一種機械式膨脹工具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種機械式膨脹工具，包括本體和設(shè)置在本體內(nèi)的軸向流動通道。本體包括大致圓弧形的功能段、直徑恒定的保徑段，以及用于與鉆具相連的連接段。其中，功能段包括若干設(shè)置在外表面中的周向槽，并且在各周向槽中均安裝有環(huán)件。
【專利說明】一種機械式膨脹工具
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于石油鉆井領(lǐng)域，具體涉及一種用于膨脹波紋管技術(shù)中的機械式膨脹工具。
【背景技術(shù)】
[0002]膨脹波紋管技術(shù)是一種應(yīng)用于鉆井、完井或修井施工過程中的新技術(shù)。在這種技術(shù)中，將波紋管管柱下入到井內(nèi)，以液力和機械力的方式使管柱永久形變?yōu)閳A管，從而實現(xiàn)封隔復(fù)雜地層和修補已損套管，同時在其后仍保持原井眼尺寸。其中，膨脹波紋管在水力膨脹后，需要下入機械脹管器來對波紋管進行機械膨脹和修復(fù)。
[0003]然而當(dāng)遇到復(fù)雜情況時，膨脹波紋管在水力膨脹過程中可能無法能達到預(yù)計的尺寸。這時，需要利用機械膨脹的方式將膨脹波紋管膨脹至設(shè)計要求。由于膨脹波紋管串存在接箍、過渡接頭等小尺寸的部件，而且膨脹波紋管串可能有破裂的部分，這便要求脹管器同時具備機械膨脹的功能和修復(fù)的功能。然而，現(xiàn)有的膨脹工具一般只具有機械膨脹或磨銑的單一功能，在膨脹過程遇到破損段或接頭段難以通過，并且在磨銑過程中對未破損管體的磨損較大。
[0004]CN101555775A公開了一種修復(fù)套管工具及其方法。該專利文獻尤其是披露了一種領(lǐng)眼銑錐，其前端采用圓錐體結(jié)構(gòu)，但其中不鋪設(shè)磨銑材料。領(lǐng)眼銑錐的后端采用扶正圓柱體，以便在施工中起扶正作用。該工具雖然具備磨銑功能，但在進行機械膨脹時會對膨脹管的管體造成較大的磨損。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種機械式膨脹工具，在井下對膨脹波紋管進行機械膨脹的情況下，在遇到接頭或破損部位時該機械膨脹工具能夠磨銑通過，而當(dāng)遇到完好的膨脹波紋管本體時能夠進行機械膨脹，且盡可能地不損害膨脹的本體。
[0006]根據(jù)本發(fā)明提供了一種機械式膨脹工具，包括本體和設(shè)置在本體內(nèi)的軸向流動通道。本體包括大致圓弧形的功能段、直徑恒定的保徑段，以及用于與鉆具相連的連接段。其中，功能段包括若干設(shè)置在外表面中的周向槽，并且在各周向槽中均安裝有環(huán)件。
[0007]在一個實施例中，環(huán)件通過燒結(jié)硬質(zhì)合金顆粒而一體式制成于周向槽內(nèi)。優(yōu)選地，環(huán)件的外表面與功能段的外表面大致上齊平。
[0008]在一個實施例中，在保徑段的外表面上設(shè)有若干沿軸向延伸的條狀突起。條狀突起可以部分地嵌入在保徑段內(nèi)，部分地突出于保徑段的外表面。優(yōu)選地，條狀突起始于保徑段的與功能段相鄰的端部，但并不延伸至保徑段的與連接段相鄰的端部。
[0009]在一個實施例中，在本體的外表面上設(shè)有沿軸向延伸的外流道。例如，外流道可包括貫穿過功能段和保徑段的貫通流道，以及貫穿過保徑段但終止于功能段內(nèi)的非貫通流道。在一個具體實施例中，非貫通流道延伸到不超過最靠近本體的自由端的環(huán)件。在另一個具體實施例中，貫通流道的寬度大于非貫通流道的寬度。[0010]根據(jù)本發(fā)明的機械式膨脹工具同時具有磨銑和機械膨脹的功能，既能對破損段進行磨銑和修復(fù)，又能盡量減少機械膨脹時對膨脹波紋管本體的損壞。
[0011]另外，由于圓錐段的合金環(huán)件和本體處于同一圓弧面，并且環(huán)件的前端的尺寸小，從而有利于引導(dǎo)膨脹工具進入波紋管的管體中。圓弧面減少了膨脹工具與膨脹波紋管之間的接觸面積，減少了旋轉(zhuǎn)扭矩，防止膨脹工具與膨脹波紋管之間出現(xiàn)抱死的情況。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的機械式膨脹工具的結(jié)構(gòu)簡單，耐磨性強，容易操作，具有較高的強度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]以下將結(jié)合附圖來對本發(fā)明進行進一步的說明。
[0014]圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的機械式膨脹工具。
[0015]圖2是圖1所示機械式膨脹工具的剖視圖。
[0016]在所有圖中相同的部件由相同的附圖標(biāo)記表示。附圖并未按比例繪制。
