一种爆炸式套管整形工具

1.本发明涉及一种爆炸式套管整形工具，属油气井套管整形工具技术领域。


背景技术：

2.随着油田开采时间的不断延长及开发工作的不断深化，油井地层中的流体场、压力场都发生极大变化，加上油气井修井施工以及井身结构、完井固井质量、管材及腐蚀等诸多因素，使得油气井套管不断发生变形、穿孔、破裂、错断等套管损坏现象。由于套损井的变形位置地层条件相当复杂，常常经受高压挤压、地应力变化、岩层下沉和地心引力等作用，导致油水井套管出现损坏情况。在油田生产过程中套管变形还会引起注采系统不完善、开采量迅速下降、影响管柱下入性等严重后果，造成间接的经济损失更大。因此，注重油气田变形套管的修复技术对减少油气田损失、完善注采系统、可持续开发油气田具有重要意义。
3.变形和错断是油气井最常出现的两种套管损坏情况，但常规套管整形修复技术还存在很多缺陷，如修复周期长、成功率低、成本高和安全系数低等问题。因此，研发一种爆炸式套管整形工具来对损坏的套管进行修复，是我们亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于：提供一种可一次下放、多点次整形，且修复成本低、修复安全系数高，以解决常规套管整形修复周期长、成功率低、成本高和安全系数低问题的爆炸式套管整形工具。
5.本发明的技术方案是：一种爆炸式套管整形工具，包括上接头、上壳体、下壳体、涡轮轴、发电机和预整形头，上壳体的一端螺纹安装有上接头，上壳体的另一端螺纹安装有下壳体，下壳体端头螺纹安装有预整形头，其特征在于：下壳体圆周上装有橡胶气囊；上壳体内通过对称设置的涡轮轴承装有涡轮轴，涡轮轴下方的上壳体内通过对称设置的电机轴承装有发电机，发电机下方的上壳体内依次安装有整流器、主控单元和电解单元，主控单元和电解单元连接；发电机通过整流器与主控单元连接；电解单元的底部设置有电极连接座，电极连接座下方的上壳体内装有点火隔板，点火隔板下方的下壳体内装有活塞，活塞通过活塞复位弹簧与点火隔板连接。
6.所述的涡轮轴承之间的涡轮轴上装有涡轮组，所述的涡轮组包括涡轮转子和涡轮定子，涡轮转子与涡轮轴固定连接，涡轮定子固装在上壳体内壁上。
7.所述的涡轮轴下端端头装有密封盘，密封盘与上壳体内壁固定密封连接，密封盘与涡轮轴滑动密封连接。
8.所述的密封盘与涡轮轴承之间的上壳体圆周上均布有出水孔。所述的涡轮轴上端设置有上进液中心孔，对应上进液中心孔的涡轮轴圆周上均布由上出液孔；出液孔与上进液中心孔连通。
9.所述的涡轮轴下端设置有下进液中心孔，对应下进液中心孔的涡轮轴圆周上呈上
下间隔状设置有上液流孔和下液流孔，上液流孔和下液流孔分别与下进液中心孔连通。
10.所述的发电机包括电机轴、发电机定子和发电机转子，电机轴上装有发电机转子，发电机转子外围通过上壳体内壁固装有发电机定子，发电机通过电机轴与涡轮轴连接。
11.所述的活塞下方的下壳体灌装有液压油。
12.所述的下壳体圆周上均布有膨胀通孔，橡胶气囊通过箍紧环固装在膨胀通孔对应的下壳体圆周上。
13.所述的点火隔板为t型体，点火隔板的中心部位设置有装配孔，装配孔内活动安装有点火针，装配孔的下端口圆周上固装有点火针复位弹簧（拉簧），火针复位弹簧的一端与点火隔板连接，点火针复位弹簧的另一端与点火针连接。所述的点火针为t型体，点火针与电极连接座间歇接触连接。
14.所述的电极连接座两侧的电解单元上设置有出气管，出气管的一端延伸至点火隔板下方。
15.所述的预整形头为锥形体，预整形头的圆周上均布有环状的加强纹。
16.本发明的有益效果在于：该爆炸式套管整形工具结构简单，实用性好，工作过程中，通过电解电解液产生可燃气体，并引爆可燃气体的方式提供套管整形所需的压力。相比较传统采用火药爆炸提供整形压力的装置，爆炸反应局限于工具的爆燃腔内，对井筒内环境无扰动，并且仅在工具下放到位以后通过电解作用产生可燃气体，工具上提下方过程中没有爆炸物产生，安全性有极大提高。且电解产生易燃气体的方式决定了工具可以进行多次爆炸，实现了工具一次下放，多次对套管进行整形，节约生产成本的目的。解决了常规套管整形修复周期长、成功率低、成本高和安全系数低的问题，对对减少油气田损失、完善注采系统、可持续开发油气田具有重要意义。
附图说明
17.图1为本发明的剖视结构示意图；图2为本发明点火针与电极连接座的连接状态示意图；图3为本发明的橡胶气囊的工作状态示意图，图4为本发明的主控单元的电路图；图5为本发明的电源电路图。
