专利名称：定中心装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种弹性定中心装置，该装置根据将管路与钻孔壁间隔保持的类型，以及制造这种装置的方法。这种装置也可以用于在已有的管路中间隔管路。
背景技术：
如本领域普通技术人员所知，定中心装置用于在油、气和水，井钻领域，在钻孔或以前安装的大管路内给管路定中心。
这样的管路一般做成易操作长度，如12米。每个长度段在两端有外螺纹，各长度段使用短内螺纹接头互相耦接。将管路组合成预先确定的长度被称为一个管线。
将管线安装于钻孔或已存在的管路中时，希望将管线基本上中心的定位在钻孔或已存在的管路内，以实现围绕所安装的管路形成基本上环形的通路。这样可以在围绕管路的空间中通过如流体、水泥浆等材料。在一些情况下，实现基本的向心性是必不可少的。
为实现这个条件，定中心装置被安装于沿管线伸长方向的指定间隔上。并通过使用环状的紧扣在管路上的所谓“限位环”将定中心装置保持在希望的位置上，以限制其轴向移动。
本领域的定中心装置包括刚性和弹性定中心装置。刚性定中心装置一般是尺寸固定的，外径小于定中心装置准备通过的钻孔的铸件产品。弹性定中心装置的外径是弹性的，可在任何情况下与定中心装置准备通过的钻孔壁接触，且在钻孔内可以弹性的适应堵塞或尺寸的变化。
刚性定中心装置的内径与管路是间隙配合的，其外径是可选择的，以通过相应的钻孔。如果孔径在轴向有变化，则刚性定中心装置就不能在中心位置上充分的支撑管路。而且做为刚性体，刚性定中心装置在钻孔内有堵塞的危险。
弹性定中心装置可以解决刚性定中心装置的这些不足。目前的弹性定中心装置由许多在本领域被认为是弓形的，坚固的可调节的板簧组成，这些板簧放射状的围绕和固定于低碳钢的两端。
然而，目前使用的弹性定中心装置在当前的环境下，如深井、有角度的背离侧面和延展的水平到达碳氢化合物产出层等环境下显出了一些不便。因此为产生预加载效应，弹性定中心装置可被设计为过大的外径，以产生与载荷特性相对的可接受的变形。但这可能带来不希望有的剪切力，从而会带来多部件结构分解的可能。
已知的保证传统定中心装置各部件不分离的方法包括焊接和将板簧机械互锁到两端边结构方法，这一方法最大的降低了可能出现的载荷/变形。
例如，由十四个独立的不同尺寸的、分离和铰接的部分组成的多个部件，被用于构成传统的定中心装置，每个部分都有脱落和掉入井孔的危险。
本领域长期需要实用的单件定中心装置。
美国专利号为3312285的专利公开了一种单件定中心装置，它由两个卡圈组成，卡圈被向外卷曲的用于为管路定中心的弓形(棍状)间隔。这个专利进一步公开了这种定中心装置的生产技术。
该生产方法包括通过切割或冲压的方法，从一块金属材料上切出一块毛坯。这里上述的材料是指“有相对高碳含量的普通碳钢或有中碳成份的合金钢”。这个专利注意到了“由于需要将弹性弓形焊接到端卡圈，在传统方法下，钢的等级不能满足制作定中心装置的要求。”需要注意的是这样的材料是弹性、不易延展的钢。
该生产方法要求将毛坯放在有半圆柱坑的成形模上，随后使用压碾工具将毛坯成形为U型，接着使用反向模以形成“长圆柱”。
随后，毛坯在一端被固定，另一端向其推近，做成要求的向外弓的棍。
最后，毛坯的相邻端通过电弧焊焊接在一起，形成通常的圆柱定中心装置。
接着对定中心装置进行热处理，使其获得需要的强度。
实验表明，在美国专利号为3312285专利的技术中有许多不足。实际上这一美国专利并没有提出一种实用的生产定中心装置的方法。而且使用专利方法中可以被使用的材料所生产的定中心装置，并不具备实际定中心装置所希望有的特性。
首先，对弹簧钢使用专利中公开的冷成形双模类型系统并不会产生圆柱毛坯。
而且，被模连到一起的毛坯端部，一但将模拿开时又会因弹性而分开。所以采取的办法应该的是以热成形或者在物理上将毛坯制成圆柱形的方法进行成形。在专利中公开的后面技术不允许外部弓的步骤。
通过使用专利中公开的模技术，将毛坯成形为一般的圆柱体，会产生卷曲的端卡圈。由于孔隙的存在，不能保证在被纵向孔隙分开的中间弓形形成卡圈处的卷曲形。因此弓形可能形成平面或不可预知的曲线。