【具體實施方式】
[0017]圖1和2顯示了根據(jù)本發(fā)明的機械式膨脹工具20，其包括本體I和貫穿本體I的內(nèi)部流體通道9。本體I例如可由鉆桿材料制成。在一些實施例中，本體可由E75、X95、G105鋼材制成。
[0018]如圖2所示，本體I包括三個部分，即功能段6、直徑恒定的保徑段7以及連接段
8。連接段8例如可帶有內(nèi)螺紋，用于與鉆具(未示出)相連。然而容易理解，連接段8也可以通過其它常規(guī)的方式與鉆具相連。
[0019]本體I的功能段6也稱為圓弧段，其為大致圓弧形的部件，沿著朝向本體I的自由端11的方向具有逐漸減小的直徑。如圖1所示，在本體I的功能段6上設(shè)有若干個間隔開的周向槽2。在各個周向槽2內(nèi)均布置有環(huán)件(未示出)。所述環(huán)件例如可由燒結(jié)硬質(zhì)合金顆粒的方式一體式制成于周向槽2內(nèi)。環(huán)件的外表面設(shè)置成與功能段6的外周面齊平，即二者之間形成光滑的過渡。這樣，各個環(huán)件自身也為大致圓弧形的部件，并且沿著朝向本體I的自由端11的方向具有逐漸減小的直徑。硬質(zhì)合金的環(huán)件可在操作期間用于實現(xiàn)磨銑功倉泛。
[0020]由于功能段6的圓弧形結(jié)構(gòu)，因此安裝在最靠近本體I的自由端11的第一周向槽內(nèi)的環(huán)件最小，并沿著向保徑段7的方向逐漸增大。這樣，靠近自由端的環(huán)件尺寸最小，同時各環(huán)件自身也具有朝向自由端11逐漸減小的直徑，因而有利于引導(dǎo)膨脹工具20進入到管體中。另外，功能段6的圓弧形結(jié)構(gòu)使得機械式膨脹工具20與膨脹波紋管之間的接觸面積減小，從而導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)扭矩減小，由此防止了膨脹工具與膨脹波紋管之間出現(xiàn)抱死的情況。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，各個周向槽2之間的軸向間距可以是均勻的。在另一些實施例中，各個周向槽2之間的軸向間距也可以是變化的。例如，當(dāng)主體I的功能段6中的一些部分主要以實現(xiàn)磨銑的功能為主時，那么就可以將這一區(qū)域內(nèi)的周向槽2之間的軸向間距設(shè)置成比其它區(qū)域內(nèi)的周向槽2之間的軸向間距更小。由此，硬質(zhì)合金環(huán)件的之間的距離也較小，從而提高了磨銑的功能。
[0022]保徑段7是緊鄰于功能段6的直徑恒定的圓柱體。根據(jù)本發(fā)明，在保徑段7的外表面上設(shè)置有若干軸向延伸的條狀突起5。這些條狀突起5例如沿周向均勻分布，并且部分地嵌入在圓柱體內(nèi)而部分地突出于保徑段7的外表面。在一個具體實施例中，條狀突起5例如起始于保徑段7的與功能段6相鄰的端部，但并不延伸至保徑段7的與連接段8相鄰的端部。這是因為在功能段對管體進行膨脹和磨銑之后，管體內(nèi)可能仍存在不平整的部位。這樣，通過如上所述地設(shè)置條狀突起5，可以對這些不平整的部位進行修整，同時增加了保徑段的耐磨性。
[0023]條狀突起5的數(shù)量可以根據(jù)具體情況的需要選擇。條狀突起5的設(shè)置可在保證膨脹后的管體不會出現(xiàn)回縮現(xiàn)象。
[0024]根據(jù)本發(fā)明，在機械式膨脹工具20的本體I的外表面上還設(shè)置有沿軸向延伸的外流道。優(yōu)選地，外流道包括貫通流道3，即貫通整個本體I的保徑段7和功能段6的流道，以及包括非貫通流道4，即從保徑段7開始延伸但終止于功能段6的內(nèi)部的流道。貫通流道3和非貫通流道4在周向上彼此間隔開地設(shè)置，優(yōu)選在周向上彼此均勻地間隔開。根據(jù)需要，可以交替地布置多個貫通流道3和多個非貫通流道4。通過交替布置的貫通流道3和非貫通流道4，可以增強機械式膨脹工具20的整體強度，同時保證良好的流動性。尤其是，非貫通流道4從保徑段7開始延伸但終止于功能段6的內(nèi)部，即非貫通流道4并不延伸到外徑小且壁厚薄的功能段6的上端部分中，使得整個功能段6的強度不會被削弱，有利地保證了膨脹和磨銑操作的順利進行。
[0025]此外，在一些實施例中，貫通流道3設(shè)計成具有比非貫通流道4更大的寬度。這對于功能段6的上端部分也需要與管體接觸并進行膨脹和磨銑操作的情況來說是十分有利的。
[0026]以下介紹根據(jù)本發(fā)明的機械式膨脹工具20的使用方法。在下入膨脹工具之前，首先通過試鉆或打印的方式確定膨脹波紋管在井下的斷面形狀。根據(jù)斷面形狀，可以確定所需要選擇的膨脹工具的尺寸，并根據(jù)實際情況合理分布硬質(zhì)合金環(huán)件之間的間隔尺寸以及硬質(zhì)合金環(huán)件的數(shù)量。
