自旋式液压整形器的制作方法

本发明涉及一种应用于套管整形领域中的液压整形工具。

背景技术：

在套管整形工具的使用方面，套管整形主要有两种方法：机械整形和爆炸整形。爆炸整形技术很难准确的把握用药量，变形处的套管由于壁厚不均，爆炸时爆炸冲击力的无方向性会对套管产生极大的破坏，因此爆炸整形方法并不经常使用，机械整形为常用的整形方法。机械整形有两大类，分别是冲击整形和碾压挤胀整形。冲击类整形器对套管和水泥环的伤害较大，很容易造成二次伤害，并且现场施工的工作量大，成本高，碾压类中的偏心辊子整形器和三锥辊整形器很容易断裂，现场已经很少使用了。滚珠整形器是目前较优的整形工具，如专利号为ZL03214264.1的专利，存在明显不足，主要有以下方面：（1）滚珠整形器靠井口转盘驱动，滚珠在本体的凹槽内滚动并进行循环，在变形量大的部位易打滑，难控制，容易出现脱珠现象；（2）对于形变量和弯曲程度较大的套管，挤胀体难以下入。因此急需一种提供一种整形装置，解决套管整形过程中出现的整形器损伤、管柱破坏、整形不稳定、作业时间太长等问题。

技术实现要素：

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供一种自旋式液压整形器，该种自旋式液压整形器在整形过程中，滚珠自转的同时围绕整形器的轴线公转，对套管内壁进行碾压整形，达到套管扩径整形要求。

本发明的技术方案是：该种自旋式液压整形器，包括动力组件和整形组件,其中,所述动力组件为所述整形组件提供轴力推力，所述整形组件用来对套管进行整形工作;其特征在于:

所述动力组件包括上接头、活塞缸、活塞、弹簧、弹簧座和中心管;

其中，所述上接头，其外部为圆柱状，其上端内部设置有锥螺纹，能够与钻杆连接；所述上接头的下端设置有外螺纹，能够与本整形器的其他组件连接；

所述活塞缸，其总体为圆筒状，其上端设置有内螺纹，可与所述上接头下端的外螺纹连接；所述活塞缸下端同样设置有内螺纹，以便与本整形器的其他组件连接；

所述活塞，其最外径与所述活塞缸的内径相同，其外壁面上设置有两个凹槽，内部装置有密封圈；活塞内壁上部空腔内径较大，下部内径较小，内径较小的部位设置有两个凹槽，装置有密封圈；活塞的最下端设置为凸台状，凸台的内径稍大于活塞中部开有凹槽部位的内径，凸台的外侧设置有外螺纹；

所述弹簧座，总体为空腔柱体，其外侧壁面分为三段，最上段直径和最下段直径相同，均等于活塞缸的内径，且弹簧座上下两段设置有外螺纹，弹簧座上端的外螺纹与活塞缸下端的内螺纹可配合，弹簧座下端的外螺纹可与活塞缸上端的内螺纹配合；弹簧座外部中间部分直径与活塞缸外径相同；弹簧座内腔可分两部分，其上半部分内径与活塞下端凸台的外径相同，且设置有内螺纹，其内部放置有粗弹簧；弹簧座内腔下半部分内径较小，此内径稍大于活塞下部较小内径处；

所述中心管，其总体为长圆柱状，其内径为通径；其外径可分为五部分，其第一部分即最左端部分外径较小，第二部分到第四部分外径依次增大；第二、三、四部分长度相同；第五部分外径较第四部分相比减小，其外侧设置有外螺纹；中心管的二、三、四、五部分的左侧位置圆周等距分别设置有4个泄流孔；

所述上接头下端外螺纹与活塞缸上端内螺纹连接，活塞缸下端内螺纹与弹簧座上端外螺纹连接；弹簧座内部放置有粗弹簧；活塞放置在活塞缸内部，活塞下端的凸台部分与弹簧相接触；所述活塞、活塞缸、弹簧座以及弹簧形成至少三次的结构阵列；

最上端活塞内径较小位置与中心管第一部分的末端过楹配合，活塞最下端的凸台内部与中心管第二部分的首段过楹配合；中间活塞内径较小位置与中心管第二部分末端过楹配合，活塞最下端的凸台内部与中心管第三部分的首段过楹配合；最下部的活塞内径较小位置与中心管第三部分末端过楹配合，活塞最下端的凸台内部与中心管第四部分的首段过楹配合；

