CN207160996U - 变径管柱 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉一种变径管柱，其包括：内套管，在所述内套管的外侧壁上构造有在轴向方向上延伸的滑槽，外套管，在所述外套管上设置有径向向内延伸到所述滑槽内的移动销，以及限位部，所述限位部从所述内套管的外侧壁上径向向外凸起，所述限位部构造有位于所述滑槽的端部的边缘区域处并朝向所述端部的弧形表面，所述弧形表面与所述移动销的侧部轮廓相匹配以在所述移动销移动到所述滑槽的端部处时接收所述移动销。这种变径管柱的外套管与内套管之间的相对移动能够按照预期的路径进行，具备足够高的稳定性。

Description

变径管柱

技术领域

本实用新型涉及工业应用领域，特别是涉及一种变径管柱。

背景技术

随着油气田钻井的研究和发展，作业人员越来越希望下入到井内的管柱具有变径功能，以便实现控制井眼的轨迹和防止井斜等。

现有技术中的能实现变径的管柱通常包括内套管和套设在内套管外的外套管，以及通过内套管与外套管之间的相对移动进而向外凸出或向内收回的变径机构。由此，通过内套管与外套管之间的相对移动，能够实现整个管柱的变径。然而，对于现有的能实现变径的管柱来说，其中的内套管与外套管之间的相对移动难以控制，移动的稳定性较差。这是因为上述相对移动通常是在轴向上进行的，而这种相对移动容易受到重力、井内压力等许多因素的影响，且惯性极大。一旦内套管与外套管之间的相对移动脱离了预期的路径，就会导致变径机构无法顺利地径向凸出，或者导致变径机构在径向凸出之后难以收回，进而使接下来的井下作业难以进行。

因此，需要一种稳定性较高的变径管柱。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提出了一种稳定性较高的变径管柱。

根据本实用新型，提出了一种变径管柱，包括内套管，在所述内套管的外侧壁上构造有在轴向方向上延伸的滑槽，外套管，在所述外套管上设置有径向向内延伸到所述滑槽内的移动销，以及限位部，所述限位部从所述内套管的外侧壁上径向向外凸起，所述限位部构造有位于所述滑槽的端部的边缘区域处并朝向所述端部的弧形表面，所述弧形表面与所述移动销的侧部轮廓相匹配以在所述移动销移动到所述滑槽的端部处时接收所述移动销。

当外套管相对于内套管在轴向上移动时，外套管上的移动销沿着内套管的侧壁上的滑槽滑动。该移动直到移动销被设置在内套管的外侧壁上的限位部上的弧形表面接收为止。在移动销被弧形表面接收之后，弧形表面对移动销起到了非常稳定的支撑和限制作用。移动销无法再沿着同一方向在滑槽内继续滑动，因而即便存在着很大的惯性作用，外套管也无法再沿着同一方向相对于内套管在轴向上移动了。由此，外套管与内套管之间的相对移动能够按照预期的那样进行，具备足够高的稳定性。在此基础上，与变径机构相接合，通过内套管与外套管的相对移动能够确保变径管柱顺利地变径。

在一个实施例中，限位部构造成沿所述内套管的周向方向延伸的环形台。

在一个实施例中，限位部构造成仅设置在所述滑槽的端部的边缘处的凸台。

在一个实施例中，在限位部的周向上，所述移动销的侧部的1/6至1/4被所述弧形表面接收。

在一个实施例中，移动销包括：外销体，所述外销体与所述外套管固定连接，所述外销体构造有开口径向向内的容纳腔，以及内销体，所述内销体的一端延伸到所述容纳腔内，所述内销体的另一端延伸到所述内套管上的滑槽内，其中，在所述内销体的延伸到所述容纳腔的一端的侧部与所述容纳腔的内壁之间设置弹性缓冲物。这样设置外销体可以对内销体起保护作用。另外，当移动销移动到滑槽的端部时，外销体的侧部能够被弧形表面接收。当外销体被弧形外表面接收后，内销体不会立即停住，而是可以在弹性缓冲物的作用下相对缓慢地停下。这样一来，内销体不会在惯性的作用下折断。此外，即便内套管与外套管之间发生非预期的振动，弹性缓冲物也能够将与外套管固定的外销体与和内套管的滑槽配合滑动的内销体之间的振动抵消，以起到保护内销体的作用。

