一种膨胀锥的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种膨胀锥，包括沿着该膨胀锥的轴线依次连接的第一段锥筒（1）、第二段锥筒（2）和第三段锥筒（3），该膨胀锥内设有沿轴向贯通的通孔（4），第一段锥筒（1）的外径小于第三段锥筒（3）的外径，第二段锥筒（2）与第一段锥筒（1）相邻的部分表面为椭圆形球体的部分表面。该膨胀锥有助于降低膨胀过程磨阻，既可以增强胀锥的强度同时保证胀锥的弹性，又可以避免因长距离膨胀施工造成膨胀锥破裂、过多磨损等意外情况的发生。
【专利说明】一种膨胀锥
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及石油开采设备领域，具体的是一种在膨胀管中使用的膨胀锥。
【背景技术】
[0002]膨胀管技术是近年来蓬勃兴起的一项新技术，它可应用于钻井、完井及采油、修井等作业过程。膨胀管补贴技术目前已经非常成熟，膨胀管完井成为近来比较热门的完井方案，作为完井套管的膨胀管长度较长，其膨胀作业难度大，对膨胀锥的性能要求更高，如耐磨损、高强度、抗冲击力、可靠性等，既要有足够的弹性确保胀锥的抗冲击能力的可靠性，又要有足够的刚度和耐磨性能，保证长距离膨胀动作的完成。现有膨胀锥工具的工作面一般为锥形表面，工作时容易产生积屑瘤现象，且均为单一材料实体，膨胀锥的性能提高主要通过优选材料及提高热处理工艺完成，现有膨胀锥的形状和结构及单一材料实体的形式很难达到要求。
实用新型内容
[0003]为了解决现有技术中的膨胀锥容易产生积屑瘤现象的技术问题。本实用新型提供了一种膨胀锥，该膨胀锥有助于降低膨胀过程磨阻，既可以增强胀锥的强度同时保证胀锥的弹性，又可以避免因长距离膨胀施工造成膨胀锥破裂、过多磨损等意外情况的发生。
[0004]本实用新型为解决其技术问题采用的技术方案是:一种膨胀锥，包括沿着该膨胀锥的轴线依次连接的第一段锥筒、第二段锥筒和第三段锥筒，该膨胀锥内设有沿轴向贯通的通孔，第一段锥筒的外径小于第三段锥筒的外径，第二段锥筒与第一段锥筒相邻的部分表面为椭圆形球体的部分表面。
[0005]在优选的实施方式中，该膨胀锥穿设在膨胀管内，其椭圆形球体的部分表面与膨胀管相接触的切线与膨胀管轴线之间的夹角Θ为13?15度。
[0006]在优选的实施方式中，第二段锥筒与第三段锥筒相邻的部分为圆筒形。
[0007]在优选的实施方式中，该圆筒的外径小于第三段锥筒的外径。
[0008]在优选的实施方式中，第二段锥筒上设有多个合金块。
[0009]在优选的实施方式中，合金块的底端设置在第二段锥筒内，合金块的顶端设置在第二段锥筒外。
[0010]在优选的实施方式中，第二段锥筒与第三段锥筒相邻的部分为圆筒形，该圆筒的外径小于第三段锥筒的外径，合金块露出第二段锥筒的部分的长度等于该圆筒的外径与第三段锥筒的外径之间的差值。
[0011]在优选的实施方式中，合金块为圆柱形，该圆柱的轴线垂直于该膨胀锥的轴线。
[0012]在优选的实施方式中，该合金块的抗压强度大于第二段锥筒的抗压强度。
[0013]在优选的实施方式中，第三段锥筒设有至少一个用于放置密封圈的环形凹槽。
[0014]本实用新型的膨胀锥的特点及优点是:
[0015]1、本实用新型的膨胀锥，通过其第二段锥筒与第一段锥筒相邻的部分表面设置为椭圆形球体的部分表面后，膨胀锥对膨胀管的膨胀过程将变得缓和，椭圆形球体的部分表面与保径段圆滑过渡，膨胀过程延球面前移，有效缓和整个膨胀过程，从而可以避免了膨胀过程产生积屑瘤现象。该膨胀锥有效避免锥面应力集中，缓和膨胀过程，均匀膨胀锥应力，防止胀锥破裂。
