自动液压膨胀管系统及其操作方法与流程

本发明涉及石油工业钻井完井、修井技术领域，特别是涉及一种自动液压膨胀管系统，用于钻井技术套管、完井套管或作为套损井的补贴管的作业安装系统。

背景技术：

发展于上世纪90年代的实体膨胀管技术在钻井、完井和修井技术领域发挥了重要作用。

最初的膨胀管技术是利用液压力推动膨胀锥体，同时叠加钻杆对膨胀锥体的上提力来完成膨胀作业的。

中国专利，申请号201010106783.3，申请日2010.02.03，“膨胀管总成、油井补贴施工机构及施工方法”公开了一种利用膨胀管修复破损套管的装置及方法，该装置是在膨胀管的上部设置一套动力缸，在膨胀管的下部设置膨胀锥体，在膨胀锥体的下面又设置了卡挂定位机构，该装置的动力缸上部压住膨胀管，动力缸的中心管向下拉住卡挂定位机构，通过动力缸的拉力向上拉动膨胀锥体来膨胀膨胀管。其卡挂定位机构能够单向卡住中心管，即为膨胀锥体提供一个向上的推力，又能满足动力缸多次行程向上提升的需求。

上述膨胀管技术存在的不足是：a、其液缸机构复位操作复杂困难，地面作业人员需要首先判断动力缸的行程是否走完，当动力缸走完全部行程后，上提管柱，然后再下压管柱直到动力缸下部压在膨胀管的上端，然后再打压进行第二个行程的膨胀；b、在前几个行程，尤其是第一个行程，的复位下压过程中，如果操作不当，加压载荷过多，可能会使膨胀管向下移位，进而影响作业目的。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，发明了一种自动液压膨胀管系统。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

自动液压膨胀管系统，膨胀管机构上部设液压施力器，液压施力器的芯轴向下延伸与膨胀锥相接连，所述的芯轴上于液压施力器以下位置设阻流喷嘴；液压施力器的上部连接自动复位机构；所述的芯轴还向上延伸并在其上端部设密封座，密封座构成了自动复位机构的一部分；液压施力器的液缸向上延伸并构成了自动复位机构的外壳；在外壳内的下部设弹簧座、中部设下限位台阶、上部设上限位台阶；在下限位台阶与上限位台阶之间设限位板，在限位板与弹簧座之间安装复位弹簧；限位板的下面连接塞堵。

自动液压膨胀管系统的操作方法，其作业步骤是：

a、自动液压膨胀管系统连接在作业管柱底部并下入井内预定安装位置；

b、作业管柱的上部通过管线与地面液压泵车相连接；

c、启动液压泵车，给作业管柱内打液压；

d、地面显示压力无周期变化后，上提作业管柱并起出井筒。

本发明的技术优点在于，该装置在液压施力器的上部设置了自动复位机构，液压施力器完成一个上提行程后能够在自动复位机构的推动下自动使活塞与芯轴复位，接着进行下一个上提行程，地面的泵车不用停泵，作业管柱也不需要进行上提或下放操作，作业十分方便，并且能够避免下压管柱造成膨胀管向下移位的可能性。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中：

图1是本发明的自动液压膨胀管系统的结构原理简化示意图。

图2是图1的原理动作示意图，图示了液压施力器的芯轴上行完成了一个行程塞堵堵住了密封座时的状态图。

图3是图1的原理动作示意图，液压施力器的芯轴和限位板一同下行到达下限位台阶时的状态图。

图4是图1的原理动作示意图，液压施力器的限位板在复位弹簧的作用下上行到达上限位台阶时的状态图。

图5是本发明的自动液压膨胀管系统的一个优选实施例。

图6是塞堵与密封座的一个优选实施例，图示了塞堵下端面与密封座上端面都是光滑且平行的平面。

图7是塞堵与密封座的一个优选实施例，图示了塞堵是圆柱体，密封座是圆柱孔，圆柱体与圆柱孔相配合实现密封的情况。

具体实施方式

有关本项发明的详细说明及技术内容，配合附图说明如下，然而附图仅提供参考与说明之用，并非用来对本项发明加以限制。

本说明书的叙述说明中，所述的上、下位置关系，与附图中图示的位置关系相同，这也是本发明的工具在直井中应用时的各构件间的相互位置关系。

见图1所示，自动液压膨胀管系统包括自下而上顺次设置的膨胀管机构20、液压施力器19和自动复位机构18。膨胀管14与液压施力器19不相连接。

膨胀管机构20包括膨胀管14、膨胀锥15、卡瓦16和胀紧簧17。膨胀管机构20的结构是已知技术，在中国专利申请号201010106783.3，申请日2010.02.03，“膨胀管总成、油井补贴施工机构及施工方法”中有详细说明，这里不再赘述。

膨胀管机构20上部设液压施力器（19）。液压施力器是已知技术，它是液缸与活塞机构，可为一组缸与活塞机构，也可以是多组缸与活塞机构串联形成的多级液缸与活塞机构。

本发明的液压施力器的芯轴13向下延伸与膨胀锥15相接连，此处所述的相连接是指与膨胀锥的中心管相连接，与可以如图中所示把芯轴13直接作为膨胀锥的中心管。

所述的芯轴13上于液压施力器19以下位置设阻流喷嘴22；设置阻流喷嘴的目的是在液压施力器内能够形成高压推动活塞11与芯轴13上行，当塞堵3堵住了密封座时，此时活塞和芯轴需要下行复位，这时通过阻流喷嘴22来释放液压施力器内的液压力。图示中是阻流喷嘴的一个优选实施例，阻流喷嘴22安装在了芯轴13的下端。

