动量冲击胀管装置的制作方法

本实用新型涉及油气田井下工具技术领域，是一种动量冲击胀管装置。

背景技术：

在油气田的开发过程中，随着油气藏的开采，地下的工况、环境变化，即温度、压力、地层应力等改变，地层水腐蚀以及后期储层改造都会导致套管发生变形，套管变形后影响油气井的后续作业，严重地影响着油、气的正常开采，有时甚至引发井喷等恶性事故。为了对套损井进行修复，传统的国内外套管修复技术通常分为爆炸整形、铣削整形和胀管整形。爆炸整形因受套管外界约束限制，炸药量难以控制。铣削整形削弱了套管的强度，难以恢复原径。胀管整形通常在整形后易发生卡住现象，另外，在大斜度井或水平井中，整形工具因为管柱和套管内壁摩擦力大，地面修井机的力很难传递到井下整形工具上，效果不好，难以修复已损坏的套管，并且由于使用钻具进行反复冲击，容易对钻具和提升大绳产生疲劳损坏，甚至造成事故。为此，需研制一种不削弱套管强度、结构简单且能实现井下增加整形工具作业力，避免管柱频繁活动造成的疲劳断裂现象的新型井下可控套管整形装置。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种动量冲击胀管装置，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有套管整形装置存在的削弱套管强度、管柱和套管内壁摩擦力大、管柱频繁活动造成疲劳断裂、存在安全隐患的问题。

本实用新型的技术方案是通过以下措施来实现的：一种动量冲击胀管装置，包括水力锚、动量转换装置和膨胀器，动量转换装置为液压伸缩机构，水力锚的下端与动量转换装置的上端固定连接，水力锚的内部与动量转换装置的内部连通，动量转换装置的动力输出端与膨胀器的动力输入端连接。

下面是对上述实用新型技术方案的进一步优化或/和改进：

上述动量转换装置包括上接头、第一外筒、第一活塞、第一芯轴，上接头的上部内壁与水力锚的下部外壁固定连接，上接头的下部外壁与第一外筒的上部内壁固定连接，第一活塞滑动地安装在第一外筒内，第一芯轴位于第一外筒内并固定安装在第一活塞上，第一外筒的下部侧壁上设有第一泄压孔，第一芯轴的下端与膨胀器的动力输入端连接，上接头的外径与第一外筒的外径相同。

上述动量转换装置还包括连接外筒、第二外筒、第三外筒、第二活塞和第二芯轴，连接外筒的上部外壁与第一外筒的下部内壁固定连接，连接外筒的下部外壁与第二外筒的上部内壁固定连接，第三外筒的上部外壁与第二外筒的下部内壁固定连接；第二活塞滑动地安装在连接外筒和第二外筒内，第二芯轴位于第三外筒内并固定安装在第二活塞上，第一芯轴的下端与第二活塞固定连接，第二芯轴的下端与膨胀器的动力输入端固定连接；连接外筒的内壁、第二外筒的内壁、第一芯轴的外壁、第二活塞的外壁共同围成第二活塞腔；第一活塞上设有第一轴向通孔，第一芯轴上设有第二轴向通孔，第二活塞上设有第三轴向通孔，第二芯轴上设有中心孔，第二芯轴的下部设有与中心孔连通的第二泄压孔，第一轴向通孔、第二轴向通孔、第三轴向通孔、中心孔、第二泄压孔依次连通，第二活塞上设有第一径向孔，第一径向孔分别与第三轴向通孔、第二活塞腔连通；第二外筒的下部侧壁上设有第三泄压孔，第一外筒的外径、连接外筒的外径、第二外筒的外径、第三外筒的外径相同。

上述第一外筒的下部侧壁上设有多个沿周向均布的第一泄压孔，第二芯轴的下部设有多个沿周向均布的第二泄压孔，第二外筒的下部侧壁上设有多个沿周向均布的第三泄压孔，第二活塞上设有多个沿周向均布的第一径向孔。

