专利名称：无封底膨胀管扩径装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及管道扩径装置，特别是用于石油油井膨胀管补井的装置。
背景技术：
膨胀管是一种可以膨胀变形的新型套管。因为用于钻井工程可以大大缩小钻孔尺寸和节约技术套管，降低成本50％；用于完井可以压实泥浆，能显著提高油井使用寿命；用于补井可以解决几百米长井段修补的难题等等，用途极为广泛，特点非常突出，因此被称为石油钻采技术上的一次革命。
Eventure公司采用液压推动胀头扩张膨胀管，作法是封闭膨胀管尾端，作成液体推动发射室，使膨胀管扩张。但其工艺过程存在四个问题一是膨胀管尾端封闭，膨胀过后仍需下钻切削打通工作通道，工艺比较繁琐；二是封闭端材料多采用易削材料铸铁或铝，其与膨胀管之间的连接难于作到保压密封；三是发射室属于一级液缸推动，往往需要加大液压至40MPa，这在工程现场应用将受到限制；四是修井时为了固定膨胀管位置，需要加设特殊水力矛装置，结构较为复杂。
发明内容
本实用新型的目的旨在克服上述的不足，提供了一种膨胀管的无封底膨胀管扩径装置，达到简化结构、低压操作、操作方便、密封可靠的目的。
本实用新型的设计方案是，无封底膨胀管扩径装置，它包括缸体组件、拉杆组件、膨胀头组件和膨胀管组件，其特征是由外缸套、活塞套、注液孔和缸体连接头组成一缸体单元；活塞套由缸体接头与外缸套连接，末端活塞套由拉杆组件与膨胀头组件连接固紧。
膨胀管端不封闭，没有液压推动发射室，用液压缸外缸套推压固定膨胀管，用液压缸活塞套带动膨胀头向上运动，达到膨胀管扩径的目的。
缸体组件由2至6缸体单元组成，所说液压缸体的位置可能在膨胀管内，也可以在膨胀管之上。液压缸外缸套推压可以是外缸套后方推压，也可以是外缸套中间推压或外缸套前方推压。
当在内外缸套之间注入高压水时，活塞套与外缸套在水压作用下产生反向移动，活塞套向上运动，通过连接的拉杆组件拉动膨胀头向上移动，随着水压升高拉动膨胀头在膨胀管内移动并进行扩径，与此同时，借助外缸套的外凸缘向下推压膨胀管，并借助橡胶圈的悬挂作用，固定膨胀管与外套管的相对位置。免除膨胀管封闭尾端的方法，不设发射室，而采用多级液压缸，工作压力小，设备简单，操作方便，利于现场推广使用。
图1为本实用新型结构示意图。
图中1为上部通气孔，2为剪切销，3为缸体连接头，4为膨胀管螺纹扣，5为膨胀管外密封胶圈，6为膨胀管，7为缸体密封圈，8为连接销，9为活塞套，10为外缸套，11为注液孔，12为上拉杆，13为密封球，14为交接座，15为下拉杆，16为外套管，17为膨胀头，18为锁紧螺母。
具体实施方式
图1所示为3个缸体单元组成的无封底膨胀管扩径装置，包括缸体组件、拉杆组件、膨胀头组件和膨胀管组件，所说的缸体组件由外缸套10、活塞套9、注液孔11、缸体连接头3、缸体密封圈7、剪切销2和连接销8组成。外缸套与外缸套之间用连接销8固紧连接，活塞套9与外缸套10的滑动连接处设缸体密封圈7，用于保压密封，剪切销2用于定位和承受膨胀管组件重量，缸体组件启动时剪切销2受力被剪断。
拉杆组件由上拉杆12、密封球13、交接座14和下拉杆15组成，上拉杆12接在最后一组缸体单元的活塞套9下端。上拉杆12的下端外侧螺纹与交接座14内侧连接，如图1所示，上拉杆12以平螺纹与活塞套9和交接座14连接。下拉杆15上端外侧螺纹与交接座14内侧固定连接。
膨胀头组件由膨胀头17和锁紧螺母18组成，本实施例如图1所示的膨胀头由圆柱形的引导端、中间为带圆弧面的过渡带与定径带圆柱体和圆锥形尾端组成。轴型下拉杆穿过膨胀头17中心并以螺纹连接，再以锁紧螺母18固紧。膨胀头的引导端内径与膨胀管内径相当，而中间圆定径带外径依据扩径需要设定。
膨胀管组件包括膨胀管6、膨胀管螺纹扣4、上部通气孔1、外套管16和膨胀管外密封胶圈5。两根膨胀管之间由管螺纹扣4连接固紧，根据需要可由单根或数根相互连接并一次扩管。
用缸体连接头的1∶16斜螺纹连接上部吊挂2 7/8”钻杆管柱，通过钻杆内孔馈给的高压液体经注液孔进入活塞套与外缸套之间，推动活塞并牵引膨胀头向上运动。外缸体卡住并固定膨胀管组件向下推动，相对运动结果，使膨胀头组件挤入并扩张膨胀管，完成膨胀变形过程，同时膨胀管组件挤住暗条所表示的外套管16形成膨胀管自动悬挂的效果。受扩径力作用膨胀管外胶圈现结合附图1，介绍膨胀管补井实施例，对本实用新型作进一步说明。