在一个实施例中，移动销构造成在所述外销体与所述弧形表面接触时所述内销体与所述滑槽的侧壁间隔开。通过这种设置能够避免内销体与滑槽的侧壁之间产生相互作用力，并由此减小内销体受到的力的作用，进而能保护内销体。

在一个实施例中，滑槽包含在所述内套管的周向上相互间隔开排列的多个端部，相邻的端部在轴向方向上错开，所述滑槽包括设置在相邻的端部之间并连接相邻的端部的滑槽段。通过这种设置，能够在内套管和外套管之间实现多次可控的轴向移动。

在一个实施例中，滑槽段的路径构造为直线。

在一个实施例中，多个端部包括交替设置的上游端部和下游端部，所述上游端部相对于与其相邻的下游端部处于上游位置。

在一个实施例中，单个所述滑槽段的深度沿所述移动销的移动方向逐渐减小，在所述滑槽段的末端处的底壁上构造有径向向外凸出的防逆台阶，所述滑槽段位于所述防逆台阶前侧的部分的深度小于在所述防逆台阶的后侧的所述端部的深度。这样设置能防止移动到滑槽的端部处的移动销逆向滑动，从而能确保移动销按照预定的路径移动。另外，根据需要，这种设置允许移动销在内套管的整个周向上沿同一方向没有尽头地移动。即是说，内套管和外套管在轴向上进行相对移动的次数不会受到限制。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：这种变径管柱稳定性高，能克服外套管与内套管相对移动停止后由于惯性的影响继续相对移动，保证外套管与内套管之间相对移动不脱离预期的路径，提高了变径管柱变径的稳定性。变径管柱变径过程易于操作，提高了工作效率。另外，还可以根据内套管的滑槽段设置不同的长度，移动销沿不同长度的滑槽段滑动，使变径管柱能实现多次不同数值的径量的变径过程，同样可以提高工作效率。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本实用新型进行更详细的描述。其中：

图1是根据本实用新型的变径管柱的一个实施例处于第一状态下的剖面结构示意图；

图2是根据本实用新型的变径管柱的一个实施例的变径后的剖面结构示意图

图3是根据本实用新型的变径管柱的一个实施例的凸轮体的安装的结构示意图；

图4是根据本实用新型的变径管柱的一个实施例的信号单元的一种变径监测信息状态的结构示意图；

图5是根据本实用新型的变径管柱的一个实施例的信号单元的另一种变径监测信息状态的结构示意图；

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。

本实用新型的变径管柱100包括外套管1，套设在外套管内的内套管，以及通过外套管1和内套管的配合而实现变径管柱100的变径的变径机构。

为了便于加工和装配，内套管如图1所示的那样包括同心式套设在所述外套管1内的上芯轴2和下芯轴3。下芯轴3位于上芯轴2的下游并与其相连。上芯轴2和下芯轴3优选地通过螺纹连接。然而，应当理解的是，上芯轴2和下芯轴3也可以制造成一体的。

如图1所示，该变径机构包括设置在上芯轴2的径向侧部并与上芯轴2固定连接的斜面体4。斜面体4的外侧表面构造成在轴向方向上倾斜。例如，如图1中所示的斜面体4的外侧表面与上芯轴2的轴线之间的距离沿轴向向下的方向逐渐减小。变径机构还包括位于斜面体4的外侧表面的径向外侧的径向活塞5。径向活塞5与斜面体4相对应地设置，并与径向外侧表面滑动式配合。另外，在外套管1的侧壁上构造有沿径向方向延伸的通孔1a。径向活塞5可延伸并容纳于该通孔1a内。