上述上接头的下部外壁与第一外筒的上部内壁螺纹连接并通过紧定螺钉固定，连接外筒的上部外壁与第一外筒的下部内壁螺纹连接并通过紧定螺钉固定，连接外筒的下部外壁与第二外筒的上部内壁螺纹连接并通过紧定螺钉固定，第三外筒的上部外壁与第二外筒的下部内壁螺纹连接并通过紧定螺钉固定，第一芯轴的上部外壁与第一活塞的内壁螺纹连接并通过紧定螺钉固定，第一芯轴的下部外壁与第二活塞的上部内壁螺纹连接并通过紧定螺钉固定，第二芯轴的上部外壁与第二活塞的下部内壁螺纹连接并通过紧定螺钉固定。

上述上接头的下部外壁上设有密封圈，第一活塞的外壁上设有密封圈，第一活塞的内壁上设有密封圈，连接外筒的上部内壁上设有密封圈，连接外筒的下部外壁上设有密封圈，第二活塞的外壁上设有密封圈，第二活塞的内壁上设有密封圈，第三外筒的上部内壁上设有密封圈，第三外筒的下部内壁上设有密封圈。

上述膨胀器包括连接变扣、膨胀器球铰和膨胀器筒，膨胀器筒为空心结构，膨胀器筒包括上部的直筒段和下部的变径段，直筒段由上至下依次设置有至少两组安装孔，每组安装孔沿周向均布；每个安装孔内安装有一个膨胀球，直筒段的外壁上设有限制膨胀球脱离的膨胀球套；直筒段的内部由上至下依次滑动地安装有至少两个膨胀芯轴，每组安装孔对应一个膨胀芯轴，每一个膨胀芯轴的下端外壁设有用于推动膨胀球的弧形凹槽，位于最上部的膨胀芯轴的上端设有球铰安装座，膨胀器球铰的下部坐落在球铰安装座内，膨胀器筒的上端固定安装有压帽，膨胀器球铰的下部位于压帽的内部，膨胀器球铰的上部与连接变扣的下部固定连接，连接变扣的上部与第二芯轴的下端固定连接；变径段的内部底端设有弹簧座，弹簧座上安装有弹簧，弹簧的上端抵靠在位于最下部的膨胀芯轴的下端面上。

上述膨胀球为钢球；膨胀球套为轴向割缝的薄壁管，薄壁管套设在安装孔上，薄壁管的侧壁上设有供膨胀球突出的第二径向孔；膨胀芯轴为上大下小的台阶轴，台阶轴的过渡处为弧面或锥面；弹簧为圆柱压缩弹簧。

本实用新型结构合理而紧凑，使用方便，其采用模块化设计，可以任意加减活塞及外筒，调整膨胀器的整形力；使用管柱内压力使水力锚锚定到套管内，为下部膨胀器提供固定支撑点，整形力由活塞提供，产生的作用力在短距离内释放，避免了管柱长度的塑性变形对力的吸收，直接作用到需要整形处，保护了地面设备；动量转换装置设计有最大位移泄压通道，当活塞位移到最大位置时，管柱内压力泄压，地面表现明显，避免误判断；膨胀器下部设计有弹簧，在正常上提或下放时，膨胀芯轴处于上部，膨胀钢球回缩，当膨胀筒遇阻时，即需要整形时，管柱下移，膨胀芯轴把膨胀球挤出膨胀筒，膨胀器外径变大，使受损套管内径扩大；膨胀器压帽设计有扩口，膨胀器球铰可以绕中心摆动，自动平衡由于套管变形给膨胀器施加的径向力；该动量冲击胀管装置在下入或上提时，动量转换装置处于拉伸状态，管柱内外通过第二泄压孔相通，使管柱内外压力平衡，当遇阻时，管柱下压，泄压孔关闭，使管柱内可以打压，具有安全、省力、简便、高效的特点。

