专利名称：一种浮动铰接式滚动变径胀锥的制作方法
技术领域：
本发明涉及石油钻井、修井及完井作业用的一种浮动铰接式滚动变径胀锥
背景技术：
随着等直径钻井技术及膨胀管套管补贴技术的发展，膨胀管膨胀作业越来越多的 应用在石油钻修井及完井施工当中。现有的膨胀管作业以定径胀锥为主，补贴管柱与变形 套管之间的贴合间隙不均，密封性较差、锚定力不足，补贴效果不理想。定径胀锥在套损套 变严重的井应用时，存在较大的安全隐患，易发生胀锥遇卡事故，因而也限制了膨胀管的应 用。在一些应用场合，尤其是等直径钻井领域要求膨胀工具穿过直径较小的上一级套管，到 达目的位置后径向胀大，实现膨胀作业，这一工艺过程定径胀锥是无法实现的。现有的一些 变径胀锥膨胀时作业工具面与膨胀管材之间为滑动摩擦，摩擦力较大，导致膨胀工具本身 及作业管柱受到很大的扭矩和轴向力，膨胀工具易磨损或断裂造成安全事故，不利于高效 作业。因此有必要设计一种滚动摩擦式变径胀锥，可在一定范围内改变膨胀锥的外径，实现 膨胀管的变截面膨胀，提高膨胀管作业的安全性和适应性，减少施工周期和成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种浮动铰接式滚动变径胀锥，它解决了现有技术中存在的 膨胀管作业是以定径胀锥为主，补贴管柱与变形套管之间的贴合间隙不均，密封性较差、锚 定力不足，补贴效果不理想，存在较大的安全隐患，易发生胀锥迂卡事故的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是该发明的显著特点是，采用一端固 定铰接， 一端浮动铰接方式实现变径胀锥的外径大小变化。基于上述特征的膨胀工具采用 滚动锥面作为膨胀接触面。实现变径的驱动力为作用于活塞端面并推动锥块的高压液体。 一种浮动铰接式滚动变径胀锥，由本体、固定轴、支撑轴、锥形滚轮、浮动轴、浮动楔形块，活 塞及驱动锥块、弹簧、液缸、密封圈、引鞋组成，本体为阶梯形管状中空结构，上部为母扣，与 送入钻具螺纹连接；本体下部为光滑薄壁管体，与引鞋或下部工具螺纹连接；本体径向设 有凹槽，内部嵌入支持撑轴、锥形滚轮及浮动楔形块构成的变径膨胀部件；支撑轴的一端通 过固定轴与本体形成铰链连接，支撑轴可以绕固定轴实现径向摆动；支撑轴与锥形滚轮之 间由轴承支撑连接；锥形滚轮两端细中间粗为双锥形结构；支撑轴的另端通过浮动轴与浮 动楔形块构成铰链连接；浮动楔形块可以径向和轴向滑动；活塞及驱动锥块一端为活塞， 另端为楔形楔块；活塞及楔形锥块可为一个零件，也可设计成一个部件，各部件之间用螺纹 或咬含搭接结构实现连接；活塞及驱动锥块的楔形锥块的凸出爪形结构，可以插入本体的 凹槽内；浮动楔块与驱动锥块的斜面之间采用运动滑槽连接，也可以采用燕尾槽、梯形槽或 其它形式连接；活塞及驱动锥块套装在本体下部，可沿本体轴向滑动；活塞及驱动锥块的 活塞端面与本体之间安装有弹簧，具有复位作用；活塞及驱动锥块与液缸及本体之间由密 封圈密封滑动连接；本体下部与液缸螺纹连接，二者对应位置设有液压孔，且活塞及驱动块 的活塞外侧面设有凸起，防止该液压孔的关闭。
