本發(fā)明涉及石油工業(yè)鉆井完井、修井技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及復(fù)合施力膨脹管裝置及其作業(yè)方法。

背景技術(shù)：

發(fā)展于上世紀90年代的實體膨脹管技術(shù)在鉆井、完井和修井技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。

最初的膨脹管技術(shù)是利用液壓力推動膨脹錐體，同時疊加鉆桿對膨脹錐體的上提力來完成膨脹作業(yè)的。

中國專利，申請?zhí)?01010106783.3，申請日2010.02.03，“膨脹管總成、油井補貼施工機構(gòu)及施工方法”公開了一種利用膨脹管修復(fù)破損套管的裝置及方法，該裝置是在膨脹管的上部設(shè)置一套動力缸，在膨脹管的下部設(shè)置膨脹錐體，在膨脹錐體的下面又設(shè)置了卡掛定位機構(gòu)，該裝置的動力缸上部壓住膨脹管，動力缸的中心管向下拉住卡掛定位機構(gòu)，通過動力缸的拉力向上拉動膨脹錐體來膨脹膨脹管。其卡掛定位機構(gòu)能夠單向卡住中心管，即為膨脹錐體提供一下向上的推力，又能滿足動力缸多次行程向上提升的需求。

中國專利，申請?zhí)?01310220019.2，申請日2013.06.05，“一種膨脹管膨脹工藝方法及工具系統(tǒng)”公開了一種膨脹管裝置，該裝置在膨脹錐體下面連接了動力缸，在動力缸下面又連接了卡瓦錨定裝置。作業(yè)時，卡瓦錨定裝置卡在套管上。動力缸通過液壓力上推膨脹錐體，下推卡瓦錨定裝置。

上述兩項膨脹管技術(shù)都是使用動力缸的液壓力推動膨脹錐體來膨脹套管的，當被膨脹管的強度較高，需要的膨脹力較大時，僅靠動力缸的力就會造成作業(yè)液壓力較高，存在安全風險。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，發(fā)明了能夠大幅度降低作業(yè)時地面液壓泵泵壓的復(fù)合施力膨脹管裝置及其作業(yè)方法，降低了作業(yè)風險，保證了施工人員安全。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

復(fù)合施力膨脹管裝置，底堵安裝在膨脹管的底部，底堵與膨脹管相固定且密封連接，膨脹管下部設(shè)擴徑腔，膨脹錐安裝在所述的擴徑腔內(nèi)，膨脹錐以上設(shè)置液缸機構(gòu)，膨脹錐以下設(shè)置錨定機構(gòu)，液缸機構(gòu)的中心管穿過膨脹錐與錨定機構(gòu)相固定連接；膨脹錐與中心管相套接且滑動密封，中心管下端與膨脹管內(nèi)腔液力連通，液缸機構(gòu)的液缸套與膨脹錐相固定連接。

優(yōu)選地，所述的錨定機構(gòu)是卡瓦錨定機構(gòu)，所述的卡瓦錨定機構(gòu)為“T”形槽式卡瓦錨定機構(gòu)。所述的卡瓦錨定機構(gòu)還可以為卡瓦摩擦塊一體式卡瓦錨定機構(gòu)。

優(yōu)選地，所述的錨定機構(gòu)還可以是水力錨錨定機構(gòu)。

復(fù)合施力膨脹管裝置的作業(yè)方法，其使用包括所述的復(fù)合施力膨脹管裝置，其作業(yè)步驟是，

a、用作業(yè)管柱把復(fù)合施力膨脹管裝置下至井下套管破裂處或裸眼內(nèi)井；

b、作業(yè)管柱上端與地面的液壓泵相連；

c、啟動液壓泵使復(fù)合施力膨脹管裝置中心管中的液壓力升高，推動膨脹錐上行膨脹膨脹管，液缸機構(gòu)完成一個上行行程；

d、停止液壓泵，卸去復(fù)合施力膨脹管裝置中心管中的液壓力；

e、上提作業(yè)管柱使液缸機構(gòu)上行一個行程；

f、重復(fù)步驟c、d、e，直至完成全部膨脹管的膨脹作業(yè)。

本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)點在于，該裝置將動力缸的液壓力與傳統(tǒng)技術(shù)推動膨脹錐體的液壓力疊加起來共同推動膨脹錐體實現(xiàn)對膨脹管的膨脹，從而大幅度降低了作業(yè)時的泵壓，降低了作業(yè)風險，保證了施工人員安全。

附圖說明

當結(jié)合附圖考慮時，通過參照下面的詳細描述，能夠更完整更好地理解本發(fā)明以及容易得知其中許多伴隨的優(yōu)點，但此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定，其中：

