專利名稱：膨脹管的旋轉(zhuǎn)膨脹工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于鉆井、修井和完井的工具，尤其是一種膨脹管的旋轉(zhuǎn)膨脹工具，屬于油氣鉆采技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
膨脹管技術(shù)是80年代末由SHELL公司發(fā)展起來的新技術(shù)，在鉆井、完井、修井作業(yè)中有廣泛的應(yīng)用。目前國內(nèi)主要用膨脹錐來完成膨脹作業(yè)，這種膨脹方法的不足之處是需要較大的軸向力，對(duì)膨脹系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的能力提出很高的要求。Weatherford公司又先后研制了軸向自適應(yīng)膨脹系統(tǒng)(AxialCompliant Expansion System，簡稱ACES)和自適應(yīng)旋轉(zhuǎn)膨脹系統(tǒng)(CompliantRotary Expansion System，簡稱CRES)可以解決這一問題。但是，出于商業(yè)原因，在文獻(xiàn)上找不到它們的具體結(jié)構(gòu)的相關(guān)資料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種膨脹管的旋轉(zhuǎn)膨脹工具，其結(jié)構(gòu)簡單緊湊，能夠?qū)崿F(xiàn)在較小的軸向力下將膨脹管脹開；同時(shí)，應(yīng)用這種膨脹工具膨脹還具有自適應(yīng)性，可對(duì)縮徑處進(jìn)行膨脹。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種膨脹管的旋轉(zhuǎn)膨脹工具，它包括本體，本體內(nèi)部中心軸向開設(shè)有通孔，該通孔的上、下兩端分別設(shè)有上、下連接孔與鉆柱和限壓閥連接，在本體的中段偏下的兩個(gè)截面的圓周上分別徑向均布開設(shè)有活塞孔，活塞孔內(nèi)裝有活塞，沿本體軸向的兩個(gè)活塞之間設(shè)有滾輪軸，該滾輪軸的軸向與本體軸向平行，其上、下兩端分別穿設(shè)在上、下兩個(gè)活塞內(nèi)部，在滾輪軸上套設(shè)有滾輪，本體的對(duì)應(yīng)位置上開設(shè)有用于容納滾輪軸和滾輪的凹陷部，滾輪軸徑向套設(shè)有滾針，滾針設(shè)置在滾輪和滾輪軸之間，在滾輪和滾輪軸的軸向上裝有滾珠，活塞孔的端口部固設(shè)有壓蓋，壓蓋的外表面與滾輪外表面平齊。
為了保證該膨脹工具的膨脹效果，上述的兩個(gè)截面之間的軸向距離應(yīng)該在100-260mm，優(yōu)選為186mm。為了使膨脹工具在工作過程中，受力更加合理，活塞孔通常采用三個(gè)或三個(gè)以上。
綜上所述，本發(fā)明所提供的膨脹管的旋轉(zhuǎn)膨脹工具，能夠?qū)崿F(xiàn)在較小的軸向力下將膨脹管脹開；同時(shí)，應(yīng)用這種膨脹工具膨脹還具有自適應(yīng)性，可對(duì)縮徑處進(jìn)行膨脹。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)地說明。


圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)剖面圖；圖2為本體在活塞孔位置的徑向剖面圖；圖3為本體在滾輪位置的徑向剖面圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)剖面圖。從圖1中可知，本發(fā)明所提供的這種膨脹管的旋轉(zhuǎn)膨脹工具，它包括本體1，本體1內(nèi)部中心軸向開設(shè)有通孔11，該通孔11的上、下兩端分別設(shè)有上、下連接孔111和112與鉆柱和限壓閥連接(圖中未示出)，在本體1的中段偏下的兩個(gè)截面的圓周上分別徑向均布開設(shè)有活塞孔12，為了使膨脹工具在工作過程中，受力更加合理，活塞孔12可以采用三個(gè)或三個(gè)以上，但通常為三個(gè)，如圖2所示本體1在活塞孔12位置的徑向剖面圖。理論上還可以采用四個(gè)活塞孔的方案，但由于受尺寸限制，基本不太可能實(shí)現(xiàn)。如圖1所示，活塞孔12內(nèi)裝有活塞121，沿本體1軸向的兩個(gè)活塞121和121’之間設(shè)有滾輪軸13，該滾輪軸13的軸向與本體1軸向平行，其上、下兩端分別穿設(shè)在上、下兩個(gè)活塞121和121’內(nèi)部，在滾輪軸13上套設(shè)有滾輪14，本體1的對(duì)應(yīng)位置上開設(shè)有用于容納滾輪軸13和滾輪14的凹陷部15，如圖3所示本體1在滾輪14位置的徑向剖面圖。如圖1所示，滾輪軸13徑向套設(shè)有滾針16，滾針16設(shè)置在滾輪14和滾輪軸13之間，在滾輪14和滾輪軸13的軸向上裝有滾珠17，活塞孔12的端口部固設(shè)有壓蓋122，通常壓蓋122通過螺栓18固定在本體1上。固定后，該膨脹工具在非工作狀態(tài)下，壓蓋122的外表面1221與滾輪14的外表面141平齊。
為了保證該膨脹工具的膨脹效果，活塞121和121’的中心線之間的軸向距離應(yīng)該在100-260mm，優(yōu)選為186mm。
