一种波纹管膨胀工具的制作方法

本发明涉及一种波纹管膨胀工具，属于石油钻井领域。

背景技术：

膨胀波纹管技术是将圆形管材通过冷压处理，使截面形状呈波纹状，在钻完井过程中，将波纹管管柱下入井内，以液压或机械的方式使管柱恢复成圆管，实现对复杂地层封堵并保持原井眼尺寸的一种钻井技术。其独特的技术优势是能够可靠封堵复杂地层后可继续用原尺寸钻头钻进。膨胀波纹管技术优点是可封隔井下漏失、易坍塌等复杂地层，简化井身结构，降低钻井成本。同时，该技术可应用于套管补贴，甚至可实现深井的单一井眼尺寸钻井和单一套管尺寸完井，大幅降低油气井建井成本。

但是，膨胀波纹管具有以下的问题。第一，膨胀波纹管应用受井筒直径的影响。如井筒的直径较小，膨胀波纹管将无法膨胀到设计的内径尺寸，导致后续施工无法进行，造成事故。而井筒的直径过大，则膨胀波纹管无法贴合需要封隔的复杂地层所处的井壁，无法在井下固定。因此在下入膨胀波纹管管串之前，需要应用扩孔工具对井筒扩孔。现有扩孔器的扩孔扩大率一般较大，井径不规则，很难满足膨胀波纹管现场应用需要。第二，波纹管采用焊接方法连接，波纹管内壁和外壁均有焊缝余高，机械膨胀时需在焊缝时难以通过。

技术实现要素：

针对现有技术中所存在的上述技术问题，本发明提出了一种波纹管膨胀工具，能够在下入膨胀波纹管之前对井筒进行扩孔，在下入膨胀波纹管之后对膨胀波纹管进行机械膨胀，并且具有切削能力，对膨胀波纹管的焊接缝的余高进行切削。

本发明提出了一种波纹管膨胀工具，包括：

上螺旋扩孔体，所述上螺旋扩孔体的周向上均匀设置有若干螺旋状的上扩孔体侧翼；

连接在所述上螺旋扩孔体下方的下螺旋扩孔体，所述下螺旋扩孔体的周向上均匀设置有若干螺旋状的下扩孔体侧翼；

其中，所述上螺旋扩孔体和所述下螺旋扩孔体的中部设置有同轴的中心孔；并且所述上扩孔体侧翼和下扩孔体侧翼的螺旋方向相反。

本发明的进一步改进在于，所述上扩孔体侧翼包括凸出的上侧翼主体，以及设置在所述上侧翼主体上的若干第一切削齿；

其中，所述上侧翼主体的两侧设置有第一侧弧面和第二侧弧面；所述上侧翼主体的沿径向向外的端面包括第一上部弧面和第一下部弧面。

本发明的进一步改进在于，所述第一切削齿包括设置在所述第一侧弧面的外边缘上的若干第一主切削齿，以及设置在所述第一上部弧面上的若干第一保径切削齿。

本发明的进一步改进在于，所述下扩孔体侧翼包括凸出的下侧翼主体，以及设置在所述下侧翼主体上的若干第二切削齿；

其中，所述下侧翼主体的两侧设置有第三侧弧面和第四侧弧面；所述下侧翼主体的沿径向向外的端面包括第二上部弧面和第二下部弧面。

本发明的进一步改进在于，所述第二切削齿包括设置在所述第三侧弧面的外边缘上的若干第二主切削齿，以及设置在所述第二下部弧面上的若干第二保径切削齿。

本发明的进一步改进在于，相邻的两个所述上扩孔体侧翼之间设置有上螺旋流道，相邻的两个所述下扩孔体侧翼之间设置有下螺旋流道；所述上螺旋流道的下端与所述下螺旋流道的上端相对，并形成一定的夹角。

本发明的进一步改进在于，所述上螺旋扩孔体的上端连接有上接头，所述上接头用于连接上方的钻柱。

本发明的进一步改进在于，所述下螺旋扩孔体的下端连接有下接头，所述下接头用于连接下方的钻柱或钻头。

本发明的进一步改进在于，所述上螺旋扩孔体和所述下螺旋扩孔体的中心轴与所述上接头和所述下接头的中心轴具有一定的偏心距。

本发明的进一步改进在于，所述第一切削齿和所述第二切削齿均采用聚晶金刚石片或硬质合金块。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的波纹管膨胀工具，在下入膨胀波纹管前对井筒进行微扩眼，减小井眼狗腿严重度保障膨胀波纹管下入，同时可在水力膨胀后，对膨胀波纹管进行机械膨胀，提高施工的安全性，提高膨胀效率。本发明还具有切削能力，对膨胀波纹管的焊接缝的余高进行切削。

本发明的波纹管膨胀工具中，上螺旋扩孔体和下螺旋扩孔体对井筒进行扩眼或对膨胀波纹管进行机械膨胀。通过两组螺旋扩孔体进行操作，能够保证膨胀的效果，两组螺旋扩孔体的螺旋方向相反，能够进一步地保证整形后的井筒或波纹管形状均匀。