在纵向弓形成形的压力下，弓形或者成形不一致，或者形状不可预知。除非使用热成形技术，但这是弓形不能承受的。而且，由于材料使用的是弹簧钢，所以需要过度弯曲弓形，但不太可能确定的定出过度弯曲弓形到什么程度，以产生所期望的最终形状。
实验发现，美国专利3312285中的定中心装置要求使用热成形。这意味着要使用昂贵的高温成形工具，由此会带来高的加工费用。为实现成形至少需要两个或三个热处理步骤，在成形之后为实现要求的硬度还需要进行加热/淬火。
随后需要进一步加热到大约摄氏450度的回火温度。
这种方法除了增加了热成形的成本，而且可能增加材料结晶结构中的细粒。这将使材料受损和易损。并且每个热加工步骤都可能带来扭曲，这样会降低产量，增加成本。
弓形的形状希望是在纵向上的抛物线，在美国专利3312285中公开的技术很难持续的实现这一形状。电弧焊步骤要求预热和缓慢的焊后冷却。
因此可知，这个美国专利的产品和方法是不实用的。如果使用传统的易延展可成形材料，这个方法可以实施，但是最终的产品将不会有定中心装置要求的特性。
所以可以理解的是市场上并没有根据美国专利3312285生产的产品。
发明内容
本发明的实施例提供了一种可以通过冷成形生产的弹性定中心装置。能够使本发明的实施例具有一致弓形的弹性定中心装置、和被降低的分裂可能性。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种用于支撑与孔壁间隔的管路的弹性定中心装置，该弹性定中心装置有一个纵向轴，并且弹性定中心装置由相互间隔的第一和第二卡圈，以及在其间放置的多个弓形部分组成。第一和第二卡圈以及弓形部分，由单独的一块硼钢材料制成，以便通过弓形部分从卡圈无缝隙地延长。
在本发明的第一个实施例中，每个卡圈基本上都是圆柱形，所述弹性定中心装置围绕所述纵向轴延展。
在本发明的第二个实施例中，每个卡圈在一个圆柱的一部分上延展，每个卡圈包括一个主体部分和一个固定装置，用于连接邻近弹性定中心装置的另一个卡圈。
优选情况下，每个卡圈在圆柱的一半上延展，装置与第二个所述弹性定中心装置组合，沿所述纵向轴延展。
在本发明的一个实施例中，所述固定装置包括从弹性定中心装置主体部分相对边缘延展出的第一和第二对应铰链。
在优选情况下，所述每个铰链部分限定用于各自的铰链销的各自销孔。每个销孔基本平行于所述的纵向轴放置。铰链部分至少包括一个从其最接近区域的边缘区域延展出的凸起的指状部分。每个指状部分有一个基本上指向所述的边缘区域的末端区域，和所述最接近区域和末端区域的中间区域。所述中间区域描述了一个曲线路径，所述中间区域的表面限定了至少部分所述销孔。
传统上，第一个铰链部分有第一组第一个指状部分，该第一指状部分在平行于所述轴的方向上间隔开以限定了第二组开口。所述第二组比第一组数量少一。第二个铰链部分具有所述第二组指状部分，用于与另一个装置的第一个铰链部分共同工作。
在本发明的另一优选实施例中，所述的固定装置包括，一个在所述弹性定中心装置的一个固定区域的第一个构形，和一个在所述弹性定中心装置的相对的固定区域的第二个对应构形。第一个弹性定中心装置的第一个构形适于与第二个弹性定中心装置的第二个构形互锁相匹配。
优选地，第一个构形包括至少一个在所述弹性定中心装置的第一表面的凸起，和至少一个在第二个表面上的孔隙。第二表面与第一表面相对。第二构形包括至少一个在所述第二表面的孔隙，和至少一个从第一表面的凸起。由此该孔隙或每个孔隙用于接受各自的凸起，这样两个所述的弹性定中心装置可以互锁在一起。
根据本发明的另一个方面，本发明提供了一个具有纵向轴的弹性定中心装置的方法，该方法包括提供一块硼钢板；在所述硼钢板上制造出平面毛坯，该平面毛坯包括由被多个间隔的纵向腹板所隔开的第一和第二横向腹板；冷加工成形所述毛坯，以便形成具备期望的最终装置形状的成形的中间产品；对成形的中间产品加热和淬火以达到期望的最终硬度。
在本发明的一个实施例中，所述的生产步骤包括激光切割平板。
在本发明的另一个实施例中，所述的生产步骤包括水喷射切割平板。
