膨胀管用滑块式变径膨胀工具的制作方法

本发明涉及石油天然气行业中的钻井完井工具技术领域，特别是涉及一种膨胀管用滑块式变径膨胀工具，通过采用膨胀工具的变径，使膨胀管实现变径膨胀和等井径膨胀。

背景技术：

在传统的油气田钻进作业中，随着井内套管层次增加，套管尺寸逐级减小，井眼尺寸也不断缩小，由此常常导致深井、超深井和复杂井无法顺利钻达目的层或井眼尺寸过小而影响后期生产作业。膨胀套管技术作为钻井问题的一种后续解决方法，已应用于井身结构设计和钻井方案中，其膨胀率相对较小，使用后无法使用常规尺寸的钻具进行下一开次的钻进。等井径膨胀套管技术属于国际钻完井领域前沿技术，在钻井过程中遭遇复杂地层难以正常钻进时，以等井径膨胀后的套管形成临时井壁来封堵地层后，不改变井身结构，该技术将对复杂深井钻井产生重大影响。目前，国际上等井径膨胀套管技术处于研发和试验阶段，国内也正进行关键技术研究。

变径膨胀工具是实现等井径膨胀套管技术的关键核心技术之一，该工具能否在井下实现变径和对膨胀套管的等井径膨胀作业，决定了等井径膨胀套管整体系统结构的合理性，对整体技术应用起到至关重要的作用。专利zl200910143575.8公开了一种膨胀管用伞式变径膨胀工具，专利zl201110335730.3公开了一种膨胀管用折叠式变径膨胀工具，专利201210450506.3公开了一种膨胀管组合变径膨胀锥，专利201310542734.8公开了一种膨胀管弧形变径膨胀装置，这些专利所涉及的膨胀工具理论上均可实现膨胀管的变径膨胀，但在实际实验过程中存在膨胀工具安装不便、闭合不完全和变径闭合压力过大的问题，且在闭合后的变径膨胀过程中发生脱开现象，难以实现全井段膨胀管的等井径膨胀，进而影响等井径膨胀管技术发展，因此，急需研究满足试验要求的可变径膨胀工具。

技术实现要素：

针对现有膨胀管用变径膨胀工具所面临的难题，解决变径膨胀工具闭合力过大和容易脱开等问题，发明了一种膨胀管用滑块式变径膨胀工具，具备变径特征，可使膨胀管实现等井径膨胀。

本发明的膨胀管用滑块式变径膨胀工具，主要由上顶锥1、膨胀滑块2和下底锥3三大部分，其中：上顶锥1和下底锥3均为通孔锥体结构，上顶锥1外部设有第一膨胀锥面5和顶锥斜面8，下底锥3外部设有底锥斜面9，下底锥3上部设有与上顶锥1滑动配合的连接管4；膨胀滑块2位于上顶锥1和下底锥3之间，由3-12块膨胀滑块2周向对接组成的环状锥体结构，膨胀滑块2套在连接管4外部，膨胀滑块2外部设有第二膨胀锥面6，膨胀滑块2内部分别设有与顶锥斜面8和底锥斜面9配合的滑块上斜面10和滑块下斜面11，顶锥斜面8和滑块上斜面10、底锥斜面9和滑块下斜面11均通过其对合面上的斜面筋条12和筋条槽13构成限位滑行配合，膨胀滑块2通过筋条槽13和上顶锥1、下底锥3上的限位滑动配合在上顶锥1上部和连接管4结合部设有锁定机构18。

上述方案进一步包括：

所述的锁定机构18包括锁定短节1801、锁定弹簧1802、锁块1803和锁块插槽1804，其中，锁定短节1801下部设有环形槽，锁定弹簧1802、锁块1803设在环形槽内，锁块插槽1804位于上顶锥1和连接管4之间，锁定短节1801下端与锁块插槽1804构成插接配合，且锁块1803与上顶锥1顶部构成阻挡配合。

所述的滑块上斜面10锥角和顶锥斜面8锥角相同，滑块下斜面11锥角和底锥斜面9锥角相同。

膨胀滑块2数量为6块，每块膨胀滑块2对应于顶锥斜面8、底锥斜面9上的斜面筋条12或筋条槽13均为1个。

所述的第一膨胀锥面5的锥角均为8～15°，第二膨胀锥面6的锥角均为9～16°，且第二膨胀锥面6的锥角大于第一膨胀锥面5的锥角。

第一膨胀锥面5和第二膨胀锥面6向下均延伸有等径段，在膨胀滑块2的顶端和底端分别设有滑块顶面15和滑块底面16，滑块顶面15和滑块底面16分别与设置在第一膨胀锥面5等径段下端的上限位面14和设置在下底锥3下部的下限位面17构成限位阻挡配合。

本发明的优点在于：本发明通过膨胀滑块与上顶锥和下底锥之间的相互滑动实现变径，有效减小工具闭合力；工具完全闭合后通过锁定机构实现限位，防止变径膨胀工具在膨胀作业过程中脱开，保证膨胀管实现统一的定径膨胀；同时采用第一膨胀锥面和第二膨胀锥面实现膨胀管的双级等径膨胀，增加管体膨胀率，降低管体膨胀力，利于现场安全作业，实现不稳定地层的等井径封堵。