附图说明

下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：

图1所示为本发明的一个实施例的波纹管膨胀工具的结构示意图，显示了其主视图的结构；

图2所示为本发明的一个实施例的波纹管膨胀工具的结构示意图，显示了其俯视图的结构；

图3为图1的a-a剖面示意图；

图4所示为本发明的一个实施例的膨胀波纹管贯串的结构示意图。

附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

在附图中各附图标记的含义如下：1、上螺旋扩孔体，2、下螺旋扩孔体，3、上接头，4、下接头，5、上接箍，6、膨胀波纹管，7、球座，8、中心孔，9、焊缝，11、上扩孔体侧翼，12、第一侧弧面，13、第二侧弧面，14、第一上部弧面，15、第一下部弧面，，16、第一主切削齿，17、第一保径切削齿，18、上螺旋流道，21、下扩孔体侧翼，22、第三侧弧面，23、第四侧弧面，24、第二上部弧面，25、第二下部弧面，，26、第二主切削齿，27、第二保径切削齿，28、下螺旋流道。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的示例性实施例进行进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。

图1示意性地显示了根据本发明的一个实施例的波纹管膨胀工具。根据本发明的波纹管膨胀工具，能够在下入膨胀波纹管之前对井筒进行扩孔，在下入膨胀波纹管之后对膨胀波纹管进行机械膨胀，并且具有切削能力，对膨胀波纹管的焊接缝的余高进行切削。

图1示意性地显示了根据本发明的一个实施例的波纹管膨胀工具，其包括上螺旋扩孔体1，所述上螺旋扩孔体1包括若干上扩孔体侧翼11，上扩孔体侧翼11均匀设置在所述上螺旋扩孔体1的周向上。本实施例所述的波纹管膨胀工具还包括下螺旋扩孔体2，所述下螺旋扩孔体2位于所述上螺旋扩孔体1的下方，并与上螺旋扩孔体1连接为一体。所述下螺旋扩孔体2包括若干下扩孔侧翼，所述下扩孔侧翼均匀设置在所述下螺旋扩孔体2的周向上。上扩孔体侧翼11和下扩孔体侧翼21的数量均为至少三个，在如图1所述的实施例中上扩孔体侧翼11和下扩孔体侧翼21的数量均为四个。所述上螺旋扩孔体1和所述下螺旋扩孔体2的中部设置有同轴的中心孔。其中，所述上扩孔体侧翼11和下扩孔体侧翼21的螺旋方向相反，例如，上螺旋扩孔体1从上往下视角为反螺旋，而下螺旋扩孔体2从上往下视角为正螺旋，也可以相反设置。

在使用根据本实施例所述的波纹管膨胀工具时，上螺旋扩孔体1和下螺旋扩孔体2对井筒进行扩眼或对膨胀波纹管6进行机械膨胀。通过两组螺旋扩孔体进行操作，能够保证膨胀的效果，两组螺旋扩孔体的螺旋方向相反，能够进一步地保证整形后的井筒或波纹管形状均匀。

在下入膨胀波纹管6前对井筒进行微扩眼，减小井眼狗腿严重度保障膨胀波纹管6下入，同时可在水力膨胀后，对膨胀波纹管6进行机械膨胀，提高施工的安全性，提高膨胀效率。

在一个实施例中，所述上扩孔体侧翼11包括在所述上螺旋扩孔体1上凸出的上侧翼主体，所述上侧翼主体上设置有若干第一切削齿，第一切削齿能够提供对膨胀波纹管6的压力，从而撑开膨胀波纹管6。在本实施例中，所述上侧翼主体的两侧设置有平行的侧弧面，分别为第一侧弧面12和第二侧弧面13。所述侧翼主体的沿径向向外的端面包括第一上部弧面14和第一下部弧面15。

上螺旋扩孔体1的所有上扩孔体侧翼11的第一上部弧面14在同一曲面上，该曲面可以是圆弧形或椭圆弧形，也可以是锥形。上螺旋扩孔体1的所有上扩孔体侧翼11的第二下弧面在同一曲面上，该曲面可以是圆弧形或椭圆弧形，也可以是锥形。

在一个实施例中，所述第一切削齿包括第一主切削齿16和第一保径切削齿17。所述第一主切削齿16设置在第一侧弧面12的外边缘(靠近所述第一上部弧面14的一侧)的位置。在本实施例所述的波纹管膨胀工具转动的时候，所述第一主切削齿16朝向转动的方向移动，从而对膨胀波纹管6施加压力和扭矩从而使其撑开。在本实施例中，第一保径切削齿17设置在所述第一上部弧面14上，其作用是在对膨胀波纹管6施加压力时支撑膨胀波纹管6。

在一个实施例中，所述下扩孔体侧翼21包括在所述上螺旋扩孔体1上凸出的下侧翼主体，所述下侧翼主体上设置有若干第二切削齿，第二切削齿能够提供对膨胀波纹管6的压力，从而撑开膨胀波纹管6。在本实施例中，所述下侧翼主体的两侧设置有平行的侧弧面，分别为第三侧弧面22和第四侧弧面23。所述侧翼主体的沿径向向外的端面包括第二上部弧面24和第二下部弧面15。