附图说明

附图1为本实用新型最佳实施例的主视结构示意图。

附图2为附图1中动量转换装置处于拉伸状态的半剖结构示意图。

附图3为附图1中动量转换装置处于压缩状态的半剖结构示意图。

附图4为附图1中膨胀器的半剖结构示意图。

附图5为附图4中的膨胀球处于最大行程时的俯视结构示意图。

附图中的编码分别为：1为水力锚，2为动量转换装置，3为膨胀器，4为上接头，5为第一外筒，6为第一活塞，7为第一芯轴，8为第一泄压孔，9为连接外筒，10为第二外筒，11为第三外筒，12为第二活塞，13为第二芯轴，14为第二活塞腔，15为第一轴向通孔，16为第二轴向通孔，17为第三轴向通孔，18为中心孔，19为第二泄压孔，20为第一径向孔，21为第三泄压孔，22为紧定螺钉，23为密封圈，24为连接变扣，25为膨胀器球铰，26为膨胀器筒，27为安装孔，28为膨胀球，29为膨胀球套，30为膨胀芯轴，31为弧形凹槽，32为压帽，33为弹簧座，34为弹簧，35为第二径向孔，36为管柱。

具体实施方式

本实用新型不受下述实施例的限制，可根据本实用新型的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

在本实用新型中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步描述：

如附图1所示，该动量冲击胀管装置包括水力锚1、动量转换装置2和膨胀器3，动量转换装置2为液压伸缩机构，水力锚1的下端与动量转换装置2的上端固定连接，水力锚1的内部与动量转换装置2的内部连通，动量转换装置2的动力输出端与膨胀器3的动力输入端连接。本实用新型将水力锚1、动量转换装置2和膨胀器3组合在一起使用，水力锚1连接在动量转换装置2的上部，膨胀器3连接在动量转换装置2的下部，用管柱36把水力锚1、动量转换装置2、膨胀器3送入到需要整形的位置时，膨胀器3遇卡，管柱36下压，动量转换装置2处于压缩状态，当管柱36达到最大下压力时，管柱36内施加压力，水力锚1锚定在套管内壁，动量转换装置2为液压伸缩机构，此时液压伸缩机构拉伸并带动膨胀器3向下运动，膨胀器3撑开变形套管，当液压伸缩机构达到最大行程时，管柱36内的压力自动下降，完成一个整形动作。本实用新型采用的是胀管装置，不会削弱套管的强度；另外，本实用新型通过水力锚1固定在套管内壁上，并用液压驱动动量转换装置2，进而带动膨胀器3工作，不存在管柱36与套管摩擦力大、动力损失严重的问题，增加整形力；作业时，管柱36不必频繁活动，避免管柱36频繁活动造成的疲劳断裂现象。

可根据实际需要，对上述动量冲击胀管装置作进一步优化或/和改进：

实施例一：如附图1、2、3所示，上述动量转换装置2包括上接头4、第一外筒5、第一活塞6、第一芯轴7，上接头4的上部内壁与水力锚1的下部外壁固定连接，上接头4的下部外壁与第一外筒5的上部内壁固定连接，第一活塞6滑动地安装在第一外筒5内，第一芯轴7位于第一外筒5内并固定安装在第一活塞6上，第一外筒5的下部侧壁上设有第一泄压孔8，第一芯轴7的下端与膨胀器3的动力输入端连接，上接头4的外径与第一外筒5的外径相同。本实施例采用单活塞结构，流体推动第一活塞6向下运动，第一活塞6带动第一芯轴7向下运动，第一芯轴7驱动膨胀器3工作，这种动量冲击胀管装置的结构简单，能够减轻整体装置的重量。第一泄压孔8与套管内部连通，形成负压，这样便于第一活塞6顺利地上下滑动。