优选的弹性定中心装置基本是半圆柱形，所述的第一和第二横向腹板延展以形成基本为半圆柱的卡圈。所述的卡圈有固定装置，用于固定到第二个所述弹性定中心装置的卡圈上，以形成基本为圆柱的弹性定中心装置。所述的冷成形步骤包括成形所述固定装置的至少一部分。
有利的是，至少部分的所述固定装置的成形步骤包括形成所述卡圈的钩状部分。
优选地，在所述加热和淬火步骤之后，该方法进一步包括将铰链销置于两个邻近弹性定中心装置的钩状部分的附近，以实现用铰接的方式固定连接弹性定中心装置。
在本发明的另一实施例中，至少部分所述固定装置的成形步骤包括在所述弹性定中心装置的一个固定区域上，从其第一表面形成至少一个第一区域的凸起，从其第二表面上形成至少一个第一区域孔隙；在第二相对固定区域上，在所述的第二表面上形成至少一个第二区域孔隙，以实现其位置上与至少一个第一区域的凸起相匹配，在所述的第一表面上形成至少一个第二区域凸起，以实现其位置上与至少一个第一区域的孔隙相匹配。
在优选方法中，所述的冷成形步骤包括将纵向腹板成形为弓形部分，该弓形部分的中心区域从所述弹性定中心装置的纵向轴的距离，比从弓形部分的端部区域到纵向轴的距离相对更远。
有利地，所述弓形的成形步骤包括形成尺寸小的弓形部分，这一方法进一步包括在所述加热和淬火步骤之后，为使所述弓形部分成形为期望的最终直径，对其进行的进一步冷成形步骤。
本发明进一步涉及通过焊接制造的硼钢限位环。
在本发明的优选实施例中，锻压步骤用于热处理步骤之前以形成端部凸缘。
有利地，流动钻井(flow drilling)技术用于为螺纹附件提供凸起。
图1示意了在钻孔内接收和弹性定中心的典型管路布置图。
图2展示了用于成形弹性定中心装置的毛坯平面图。
图3是针对本发明第一实施例的、由图2的毛坯成形的弹性定中心装置的侧视图。
图4是图3中的定中心装置的端视图。
图5是沿图3中的定中心装置的AA向的剖视图。
图6是沿图3中的定中心装置的BB向的剖视图。
图7是从与图3中的BB同视图方面向的，对另一定中心装置的剖视图。
图8是针对本发明的第二实施例的弹性定中心装置的侧面图。
图9是图8中的定中心装置的端视图。
图10是本发明定中心装置弹性部分的第一个结构图。
图11是本发明定中心装置弹性部分的第二个结构图。
图12是对不同弹性结构载荷下的变形图。
图13是针对本发明的第三个实施例的弹性定中心装置的侧视图。
图14是图13中定中心装置沿CC向的剖视图。
图15是从与图14相同视图方向的，针图13实施例的第一个修改例视图。
图16是从与图14相同视图方向的，针图13实施例的第二个修改例视图。
图17针对本发明的第四个实施例的弹性定中心装置的侧视图。此例的弹性部分基本上由直线区段形成。
图18是图17中定中心装置沿DD向的剖视图。
图19是从与图18相同视图方向的，针对本发明第四个实施例的第一个修改例的视图。
图20是从与图18相同视图方向的，针对本发明第四个实施例的第二个修改例的视图。
图21是针对本发明第四个实施例的弹性定中心装置的侧视图，此例的弹性部分是螺旋形。
图22是用于成形图21的定中心装置的毛坯平面视图。
图23是针对本发明第五个实施例的弹性定中心装置的侧视图，此例的弹性部分是螺旋形。
图24是图17和图23所示本发明实施例的弹性部分的第一个结构的剖视图。
图25是图17和图23所示本发明实施例的弹性部分的第二个结构的剖视图。
图26是针对本发明的定中心装置的又一实施例的侧视图。此定中心装置具有为增加流体流量的孔隙。
图27是图26所示定中心装置的端视图。
图28是一个有弹簧锁的、由两件组成的定中心装置的部分端视图。
图29是图28弹簧锁的透视图。
图30是一个有铰链连接装置的、由两件组成的定中心装置的部分端视图。
图31是图30的定中心装置的部分侧视图。
图32是用于本发明定中心装置的限位环的端视图。
图33是图32的限位环的端视图。
在以上图中，相同的标号表示相同的部件。
