動量沖擊脹管裝置的制作方法

本實用新型涉及油氣田井下工具技術領域，是一種動量沖擊脹管裝置。

背景技術：

在油氣田的開發過程中，隨著油氣藏的開采，地下的工況、環境變化，即溫度、壓力、地層應力等改變，地層水腐蝕以及后期儲層改造都會導致套管發生變形，套管變形后影響油氣井的后續作業，嚴重地影響著油、氣的正常開采，有時甚至引發井噴等惡性事故。為了對套損井進行修復，傳統的國內外套管修復技術通常分為爆炸整形、銑削整形和脹管整形。爆炸整形因受套管外界約束限制，炸藥量難以控制。銑削整形削弱了套管的強度，難以恢復原徑。脹管整形通常在整形后易發生卡住現象，另外，在大斜度井或水平井中，整形工具因為管柱和套管內壁摩擦力大，地面修井機的力很難傳遞到井下整形工具上，效果不好，難以修復已損壞的套管，并且由于使用鉆具進行反復沖擊，容易對鉆具和提升大繩產生疲勞損壞，甚至造成事故。為此，需研制一種不削弱套管強度、結構簡單且能實現井下增加整形工具作業力，避免管柱頻繁活動造成的疲勞斷裂現象的新型井下可控套管整形裝置。

技術實現要素：

本實用新型提供了一種動量沖擊脹管裝置，克服了上述現有技術之不足，其能有效解決現有套管整形裝置存在的削弱套管強度、管柱和套管內壁摩擦力大、管柱頻繁活動造成疲勞斷裂、存在安全隱患的問題。

本實用新型的技術方案是通過以下措施來實現的：一種動量沖擊脹管裝置，包括水力錨、動量轉換裝置和膨脹器，動量轉換裝置為液壓伸縮機構，水力錨的下端與動量轉換裝置的上端固定連接，水力錨的內部與動量轉換裝置的內部連通，動量轉換裝置的動力輸出端與膨脹器的動力輸入端連接。

下面是對上述實用新型技術方案的進一步優化或/和改進：

上述動量轉換裝置包括上接頭、第一外筒、第一活塞、第一芯軸，上接頭的上部內壁與水力錨的下部外壁固定連接，上接頭的下部外壁與第一外筒的上部內壁固定連接，第一活塞滑動地安裝在第一外筒內，第一芯軸位于第一外筒內并固定安裝在第一活塞上，第一外筒的下部側壁上設有第一泄壓孔，第一芯軸的下端與膨脹器的動力輸入端連接，上接頭的外徑與第一外筒的外徑相同。

上述動量轉換裝置還包括連接外筒、第二外筒、第三外筒、第二活塞和第二芯軸，連接外筒的上部外壁與第一外筒的下部內壁固定連接，連接外筒的下部外壁與第二外筒的上部內壁固定連接，第三外筒的上部外壁與第二外筒的下部內壁固定連接；第二活塞滑動地安裝在連接外筒和第二外筒內，第二芯軸位于第三外筒內并固定安裝在第二活塞上，第一芯軸的下端與第二活塞固定連接，第二芯軸的下端與膨脹器的動力輸入端固定連接；連接外筒的內壁、第二外筒的內壁、第一芯軸的外壁、第二活塞的外壁共同圍成第二活塞腔；第一活塞上設有第一軸向通孔，第一芯軸上設有第二軸向通孔，第二活塞上設有第三軸向通孔，第二芯軸上設有中心孔，第二芯軸的下部設有與中心孔連通的第二泄壓孔，第一軸向通孔、第二軸向通孔、第三軸向通孔、中心孔、第二泄壓孔依次連通，第二活塞上設有第一徑向孔，第一徑向孔分別與第三軸向通孔、第二活塞腔連通；第二外筒的下部側壁上設有第三泄壓孔，第一外筒的外徑、連接外筒的外徑、第二外筒的外徑、第三外筒的外徑相同。

上述第一外筒的下部側壁上設有多個沿周向均布的第一泄壓孔，第二芯軸的下部設有多個沿周向均布的第二泄壓孔，第二外筒的下部側壁上設有多個沿周向均布的第三泄壓孔，第二活塞上設有多個沿周向均布的第一徑向孔。