下螺旋扩孔体2的所有下扩孔体侧翼21的第二上部弧面24在同一曲面上，该曲面可以是圆弧形或椭圆弧形，也可以是锥形。下螺旋扩孔体2的所有下扩孔体侧翼21的第二下弧面在同一曲面上，该曲面可以是圆弧形或椭圆弧形，也可以是锥形。在本实施中，所述第一上部弧面14和第二下部弧面15以上螺旋扩孔体1和下螺旋扩孔体2的连接面对称；所述第一下部弧面15和第二上部弧面24以上螺旋扩孔体1和下螺旋扩孔体2的连接面对称。

在一个实施例中，所述第二切削齿包括第二主切削齿26和第二保径切削齿27。所述第二主切削齿26设置在第三侧弧面22的外边缘(靠近所述第二上部弧面24的一侧，并且与第一侧弧面12设置在同一周向方向)的位置。在本实施例所述的波纹管膨胀工具转动的时候，所述第二主切削齿26朝向转动的方向移动，从而对膨胀波纹管6施加压力和扭矩从而使其撑开。在本实施例中，第二保径切削齿27设置在所述第二下部弧面15上，其作用是在对膨胀波纹管6施加压力时支撑膨胀波纹管6。

在根据本实施例所述的波纹管膨胀工具中，在实施例中，通常波纹管采用焊接方法连接，波纹管内壁和外壁均有焊缝余高，机械膨胀时需在焊缝时难以通过，需要胀管器具备一定切削能力。本实施例中的上螺旋扩孔体1上设置有第一切削齿，下螺旋扩孔体2上设置有第二切削齿，使其均有一定的切削能力，将焊缝的余高切削下来。第一主切削齿16和第二主切削齿26主要起到切削的作用。

膨胀波纹管6在水力膨胀后存在椭圆度，需要通过本实施例所述膨胀工具将膨胀波纹管6通过机械的方式整圆。本实施例中，第一保径切削齿17和第二保径切削齿27的外端形成圆弧形，能够保证在膨胀波纹管6在进行切削后成为圆形。

在一个实施例中，相邻的两个所述上扩孔体之间设置有上螺旋流道18，相邻的两个所述下扩孔体之间设置有下螺旋流道28；所述上螺旋流道18的下端与所述下螺旋流道28的上端相对，并形成一定的夹角。

在根据本实施例所述的波纹管膨胀工具中，通过设置上螺旋流道18和下螺旋流道28能够使钻屑在螺旋流道中更容易向上返出。在下入膨胀波纹管6前对井筒进行井径扩大率为10％以内的微扩眼，减小井眼狗腿严重度保障膨胀波纹管6下入，同时可在水力膨胀后，对膨胀波纹管6进行机械膨胀，提高施工的安全性，提高膨胀效率。

在一个实施例中，所述上螺旋扩孔体1的上端连接有上接头3，所述上接头3用于连接上方的钻柱。所述下螺旋扩孔体2的下端连接有下接头4，所述下接头4用于连接下方的钻柱或钻头。优选地，上螺旋扩孔体1通过螺纹连接上接头3，下螺旋扩孔体2通过螺纹连接下接头4。上接头3和下接头4均设置有中心孔8。

在一个优选的实施例中，所述上螺旋扩孔体1和所述下螺旋扩孔体2的中心轴与所述上接头3和所述下接头4的中心轴具有一定的偏心距。通过设置偏心距能够实现扩大井径或膨胀波纹管6通径的目的。

在一个实施例中，所述第一切削齿和所述第二切削齿均采用聚晶金刚石片或硬质合金块。

在使用根据本实施例所述的波纹管膨胀工具时，首先将上接头3与上螺旋扩孔体1的上端的螺纹连接，下接头4与下螺旋扩孔体2提的螺纹连接，下入井底，开启钻机转盘，加压对井筒扩孔。将狗腿严重大的井段或井径不满足的井段扩孔后起出工具。

将上接箍5、膨胀波纹管6以及球座7焊接相连成为管串(如图4所示)，其焊接位置具有焊缝，将管串通过送入工具下入井下至预定定段，水力打压至20-25mpa。安装本实施例所说的波纹管膨胀工具，其上接头3连接钻柱，下接头4连接通用球底磨鞋，下入至膨胀波纹管6中。启动泥浆泵，旋转加压膨胀。

上螺旋扩孔体1、下螺旋扩孔体2接触膨胀波纹管6内壁，在压力和扭矩作用下胀开膨胀波纹管6。螺旋膨胀单元接触波纹管内壁焊缝9余高，聚晶金刚石片和硬质合金块制成的第一切削齿和第二切削齿磨铣焊缝9余高，从而完成膨胀操作。

下接头4接通过膨胀波纹管6下端，起出膨胀波纹管6扩孔膨胀工具。

上述实施例中，“上方”为靠近井口的一方，“下方”为远离井口的一方。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。因此，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和/或修改，根据本发明的实施例作出的变更和/或修改都应涵盖在本发明的保护范围之内。