实施例二：如附图1、2、3所示，上述动量转换装置2还包括连接外筒9、第二外筒10、第三外筒11、第二活塞12和第二芯轴13，连接外筒9的上部外壁与第一外筒5的下部内壁固定连接，连接外筒9的下部外壁与第二外筒10的上部内壁固定连接，第三外筒11的上部外壁与第二外筒10的下部内壁固定连接；第二活塞12滑动地安装在连接外筒9和第二外筒10内，第二芯轴位于第三外筒11内并固定安装在第二活塞12上，第一芯轴7的下端与第二活塞12固定连接，第二芯轴的下端与膨胀器3的动力输入端固定连接；连接外筒9的内壁、第二外筒10的内壁、第一芯轴7的外壁、第二活塞12的外壁共同围成第二活塞腔14；第一活塞6上设有第一轴向通孔15，第一芯轴7上设有第二轴向通孔16，第二活塞12上设有第三轴向通孔17，第二芯轴上设有中心孔18，第二芯轴的下部设有与中心孔18连通的第二泄压孔19，第一轴向通孔15、第二轴向通孔16、第三轴向通孔17、中心孔18、第二泄压孔19依次连通，第二活塞12上设有第一径向孔20，第一径向孔20分别与第三轴向通孔17、第二活塞腔连通；第二外筒10的下部侧壁上设有第三泄压孔21，第一外筒5的外径、连接外筒9的外径、第二外筒10的外径、第三外筒11的外径相同。本实施例在实施例的基础上增加了一个活塞和一个芯轴，其简化模型为一个液压缸内串联了两个活塞，两个活塞共同安装在一个芯轴上，芯轴为中空结构，两个活塞的活塞腔串联，因此芯轴传递出去的力为两个活塞所受压力之和，如每个活塞受到的压力为5KN，则芯轴输出的推力为10KN，同理，如果需要的推力为15KN，则需要在芯轴上串联三个活塞。上接头4、第一外筒5、连接外筒9、第二外筒10、第三外筒11共同组成整体外筒，整体外筒是固定不动的；第一芯轴7、第二芯轴共同组成整体芯轴，第一活塞6和第二活塞12分别串联在整体芯轴上，第一活塞腔和第二活塞腔通过整体芯轴上的孔连通。第三泄压孔21与套管内部连通，形成负压，这样便于第二活塞12顺利地上下滑动。当第二活塞12运动到最大行程时，中心孔18通过第二泄压孔19与套管内部连通，管柱36泄压，水力锚1的锚爪自动收回，水力锚1与套管内壁脱离。

如附图1、2、3所示，上述第一外筒5的下部侧壁上设有多个沿周向均布的第一泄压孔8，第二芯轴的下部设有多个沿周向均布的第二泄压孔19，第二外筒10的下部侧壁上设有多个沿周向均布的第三泄压孔21，第二活塞12上设有多个沿周向均布的第一径向孔20。多个第一泄压孔8沿周向均布，使得泄压更快、更均衡，防止第一芯轴7或第一外筒5发生偏转；多个第二泄压孔19沿周向均布，使得泄压更快、更均衡，防止第二芯轴发生偏转；多个第三泄压孔21沿周向均布，使得泄压更快、更均衡，防止第二芯轴或第二外筒10发生偏转；多个第一径向孔20沿周向均布，使得流体能够更快更均衡地流入第二活塞腔。

如附图1、2、3所示，上述上接头4的下部外壁与第一外筒5的上部内壁螺纹连接并通过紧定螺钉22固定，连接外筒9的上部外壁与第一外筒5的下部内壁螺纹连接并通过紧定螺钉22固定，连接外筒9的下部外壁与第二外筒10的上部内壁螺纹连接并通过紧定螺钉22固定，第三外筒11的上部外壁与第二外筒10的下部内壁螺纹连接并通过紧定螺钉22固定，第一芯轴7的上部外壁与第一活塞6的内壁螺纹连接并通过紧定螺钉22固定，第一芯轴7的下部外壁与第二活塞12的上部内壁螺纹连接并通过紧定螺钉22固定，第二芯轴的上部外壁与第二活塞12的下部内壁螺纹连接并通过紧定螺钉22固定。螺纹连接具有连接方便，成本低，连接牢固的优点；螺纹连接配合紧定螺钉22使用，能够确保连接的稳定性，不会发生松动。

如附图1、2、3所示，上述上接头4的下部外壁上设有密封圈23，第一活塞6的外壁上设有密封圈23，第一活塞6的内壁上设有密封圈23，连接外筒9的上部内壁上设有密封圈23，连接外筒9的下部外壁上设有密封圈23，第二活塞12的外壁上设有密封圈23，第二活塞12的内壁上设有密封圈23，第三外筒11的上部内壁上设有密封圈23，第三外筒11的下部内壁上设有密封圈23。设置密封圈23能够确保动量转换装置2的密封性，提高该动量冲击胀管装置的工作稳定性。