在图1所示的第一状态下，当上芯轴2相对于外套管1沿轴向向下移动时，斜面体4随上芯轴2一同向下移动。随着斜面体4的向下移动，倾斜的径向外侧斜面会径向向外推动径向活塞5，从而径向活塞5能沿着通孔1a径向向外凸出到外套管1的外侧表面之外(如图2所示)，由此能实现变径管柱100的变径。另外，在图2所示的状态下，上芯轴2可以相对于外套管1沿轴向向上的方向运动。此时与上芯轴2固定的斜面体4不再向外推动径向活塞5。径向活塞5可以在外套管1外侧的压力(例如流体压力)的作用下径向向内移动至缩回外套管1的外侧壁的内侧(如图1所示)。

应当理解的是，可以在上芯轴2的上端设置泵体(未显示)。在泵体工作时，上芯轴2(内套管)可以沿外套管1的轴向移动。

优选地，斜面体4通过销钉固定设置在上芯轴2上。

优选地，变径管柱100可具有15个径向活塞。这15个活塞在外套管1的轴向方向上分5排排列，且每排设置3个径向活塞。更优选地，每排设置的3个径向活塞在周向上均匀地间隔开，即相邻的径向活塞可相差120°。

为了实现斜面体4与径向活塞5的滑动式配合，优选地，可以在斜面体4的外侧表面上设置在轴向方向上延伸的配合槽401。径向活塞5构造有径向向内延伸到该配合槽401内的配合部501。该配合部501与配合槽401滑动式卡接。优选地，配合槽401为燕尾槽或T形槽。相应地，配合部501构造为燕尾头或T型头。

优选地，在相互配合的径向活塞5的侧壁与通孔1a的侧壁之间设置有密封圈6。由此，外套管1外侧的流体和杂质等不会通过此处进入到外套管1内，增加了变径管柱100的密封性。由此，斜面体4与径向活塞5之间的配合能够顺利地进行而不会受到杂质的干扰。

另外，根据需要，也可以在斜面体4的外侧表面上设置配合部，而在径向活塞5构造有相应的配合槽。

外套管1和内套管之间的配合可通过如下结构来进行限制。

如图3所示，在内套管的外侧壁上构造有在轴向方向上延伸的滑槽21。在外套管1上设置有径向向内延伸到滑槽21内的移动销，移动销可以沿着滑槽21滑动。在内套管上设有限位部，限位部从内套管的外侧壁上径向向外凸起。限位部构造有位于滑槽21的端部的边缘处的朝向滑槽21的端部的弧形表面17，弧形表面17与移动销的侧部轮廓相匹配。当移动销滑动到滑槽21的端部处时，弧形表面17接收移动销。由于弧形表面17能与移动销的侧部稳定地接合，因此移动销不能再沿着同一方向继续滑动。此时，内套管也不能再沿着外套管1沿同一方向移动。即便内套管的移动存在着很大的惯性作用，弧形表面17与移动销的配合也能确保内套管停下来。

尤其是，在弧形表面17接受了移动销时，即便移动销的侧部还没有接触到滑槽21的表面，也可令移动销停下来。这样一来，通过确保限位部和弧形表面17的定位精度和加工精度即可精确地确保移动销相对于滑槽21停下来的位置，并能由此来精确地确保内套管相对于外套管1的移动范围，而不需再高度要求滑槽21的加工精度了。

优选地，在限位部的周向上，所述移动销的侧部的1/6至1/4被所述弧形表面接收。由此，能够进一步确保移动销被弧形表面17稳定地接收，从而避免移动销滑出滑槽21。同时，这也能尽可能地确保移动销不会在与弧形表面17配合的时候发生非预期的变形。

如果在移动销的侧部被弧形表面17接收时，移动销的侧部没有接触到滑槽21的侧壁，那么此时的移动销的所处位置是特别有利的。这样能避免移动销发生非预期的变形。

在一个实施例中，限位部可以构造成仅设置在滑槽21的端部的边缘处的凸台16A。

在另一个实施例中，限位部可以构造成在内套管的整个周向方向上延伸的环形台16B。

应当理解的是，上文中所提到的“位于滑槽21的端部的边缘处”并不局限于紧贴边缘，也可如图3所示而与该边缘相距一定距离。

另外，还应当理解的是，“在轴向方向上延伸”不仅包含仅沿轴向方向延伸，还可包含在轴向方向上有分量的方向上延伸。

在一个实施例中，滑槽21可以沿轴向方向延伸，并具有两个端部，即上游端和下游端。内套管可相对于外套管1沿轴向向下游移动，直到移动销滑动至上游端为止。此时，径向活塞5径向向外伸出到外套管1之外。内套管1也可相对于外套管1沿轴向向上移动，直到移动销滑动至下游端为止。此时，径向活塞5径向向内缩回到外套管1内。