[0016]2、本实用新型的膨胀锥，将原胀锥单一材料实体结构变为嵌硬质合金块的结构，采用弹塑性较强的基体，镶嵌硬度很高的合金块，将二者材料性能结合，达到抗磨、抗冲击、高强度的效果，取得更优异的膨胀锥性能。
[0017]3、本实用新型的膨胀锥，合金块网状编制排列在膨胀锥上，达到实体胀锥的全锥面膨胀的效果，同时降低膨胀接触面积，降低膨胀摩擦力。
[0018]4、本实用新型的膨胀锥，合金块间隙充满润滑脂，有效改善胀锥锥面的润滑条件，降低摩擦力，降低膨胀压力。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]下面结合附图对本实用新型所述的膨胀锥作进一步详细的描述。
[0020]图1是第一种实施方式中的膨胀锥的主视图。
[0021]图2是第一种实施方式中的膨胀锥的第二段锥筒所对应的椭圆形球体的部分表面。
[0022]图3是第二种实施方式中的膨胀锥的主视图。
[0023]图4是图3中沿A-A方向的剖视图。
[0024]图5是第二种实施方式中的膨胀锥的立体图。
[0025]其中1.第一段锥筒，2.第二段锥筒，3.第三段锥筒，4.通孔，5.合金块，6.环形凹槽。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图对本实用新型所述的膨胀锥作进一步详细的说明。一种膨胀锥，膨胀锥为圆筒形，包括沿着该膨胀锥的轴线依次连接的第一段锥筒1、第二段锥筒2和第三段锥筒3，该膨胀锥内设有沿轴向贯通的通孔4，第一段锥筒I的外径小于第三段锥筒3的外径，第二段锥筒2与第一段锥筒I相邻的部分表面为椭圆形球体的部分表面，如图1所示，即第二段锥筒2的右段A的表面形状为椭圆形球体表面的一部分，如图1中右段A与图2中实线表示的右段A向对应，图2中的虚线表示该右段A所在的椭圆形球体。
[0027]现有技术中膨胀锥的工作面为锥形，锥面与保径段通过圆角过渡，过渡圆角对膨胀管仍存在切削作用，容易出现积屑瘤。积屑瘤的产生对长距离膨胀不利。其次，原胀锥结构在膨胀过程会在圆角过渡段形成应力集中，而锥面前端所承受的应力较小；胀锥应力分布不均。第二段锥筒2的全部或部分可以设置成椭圆形球体的一部分，将第二段锥筒2与第一段锥筒I相邻的部分表面设置为椭圆形球体的一部分后，膨胀锥对膨胀管的膨胀过程将变得缓和，椭圆形球体的部分表面与保径段圆滑过渡，膨胀过程延球面前移，有效缓和整个膨胀过程，从而可以避免了膨胀过程产生积屑瘤现象。
[0028]在一实施例中，如图4所示，该膨胀锥穿设在膨胀管7内，其椭圆形球体的部分表面与膨胀管7相接触的切线与膨胀管7轴线之间的夹角Θ为13?15度，也即，当膨胀锥穿设在膨胀管7内并开始对膨胀管7进行膨胀作业时，该膨胀锥的椭圆形球体的部分表面与膨胀管7内管壁首先接触的点为切点，该切点处的切线与膨胀管7的轴线之间的夹角Θ为13?15度。第二段锥筒2包括两段锥筒，如图1所示，虚线将第二段锥筒2分为右段A和左段B，第二段锥筒2与第三段锥筒3相邻的部分为圆筒形，即左段B为圆筒形。该圆筒的外径略小于第三段锥筒3的外径。
[0029]在一实施例中，第二段锥筒2上设有多个合金块5。合金块5的底端设置在第二段锥筒2内，合金块5的顶端设置在第二段锥筒2外，如图3、图4和图5所示。将原胀锥单一材料实体结构变为嵌硬质合金块5的结构，采用弹塑性较强的基体，镶嵌硬度很高的合金块5，将二者材料性能结合，达到抗磨、抗冲击、高强度的效果。最后，合金块为在第二段锥筒2的表面以类似密排六方晶格的方式整齐排列，在轴向上形成全尺寸圆周结构，能够达到实体胀锥的全锥面膨胀的效果。