上述上接頭的下部外壁與第一外筒的上部內壁螺紋連接并通過緊定螺釘固定，連接外筒的上部外壁與第一外筒的下部內壁螺紋連接并通過緊定螺釘固定，連接外筒的下部外壁與第二外筒的上部內壁螺紋連接并通過緊定螺釘固定，第三外筒的上部外壁與第二外筒的下部內壁螺紋連接并通過緊定螺釘固定，第一芯軸的上部外壁與第一活塞的內壁螺紋連接并通過緊定螺釘固定，第一芯軸的下部外壁與第二活塞的上部內壁螺紋連接并通過緊定螺釘固定，第二芯軸的上部外壁與第二活塞的下部內壁螺紋連接并通過緊定螺釘固定。

上述上接頭的下部外壁上設有密封圈，第一活塞的外壁上設有密封圈，第一活塞的內壁上設有密封圈，連接外筒的上部內壁上設有密封圈，連接外筒的下部外壁上設有密封圈，第二活塞的外壁上設有密封圈，第二活塞的內壁上設有密封圈，第三外筒的上部內壁上設有密封圈，第三外筒的下部內壁上設有密封圈。

上述膨脹器包括連接變扣、膨脹器球鉸和膨脹器筒，膨脹器筒為空心結構，膨脹器筒包括上部的直筒段和下部的變徑段，直筒段由上至下依次設置有至少兩組安裝孔，每組安裝孔沿周向均布；每個安裝孔內安裝有一個膨脹球，直筒段的外壁上設有限制膨脹球脫離的膨脹球套；直筒段的內部由上至下依次滑動地安裝有至少兩個膨脹芯軸，每組安裝孔對應一個膨脹芯軸，每一個膨脹芯軸的下端外壁設有用于推動膨脹球的弧形凹槽，位于最上部的膨脹芯軸的上端設有球鉸安裝座，膨脹器球鉸的下部坐落在球鉸安裝座內，膨脹器筒的上端固定安裝有壓帽，膨脹器球鉸的下部位于壓帽的內部，膨脹器球鉸的上部與連接變扣的下部固定連接，連接變扣的上部與第二芯軸的下端固定連接；變徑段的內部底端設有彈簧座，彈簧座上安裝有彈簧，彈簧的上端抵靠在位于最下部的膨脹芯軸的下端面上。

上述膨脹球為鋼球；膨脹球套為軸向割縫的薄壁管，薄壁管套設在安裝孔上，薄壁管的側壁上設有供膨脹球突出的第二徑向孔；膨脹芯軸為上大下小的臺階軸，臺階軸的過渡處為弧面或錐面；彈簧為圓柱壓縮彈簧。

本實用新型結構合理而緊湊，使用方便，其采用模塊化設計，可以任意加減活塞及外筒，調整膨脹器的整形力；使用管柱內壓力使水力錨錨定到套管內，為下部膨脹器提供固定支撐點，整形力由活塞提供，產生的作用力在短距離內釋放，避免了管柱長度的塑性變形對力的吸收，直接作用到需要整形處，保護了地面設備；動量轉換裝置設計有最大位移泄壓通道，當活塞位移到最大位置時，管柱內壓力泄壓，地面表現明顯，避免誤判斷；膨脹器下部設計有彈簧，在正常上提或下放時，膨脹芯軸處于上部，膨脹鋼球回縮，當膨脹筒遇阻時，即需要整形時，管柱下移，膨脹芯軸把膨脹球擠出膨脹筒，膨脹器外徑變大，使受損套管內徑擴大；膨脹器壓帽設計有擴口，膨脹器球鉸可以繞中心擺動，自動平衡由于套管變形給膨脹器施加的徑向力；該動量沖擊脹管裝置在下入或上提時，動量轉換裝置處于拉伸狀態，管柱內外通過第二泄壓孔相通，使管柱內外壓力平衡，當遇阻時，管柱下壓，泄壓孔關閉，使管柱內可以打壓，具有安全、省力、簡便、高效的特點。

附圖說明

附圖1為本實用新型最佳實施例的主視結構示意圖。

附圖2為附圖1中動量轉換裝置處于拉伸狀態的半剖結構示意圖。

附圖3為附圖1中動量轉換裝置處于壓縮狀態的半剖結構示意圖。

附圖4為附圖1中膨脹器的半剖結構示意圖。

附圖5為附圖4中的膨脹球處于最大行程時的俯視結構示意圖。

附圖中的編碼分別為：1為水力錨，2為動量轉換裝置，3為膨脹器，4為上接頭，5為第一外筒，6為第一活塞，7為第一芯軸，8為第一泄壓孔，9為連接外筒，10為第二外筒，11為第三外筒，12為第二活塞，13為第二芯軸，14為第二活塞腔，15為第一軸向通孔，16為第二軸向通孔，17為第三軸向通孔，18為中心孔，19為第二泄壓孔，20為第一徑向孔，21為第三泄壓孔，22為緊定螺釘，23為密封圈，24為連接變扣，25為膨脹器球鉸，26為膨脹器筒，27為安裝孔，28為膨脹球，29為膨脹球套，30為膨脹芯軸，31為弧形凹槽，32為壓帽，33為彈簧座，34為彈簧，35為第二徑向孔，36為管柱。