圖1是復(fù)合施力膨脹管裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中的液缸機構(gòu)是一級液缸，錨定機構(gòu)為卡瓦錨定機構(gòu)。

圖2是復(fù)合施力膨脹管裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中的液缸機構(gòu)是二級液缸，錨定機構(gòu)為卡瓦錨定機構(gòu)。

圖3是復(fù)合施力膨脹管裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，在膨脹錐的下面設(shè)有輔助密封機構(gòu)皮碗封隔器。

圖4是復(fù)合施力膨脹管裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，在膨脹錐的下面設(shè)有輔助密封機構(gòu)密封圈擋環(huán)。

圖5是“T”形槽式卡瓦錨定機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是卡瓦摩擦塊一體式卡瓦錨定機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是復(fù)合施力膨脹管裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中的錨定機構(gòu)是水力錨錨定機構(gòu)，其中的節(jié)流器為節(jié)流水嘴。

圖8是水力錨的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9是復(fù)合施力膨脹管裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中的錨定機構(gòu)是水力錨錨定機構(gòu)，其中的節(jié)流器為節(jié)流閥。

具體實施方式

本說明書的敘述說明中，所述的上、下位置關(guān)系，與附圖中圖示的位置關(guān)系相同，這也是本發(fā)明的工具在直井中應(yīng)用時的各構(gòu)件間的相互位置關(guān)系。

見圖1所示，復(fù)合施力膨脹管裝置，包括膨脹管2、膨脹錐4和底堵6。膨脹管2下部設(shè)擴徑腔，膨脹錐4安裝在所述的擴徑腔內(nèi)。底堵6安裝在膨脹管2的底部，底堵6與膨脹管2相固定且密封連接。此處以及本說明書的其它部分所述的相固定連接，可以是螺紋連接，也可以是焊接；所述的相固定且密封連接，可以是密封螺紋連接，如石油油管螺紋，還可以是非密封螺紋加密封圈連接，也可以是焊接。

中心管1外設(shè)液缸套31和活塞32，中心管1、液缸套31和活塞32共同構(gòu)成液缸機構(gòu)3，其中活塞32與中心管1相固定且密封連接，液缸套31與中心管1相套接且形成第一滑動密封面，液缸套31與活塞32相套接且形成第二滑動密封面，第一滑動密封面與第二滑動密封面存在直徑差，液缸套31和活塞32之間于中心管1側(cè)壁上設(shè)進液孔7。

中心管1下端與膨脹管2內(nèi)腔液力連通，也就是中心管1下端有開孔與膨脹管2和底堵6所形成的內(nèi)腔相通。

液缸套31與膨脹錐4相固定連接；膨脹錐4與中心管1相套接且滑動密封；中心管1下端與錨定機構(gòu)5相固定連接。

為了利于液體排出，在活塞32以下的液缸套31側(cè)壁上還可以設(shè)出液孔8。

圖1所示的是由一級液缸套和一級活塞構(gòu)成的單級液缸機構(gòu)，液缸機構(gòu)可以是由多級液缸套和多級活塞構(gòu)成的多級液缸機構(gòu)。見圖2所示，這個附圖展示了一個二級液缸機構(gòu)，包括一級液缸機構(gòu)201和二級液缸機構(gòu)202，一二級液缸套連接在一起，其它連接要素與單級液缸機構(gòu)相同。三級以上的液缸機構(gòu)的連接方式與二級液缸機構(gòu)的連接方式相同。

所述的錨定機構(gòu)5是卡瓦錨定機構(gòu)，見圖5所示，所述的卡瓦錨定機構(gòu)為“T”形槽式卡瓦錨定機構(gòu)，這是一種在油田井下211型或221型封隔器上常用的錨定機構(gòu)，也稱為“燕尾槽”式卡瓦錨定機構(gòu)，包括下中心管56、錨定錐51、卡瓦52、卡瓦托53、彈簧54和擋帽55，錨定錐51、卡瓦托53、彈簧54和擋帽55自上而下順次套接在下中心管56外，其中，錨定錐51和擋帽55還與下中心管56相固定連接；錨定錐51與卡瓦托53的外周上均設(shè)“T”形槽，卡瓦52安裝在所述的“T”形槽中。