所述整形组件包括限位套、导向体、挤胀体、多个滚珠、整形器外套、轴承和堵头；

其中，所述限位套，外部为通径结构，外径与动力组件中弹簧座的外径相同；限位套内侧上端内径与动力组件中弹簧座下端凸台结构的外径相同，最上端设置有内螺纹，可与弹簧座的外螺纹连接；限位套最下端采用扩径结构，内部设置有内螺纹；限位套内壁的中部对称开有两个长方形凹槽；

所述导向体，其外形为圆筒状，外径与限位套外径相同；在导向体外侧顶端开有通孔，通孔直径与动力组件的中心管下端第五部分外径相等，通孔上设置有内螺纹，可与中心管上的外螺纹配合；导向体上部外壁对称设置有两个柱键，柱键的直径与限位套所开设长方形凹槽的宽度相等，柱键正好可嵌入在长方形凹槽中；导向体侧壁旋转对称设置有两个滑孔，滑孔与导向体轴线方向呈一定角度开设；

所述挤胀体，内部为通径圆柱，其外侧上部为圆柱结构，圆柱的直径与导向体下端内径相同，圆柱的顶端设置有两个对称的滑动销钉，滑动销钉可在导向体的两个滑孔内运动；挤胀体的中部为荆齿状转盘结构，物体在其上端圆周方向滑动时只能沿一个方向运动，而不能向相反方向运动；挤胀体底端为圆柱结构；

所述整形器外套，内部为圆柱通径结构，内径与限位套内径相同；整形器外套上端设置有外螺纹，此外螺纹可与限位套下端的内螺纹配合；外套中部周向等距开有六个孔槽，孔槽贯穿整形器外套的内外壁面，靠近内壁面处孔槽直径较大，而靠近外壁面处孔槽直径较小；孔槽下端壁面较厚，上端壁面较薄，即上端孔槽较深，下端孔槽较浅；整形器外套的底端设置有内螺纹；

所述堵头，其形状类似“山”字形，上部外径与整形器外套下部的内径相同，其上设置有外螺纹；堵头下端设置为圆台结构；堵头内部设置有圆柱状结构，圆柱直径稍小于挤胀体内径。

所述限位套上端与动力组件最下端的弹簧座底部螺纹连接，限位套下端与整形器外套上端螺纹连接；在限位套下端与整形器外套上端的连接处安装有轴承；导向体安置在限位套内，导向体的两个柱键嵌入在限位套的两个长方形凹槽内；挤胀体放置在导向体的内部，挤胀体上的两个滑动销钉放置在导向体的两个两个滑孔内；挤胀体上端的肩凸处与轴承的内圈相连；挤胀体外侧与每个整形器外套孔槽形成的空腔内均放置有6个滚珠钢球，钢球的直径与整形器外套孔槽内侧宽度一致，滚珠只能在孔槽内运动，而无法到达孔槽外；挤胀体下端与整形器外套下端通过轴承连接，轴承的内部与挤胀体下端连接，轴承的外部与整形器外套下端连接；整形器外套的底端与堵头螺纹连接。

本发明具有如下有益效果：首先，本种整形器将挤胀体截面设计为类棘轮式结构，因此在挤胀体旋转的过程中，滚珠向外挤出，能够有效对套管进行整形；其次，本种整形器可实现长距离连续整形，且起出、下入井口方便，整形过程结束后通过泄压能够使整形器恢复到初始状态，能够多次整形；再次，应用本种整形器，整形力可以通过液压力调节，对套管损伤较小，安全性能较高；另外，本种整形器将轴向运动转化为周向运动，结构简单，操作方便；此外，本种整形器设置了多个活塞-弹簧结构，能够有效增大液体受压面积，增大挤涨力，提高了整形的效率和可靠性。

附图说明：

图1是本发明自旋式液压整形器总体示意图。

图2是本发明动力组件示意图。

图3是本发明上接头结构图。

图4是本发明活塞缸结构图。

图5是本发明活塞结构图。

图6是本发明弹簧座结构图。

图7是本发明中心管结构图。

图8是本发明整形组件示意图。

图9是本发明限位套结构图。

图10是本发明导向体结构图。

图11是本发明挤胀体结构图。

图12是本发明整形器外套结构图。

图13是本发明堵头结构图。

图14是本发明工作过程初始状态示意图。

图15是本发明工作过程整形过程示意图。

图16是本发明整形过程三维图。

图中：1-动力组件；2-整形组件；3-上接头；4-活塞缸；5-活塞；6-弹簧；7-弹簧座；8-中心管；9-限位套；10-导向体；11-挤胀体；12-滚珠；13-整形器外套；14-轴承；15-堵头；51-活塞外凹槽；52-活塞内凹槽；53-活塞空腔；54-活塞凸台；81-中心管左侧部分；82-中心管第二部分；83-中心管第三部分；84-中心管第四部分；85-中心管右侧部分；91-限位套凹槽；101-导向体通孔；102-导向体柱键；103-导向体滑孔；111-挤胀体滑动销钉；112-挤胀体转盘；131-整形器外套孔槽。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