結(jié)合上述的結(jié)構(gòu)說明，如圖1所示，本發(fā)明所提供的膨脹管的旋轉(zhuǎn)膨脹工具在膨脹作業(yè)時(shí)，其上部與鉆柱相連，下部與限壓閥聯(lián)接。通過鉆機(jī)的升降系統(tǒng)將該膨脹工具送入待膨脹的套管內(nèi)部。地面液壓系統(tǒng)供給的液體通過鉆柱內(nèi)孔注入旋轉(zhuǎn)膨脹工具主體1的內(nèi)部通孔11內(nèi)，由于限壓閥在設(shè)計(jì)的額定壓力下關(guān)閉，液體不能流過，從而產(chǎn)生液體壓力。本體1在鉆柱的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，滾輪14與外面待膨脹的套管接觸，因有摩擦力所以繞滾輪軸13旋轉(zhuǎn)。大滾珠17和滾針16的作用是使?jié)L輪14與滾輪軸13產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，也就是說，滾輪14在隨本體1旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，還在以滾輪軸13為中心自轉(zhuǎn)?；钊?21在液壓作用下沿徑向向外運(yùn)動(dòng)，并同時(shí)帶動(dòng)滾輪軸13及滾輪14沿徑向向外運(yùn)動(dòng)，從而使?jié)L輪14對(duì)套管內(nèi)壁產(chǎn)生壓力。隨著供給液壓的提高，滾輪14對(duì)套管內(nèi)壁的壓力隨之增大，當(dāng)壓力超過套管的屈服應(yīng)力時(shí)，接觸面產(chǎn)生塑性變形。隨著壓力的繼續(xù)增高，塑性區(qū)不斷擴(kuò)展，直至沿整個(gè)壁厚都進(jìn)入塑性變形。在上述液體注入的過程中，鉆柱同時(shí)不停地旋轉(zhuǎn)，從而使套管內(nèi)壁的塑性變形均勻一致。由于壓蓋122是通過螺栓18固定在本體1上而無法產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，活塞121的最大運(yùn)動(dòng)距離為該旋轉(zhuǎn)膨脹工具靜止時(shí)活塞121外側(cè)頂部的位置到壓蓋122內(nèi)側(cè)的這段距離。
當(dāng)達(dá)到額定的膨脹幅度時(shí)，限壓閥動(dòng)作開啟，從而壓力驟降，滾輪14縮回，整套旋轉(zhuǎn)膨脹工具在鉆壓作用下沿軸向有一位移，同時(shí)限壓閥因?yàn)閴毫σ呀档投鴱?fù)位，液體壓力再次逐漸升高，這樣就完成了一個(gè)周期動(dòng)作。上面的動(dòng)作周而復(fù)始，形成了一個(gè)連續(xù)的膨脹過程，從而完成對(duì)套管的膨脹作業(yè)。
最后需要說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種膨脹管的旋轉(zhuǎn)膨脹工具，其特征在于它包括本體，本體內(nèi)部中心軸向開設(shè)有通孔，該通孔的上、下兩端分別設(shè)有上、下連接孔與鉆柱和限壓閥連接，在本體的中段偏下的兩個(gè)截面的圓周上分別徑向開設(shè)有活塞孔，該截面的徑向方向分別為兩個(gè)活塞孔的中心線，兩個(gè)截面的圓周上開設(shè)的活塞孔方向一致，活塞孔內(nèi)裝有活塞，沿本體軸向的兩個(gè)活塞之間設(shè)有滾輪軸，該滾輪軸的軸向與本體軸向平行，其上、下兩端分別穿設(shè)在上、下兩個(gè)活塞內(nèi)部，在滾輪軸上套設(shè)有滾輪，本體的對(duì)應(yīng)位置上開設(shè)有用于容納滾輪軸和滾輪的凹陷部，滾輪軸徑向套設(shè)有滾針，滾針設(shè)置在滾輪和滾輪軸之間，在滾輪和滾輪軸的軸向上裝有滾珠，活塞孔的端口部固設(shè)有壓蓋，壓蓋的外表面與滾輪外表面平齊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膨脹管的旋轉(zhuǎn)膨脹工具，其特征在于所述的兩個(gè)活塞孔的中心線之間的距離在100-260mm范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膨脹管的旋轉(zhuǎn)膨脹工具，其特征在于所述的中心線之間的距離優(yōu)選為186mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的膨脹管的旋轉(zhuǎn)膨脹工具，其特征在于所述的活塞孔為三個(gè)或三個(gè)以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的膨脹管的旋轉(zhuǎn)膨脹工具，其特征在于所述的活塞孔在本體兩個(gè)截面的圓周上均布開設(shè)。
全文摘要
一種膨脹管的旋轉(zhuǎn)膨脹工具，包括本體，其內(nèi)部中心軸向開設(shè)通孔，通孔兩端分別由上、下連接孔與鉆柱和限壓閥連接，本體的中段偏下的兩個(gè)截面的圓周上分別徑向開設(shè)活塞孔，該截面的徑向方向分別為兩個(gè)活塞孔的中心線，兩個(gè)截面的圓周上開設(shè)的活塞孔方向一致，活塞孔內(nèi)裝有活塞，沿本體軸向的兩個(gè)活塞之間設(shè)有滾輪軸，其軸向與本體軸向平行，兩端分別穿設(shè)在上、下兩個(gè)活塞內(nèi)部，滾輪軸上套設(shè)滾輪，本體對(duì)應(yīng)位置開設(shè)凹陷部，滾輪軸徑向套設(shè)滾針，滾針在滾輪和滾輪軸之間，滾輪和滾輪軸的軸向上裝有滾珠，活塞孔的端口部固設(shè)壓蓋，其外表面與滾輪外表面平齊。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單緊湊，能在較小的軸向力下將膨脹管脹開并具有自適應(yīng)性，對(duì)縮徑處進(jìn)行膨脹。
文檔編號(hào)E21B29/00GK1891972SQ20051008261
公開日2007年1月10日 申請(qǐng)日期2005年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月6日
發(fā)明者高德利, 付勝利 申請(qǐng)人:中國石油大學(xué)(北京)