液压施力器19的上部连接自动复位机构18；所述的芯轴13还向上延伸并在其上端部设密封座9，密封座9构成了自动复位机构18的一部分；液压施力器的液缸12向上延伸并构成了自动复位机构18的外壳21，在实际实施例中，液缸12与外壳21是直接相固定连接的；在外壳21内的下部设弹簧座10、中部设下限位台阶4、上部设上限位台阶1；在下限位台阶4与上限位台阶1之间设限位板2，在限位板2与弹簧座10之间安装复位弹簧8；限位板2的下面连接塞堵3。限位板2与塞堵3之间的连接可以是固定的，也可以是活动的。

塞堵3与密封座9是配合实现密封的。

作为优选实施例之一，所述的塞堵3是光滑圆球形，或塞堵3的下部是光滑半球形，相应地，所述的密封座9是光滑圆锥形向上开口。作为优选实施例之二，见图5所示，所述的塞堵3的下端是圆锥体，圆锥体的锥面为光滑面，相应地，所述的密封座9是光滑圆锥形向上开口。作为优选实施例之三，见图6所示，所述的塞堵3的下端是光滑平面，相应地，所述的密封座9是光滑平面，塞堵3的下端光滑平面与密封座9的光滑平面平行设置。作为优选实施例之四，见图7所示，所述的塞堵3的下端是圆柱体，相应地，所述的密封座9是圆柱形孔，塞堵3下端的圆柱体的外径与密封座9的圆柱形孔的内径相配合而密封。

在结构原理简化示意图中，二个部件之间画出了间隙，仅表示二个部件可以相对运动，是否密封应根据情况而定，如图中的活塞11与液缸12之间，表示活塞在液压力的作用下能够在液缸内上下移动，在实际结构中，活塞与液缸之间应设有密封件来密封液压流体。

为了减小流动阻力，在限位板2上设置了过流孔7。为了使活塞11上行顺利，在液缸12上部还开设了排液孔5。

图1～图4图示了本发明装置的工作原理。图1中，作业时，地面泵车一般使用水向油管内打液压，水流经过流孔7下行，自芯轴13上端进入芯轴，从进液孔6进入液缸12。由于阻流喷嘴产生的节流压力，使液缸12内的压力升高，推动活塞11和芯轴并带动膨胀锥上行膨胀膨胀管14，最终如图2所示，密封座9向上顶住塞堵3并形成密封。这时开始，自动复位机构18的外壳21内压力升高，而液缸12内的压力自阻流喷嘴22泄掉。如图3所示，升高的液压力推动限位板2、塞堵3和芯轴13一同下行，同时限位板2压缩了复位弹簧8，芯轴13带动了活塞11下行复位，膨胀锥与膨胀管之间的摩擦力使膨胀锥与膨胀管之间在轴向上保持了不动，而卡瓦与芯轴脱开，芯轴相对膨胀锥下行伸出膨胀锥。当限位板2下行到达下限位台阶4时，限位板与塞堵被挡住不能继续下行，液压力继续升高，推动芯轴13继续下行，这时塞堵3与芯轴13的密封座9脱开，如图4所示，压缩了的复位弹簧8推动限位板2和塞堵3上行到达上限位台阶1处，液压施力器18和自动复位机构18恢复到与图1所示相同的作业状态，这样就完成了第一个膨胀作业行程，接着就开始了下一个膨胀作业行程，循环往复，直至完成膨胀管的膨胀作业。

图5是本发明装置的一个具体实施例，图中图示了本发明装置的一个具体结构示意图。上接头51与外壳53相连，上接头51的下端就作为了上限位台阶1。外壳53的下部向内缩径并自然形成了下限位台阶57。外壳53内安装了限位板52，在限位板52上设轴向过流孔，在限位板中心部向下设塞堵54，塞堵54有一个外表面是光滑的圆锥部。在限位板52和下限位台阶57之间设置复位弹簧55。上芯轴58与下限位台阶57相套并密封，上芯轴58的上端设表面光滑的圆锥孔作为密封座56。上接头51、限位板52、外壳53、塞堵54、复位弹簧55、密封座56和下限位台阶57共同构成了自动复位机构。

液缸59与外壳53相连，液缸59的下部连接液缸堵头62，液缸59内部设置活塞60，活塞60上下各自连接上芯轴58和下芯轴63，活塞60上设径向进液孔61。液缸59、活塞60、液缸堵头62、上芯轴58和下芯轴63共同构成了液压施力器。在液压施力器内部，为了形成液压密封，如图中所示，于各配合需要密封之处均设有密封件。

在下芯轴的上端设置阻流喷嘴68。

液缸堵头62下部连接推止套64，推止套64下部又连接推止接头65。推止接头65与膨胀管66通过台阶推靠在一起，并无螺纹连接。下芯轴63向下穿过膨胀锥67及其它卡紧配件。膨胀管66、膨胀锥67及其它卡紧配件共同构成了膨胀管机构，膨胀管机构是已知技术，在中国专利申请号201010106783.3，申请日2010.02.03，“膨胀管总成、油井补贴施工机构及施工方法”中有详细说明，这里不再赘述。

本发明的自动液压膨胀管系统的操作方法，其作业步骤是：

a、自动液压膨胀管系统连接在作业管柱底部并下入井内预定安装位置；

b、作业管柱的上部通过管线与地面液压泵车相连接；

c、启动液压泵车，给作业管柱内打液压；

d、地面显示压力无周期变化后，上提作业管柱并起出井筒。

作业中，管柱中的液压力会随着液压施力器上提膨胀行程升高，也会在液压施力器复位行程中突然降低，高压力时间段长，而低压力时间段较短，高低压力的变化呈周期性出现。当压力不再周期性变化时，说明膨胀作业已经完成。

显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。