[0030]另外，第二段锥筒2与第三段锥筒3相邻的部分为圆筒形，该圆筒的外径小于第三段锥筒3的外径，即图1中左段B的外径小于第三段锥筒3的外径，合金块5露出第二段锥筒2的部分的长度等于该圆筒的外径与第三段锥筒3的外径之间的差值，即合金块5露出第二段锥筒2的部分的长度等于左段B的外径与第三段锥筒3的外径之间的差值。
[0031]优选合金块5为圆柱形，该圆柱的轴线垂直于该膨胀锥的轴线。该合金块5的抗压强度大于第二段锥筒2的抗压强度。另外，在膨胀过程中，合金块间隙充满润滑脂，有效改善胀锥锥面的润滑条件，降低摩擦力，降低膨胀压力。第三段锥筒3还设有至少一个用于放置密封圈的环形凹槽6。
[0032]以上所述，仅为本实用新型的具体实施例，不能以其限定实用新型实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本实用新型专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本实用新型中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。
【权利要求】
1.一种膨胀锥，其特征在于，包括沿着该膨胀锥的轴线依次连接的第一段锥筒(I)、第二段锥筒(2)和第三段锥筒(3)，该膨胀锥内设有沿轴向贯通的通孔(4)，第一段锥筒(I)的外径小于第三段锥筒(3 )的外径，第二段锥筒(2 )与第一段锥筒(I)相邻的部分表面为椭圆形球体的部分表面。
2.根据权利要求1所述的膨胀锥，其特征在于:该膨胀锥穿设在膨胀管内，其椭圆形球体的部分表面与膨胀管相接触的切线与膨胀管轴线之间的夹角Θ为13?15度。
3.根据权利要求1所述的膨胀锥，其特征在于:第二段锥筒(2)与第三段锥筒(3)相邻的部分为圆筒形。
4.根据权利要求3所述的膨胀锥，其特征在于:该圆筒的外径小于第三段锥筒(3)的外径。
5.根据权利要求1所述的膨胀锥，其特征在于:第二段锥筒(2)上设有多个合金块(5)。
6.根据权利要求5所述的膨胀锥，其特征在于:合金块(5)的底端设置在第二段锥筒(2 )内，合金块(5 )的顶端设置在第二段锥筒(2 )外。
7.根据权利要求6所述的膨胀锥，其特征在于:第二段锥筒(2)与第三段锥筒(3)相邻的部分为圆筒形，该圆筒的外径小于第三段锥筒(3)的外径，合金块(5)露出第二段锥筒(2)的部分的长度等于该圆筒的外径与第三段锥筒(3)的外径之间的差值。
8.根据权利要求5所述的膨胀锥，其特征在于:合金块(5)为圆柱形，该圆柱的轴线垂直于该膨胀锥的轴线。
9.根据权利要求5所述的膨胀锥，其特征在于:该合金块(5)的抗压强度大于第二段锥筒(2)的抗压强度。
10.根据权利要求1所述的膨胀锥，其特征在于:第三段锥筒(3)设有至少一个用于放置密封圈的环形凹槽(6)。
【文档编号】E21B29/10GK203729934SQ201420004025
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年1月3日 优先权日:2014年1月3日
【发明者】李益良, 李涛, 孙强, 韩伟业, 陈强, 明尔扬, 毕秀玲, 薛建军, 丁爱芹 申请人:中国石油天然气股份有限公司