施工时，该滚动变径膨胀锥下部与引鞋或者膨胀限压阀以及其他工螺纹连接具， 上部与送入提拉管柱连接。当该工具下入到设计位置时，开动转盘，使该变径胀锥随送入管 柱一起低速旋转。在地面向管柱内泵入高压液体，流体通过本体下部的液压孔进入液缸套 内。当液压达到一定值时，活塞及驱动锥块在液压力作用下克服弹簧弹性向上运动，浮动楔 形块、支撑轴、锥形滚轮动轴等膨胀部件在驱动锥块作用下绕固定轴径向向外摆出。锥形滚 轮接触到膨胀管体内径后在摩擦力作用下自转，并在随管柱公转的过程中实现对管柱的径 向膨胀。匀速提升送入管柱，可实现一段管柱的均匀膨胀作业。若提升管柱过程中出现遇 阻或者提拉力过大现象，可适当降低驱动液体的压力值，弹簧推动活塞及驱动锥块下移，使 锥形滚轮整体径向向内收縮，自行调节满足管径变化的需要。利用本膨胀工具可对同一段 管柱进行多次膨胀，逐次提高液压值，能够实现良好的膨胀密封效果。对于长距离管柱膨胀 时，可分段逐次膨胀完成。 本发明的有益效果是该发明结构简单，施工方便，提高了施工的安全性和作业效 率，降低作业成本；该变径胀锥采用浮动铰接式结构实现了变径胀锥的滚动膨胀，显著降低 作业时膨胀工具及道入管柱的扭矩及轴向力，膨胀补贴密封性和锚定性好，补贴间隙均匀； 对于膨胀相同尺寸的膨胀管，该发明比普通的定径膨胀装置具有更小的初始外径和更广泛 的适应性。
附图是本发明整体结构示意图。 图中1、本体，2、固定轴，3、支撑轴，4、锥形滚轮，5、滑动轴，6、浮动楔形块，7、活塞 及驱动锥块，8、弹簧，9、液缸，10、密封圈，11、引鞋。
具体实施例方式
在附图中，一种浮动铰接式滚动变径胀锥，由本体1、固定轴2、支撑轴3、锥形滚轮 4、浮动轴5、浮动楔形块6、活塞及驱动锥块7、弹簧8、液缸9、密封圈10、引鞋11组成；该发 明的显著特点是，采用一端固定铰接，一端浮动铰接方式实现变径胀锥的外径大小变化。基 于上述特征的膨胀工具采用滚动锥面作为膨胀接触面。实现变径的驱动力为作用于活塞端 面并推动锥块的高压液体；本体1为阶梯形管状中空结构，上部为母扣，与送入钻具螺纹连 接；本体1下部为光滑薄壁管体，与引鞋11或下部工具螺纹连接；本体1径向设有凹槽，内 部嵌入支持撑轴3、锥形滚轮4及浮动楔形块6构成的变径膨胀部件；支撑轴3的一端通过 固定轴2与本体1形成铰链连接，支撑轴3可以绕固定轴2实现径向摆动；支撑轴3与锥形 滚轮4之间由轴承支撑连接；锥形滚轮4两端细中间粗为双锥形结构；支撑轴3的另端通过 浮动轴5与浮动楔形块6 ;构成铰链连接；浮动楔形块6可以径向和轴向滑动；活塞及驱动 锥块7 —端为活塞，另端为楔形块6 ;活塞及驱动锥块7可为一个零件，也可设计成一个部 件，各部件之间用螺纹或咬含搭接结构实现连接；活塞及驱动锥块7的楔形锥块的凸出爪 形结构，可以插入本体的凹槽内；浮动楔块6与活塞及驱动锥块7中的驱动锥块的斜面之间 采用运动滑槽连接，也可以采用燕尾槽、梯形槽或其它形式连接；活塞及驱动锥块7套装在 本体1下部，可沿本体1轴向滑动；活塞及驱动锥块7的活塞端面与本体1之间安装有弹簧 8，具有复位作用；活塞及驱动锥块7与液缸9及本体1之间由密封圈10密封滑动连接；本体1下部与液缸9螺纹连接，二者对应位置设有液压孔；且活塞及驱动块7的活塞外侧面设 有凸起，防止该液压孔的关闭。