首先说明地面试验测试结果。使用膨胀管φ110mm(外径)×6.5mm，中间包括一套管螺纹扣。仿工况条件，采用外套管尺寸为φ139.7×9.17×4000mm(长度)、膨胀头尺寸φ108mm，膨胀变形率10.77％。测定退火态膨胀管力学性能σs＝365MPa，σb＝950MPa，延伸率δ＝61％，加工硬化率n＝0.4。材料屈服限低于J55，断裂限超过P110，膨胀管经过变形能快速加工硬化获得高强度，相对比较，膨胀容易，运行省力。膨胀管经扩径后稳定地悬挂在外套管壁上，实测悬挂力大于60吨。封闭内腔打压，抗内压40MPa，保持3小时，外腔焊接接口打外压30MPa，保持0.5小时，不渗、不漏、不蹩。
说明井下实际应用，油井深度2852m，原套管尺寸φ139.7×9.17mm，经16臂测井仪确定缺陷特征和位置，于1470-1475m处存在裂纹35×1mm。经过整形加工，用φ116×3000mm通井规顺利通过。下井膨胀管为φ110×6.25mm，密封胶圈116×3×10mm(宽)，间距50mm。膨胀管总长度17m，中间包括两套管螺纹扣，膨胀头尺寸φ108mm，膨胀变形率10.77％。下井打压冲洗30分，投球封闭，采用两级液压缸打压，打压过程中，液压波动在23±3MPa之间，补井结束打压15MPa，保压稳定，井况正常，日采原油8吨，运行良好。
从上列应用看出，本实用新型用于油田补井和尾管悬挂，效果良好。由于膨胀管下端开放，抽出膨胀头后能形成自然工作通道，免去了下钻头切割封底的工序，另外液压工作压力低，便于工程推广；此外膨胀管补井定位不用水利矛，采用自动悬挂，结构非常简单。
权利要求1.无封底膨胀管扩径装置，它包括缸体组件、拉杆组件、膨胀头组件和膨胀管组件，其特征是由外缸套(10)、活塞套(9)、注液孔(11)和缸体连接头(3)组成一缸体单元；活塞套(9)由缸体接头(3)与外缸套(10)连接，末端活塞套(9)由拉杆组件与膨胀头组件连接固紧。
2.根据权利要求1所述的无封底膨胀管扩径装置，其特征是拉杆组件由上拉杆(12)、密封球(13)、交接座(14)、下拉杆(15)组成，上拉杆(12)接在最后一组缸体单元的活塞套(9)下端，上拉杆(12)的下端外侧用螺纹与交接座(14)内侧连接固紧。
3.根据权利要求1所述的无封底膨胀管扩径装置，其特征是膨胀头组件由膨胀头(17)和锁紧螺母(18)组成，下拉杆(15)穿过膨胀头(17)通过螺纹连接和锁紧螺母(18)固紧。
4.根据权利要求1所述的无封底膨胀管扩径装置，其特征是膨胀管组件包括膨胀管(6)、膨胀管螺纹扣(4)上部通气孔(1)外套管(16)和膨胀管外密封胶圈(5)；两根膨胀管由膨胀管螺纹扣(4)连接固紧。
5.根据权利要求1所述的无封底膨胀管扩径装置，其特征是缸体组件还包括设于外缸套(10)与活塞套(9)之间的密封圈(7)，外缸套(10)之间设连接销(8)连接固紧。
6.根据权利要求1或5所述的无封底膨胀管扩径装置，其特征是缸体组件由2～6缸体单元组成。
专利摘要无封底膨胀管扩径装置，它包括缸体组件、拉杆组件、膨胀头组件和膨胀管组件，由外缸套、活塞套、注液孔和缸体连接头组成一缸体单元；活塞套由缸体接头与外缸套连接，末端活塞套由拉杆组件与膨胀头组件连接固紧。当在活塞套与外缸套之间注入高压水时，活塞套与外缸套在水压作用下产生反向移动，活塞套向上运动，通过连接的拉杆组件拉动膨胀头向上移动，随着水压升高拉动膨胀头在膨胀管内移动并进行扩径，与此同时，借助外缸套的外凸缘向下推压膨胀管，并借助橡胶圈的悬挂作用，固定膨胀管与外套管的相对位置。免除膨胀管封闭尾端的方法，不设发射室，而采用多级液压缸，工作压力小，设备简单，操作方便，利于现场推广使用。
文档编号E21B29/00GK2835534SQ20052001382
公开日2006年11月8日 申请日期2005年8月5日 优先权日2005年8月5日
发明者刘文西, 陈士义, 刘宝祥, 陈玉如 申请人:刘文西