附图说明

图1为闭合前的膨胀管用滑块式变径膨胀工具示意图；

图2为闭合后的膨胀管用滑块式变径膨胀工具示意图；

图3为图2中的a-a截面图；

图4为应用膨胀管用滑块式变径膨胀工具入井状态示意图；

图5为应用膨胀管用滑块式变径膨胀工具井下闭合状态示意图；

图6为图5中锁定机构i局部放大示意图。

图中：1.上顶锥，2.膨胀滑块，3、下底锥，4.连接管，5.第一膨胀锥面，6.第二膨胀锥面，7.定径锥面，8.顶锥斜面，9.底锥斜面，10.滑块上斜面，11.滑块下斜面，12.斜面筋条，13.筋条槽，14.上限位面，15.滑块顶面，16.滑块底面，17.下限位面，18.锁定机构，1801.锁定短节，1802.锁定弹簧，1803.锁块，1804.锁块插槽，19.膨胀管，20.膨胀启动器，21.液缸机构，2101.液缸芯，2102.液缸套，22.等井径膨胀管。

具体实施方式

现结合说明书附图对发明作进一步的描述。

如图1～3所示，膨胀管用滑块式变径膨胀工具（以下简称变径膨胀工具），主要包括上顶锥1、膨胀滑块2和下底锥3三大部分。上顶锥1和下底锥3均为通孔锥体结构，下底锥3加工有底锥斜面9，在底锥斜面9上加工有数条斜面筋条12，上部为连接管4；上顶锥1位于下底锥3的连接管4上部，通过第一膨胀锥面5与膨胀管19形成密封配合，下部加工有顶锥斜面8，在顶锥斜面8上加工有若干斜面筋条12。膨胀滑块2位于上顶锥1和下底锥3之间，上部加工有第二膨胀锥面6，在滑块上斜面10和滑块下斜面11内均加工有数量相同的筋条槽13，膨胀滑块2通过筋条槽13和上顶锥1、下底锥3上的斜面筋条12配合连接。

如图1～3所示，所述的膨胀管用滑块式变径膨胀工具，滑块上斜面10锥角和顶锥斜面8锥角相同，滑块下斜面11锥角和底锥斜面9锥角相同；其滑块上斜面10和滑块下斜面11上的筋条槽13及顶锥斜面8和底锥斜面9上的斜面筋条12数量与膨胀滑块2数量相同，斜面筋条12均经过减摩处理，本实施例中，膨胀滑块2数量为6块。

所述的膨胀管用滑块式变径膨胀工具，其第一膨胀锥面和第二膨胀锥面的锥角均为9～15°，一般第二膨胀锥面的锥角大于第一膨胀锥面的锥角。

如图1～6所示，在连接管4和上顶锥1上部加工有锁定机构18，其锁定机构18包括锁定短节1801、锁定弹簧1802、锁块1803和锁块插槽1804等部件构成。变径膨胀工具闭合前，锁定机构18的锁定弹簧1802处于压缩状态，锁定短节1801下端和锁块1803位于上顶锥1内的锁块插槽1804内；变径膨胀工具闭合时，锁定机构18也随连接管4运动，当滑块顶面15与上限位面14接触时，膨胀滑块底面16也与下底锥3的下限位面17接触，锁定机构18的锁定弹簧1802释放，锁块1803被释放至液缸机构21的液缸套2102内壁，实现对上顶锥1的限位，将变径膨胀工具锁死在闭合状态。

如图4～5所示，所述的膨胀管用滑块式变径膨胀工具，入井时位于膨胀管19管柱的膨胀启动器20内，变径膨胀工具上部与液缸机构21连接，液缸机构21的液缸芯2101与锁定机构18相连，锁定机构18与下底锥3的连接管4连接，液缸套2102与上顶锥1相连。变径膨胀工具闭合前，其定径锥面7（即第二膨胀锥面6向下延伸等径段）外径略小于上顶锥1最大外径，通过第一膨胀锥面5与膨胀管19形成密封配合，锁定机构18处于压缩状态。变径膨胀工具在井下液压力作用下，上顶锥1和下底锥3相向运动，推动膨胀滑块2沿顶锥斜面8和底锥斜面9滑动，滑动过程中斜面筋条12和筋条槽13始终保持配合关系，使膨胀滑块2具有径向位移，膨胀工具实现变径效果。待上顶锥1的上限位面14与膨胀滑块顶面15接触时，膨胀滑块2径向位移达到最大，第一膨胀锥面5和第二膨胀锥面6实现与膨胀管19的共同密封配合，此时锁定机构18处于释放状态，对变径膨胀工具进行限位，使变径膨胀工具闭合后一直处于最大直径状态。在变径膨胀工具闭合过程中，膨胀启动器20在膨胀滑块2作用下实现井下变径膨胀，待变径膨胀工具完全闭合后，膨胀启动器20部分先行到达等井径膨胀管22内径，在液压力作用下，通过第一膨胀锥面5和第二膨胀锥面6可实现膨胀管19的双级膨胀，到达等井径膨胀的效果。