如图1中所示，置于钻孔39的管路由多个长度段35形成，各长度段由联结器36连接在一起。如本领域所知情况，定中心装置38以各自的限位环37的方式支撑在每个长度段35上。每个定中心装置38布置在钻孔39内，保持对由长度段35形成的管路的支撑，以实现管路基本上的中心布置。每个定中心装置38有一对相对的端卡圈，卡圈被其上六个(此图中可见三个)向外的弓状弹性部分相连。弹性部分被基本上等距离地围绕卡圈布置。在这个实施例中，管路上的弹性部分的凸起部分基本上是直线的。
在图中可见，图中上部的定中心装置有一个限位环37，它位于两个端卡圈之间。图中下部的定中心装置位于两个隔开的限位环37之间。
可以理解的是不仅在钻孔中需要定中心，在以往安装的较大管线组件的内径中也需要定中心。
图2中所示毛坯1由一个单个的硼钢片形成。毛坯有一个纵轴Z-Z’，两个横向腹板2，3，两个横向腹板被许多(这里是六个)基本上平行于轴Z-Z’间隔延展(在本实施例中)的纵向腹板4隔开。第一和第二横向腹板2，3基本上是长方形，它们互相平行且基本上垂直于轴Z-Z’布置。六个纵向腹板4延展于横向腹板2，3之间，以形成它们之间的五个等尺寸间隙9。通过留出大约间隙9一半的宽度做为横向腹板的自由端10，11，将外部纵向腹板4从横向腹板的端部向内插入。在本发明定中心装置的第一个实施例中，自由端以重叠方式紧固，以实现第一个端10与其相应的第二个端11相重叠，这样定中心装置形成了一个通常的圆柱状装置。在其它实施例中，自由端的长度更大，在这些实施例中自由端随后形成连接装置，对此本文后面将阐述。
当然可以理解的是，这仅是一个样例毛坯，在此用于展示本发明的方法。
这个毛坏是通过切割或冲压，从板料上获得的。更优的技术是使用更精确的计算机控制的切割方法，如激光切割或水喷射切割。这样的技术可以带来更大的灵活性，如可以产生“特殊管”而不必使用昂贵的专用工具。
毛坯随后被冷成形为通常的圆柱形。这可以通过使用轧制或其它本领域所知的技术来完成。
制作毛坯的硼钢材料所具有相对的延展性，使得在成形完成后毛坯保持圆柱状态。
更优的是，圆柱成形阶段也形成纵向腹板4的横截面轮廓。这个横截面形状可以是曲线或在一定环境下的其它形状，如最好是平板形，对此随后将进行描述。
在形成圆柱中间产品之后，也可形成纵向腹板的横截面形状。
如果圆柱形中间产品已完成，下一步就是将纵向腹板冷成形为向外卷曲的弓形部分(更清楚内容见图3)。接着，如果由于纵向腹板材料的相对延展性问题，也可能使用扩展心轴或相以设备以取得预期的效果。“弹簧”的数量越少，就越容易得到预期的轮廓。
本发明实施例随后被沿自由端10、11焊接，以形成基本上连续的柱状，尽管弓形部分4是向外卷曲的。随后要求在单独的加热处理阶段进行淬火，以实现定中心装置期望的硬度。
如果需要的话，可以对装置进行应力回火处理。
这个回火过程可以是对整个装置的，也可以是对弓形部分的局部热处理。硼钢要求的热处理回火温度大约是200摄氏度，比弹簧钢的回火温度低一半。
可以注意到，本发明的定中心装置在完全没有热处理的情况也可以成形。但随后的单独的热处理步骤会带来期望的硬度，而且可选择的应力回火阶段要求的温度比弹簧钢要求的温度要低。结果是使用冷成形工具，这就可以延长工具的加工寿命。因为不需要对定中心装置进行经常的加热和冷却，所以不会因多次加热而带来晶粒增大的危险，而且避免了应力增加和热变形。需要使用合适的技术细调弓形部分的横截面的部分。冷成形技术可以容易的一致的形成弓形部分的纵向形状。
已发现生产的钢特性在每块钢板之间有变化。假设在对钢板成形和热处理之后更易获知其特性，那么在优选实施例中，定中心装置冷成形以便缩小弓形部分的尺寸。缩小的尺寸量可以通过实验确定，典型的期望缩小值是将直径缩小大约12毫米。在冷成形步骤之后，装置要经过热处理，以提供期望的硬度，如果需要的话还要进行回火。随后要进行进一步的冷成形，以将弓形部分后期成形为最终期望的结构。
如本领域普通技术人员所知，这个优选方法的步骤保证了最终产品的一致性。而且在热处理之后的冷成形进一步增强了材料的晶体特性。
在本发明的一些实施例中，自由端10和11被成形为弹簧锁状的固定装置。弹性定中心装置中这种结构一般不实用，因为端部材料倾向于将被拉长，由此会有有限的屈服强度。在一些使用弹簧钢的情况下，如果试图使用这样的连接方式，需要进行高温成形，这会因此带来加工问题。然而使用硼钢则在端带/卡圈处会有更充分的刚性，这样就可以通过冷成形方法，使用弹簧锁状连接。