在另一优选的实施例中(参见图1到图3)，内套管包括套设在下芯轴3的外侧的凸轮体9。下芯轴3的顶端构造有径向向外凸出的限制部，在限制部与凸轮体之间设置有旋转轴承8。另外，在凸轮体9的下方设置有与下芯轴3固定并相对于下芯轴3径向向外凸出的限制件14。限制件14优选地通过销钉15固定在下芯轴3上。在限制件14与凸轮体9之间也设置有旋转轴承。此外，凸轮体9通过间隙配合装配在轴组件上。通过这种设置允许凸轮体9相对于下芯轴3自由转动。

另外，还可在旋转轴承8与限制部之间设置调节块7，以对凸轮体9所处的位置进行调节。

在该实施例中，滑槽21设置在凸轮体9的外侧壁上，并且在该外侧壁上相对于轴向方向倾斜地延伸。在这种情况下，当移动销沿着滑槽21移动时，上芯轴2和下芯轴3不相对于外套管1转动而凸轮体9相对于外套管1转动。由此，可以如图3所示的那样，令滑槽21具有多个端部，例如端部211、212、213和214。这些端部在凸轮体9的周向上相互间隔开，并且相邻的端部在轴向方向上相互错开设置。例如，端部213相对于与其相邻的两个端部211和212在轴向方向上处于相对上游的位置，同时端部213与端部211和212在周向方向上间隔开。滑槽21还包括连接在相邻的端部(例如，端部211与端部213)之间的滑槽段。

为了便于说明，这里限定端部包括上游端部和下游端部。例如，图3中的端部211和212为下游端部，端部213和214为上游端部。上游端部和下游端部可交替设置。

应当理解的是，这里所提到的上游端部和下游端部都是根据该端部相对于相邻的端部所处的位置而定义的。举例来说，上游端部213相对于与其相邻的下游端部211和212处于上游的位置。然而，如图3所示，上游端部213可相对于不与其相邻的上游端部214处于相对下游的位置，而不必须与上游端部214齐平。由此，移动销分别移动到上游端部213处和上游端部214处时，内套管相对于外套管在轴向上的位置不同，从而径向活塞5径向向外伸出的程度不同。也就是说，通过这种设置，允许径向活塞5有多种不同的伸出状态。

优选地，相邻的上游端部与下游端部通过路径直(这里不考虑凸轮体9为圆柱形时，滑槽段在周向上的方向变化)的滑槽段连接。这种滑槽21的路径设置是最优的。其允许内管柱相对于外管柱1高效地移动。

优选地，在各个滑槽段的末端处的底壁上构造有径向向外凸出的防逆台阶。其中，该滑槽段的处于防逆台阶前侧(即，在移动销沿一个方向移动时，移动销在到达该台阶之前所在的一侧)的部分的深度小于处于台阶后侧(即，在移动销沿一个方向移动时，移动销在到达台阶之后才会到达的一侧)的端部的深度。举例来说，如果预先期望移动销沿从端部211到端部213的方向移动时，可以在端部211到端部213之间的滑槽段的末端处设置防逆台阶。该防逆台阶的前侧(即，端部211所在的一侧)的滑槽段的部分的深度相较于该防逆台阶的后侧的端部213的酸度较小。由此一来，当移动销从端部211移动到端部213处时，由于防逆台阶的存在，移动销无法再沿反方向朝向端部211移动。

另外，对于单个滑槽段来说，其深度可以沿移动销移动的方向逐渐减小。结合上文中的设置，这允许具有多个端部的滑槽21在周向方向上闭合。配合内管柱相对于外管柱1的轴向移动，移动销可沿着该滑槽21在一个周向方向上不可逆且没有终点地移动。这使得径向活塞5可以不限次数地进行径向移动，从而允许变径管柱100能够不限次数地进行变径。