[0027]之后，將根據(jù)本發(fā)明的機械式膨脹工具通過連接段而與上部鉆具相連，下入到預(yù)定位置。在低鉆壓和低轉(zhuǎn)速的情況下使膨脹工具的前端進入到膨脹波紋管的本體中。當(dāng)膨脹工具的本體完全進入膨脹波紋管的本體后，提高轉(zhuǎn)速，對膨脹波紋管本體進行機械膨脹。當(dāng)扭矩增大，出現(xiàn)憋、跳鉆時，說明硬質(zhì)合金環(huán)件對膨脹波紋管的破損部分進行磨銑修復(fù)。
[0028]當(dāng)機械式膨脹工具下至膨脹波紋管的下堵頭時，起出膨脹工具，下入磨鞋磨銑下堵頭，再下入球形脹管器等膨脹工具將膨脹波紋管膨脹至設(shè)計尺寸。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的機械式膨脹工具的結(jié)構(gòu)簡單，耐磨性強，并且具有較高的強度。特別是在破損部位不明確的情況下，根據(jù)本發(fā)明的機械式膨脹工具可以一次性地完成磨銑和膨脹作業(yè)。
[0030]雖然已經(jīng)參考若干實施例對本發(fā)明進行了描述，然而可以理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對其進行各種改進或替換。尤其是，只要不存在結(jié)構(gòu)上的沖突，各實施例中的特征均可相互結(jié)合起來，所形成的組合式特征仍屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明并不局限于文中公開的特定實施例，而是包括落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有技術(shù)方案。
【權(quán)利要求】
1.一種機械式膨脹工具，包括本體和設(shè)置在本體內(nèi)的軸向流動通道，其中，所述本體包括大致圓弧形的功能段、直徑恒定的保徑段，以及用于與鉆具相連的連接段，所述功能段包括若干設(shè)置在外表面中的周向槽，在各周向槽中均安裝有環(huán)件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機械式膨脹工具，其特征在于，所述環(huán)件通過燒結(jié)硬質(zhì)合金顆粒而一體式制成于周向槽內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的機械式膨脹工具，其特征在于，所述環(huán)件的外表面與所述功能段的外表面齊平。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的機械式膨脹工具，其特征在于，在所述保徑段的外表面上設(shè)有若干沿軸向延伸的條狀突起。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的機械式膨脹工具，其特征在于，所述條狀突起部分地嵌入在保徑段內(nèi)，部分地突出于保徑段的外表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的機械式膨脹工具，其特征在于，所述條狀突起始于所述保徑段的與功能段相鄰的端部，但并不延伸至保徑段的與連接段相鄰的端部。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的機械式膨脹工具，其特征在于，在所述本體的外表面上設(shè)有沿軸向延伸的外流道。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的機械式膨脹工具，其特征在于，所述外流道包括貫穿過所述功能段和保徑段的貫通流道。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的機械式膨脹工具，其特征在于，所述外流道還包括非貫通流道，其貫穿過所述保徑段但終止于所述功能段內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的機械式膨脹工具，其特征在于，所述非貫通流道延伸到不超過最靠近本體的自由端的環(huán)件。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的機械式膨脹工具，其特征在于，所述貫通流道的寬度大于所述非貫通流道的寬度。
【文檔編號】E21B29/10GK103867154SQ201210552009
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月18日
【發(fā)明者】陶興華, 陳天成, 曾義金, 劉鵬, 胡彥峰, 涂玉林, 白彬珍, 黃河淳, 李光泉, 王甲昌, 張海平, 詹美玲, 劉曉丹, 張仁龍 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油工程技術(shù)研究院