在本发明的另一些实施例中，自由端10和11被成形为铰链类型的固定装置。使用硼钢可以实现横向腹板端的弯曲，材料的内半径与厚度比低于两倍。通过使用硼钢，可能使材料的半径小于厚度的材料急剧地弯曲。相对而言，弹簧钢要求材料半径是厚度的两倍以上，且要进行热成形。
可以注意到硼钢更适合焊接；不过，因为这里描述的本发明的许多实施例使用按扣连接或铰链连接，所以不用使用焊接。
图3中显示了一个完整的定中心装置20。这个定中心装置在图2中有清晰的表达，它有六个弓形部分。对本领域普通技术人员来说，弓形部分的数量可以由应用者选择，从典型的三个到八个选择使用。可以预想到在一些特定应用环境中需要使用八个弓形部分。
图4显示了图3中定中心装置的端视图。图5显示了图3中的A-A向剖视图，图中显示了弓形部分4的外部表面的曲线形状。可以结构弓形部分的特定形状以获得期望的载荷-变形特性。这将在图12中详细讨论。
图6中，弓形部分4横截面的最优形状是曲线。图6中显示的特定形状是圆的扇形，半径为r。对比可见图7显示了另一个弓形部分8的相同方向视图，它的横截面是平的，非最优。可以使用数学分析对比区域的刚度，如使用平行轴理论。
假设一个样例的平截面的宽度是1.5个单位，厚度是0.158个单位。这个样例类以于图7的实施例，有一个关于中间轴区域的二次力矩。通过公式(1)给出的Ina值为Ina＝0.00054-------(1)假设有一个有相同宽度和厚度的截面，但是曲率是3.56个单位。这类以于图6的实施例，有一个关于中间轴区域的二次力矩。通过公式(2)给出的Ina值为Ina＝0.00064------(2)以上的例子中，弯曲横截面的刚度比相以比例的平面横截面的刚度高20％。
冷成形技术使得以硼钢做为定中心装置的材料可能调节横截面的曲率。反过来，这也易于微调弹性阻力。而且，从弓形部分所选择的横截面曲线到端卡圈的过渡区域能够成形为使挠曲结构的刚度最大化。
在特定的实施例中，期望成形的弓形的曲率大于被插入卡圈的管路的曲率。在这种情况下，每个弓形部分有一个内表面，它在横向成形，以便内表面的横向中部区域从定中心装置的纵向轴以第一量间隔。弓形部分的横向边缘从纵向轴以第二量间隔。该第一量比第二量大的量值大于弓形部分材料的厚度。这意味着如果在使用中弓形部分被压缩，中间区域被邻近管路的端部远离管路而被支撑。结果是弓形部分与卡圈合并的过渡区域不永远被压缩，这将导致定中心装置实际上无效。
图8所示是本发明的定中心装置的第二个实施例，定中心装置21基本上与图3所示相以，其中有六个弓形部分22均匀的分布于其圆周上(如图9)。另外，小“突起部”23在图中所示定中心装置的底端，呈一定角度的从底部卡圈3向外延展。突起部向着被定中心的管路和钻孔之间形成的环状通路突出，实现在通过环状通路的流体中产生紊流的效果。突起部与定中心装置整体成形。可以被本领域普通技术人员理解的是，如果需要，突起部可以在定中心装置的两端提供。
图10所示为定中心装置毛坯的实施例。在这里纵向腹板成形为接近端卡圈2和3宽度减少的形状。本实施例的定中心装置可以用于在最大变形下，需要限制最大载荷的情况。相反，图11所示实施例中，弓形部分的横向宽度成形为接近端卡圈2和3宽度增加的形状。这样的结构用于在最大变形下，可以接受更大载荷的情况。
图12为变形(d)与载荷(1)的对应图，其中第一实曲线代表图2-6的实施例。在设有抛物线状的弓形部分情况下，出现破折线曲线特征。有垂直于管路轴的力加于板簧时，这个力将满足抛物线形开始处的变形。这个载荷按抛物线的形式，被抵抗到更大的程度，直到形状变形到与传统半径相以的曲率。这是一个优选的效果，是在弹性定中心装置被做成滑块滑入或推入钻孔内时特别期望的情况。
点曲线表示端部宽度减少的弓形，如图10所示例。叉曲线代表端部宽度增加的弓形，如图11所示例。