优选地，如图1所示，移动销包括外销体10和内销体12。外销体10通过卡簧13固定在外套管1上。外销体10开设有容纳腔，容纳腔开口径向向内。内销体12的一端延伸到该容纳腔内，另一端延伸到凸轮体9的滑槽21内。由此，内销体12可以与滑槽21相接合，其“另一端”可以与滑槽21的底壁滑动式接触。同时，外销体10处于内销体12的外侧，并能在移动销移动到滑槽21的端部时与弧形表面17相接触。由此，外销体10可以对内销体12起保护的作用。

优选地，内销体12延伸到容纳腔的一端与容纳腔的底壁之间设有弹簧11。该弹簧11始终处于压缩状态。这确保了内销体12可以始终与滑槽H的底壁相接触。

另外，还优选地，在内销体12延伸到容纳腔的一端的外侧壁与外销体10的形成容纳腔的外侧壁之间设置有弹性缓冲物(未显示)。外销体10和内销体12通常具有较高的刚度。弹性缓冲物避免了刚度较高的外销体10与内销体12之间的直接接触配合。当外销体10被弧形外表面17接收后，内销体12不会立即停住，而是可以在弹簧11的作用下以相对缓慢的方式停下。这样一来，内销体12不会在惯性的作用下、并在受到较大外力的情况下折断。此外，在移动销的滑动过程中，即便外套管相对于内套管发生了非预期的振动，弹簧11也能够将与外套管1固定的外销体10与和凸轮体9(内套管)的滑槽21配合滑动的内销体12之间的振动抵消，或至少部分抵消，以起到保护内销体12的作用。

优选地，当外销体10被弧形表面17接收时，内销体12与滑槽21的侧壁是间隔开的。通过避免内销体12与滑槽21的侧壁的接触，能够避免内销体12与滑槽21的侧壁之间产生相互作用力，并由此能减小内销体12受到的外力的作用，进而能保护内销体。

在另外一种实施例中，凸轮体9固定设置(例如，通过过盈配合装配)在下芯轴3上。上芯轴2与下芯轴3通过旋转轴承连接。此时，凸轮体9和下芯轴3一起相对于上芯轴2旋转。

如图1、图2、图3和图4所示，变径管柱100的工作过程是：

当变径管柱100处于图1所示的第一状态下时，内销体12位于滑槽21的下游端部内，径向活塞5收缩到外管柱1内。

在泵体第一次开泵时，,上芯轴2和下芯轴3相对于外管柱1向下游移动。同时，它们带动斜面体4和凸轮体9一起向下游移动。在斜面体4向下游移动时，其会推动径向活塞5，使其径向向外伸出到外套管1的内侧。在内管柱相对于外管柱1向下游移动时，相对于内管柱来说，移动销会沿着滑槽21移动。然而实际上，与外管柱1固定的移动销是不移动的，与移动销配合的带有滑槽21的凸轮体9会在沿轴向移动的同时进行转动。这个移动过程直到移动销由滑槽21的一个端部(例如，端部211)移动到与其相邻的另一端部(例如，端部213)处为止。在移动销移动到该另一端部时，移动销的侧部被限位部上的弧形表面17接收。此时，由于弧形表面17的稳定接收，内管柱和斜面体4都不能再相对于外管柱1向下游移动了。同时，径向活塞5也不能再径向向外伸出了。这一过程实现变径管柱100的一次变径。

当泵体停止工作后，上芯轴2和下芯轴3带动斜面体4及凸轮体9再次向上移动。移动销沿滑槽21滑到端部212的位置。同时，径向活塞5缩回到外管柱1内。

在泵体第二次开泵时，上芯轴2和下芯轴3带动斜面体4及凸轮体9再次向下游移动。由于端部212与端部214之间的轴向距离相比于端部211与端部213之间的轴向距离更大，所以这次上芯轴2和下芯轴3的轴向移动距离比第一次开泵的轴向移动的距离更大。凸轮体9再次相对轴组件转动，直到移动销移动到端部214处为止。径向活塞5径向向外伸出到外管柱1之外。径向活塞5这次径向向外伸出的距离比上次径向向外伸出的距离大。