本发明自旋式液压整形器，包括动力组件1和整形组件2。动力组件1是为整形组件2提供轴力的装置，整形组件主要用来对套管进行整形工作。所述动力组件1是为整形器整形过程中提供轴向推力的装置，动力组件主要包括：上接头3、活塞缸4、活塞5、弹簧6、弹簧座7和中心管8。

所述上接头3，其外部为圆柱状，其上端内部设置有锥螺纹，能够与钻杆连接；上接头下端设置有外螺纹，能够与整形器的其他组件连接。所述活塞缸4，其总体为圆筒状，其上端设置有内螺纹，可与上接头3下端的外螺纹连接；活塞缸下端同样设置有内螺纹，与整形器其他组件连接。所述活塞5，其最外径与活塞缸4的内径相同，其外壁面上设置有两个凹槽51，内部装置有密封圈；活塞5内壁上部空腔53内径较大，下部内径较小，内径较小的部位设置有两个凹槽52，装置有密封圈；活塞5的最下端54设置为凸台状，凸台的内径稍大于活塞5中部开有凹槽部位的内径，凸台的外侧设置有外螺纹。所述弹簧座7，总体为空腔柱体，其外侧壁面分为三段，最上段直径和最下段直径相同，均等于活塞缸4的内径，且弹簧座7上下两段设置有外螺纹，弹簧座7上端的外螺纹与活塞缸4下端的内螺纹可配合，弹簧座7下端的外螺纹可与活塞缸4上端的内螺纹配合；弹簧座7外部中间部分直径与活塞缸4外径相同；弹簧座7内腔可分两部分，其上半部分内径与活塞5下端凸台的外径相同，且设置有内螺纹，其内部放置有粗弹簧；弹簧座7内腔下半部分内径较小，此内径稍大于活塞5下部较小内径处。

所述中心管8，其总体为长圆柱状，其内径为通径；其外径可分为五部分，其第一部分81即最左端部分外径较小，第二部分82到第四部分84外径依次增大；第二、三、四部分长度相同；第五部分85外径较第四部分84相比减小，其外侧设置有外螺纹；中心管的二、三、四、五部分的左侧位置圆周等距分别设置有4个泄流孔。

上接头3下端外螺纹与活塞缸4上端内螺纹连接，活塞缸4下端内螺纹与弹簧座7上端外螺纹连接；弹簧座7内部放置有粗弹簧；活塞5放置在活塞缸4内部，活塞5下端的凸台部分54与弹簧6相接触；工作过程中需要靠流体作用在活塞5上端部分产生截流压力来推动整形器工作，为了增大截流面积，将活塞5、活塞缸4、弹簧座7以及弹簧6所形成结构多次阵列，本说明书以三次为例说明；最上端活塞5内径较小位置与中心管第一部分81的末端过楹配合，活塞5最下端的凸台54内部与中心管第二部分82的首段过楹配合；中间活塞5内径较小位置与中心管8第二部分82末端过楹配合，活塞5最下端的凸台内部与中心管8第三部分83的首段过楹配合；最下部的活塞5内径较小位置与中心管8第三部分83末端过楹配合，活塞5最下端的凸台内部与中心管8第四部分84的首段过楹配合。

所述整形组件2主要用来对套管进行整形工作，由限位套9、导向体10、挤胀体11、多个滚珠12、整形器外套13、轴承14、堵头15组成。

所述限位套9，外部为通径结构，外径与动力组件1中弹簧座7的外径相同；限位套9内侧上端内径与动力组件1中弹簧座7下端凸台结构的外径相同，最上端设置有内螺纹，可与弹簧座7的外螺纹连接；限位套9最下端采用扩径结构，内部设置有内螺纹；限位套9内壁的中部对称开有两个长方形凹槽91。