如图13，在进一步的一系列实施例中，弓形不被孔隙分开，而被窄狭缝所分开。材料形成了留有狭缝之间的接合区32。在形成弓形部件31时接合区32弯曲。不过接合区在纵向被横向狭缝分开，以便使接合区32从上卡圈2向下延展，另一接合区从下卡圈3向上延展。接合区之间的间隙是可选的如图14-16所示。
在图14中上下接合区32之间的间隙相对较小。这样的实施例在一定的环境下有其优点。当在管路上的定中心装置被放入钻孔内时，定中心装置可以抓或钩住钻孔的如突出部分。如果定中心装置被如图1中所示的管路中的限位环37轴向限制，有可能随着涉及的管路的基本重量，定中心装置可能会被轴向压缩。在这种情况下，弓形可能超出材料的屈服点而向外扭曲，而永远处于尺寸过大的状态。图14所示实施例在接合部32之间使用间隔，以限制定心中装置自由高度的减少，防止这种情况的出现。
图15中接合部之间的间隔大于图14中的间隔，这个间隔足够将限位环放入管路，以进入定中心装置的主体部分。图16所示进一步实施例中，在接合部之间有一个充分大的间隔，在这种情况下当限位环被放入定中心装置的主体时，并允许在定中心装置和限位环之间增大轴向移动。
参照图17和18，在定中心装置40的第四个实施例中，弓形部件41的形状一般是平的(见图18)。
继续参照图17和18中，每个弓形部件41有一个第一基本为直的部分42，它从第一卡圈2向下延展，并侧向远离纵向轴。接着是第二部分43与轴基本平行，第三部分是一个基本直的线44，它逐渐收拢而延伸到下端卡圈3。
第四实施例具有刚度非常大的特性。需要非常高的载荷使弓形变形，一但超过材料的屈服点，实质上将不会恢复弹性。所以这样刚硬的定中心装置要制成小于钻孔尺寸，典型是比钻孔直径小六毫米或更小。它们可以用于预测到高侧向载荷大于定中心装置的恢复力的情况下。对第四实施例的修改示例于图19中，在这里接合部材料45在上下卡圈2、3之间完全固定和延展。当这个定中心装置放入钻孔内时，如果它能钩住，这个实施例可以提供高纵向强度以抵抗高的挤毁。
图20所示为进一步修改，在这里接合部材料与图16中描述的类似的方式被去除。
图21示意根据本发明的定中心装置的进一步实施例。在这里定中心装置50的弓形部分51呈一个一般的在上下卡圈2、3之间的螺旋形轨迹。图22展示了用于制作图21实施例的毛坯。
图21所示实施例可以用于桥接钻孔内打钻孔后留下的凹槽。将钻孔表面的积累的杂质擦掉，并在放入时与孔的表面呈一个剪切面。图23所示为图21的坚固型实施例。在这个实施例中，定中心装置60有一个通常的螺旋弓形部件61，有点类似于图21中的弓形，但直线部分类似于图17和18中的弓形。图24和25展示了弓形部件61截面的更优选择形式。在这两种情况下弓形材料向内弯曲，以便置于被卡圈2、3内表面所限定的圆柱上。图24中弓形的形式基本上是长方形，而在图25中则基本上是半圆形。两者的效果都是使弓形部分置于插入的管路上，以提高对挤毁的抵抗。
图26中展示了本发明定中心装置的另一个实施例。定中心装置70有弓形部分71，这些弓形部分有一个恒定宽度的纵向中心区域72，在两端延展为Y型分叉73。两端分叉分别延展入上部卡圈2和底部卡圈3。每个分叉限制了一个孔隙74，在这个特定实施例中孔隙形成了一个等边的三角形。孔隙允许流体流过管路和钻孔之间的环状通路，以便沿弓形部分的内面流过。因此，有这样孔隙的定中心装置可以在需要减少流体阻力的情况下应用。对本领域普通技术人员可以理解的是，三角形孔隙74这个特定选择仅用于示范，也可以提供其它形状。
如图27所示，端视图更清晰的显示了孔隙的设置，它可以减少对流体的阻力。本领域普通技术人员可以理解的是，随着井延伸的增加，期望减少对流体的阻力。随着流体阻力的增加，为了通过相同的流率，压力一定会升高，而增加的压力会导致地质形成的毁坏。
至现在为止所描述的实施例有统一的结构。然而，如本领域普通技术人员所知，需要沿轴中心线对半分割的分离形式定中心装置。也如本领域普通技术人员所知，需要具有多于两部分的定中心装置。
图28和29展示了为用于固定定中心装置各部分的第一个固定结构。
图28展示了定中心装置的局部端视图。端卡圈2形式为两个半圆柱端卡圈2A、2B，它们通过弹簧锁固定装置固定在一起。