所述的彈簧54可以是碟簧或圓柱螺旋壓縮彈簧。

通過本發(fā)明上述的敘述可以看出，本發(fā)明的復(fù)合施力膨脹管裝置包括膨脹管及底堵、膨脹錐、液缸機構(gòu)和錨定機構(gòu)。膨脹管下部，底堵以上設(shè)擴徑腔，膨脹錐安裝在擴徑腔內(nèi)；膨脹錐以上設(shè)液缸機構(gòu)，膨脹錐以下設(shè)錨定機構(gòu)。中心管從中心穿過膨脹錐，上連液缸機構(gòu)，下連錨定機構(gòu)，中心管既是液缸機構(gòu)的一部分，也是錨定機構(gòu)的一部分；液缸機構(gòu)的液缸套與膨脹錐相連，液缸機構(gòu)的活塞通過中心管下連錨定機構(gòu)。下推錨定機構(gòu)時，錨定機構(gòu)通過卡瓦卡在膨脹管的內(nèi)壁上，上提錨定機構(gòu)時，錨定機構(gòu)則解除錨定沿膨脹管上行。在液壓力作用下，液缸機構(gòu)下推錨定機構(gòu)卡住膨脹管不動，其反力則通過液缸套上拉膨脹錐上行，實現(xiàn)對套管的膨脹。膨脹錐與中心管形成滑動密封，膨脹錐的外周與膨脹管也形成密封面，液壓力作用在膨脹錐的下端，也推動膨脹錐上行。膨脹錐同時受到了液缸機構(gòu)的向上拉力和液壓力的上推力，這兩個力復(fù)合起來，與單一膨脹作業(yè)的液壓力相比，會大大降低。

基于上述設(shè)計的基本思路和原理，所述的卡瓦錨定機構(gòu)還可以為卡瓦摩擦塊一體式卡瓦錨定機構(gòu)，這也是在油田井下211型或221型封隔器上常用的另一種錨定機構(gòu)。如圖6所示，卡瓦摩擦塊一體式卡瓦錨定機構(gòu)包括下中心管56、錐體61、摩擦卡瓦62、卡環(huán)63、小彈簧64、卡瓦底托65和擋環(huán)66。錐體61、卡瓦底托65和擋環(huán)66自上而下順次套在下中心管56外，且錐體61、和擋環(huán)66還與下中心管56相固定連接；卡瓦底托65設(shè)斷面為“J”形環(huán)狀槽，摩擦卡瓦62下端安裝在所述的“J”形環(huán)狀槽內(nèi)，小彈簧64橫向安裝在摩擦卡瓦62和卡瓦底托65之間，卡環(huán)63套在摩擦卡瓦62外周。

基于上述設(shè)計的基本思路和原理，所述的錨定機構(gòu)5還可以是水力錨錨定機構(gòu)。見圖7和圖8所示，所述的水力錨錨定機構(gòu)包括水力錨71和連接在其下部的節(jié)流器73。所述的節(jié)流器73可以是節(jié)流水嘴74。所述的節(jié)流水嘴74就是在一塊板上設(shè)節(jié)流孔75，俗稱節(jié)流孔板。當節(jié)流器產(chǎn)生節(jié)流壓差時，錨牙72就錨定在膨脹管內(nèi)壁上。當然，當節(jié)流水嘴74的節(jié)流孔75直徑最小可以為0，此時，錨牙72的錨定力最大。

所述的節(jié)流器73還可以是節(jié)流閥80，見圖9所示，節(jié)流閥體83與水力錨連接，節(jié)流閥體83設(shè)軸向臺肩孔，球81安裝在所述的臺肩孔內(nèi)，絲堵84安裝在臺肩孔下部，絲堵84和球81之間安裝閥彈簧82。節(jié)流閥80也可以是油田井下注水管柱常用的節(jié)流配水器。

為了提高膨脹錐在膨脹上行過程中的密封效果，所述的膨脹錐4以下于中心管1外還套有輔助密封機構(gòu)。見圖3所示，所述的輔助密封機構(gòu)是皮碗封隔器311。皮碗封隔器是油田井下常用的工具之一。見圖4所示，所述的輔助密封機構(gòu)還可以是密封圈擋環(huán)，也就是在膨脹錐4的外周設(shè)密封圈411。

復(fù)合施力膨脹管裝置通過中心管與作業(yè)管柱相連。其作業(yè)步驟是：

a、用作業(yè)管柱把復(fù)合施力膨脹管裝置下至井下套管破裂處或裸眼內(nèi)井；

b、作業(yè)管柱上端與地面的液壓泵相連；

c、啟動液壓泵使復(fù)合施力膨脹管裝置中心管中的液壓力升高，推動膨脹錐上行膨脹膨脹管，液缸機構(gòu)完成一個上行行程；

d、停止液壓泵，卸去復(fù)合施力膨脹管裝置中心管中的液壓力；

e、上提作業(yè)管柱使液缸機構(gòu)上行一個行程；

f、重復(fù)步驟c、d、e，直至完成全部膨脹管的膨脹作業(yè)。

顯然，本領(lǐng)域技術(shù)人員基于本發(fā)明的宗旨所做的許多修改和變化屬于本發(fā)明的保護范圍。