如附图1、4、5所示，上述膨胀器3包括连接变扣24、膨胀器球铰25和膨胀器筒26，膨胀器筒26为空心结构，膨胀器筒26包括上部的直筒段和下部的变径段，直筒段由上至下依次设置有至少两组安装孔27，每组安装孔27沿周向均布；每个安装孔27内安装有一个膨胀球28，直筒段的外壁上设有限制膨胀球28脱离的膨胀球套29；直筒段的内部由上至下依次滑动地安装有至少两个膨胀芯轴30，每组安装孔27对应一个膨胀芯轴30，每一个膨胀芯轴30的下端外壁设有用于推动膨胀球28的弧形凹槽31，位于最上部的膨胀芯轴30的上端设有球铰安装座，膨胀器球铰25的下部坐落在球铰安装座内，膨胀器筒26的上端固定安装有压帽32，膨胀器球铰25的下部位于压帽32的内部，膨胀器球铰25的上部与连接变扣24的下部固定连接，连接变扣24的上部与第二芯轴的下端固定连接；变径段的内部底端设有弹簧座33，弹簧座33上安装有弹簧34，弹簧34的上端抵靠在位于最下部的膨胀芯轴30的下端面上。第二芯轴向下运动的力传递给连接变扣24，连接变扣24将动量传递给膨胀芯轴30，膨胀芯轴30向下运动冲击膨胀球28，使膨胀球28向外挤压，从而张开变形的套管。

如附图1、4、5所示，上述膨胀球28为钢球；膨胀球套29为轴向割缝的薄壁管，薄壁管套设在安装孔27上，薄壁管的侧壁上设有供膨胀球28突出的第二径向孔35；膨胀芯轴30为上大下小的台阶轴，台阶轴的过渡处为弧面或锥面；弹簧34为圆柱压缩弹簧。膨胀球28采用钢球，表面硬度高；台阶轴的过渡处即弧形凹槽31，弧形凹槽31可以是弧面或锥面，这样能够更好地挤压膨胀球28。

本实用新型具有如下优点：1、整体装置结构简单，动量转换装置2采用模块化设计，可以任意加减活塞及外筒，调整膨胀器的整形力；2、使用管柱36内压力使水力锚1锚定到套管内，为下部膨胀器提供固定支撑点，整形力由活塞提供，产生的作用力在短距离内释放，避免了管柱36长度的塑性变形对力的吸收，直接作用到需要整形处，保护了地面设备；3、动量转换装置2设计有最大位移泄压通道，当活塞位移到最大位置时，管柱36内压力泄压，地面表现明显，避免误判断；4、膨胀器下部设计有弹簧34，在正常上提或下放时，膨胀芯轴30处于上部，膨胀钢球回缩，当膨胀筒遇阻时，即需要整形时，管柱36下移，膨胀芯轴30把膨胀球28挤出膨胀筒，膨胀器外径变大，使受损套管内径扩大；5、膨胀器压帽32设计有扩口，膨胀器球铰25可以绕中心摆动，自动平衡由于套管变形给膨胀器施加的径向力；6、该动量冲击胀管装置在下入或上提时，动量转换装置2处于拉伸状态，如附图2所示，管柱36内外通过第二泄压孔19相通，使管柱36内外压力平衡，当遇阻时，管柱36下压，泄压孔关闭，使管柱36内可以打压。

以上技术特征构成了本实用新型的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

本实用新型实施例的使用过程：

用管柱36下入该动量冲击胀管装置，到达要整形位置时，遇阻后，管柱36下压，当达到最大下压力时，从管柱36内打压，此时水力锚1张开，锚定到套管上，流体压力推动第一活塞6、第二或赛下移，膨胀球28突出，膨胀器下行，涨开套管内变形处，当第一活塞6、第二活塞12下移到最大行程时，第二芯轴上的第二泄压孔19露出，管柱36内泄压。

管柱36内压力下降后，泄压，上提管柱36，水力锚1恢复，膨胀球28缩回到膨胀器筒26内，下压管柱36，当达到最大下压力时，重复以上动作，即管柱36内打压等，直至套管整形作业完成。

动量冲击胀管装置每次作业只能扩大套管内径4毫米左右，对于大的套管变形，需依次更换大直径的胀管器，进行多次作业。