具體實施方式

本實用新型不受下述實施例的限制，可根據本實用新型的技術方案與實際情況來確定具體的實施方式。

在本實用新型中，為了便于描述，各部件的相對位置關系的描述均是根據說明書附圖1的布圖方式來進行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置關系是依據說明書附圖的布圖方向來確定的。

下面結合實施例及附圖對本實用新型作進一步描述：

如附圖1所示，該動量沖擊脹管裝置包括水力錨1、動量轉換裝置2和膨脹器3，動量轉換裝置2為液壓伸縮機構，水力錨1的下端與動量轉換裝置2的上端固定連接，水力錨1的內部與動量轉換裝置2的內部連通，動量轉換裝置2的動力輸出端與膨脹器3的動力輸入端連接。本實用新型將水力錨1、動量轉換裝置2和膨脹器3組合在一起使用，水力錨1連接在動量轉換裝置2的上部，膨脹器3連接在動量轉換裝置2的下部，用管柱36把水力錨1、動量轉換裝置2、膨脹器3送入到需要整形的位置時，膨脹器3遇卡，管柱36下壓，動量轉換裝置2處于壓縮狀態，當管柱36達到最大下壓力時，管柱36內施加壓力，水力錨1錨定在套管內壁，動量轉換裝置2為液壓伸縮機構，此時液壓伸縮機構拉伸并帶動膨脹器3向下運動，膨脹器3撐開變形套管，當液壓伸縮機構達到最大行程時，管柱36內的壓力自動下降，完成一個整形動作。本實用新型采用的是脹管裝置，不會削弱套管的強度；另外，本實用新型通過水力錨1固定在套管內壁上，并用液壓驅動動量轉換裝置2，進而帶動膨脹器3工作，不存在管柱36與套管摩擦力大、動力損失嚴重的問題，增加整形力；作業時，管柱36不必頻繁活動，避免管柱36頻繁活動造成的疲勞斷裂現象。

可根據實際需要，對上述動量沖擊脹管裝置作進一步優化或/和改進：

實施例一：如附圖1、2、3所示，上述動量轉換裝置2包括上接頭4、第一外筒5、第一活塞6、第一芯軸7，上接頭4的上部內壁與水力錨1的下部外壁固定連接，上接頭4的下部外壁與第一外筒5的上部內壁固定連接，第一活塞6滑動地安裝在第一外筒5內，第一芯軸7位于第一外筒5內并固定安裝在第一活塞6上，第一外筒5的下部側壁上設有第一泄壓孔8，第一芯軸7的下端與膨脹器3的動力輸入端連接，上接頭4的外徑與第一外筒5的外徑相同。本實施例采用單活塞結構，流體推動第一活塞6向下運動，第一活塞6帶動第一芯軸7向下運動，第一芯軸7驅動膨脹器3工作，這種動量沖擊脹管裝置的結構簡單，能夠減輕整體裝置的重量。第一泄壓孔8與套管內部連通，形成負壓，這樣便于第一活塞6順利地上下滑動。

