寿命高轴承系统的寿命。

在动环61和定环62的对磨面上烧结或镶焊耐磨层611、621，能显著提高止推轴承6的摩擦副表面的耐磨性能，延长止推轴承6摩擦副的寿命。耐磨层611、621优选由碳化钨等硬质合金制成。

优选使动环61的耐磨层611的对磨面高于滚轮3的大径端的端面。因此在作业过程中，即使动环61发生一定的磨损而使对磨面被磨耗，但由于该对磨面高出滚轮3大径端的端面一定高度，因此可以保护到滚轮3大径端的端面不被磨损。为使动环61的对磨面高于滚轮3的大径端的端面，可以使动环61本身的高度就高于滚轮3的大径端的端面，也可使动环61本身的高度与滚轮3大径端的端面齐平，但使耐磨层611高于滚轮3大径端的端面。

优选滚轮轴2的装配位置倾斜一定角度例如3度～15度，使滚轮轴2的轴心线26与壳体1的轴心线107成一定的夹角，能使采用更大直径的滚轮3、滚轮轴2和采用更大尺寸的轴承系统成为可能，因此在确保壳体1强度的前提下，可以增加滚轮3和滚轮轴2的尺寸以提高承载能力，同时起到防止对称分布的三个滚轮3相互干涉的作用。当然，如果滚轮轴2的轴心线26与壳体1的轴心线107平行，也可以通过调整滚轮3的外径来形成锥状的扩眼段，此方案中要注意到避免使滚轮3设计的相对尖锐而影响到滚轮3的强度。

优选的实施方式中，在环形空腔4位于径向滚动轴承的两端分别设置有密封件8、9，在两个密封件8、9之间封闭有润滑剂例如润滑油或润滑脂等。两个密封件8、9可分别装在滚轮轴2与滚轮3之间、滚轮轴2与止推轴承6的动环61之间形成的密封槽内。该密封的润滑系统可避免工作介质和其它杂质进入轴承系统而使轴承系统发生磨粒磨损，进一步延长轴承系统寿命。

在本实用新型中，滚轮3包括扩眼段33和保径段34。锥形的扩眼段33能由小到大逐渐胀开管体。滚轮3装配位置的水平段是保径段34，以防止胀开部分收缩，保证胀开直径。滚轮3的内腔35为径向滚动轴承5的跑道。扩眼段33在满足强度要求的前提下可采用圆锥形。滚轮3的大径端车内螺纹32，用于与止推轴承6的动环61的外螺纹连接。滚轮3的锥度大小以确保本装置不发生自锁为宜。

但以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，当不能以此限定本实用新型实施的范围，凡依本实用新型的内容所作的等同变化与修饰，都应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种在不稳定井眼内安装可膨胀金属管的装置，包括壳体和沿壳体周向均匀分布的滚轮轴及转动地设在各滚轮轴上的滚轮，其特征是：所述各滚轮的外径在由下至上的轴向方向上逐渐变大，且在径向方向上超出所述壳体的外壁面。

2.根据权利要求1所述的在不稳定井眼内安装可膨胀金属管的装置，其特征是：所述各滚轮轴和其上装设的滚轮之间形成环形空腔，在所述环形空腔内设置径向滚动轴承。

3.根据权利要求2所述的在不稳定井眼内安装可膨胀金属管的装置，其特征是：在所述各滚轮的大径端设置止推轴承，小径端设置下止推环。

4.根据权利要求3所述的在不稳定井眼内安装可膨胀金属管的装置，其特征是：所述止推轴承为滑动式止推轴承，包括动环和定环，所述动环与滚轮的大端相固定。

5.根据权利要求3所述的在不稳定井眼内安装可膨胀金属管的装置，其特征是：在所述动环和定环的对磨面上设置耐磨层。

6.根据权利要求4所述的在不稳定井眼内安装可膨胀金属管的装置，其特征是：所述动环的对磨面高于所述滚轮的大径端的端面。

7.根据权利要求1所述的在不稳定井眼内安装可膨胀金属管的装置，其特征是：所述滚轮轴和滚轮包括三组，各滚轮轴的轴心线与所述壳体的轴心线之间具有夹角。

8.根据权利要求2所述的在不稳定井眼内安装可膨胀金属管的装置，其特征是：在所述各环形空腔内设置的径向滚动轴承为多个，且均为径向滚柱轴承或者均为径向滚珠轴承。

9.根据权利要求2所述的在不稳定井眼内安装可膨胀金属管的装置，其特征是：在所述环形空腔位于径向滚动轴承的两端分别设置有密封件，在两个密封件之间封闭有润滑剂。

10.根据权利要求1所述的在不稳定井眼内安装可膨胀金属管的装置，其特征是：所述各滚轮包括扩眼段和保径段，扩眼段呈圆锥形。

Images