权利要求
一种浮动铰接式滚动变径胀锥，由本体(1)、固定轴(2)、支撑轴(3)、锥形滚轮(4)、浮动轴(5)、浮动楔形块(6)、活塞及驱动锥块(7)、弹簧(8)、液缸(9)、密封圈(10)、引鞋(11)组成；其特征在于该发明的显著特点是，采用一端固定铰接，一端浮动铰接方式实现变径胀锥的外径大小变化。基于上述特征的膨胀工具采用滚动锥面作为膨胀接触面。实现变径的驱动力为作用于活塞端面并推动锥块的高压液体；本体(1)为阶梯形管状中空结构，上部为母扣，与送入钻具螺纹连接；本体(1)下部为光滑薄壁管体，与引鞋(11)或下部工具螺纹连接；本体(1)径向设有凹槽，内部嵌入支持撑轴(3)、锥形滚轮(4)及浮动楔形块(6)构成的变径膨胀部件；支撑轴(3)的一端通过固定轴(2)与本体(1)形成铰链连接，支撑轴(3)可以绕固定轴(2)实现径向摆动；支撑轴(3)与锥形滚轮(4)之间由轴承支撑连接；锥形滚轮(4)两端细中间粗为双锥形结构；支撑轴(3)的另端通过浮动轴(5)与浮动楔形块(6)；构成铰链连接；浮动楔形块(6)可以径向和轴向滑动；活塞及驱动锥块(7)一端为活塞，另端为楔形块(6)；活塞及驱动锥块(7)可为一个零件，也可设计成一个部件，各部件之间用螺纹或咬含搭接结构实现连接；活塞及驱动锥块(7)的楔形锥块的凸出爪形结构，可以插入本体的凹槽内；浮动楔块(6)与活塞及驱动锥块(7)中的驱动锥块的斜面之间采用运动滑槽连接，也可以采用燕尾槽、梯形槽或其它形式连接；活塞及驱动锥块(7)套装在本体(1)下部，可沿本体(1)轴向滑动；活塞及驱动锥块(7)的活塞端面与本体(1)之间安装有弹簧(8)，具有复位作用；活塞及驱动锥块(7)与液缸(9)及本体(1)之间由密封圈(10)密封滑动连接；本体(1)下部与液缸(9)螺纹连接，二者对应位置设有液压孔；且活塞及驱动块(7)的活塞外侧面设有凸起，防止该液压孔的关闭。
全文摘要
石油钻井、修井及完井作业用的一种浮动铰接式滚动变径胀锥，由本体、固定轴、支撑轴、锥形滚轮、浮动轴、浮动楔形块，活塞及驱动锥块、弹簧、液缸、密封圈、引鞋组成；本体与送入钻具螺纹连接；本体下部与引鞋或下部工具螺纹连接；本体径向凹槽内嵌入支撑轴、锥形滚轮及浮动形块构成的变径膨胀部件；支撑轴一端通过固定轴与本体铰链连接，支撑轴绕固定轴实现径向摆动，支撑轴另端通过浮动轴与浮动楔形块构成铰链连接；活塞及驱动锥块套装在本体下部，它与液缸及本体间由密封圈滑动连接。本发明解决了现有技术中存在的膨胀管作业密封性较差、锚定力不足，补贴效果不理想，存在较大的安全隐患，易发生胀锥与卡事故的问题，它可用于石油钻井修井及完井作业。
文档编号E21B29/10GK101718180SQ20091021992
公开日2010年6月2日 申请日期2009年11月17日 优先权日2009年11月17日
发明者余雷, 吴兴国, 喻晨, 孙红玉, 尚宪飞, 张雪, 朱太辉, 李敏, 李敬东, 苏涛, 赵云, 邓旭, 陈振刚 申请人:中国石油集团长城钻探工程有限公司