所述导向体10，其外形为圆筒状，外径与限位套外径相同；在导向体10外侧顶端开有通孔101，通孔101直径与动力组件1的中心管8下端第五部分85外径相等，通孔101上设置有内螺纹，可与中心管8上的外螺纹配合；导向体10上部外壁对称设置有两个柱键102，柱键101的直径与限位套9所开设长方形凹槽91的宽度相等，柱键101正好可嵌入在长方形凹槽中91；导向体10侧壁旋转对称设置有两个滑孔103，滑孔103与导向体10轴线方向呈一定角度开设。

所述挤胀体11，内部为通径圆柱，其外侧上部为圆柱结构，圆柱的直径与导向体11下端内径相同，圆柱的顶端设置有两个对称的滑动销钉111，滑动销钉111可在导向体10的两个滑孔103内运动；挤胀体11的中部为荆齿状转盘结构112，物体在其上端圆周方向滑动时只能沿一个方向运动，而不能向相反方向运动；挤胀体11底端为圆柱结构。

所述整形器外套13，内部为圆柱通径结构，内径与限位套9内径相同；整形器外套13上端设置有外螺纹，此外螺纹可与限位套9下端的内螺纹配合；外套13中部周向等距开有六个孔槽131，孔槽131贯穿整形器外套13的内外壁面，靠近内壁面处孔槽直径较大，而靠经外壁面处孔槽直径较小，即若在孔槽131内部放置直径等于内壁处孔槽宽度的滚珠钢球，则其只能在整形器外套13的内部运动，而无法到达整形器外部；孔槽131下端壁面较厚，上端壁面较薄，即上端孔槽较深，下端孔槽较浅；整形器外套13的底端设置有内螺纹。

所述堵头15，其形状类似“山”字形，上部外径与整形器外套13下部的内径相同，其上设置有外螺纹；堵头15下端设置为圆台结构；堵头15内部设置有圆柱状结构，圆柱直径稍小于挤胀体11内径。

限位套9上端与动力组件1最下端的弹簧座7底部螺纹连接，限位套9下端与整形器外套13上端螺纹连接；在限位套9下端与整形器外套13上端的连接处安装有轴承14；导向体10安置在限位套9内，导向体10的两个柱键102嵌入在限位套9的两个长方形凹槽91内；挤胀体11放置在导向体10的内部，挤胀体11上的两个滑动销钉111放置在导向体10的两个滑孔103内；挤胀体11上端的肩凸处与轴承14的内圈相连；挤胀体11外侧与每个整形器外套孔槽131形成的空腔内均放置有六个滚珠钢球12，钢球12的直径与整形器外套孔槽131内侧宽度一致，滚珠12只能在孔槽内运动，而无法到达孔槽外；挤胀体11下端与整形器外套13下端通过轴承14连接，轴承14的内部与挤胀体11下端连接，轴承14的外部与整形器外套13下端连接；整形器外套13的底端与堵头15螺纹连接。

本种自旋式液压整形器的工作过程如下 ：

整形开始之前，弹簧6受压，活塞5最上端与上接头3的最底端相抵，由于活塞5与中心管8过楹配合，因此中心管8处于其运动状态的最顶端，导向体10同样处于其运动状态的最顶端；导向体10的两个柱键102位于限位套9的两个凹槽91中；由于限位套9固定，因此导向体10只能沿整形器做轴向运动；挤胀体11的两个滑动销钉111位于导向体10的两个滑孔103内；挤胀体11上下端均设置有轴承14，因此其只能做旋转运动；滚珠钢球12处于处于挤胀体11的荆齿状转盘结构112与整形器外套13的六个孔槽131之间，且滚珠钢球12位于最底端。

整形开始时，对整形器进行打压，压力首先作用于三个活塞5上，对活塞5产生较大的下压力；活塞5下行压缩弹簧6下行，使弹簧6储存有弹性势能；同时活塞5的下行带动中心管8下行，中心管8下行带动导向体10下行；导向体10下行，导向体的斜滑孔103作用于挤胀体11的滑动销钉111上，将轴向运动转化为周向运动；挤胀体11旋转，其荆齿状转盘结构112将挤压滚珠钢球12向外侧运动；由于整形器外套13的孔槽131上深下浅，因此滚珠12在向外运动过程中还会向上运动；增大压力，滚珠12将对套管内壁形成碾压，套管达到扩径整形。

整形结束后，将压力泄掉，在弹簧6作用下活塞5将上移，最终与上接头3相抵；活塞5上移将带动中心管8上移，中心管8上移将带动导向体10上移；导向体10上移过程中使挤胀体11发生反向旋转，挤胀体11的反向旋转将使滚珠钢球12挤压力减小，滚珠钢球12将向下掉落到最底端；最终整形器恢复到初始状态。