泵体再次停止工作可以使上芯轴2和下芯轴3带动斜面体4及凸轮体9一起相对于外管柱1向上游移动。该移动直到移动销滑动至滑槽21的与上游端部214相邻的另一下游端部(未示出)为止。

以上实施例中除了采用开启、关闭泵体的方法进行变径管柱100的变径控制以外，还可以利用变径管柱100的内部设有压差信号机构与地面测压仪表相结合，对上述的变径状态进行监视和控制。

如图4和图5所示，压差信号单元安装在变径管柱100的外套管1的内壁上，压差信号单元包括压差帽18、延伸端19和套筒20。泵体未开启时，径向活塞5处于收缩极限位置时，压差帽18距离延伸端19的距离最远。当第一次开泵体变径管柱100实现第一变径后，压差帽18距离延伸端9的距离相对初始状态变小，此时变径管柱100内的泥浆过流面积较大，压力较低。以此类推，停泵后又第N次开泵变径管柱100实现第N次变径后，压差帽18距离延伸端19的距离最小，则泥浆过流面积最小，压力最高。此时径向活塞5处于最大伸展状态。因此作业人员只在地面上通过监测地面测压仪表和记录一定排量下的泥浆压力值，便可以知道井下变径管柱100的工作状态，操作简单可靠。

虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种变径管柱，其特征在于，包括：

内套管，在所述内套管的外侧壁上构造有在轴向方向上延伸的滑槽，

外套管，在所述外套管上设置有径向向内延伸到所述滑槽内的移动销，以及

限位部，所述限位部从所述内套管的外侧壁上径向向外凸起，所述限位部构造有位于所述滑槽的端部的边缘区域处并朝向所述端部的弧形表面，所述弧形表面与所述移动销的侧部轮廓相匹配以在所述移动销移动到所述滑槽的端部处时接收所述移动销。

2.根据权利要求1所述的变径管柱，其特征在于，所述限位部构造成沿所述内套管的周向方向延伸的环形台。

3.根据权利要求1所述的变径管柱，其特征在于，所述限位部构造成仅设置在所述滑槽的端部的边缘处的凸台。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的变径管柱，其特征在于，在所述限位部的周向上，所述移动销的侧部的1/6至1/4被所述弧形表面接收。

5.根据权利要求1到3中任一项所述的变径管柱，其特征在于，所述移动销包括：

外销体，所述外销体与所述外套管固定连接，所述外销体构造有开口径向向内的容纳腔，以及

内销体，所述内销体的一端延伸到所述容纳腔内，所述内销体的另一端延伸到所述内套管上的滑槽内，

其中，在所述内销体的延伸到所述容纳腔的一端的侧部与所述容纳腔的内壁之间设置弹性缓冲物。

6.根据权利要求5所述的变径管柱，其特征在于，所述移动销构造成在所述外销体与所述弧形表面接触时所述内销体与所述滑槽的侧壁间隔开。

7.根据权利要求1到3中任一项所述的变径管柱，其特征在于，所述滑槽包含在所述内套管的周向上相互间隔开排列的多个端部，相邻的端部在轴向方向上错开，所述滑槽包括设置在相邻的端部之间并连接相邻的端部的滑槽段。

8.根据权利要求7所述的变径管柱，其特征在于，所述滑槽段的路径构造为直线。

9.根据权利要求7所述的变径管柱，其特征在于，所述多个端部包括交替设置的上游端部和下游端部，所述上游端部相对于与其相邻的下游端部处于上游位置。

10.根据权利要求7所述的变径管柱，其特征在于，单个所述滑槽段的深度沿所述移动销的移动方向逐渐减小，在所述滑槽段的末端处的底壁上构造有径向向外凸出的防逆台阶，所述滑槽段位于所述防逆台阶前侧的部分的深度小于在所述防逆台阶的后侧的所述端部的深度。