實施例二：如附圖1、2、3所示，上述動量轉換裝置2還包括連接外筒9、第二外筒10、第三外筒11、第二活塞12和第二芯軸13，連接外筒9的上部外壁與第一外筒5的下部內壁固定連接，連接外筒9的下部外壁與第二外筒10的上部內壁固定連接，第三外筒11的上部外壁與第二外筒10的下部內壁固定連接；第二活塞12滑動地安裝在連接外筒9和第二外筒10內，第二芯軸位于第三外筒11內并固定安裝在第二活塞12上，第一芯軸7的下端與第二活塞12固定連接，第二芯軸的下端與膨脹器3的動力輸入端固定連接；連接外筒9的內壁、第二外筒10的內壁、第一芯軸7的外壁、第二活塞12的外壁共同圍成第二活塞腔14；第一活塞6上設有第一軸向通孔15，第一芯軸7上設有第二軸向通孔16，第二活塞12上設有第三軸向通孔17，第二芯軸上設有中心孔18，第二芯軸的下部設有與中心孔18連通的第二泄壓孔19，第一軸向通孔15、第二軸向通孔16、第三軸向通孔17、中心孔18、第二泄壓孔19依次連通，第二活塞12上設有第一徑向孔20，第一徑向孔20分別與第三軸向通孔17、第二活塞腔連通；第二外筒10的下部側壁上設有第三泄壓孔21，第一外筒5的外徑、連接外筒9的外徑、第二外筒10的外徑、第三外筒11的外徑相同。本實施例在實施例的基礎上增加了一個活塞和一個芯軸，其簡化模型為一個液壓缸內串聯了兩個活塞，兩個活塞共同安裝在一個芯軸上，芯軸為中空結構，兩個活塞的活塞腔串聯，因此芯軸傳遞出去的力為兩個活塞所受壓力之和，如每個活塞受到的壓力為5KN，則芯軸輸出的推力為10KN，同理，如果需要的推力為15KN，則需要在芯軸上串聯三個活塞。上接頭4、第一外筒5、連接外筒9、第二外筒10、第三外筒11共同組成整體外筒，整體外筒是固定不動的；第一芯軸7、第二芯軸共同組成整體芯軸，第一活塞6和第二活塞12分別串聯在整體芯軸上，第一活塞腔和第二活塞腔通過整體芯軸上的孔連通。第三泄壓孔21與套管內部連通，形成負壓，這樣便于第二活塞12順利地上下滑動。當第二活塞12運動到最大行程時，中心孔18通過第二泄壓孔19與套管內部連通，管柱36泄壓，水力錨1的錨爪自動收回，水力錨1與套管內壁脫離。

如附圖1、2、3所示，上述第一外筒5的下部側壁上設有多個沿周向均布的第一泄壓孔8，第二芯軸的下部設有多個沿周向均布的第二泄壓孔19，第二外筒10的下部側壁上設有多個沿周向均布的第三泄壓孔21，第二活塞12上設有多個沿周向均布的第一徑向孔20。多個第一泄壓孔8沿周向均布，使得泄壓更快、更均衡，防止第一芯軸7或第一外筒5發生偏轉；多個第二泄壓孔19沿周向均布，使得泄壓更快、更均衡，防止第二芯軸發生偏轉；多個第三泄壓孔21沿周向均布，使得泄壓更快、更均衡，防止第二芯軸或第二外筒10發生偏轉；多個第一徑向孔20沿周向均布，使得流體能夠更快更均衡地流入第二活塞腔。

如附圖1、2、3所示，上述上接頭4的下部外壁與第一外筒5的上部內壁螺紋連接并通過緊定螺釘22固定，連接外筒9的上部外壁與第一外筒5的下部內壁螺紋連接并通過緊定螺釘22固定，連接外筒9的下部外壁與第二外筒10的上部內壁螺紋連接并通過緊定螺釘22固定，第三外筒11的上部外壁與第二外筒10的下部內壁螺紋連接并通過緊定螺釘22固定，第一芯軸7的上部外壁與第一活塞6的內壁螺紋連接并通過緊定螺釘22固定，第一芯軸7的下部外壁與第二活塞12的上部內壁螺紋連接并通過緊定螺釘22固定，第二芯軸的上部外壁與第二活塞12的下部內壁螺紋連接并通過緊定螺釘22固定。螺紋連接具有連接方便，成本低，連接牢固的優點；螺紋連接配合緊定螺釘22使用，能夠確保連接的穩定性，不會發生松動。

如附圖1、2、3所示，上述上接頭4的下部外壁上設有密封圈23，第一活塞6的外壁上設有密封圈23，第一活塞6的內壁上設有密封圈23，連接外筒9的上部內壁上設有密封圈23，連接外筒9的下部外壁上設有密封圈23，第二活塞12的外壁上設有密封圈23，第二活塞12的內壁上設有密封圈23，第三外筒11的上部內壁上設有密封圈23，第三外筒11的下部內壁上設有密封圈23。設置密封圈23能夠確保動量轉換裝置2的密封性，提高該動量沖擊脹管裝置的工作穩定性。