图29所示为弹簧锁装置的示例。端卡圈2A的端部被纵向切割以形成三个相邻的指状部分100、101、1 02。中间指状部分101突出于卡圈2A的平面，其上有两个切出的窗孔103。该窗孔在最接近卡圈2A端部的轮廓为曲线。两个外部指状部分100、102被弓形地切割，以限定出两个榫舌104。这两个榫舌104在卡圈2A的平面上向上放置。榫舌104的形状是弓形的。
另一个端卡圈2B也被切割以形成三个相应的指状部分200、201、202。在这种情况下，两个外指状部分200、202突出于端卡圈2B的平面，外指状部分都带有相似于窗孔103形状的窗孔203。中间指状部分201带有两个向上放置的相似于榫舌104的形状的榫舌204。
两个卡圈2A和2B被推近时，第一个卡圈的中间榫舌101压在第二个卡圈2B的中间指状部分201上表面上。外指状部分200、202压在第一个卡圈2A的外指状部分100、102上。榫舌104、204与窗孔103、203的布置方式是榫舌进入相对窗孔内，以便将两个卡圈锁状结合在一起。
端卡圈使用热处理过的硼钢可以提高卡圈的刚度，通过弹簧锁固定装置可以将装置的两半容易、安全的固定在一起。这种结构的优点在于，对于由两部分组成的定中心装置来说，只要求有两个部件。这需要与铰链销和其它固定装置形成对比。本领域普通技术人员可以理解的是，提供的部件越少，部件脱离或掉入钻孔内、并因此带来高维修成本的危险越小。
图30中展示了另一个实施例，在这里卡圈自由端被弯曲以形成具有铰链销110的铰链。图31中第一个端卡圈2A被切割为有三个间隔的指状部分121，第二个端卡圈2B被切割为有两个间隔的指状部分122。指状部分121与122的布置方式为，指状部分121相互交叉布置在指状部分122之间。指状部分的最接近部分123从各自的端卡圈2A、2B向外延展。末端124位于最接近部分123的表面，中间钩部125的内表面为铰链销限定了一个孔隙。
使用中，铰链通过相互交叉指状部分部分组装在一起。铰链销被插入，组件提供给管路。然后，已打开的组件绕管路而闭合，第二个铰链销插入第二个铰链。铰链销的端部变形，例如通过敲击将它们保持在位置上。
图32和33中，滑入装配的限位环37包括一个通常为圆柱形的、硼钢主体，该主体有圆形的、向外延伸的上下凸缘230、231，和许多突起232。该突起232位于卡圈中心区域圆周上以接受沉头螺钉234。
传统上限位环通过对轧制的长方形条端部对接焊成环形制成。限位环材料必须适于焊接，因为螺栓对插入管路的动作会在焊接处产生基本上圆周向载荷。其它已知的产品由无缝钢管制成，但无缝钢管的尺寸和材料等级受到了限制。
通过选择硼钢，在焊接区可以获得98％的原始材料的机械特性。
图33清晰的展示了端凸缘，它是通过模锻制成。模锻在材料非热处理状态进行，突起232通过已知的流动钻井技术形成。装置被合适的成形后，再经热处理和淬火以获得期望的特性。
本发明实施例仅用于举例说明。然而，清楚的是本发明的多种形式和修改也可作为在本发明的范围之内描述的示例。
权利要求
1.一种弹性定中心装置，用于支撑与孔壁间隔的管路，该弹性定中心装置有一个纵向轴，并且弹性定中心装置包括相互间隔的第一和第二卡圈部分，以及在其间放置的多个弓形部分，其中第一和第二卡圈部分以及弓形部分，由单独的一块硼钢材料制成，以便该材料通过弓形部分从每个卡圈部分无缝隙地延展。
2.如权利要求1所述弹性定中心装置，其特征在于，第一和第二卡圈部分基本上是圆柱形，其中所述弹性定中心装置围绕所述纵向轴延展。
3.如权利要求1或2所述弹性定中心装置，其特征在于，每个卡圈部分在一个圆柱的一部分上延展，并且每个卡圈部分包括一个主体部分和一个固定装置，用于连接邻近定中心装置的另一个卡圈部分。
4.如权利要求3所述弹性定中心装置，其特征在于，每个卡圈部分在圆柱的一半上延展，该装置与第二个所述弹性定中心装置组合，沿所述纵向轴延展。
5.如权利要求3所述弹性定中心装置，其特征在于，所述固定装置包括从主体部分相对边缘区域延展出的第一和第二对应铰链部分。