如附圖1、4、5所示，上述膨脹器3包括連接變扣24、膨脹器球鉸25和膨脹器筒26，膨脹器筒26為空心結構，膨脹器筒26包括上部的直筒段和下部的變徑段，直筒段由上至下依次設置有至少兩組安裝孔27，每組安裝孔27沿周向均布；每個安裝孔27內安裝有一個膨脹球28，直筒段的外壁上設有限制膨脹球28脫離的膨脹球套29；直筒段的內部由上至下依次滑動地安裝有至少兩個膨脹芯軸30，每組安裝孔27對應一個膨脹芯軸30，每一個膨脹芯軸30的下端外壁設有用于推動膨脹球28的弧形凹槽31，位于最上部的膨脹芯軸30的上端設有球鉸安裝座，膨脹器球鉸25的下部坐落在球鉸安裝座內，膨脹器筒26的上端固定安裝有壓帽32，膨脹器球鉸25的下部位于壓帽32的內部，膨脹器球鉸25的上部與連接變扣24的下部固定連接，連接變扣24的上部與第二芯軸的下端固定連接；變徑段的內部底端設有彈簧座33，彈簧座33上安裝有彈簧34，彈簧34的上端抵靠在位于最下部的膨脹芯軸30的下端面上。第二芯軸向下運動的力傳遞給連接變扣24，連接變扣24將動量傳遞給膨脹芯軸30，膨脹芯軸30向下運動沖擊膨脹球28，使膨脹球28向外擠壓，從而張開變形的套管。

如附圖1、4、5所示，上述膨脹球28為鋼球；膨脹球套29為軸向割縫的薄壁管，薄壁管套設在安裝孔27上，薄壁管的側壁上設有供膨脹球28突出的第二徑向孔35；膨脹芯軸30為上大下小的臺階軸，臺階軸的過渡處為弧面或錐面；彈簧34為圓柱壓縮彈簧。膨脹球28采用鋼球，表面硬度高；臺階軸的過渡處即弧形凹槽31，弧形凹槽31可以是弧面或錐面，這樣能夠更好地擠壓膨脹球28。

本實用新型具有如下優點：1、整體裝置結構簡單，動量轉換裝置2采用模塊化設計，可以任意加減活塞及外筒，調整膨脹器的整形力；2、使用管柱36內壓力使水力錨1錨定到套管內，為下部膨脹器提供固定支撐點，整形力由活塞提供，產生的作用力在短距離內釋放，避免了管柱36長度的塑性變形對力的吸收，直接作用到需要整形處，保護了地面設備；3、動量轉換裝置2設計有最大位移泄壓通道，當活塞位移到最大位置時，管柱36內壓力泄壓，地面表現明顯，避免誤判斷；4、膨脹器下部設計有彈簧34，在正常上提或下放時，膨脹芯軸30處于上部，膨脹鋼球回縮，當膨脹筒遇阻時，即需要整形時，管柱36下移，膨脹芯軸30把膨脹球28擠出膨脹筒，膨脹器外徑變大，使受損套管內徑擴大；5、膨脹器壓帽32設計有擴口，膨脹器球鉸25可以繞中心擺動，自動平衡由于套管變形給膨脹器施加的徑向力；6、該動量沖擊脹管裝置在下入或上提時，動量轉換裝置2處于拉伸狀態，如附圖2所示，管柱36內外通過第二泄壓孔19相通，使管柱36內外壓力平衡，當遇阻時，管柱36下壓，泄壓孔關閉，使管柱36內可以打壓。

以上技術特征構成了本實用新型的實施例，其具有較強的適應性和實施效果，可根據實際需要增減非必要的技術特征，來滿足不同情況的需求。

本實用新型實施例的使用過程：

用管柱36下入該動量沖擊脹管裝置，到達要整形位置時，遇阻后，管柱36下壓，當達到最大下壓力時，從管柱36內打壓，此時水力錨1張開，錨定到套管上，流體壓力推動第一活塞6、第二或賽下移，膨脹球28突出，膨脹器下行，漲開套管內變形處，當第一活塞6、第二活塞12下移到最大行程時，第二芯軸上的第二泄壓孔19露出，管柱36內泄壓。

管柱36內壓力下降后，泄壓，上提管柱36，水力錨1恢復，膨脹球28縮回到膨脹器筒26內，下壓管柱36，當達到最大下壓力時，重復以上動作，即管柱36內打壓等，直至套管整形作業完成。

動量沖擊脹管裝置每次作業只能擴大套管內徑4毫米左右，對于大的套管變形，需依次更換大直徑的脹管器，進行多次作業。