6.如权利要求5所述弹性定中心装置，其特征在于，所述每个铰链部分限定用于各自铰链销的各自销孔，每个销孔基本平行于所述的纵向轴放置，该铰链部分至少包括一个从其最接近区域的所述边缘区域延展出的凸起的指状部分，该指状部分或每个指状部分有一个基本上指向所述边缘区域的末端区域、和所述最接近区域和末端区域的中间区域，所述中间描述了一个曲线路径，并且所述中间区域的表面限定了至少部分所述销孔。
7.如权利要求6所述弹性定中心装置，其特征在于，第一个铰链部分有第一组第一个指状部分，该第一个指状部分在平行于所述轴的方向上间隔开以限定了第二组开口，所述第二组比第一组数量少一，第二个铰链部分具有所述第二组指状部分，用于与另一个装置的第一个铰链部分共同工作。
8.如权利要求3所述弹性定中心装置，其特征在于，所述固定装置包括一个在所述弹性定中心装置的一个固定区域的第一个构形，和一个在所述弹性定中心装置的相对的固定区域的第二个对应构形，其中第一个弹性定中心装置的第一个构形适于与第二个弹性定中心装置的第二个构形互锁配合。
9.如权利要求8所述弹性定中心装置，其特征在于，第一个构形包括在所述弹性定中心装置的第一表面的至少一个凸起，和在第二个表面的至少一个孔隙，其中第二表面与第一表面相对，第二个构形包括在所述第二表面的至少一个孔隙，和从第一表面的至少一个凸起，由此该孔隙或每个孔隙用于接受各自的凸起，并且两个所述弹性定中心装置可以互锁在一起。
10.一个制造具有纵向轴的弹性定中心装置的方法，该方法包括提供一块硼钢板；在所述硼钢板上制造出平面毛坯，该平面毛坯包括由被多个间隔的纵向腹板所隔开的第一和第二横向腹板；冷加工成形所述毛坯，以便形成具备期望的最终装置形状的成形的中间产品；对成形的中间产品加热和淬火以达到期望的最终硬度。
11.如权利要求10所述方法，其特征在于，所述生产步骤包括激光切割硼钢板。
12.如权利要求10或11所述方法，其特征在于，所述生产步骤包括水喷射切割硼钢板。
13.如权利要求10、11或12所述方法，其特征在于，所述弹性定中心装置基本是半圆柱形，所述第一和第二横向腹板延展以形成基本为半圆柱的卡圈部分，所述卡圈部分有固定装置，用于固定到第二个所述弹性定中心装置的卡圈部分上，以便形成基本为圆柱的弹性定中心装置，其中所述冷成形步骤包括成形所述固定装置的至少一部分。
14.如权利要求13所述方法，其特征在于，至少部分的所述固定装置的成形步骤包括形成所述卡圈部分的钩状部分。
15.如权利要求14所述方法，其特征在于，在所述加热和淬火步骤之后，该方法进一步包括将铰链销置于两个邻近弹性定中心装置的钩状部分附近，以便用铰接的方式把弹性定中心装置固定在一起。
16.如权利要求13所述方法，其特征在于，形成至少部分所述固定装置的步骤包括形成在所述弹性定中心装置的一个固定区域上，从其第一表面形成至少一个第一区域的凸起，从其第二表面上形成至少一个第一区域孔隙；形成在第二相对固定区域上，在其所述第二表面上形成至少一个第二区域孔隙，用于与至少一个第一区域的凸起共同工作，并且在其所述第一表面上形成至少一个第二区域凸起，用于与至少一个第一区域孔隙共同工作。
17.如权利要求10到16中任一项所述的方法，其特征在于，所述冷成形步骤包括将所述纵向腹板成形为弓形部分，该弓形部分的中心区域从所述弹性定中心装置的纵向轴的距离，比从所述弓形的端部区域到纵向轴的距离相对更远。
18.如权利要求17所述方法，其特征在于，所述弓形的成形步骤包括形成尺寸小的所述弓形部分，该方法进一步包括在所述加热和淬火步骤之后的进一步冷成形步骤，以便使所述弓形部分成形为期望的最终直径。
全文摘要
一种用于支撑与孔壁间隔的管路的弹性定中心装置，由单片硼钢材料制成。该弹性定中心装置具有沿纵向轴间隔分开的第一和第二卡圈部分。弹性弓形部分在卡圈之间延展。当该装置由单片材料制成时，材料通过弓形部分从每个卡圈部分无缝隙地延展，从而没有接合点或脆弱点。硼钢的使用意味着该装置能够由冷成形制成。
文档编号E21B17/10GK1537192SQ02813217
公开日2004年10月13日 申请日期2002年6月20日 优先权日2001年6月27日
发明者安德鲁·詹纳, 安德鲁 詹纳 申请人:维纳派克斯公司