18.图中：1、上接头，2、上壳体，3、下壳体，4、涡轮轴，5、预整形头，6、膨胀通孔，7、箍紧环，8、橡胶气囊，9、涡轮轴承，10、涡轮组，11、出液孔，12、上液流孔，13、下液流孔，14、密封盘，15、出水孔，16、电机轴承，17、发电机，18、整流器，19、主控单元，20、电解单元，21、电极连接座，22、点火隔板，23、活塞，24、点火针，25、点火针复位弹簧，26、活塞复位弹簧。
具体实施方式
19.该爆炸式套管整形工具包括上接头1、上壳体2、下壳体3、涡轮轴4、发电机和预整形头5，上壳体2的一端螺纹安装有上接头1，上壳体2的另一端螺纹安装有下壳体3，下壳体3圆周上均布有膨胀通孔6，对应膨胀通孔6的下壳体3圆周上通过箍紧环7固装有橡胶气囊8。下壳体3端头螺纹安装有预整形头5，预整形头5为锥形体，预整形头5的圆周上设置有螺旋
状的加强纹，以在加强预整形头5的整体强度的同时，提高入井时的下入率，防止套管的变形部位对该工具形成阻挡。
20.上壳体2内通过对称设置的涡轮轴承9装有涡轮轴4，涡轮轴承9之间的涡轮轴4上装有涡轮组10，涡轮组10包括涡轮转子和涡轮定子，涡轮转子与涡轮轴4固定连接，涡轮定子固装在上壳体2内壁上。涡轮轴4上端设置有上进液中心孔，对应上进液中心孔的涡轮轴4圆周上均布由上出液孔11；出液孔11与上进液中心孔连通；涡轮轴4下端设置有下进液中心孔，对应下进液中心孔的涡轮轴4圆周上呈上下间隔状设置有上液流孔12和下液流孔13，上液流孔12和下液流孔13分别与下进液中心孔连通。
21.涡轮轴4下端端头装有密封盘14，密封盘14与上壳体4内壁固定密封连接，密封盘14与涡轮轴4滑动密封连接，密封盘14与涡轮轴承9之间的上壳体2圆周上均布有出水孔15。密封盘14的作用是对上壳体2形成隔断，以防止工作中钻井液在上壳体2内继续下行。
22.涡轮轴4下方的上壳体2内通过对称设置的电机轴承16装有发电机17，发电机17包括电机轴、发电机定子和发电机转子，电机轴上装有发电机转子，发电机转子外围通过上壳体2内壁固装有发电机定子，发电机17通过电机轴与涡轮轴4连接。
23.发电机17下方的上壳体2内依次安装有整流器18、主控单元19和电解单元20，主控单元19和电解单元20连接；发电机17通过整流器18与主控单元19连接；电解单元20的底部设置有电极连接座21，电极连接座21下方的上壳体2内装有点火隔板22.点火隔板23为t型体，点火隔板23的中心部位设置有装配孔，装配孔内活动安装有点火针24。点火针24为t型体，点火针24与电极连接座21间歇接触连接。装配孔的下端口圆周上固装有点火针复位弹簧25，点火针复位弹簧25的一端与点火隔板22连接，点火针复位弹簧25的另一端与点火针24连接。在点火针复位弹簧25的作用下，点火针24相对点火隔板23始终保持向下的运动趋势。电极连接座21两侧的电解单元20上对称设置有出气管27，出气管27的一端延伸至点火隔板22下方。
24.点火隔板22下方的下壳体3内装有活塞23，活塞23下方的下壳体3内灌装有液压油。活塞23通过活塞复位弹簧26（拉簧）与点火隔板22连接。在活塞复位弹簧26（拉簧）的作用下，活塞23相对点火隔板23始终保持向上的运动趋势，由此对点火针24形成托举顶触，并对点火针复位弹簧25形成压缩，使点火针24与电极连接座21形成接触。
25.该爆炸式套管整形工具工作时，通过上接头1与钻杆连接，依据套管探伤相关数据首先确定待整形套管的整形修复位置，再依据整形修复位置确定该工具的下入位置，然后将该工具下入，工具下入过程中，初始状态下，点火针24与电极连接座21保持接触状态，且预整形头5随该工具的整体转动而转动，预整形头5通过该工具的整体转动，以及下入过程产生的径向挤压力可对变形严重的套管进行预整形，进行预整形的目的一是保证该工具能准确下入预定位置，二是通过预整形头5的先期预整形，以提高后期的整形效率、质量和成功率。工具下放到位以后，启动钻井液泵，钻井液由上接头1进入该工具。
26.进入该工具的钻井液由上进液中心孔进入涡轮轴4，再由上出液孔11喷出实现对涡轮组10的冲击，从而带动涡轮轴4转动，完成冲击涡轮组10的钻井液由上液流孔12再次进入涡轮轴4的下进液中心孔，然后经下液流孔13和出水孔15进入该工具与套管之间的环空。
27.涡轮轴4转动的同时，通过带动发电机17的电机轴带动发电机转子转动，从而产生电能并通过整流器18（mdq100单相整流堆）为主控单元19提供工作电源。
28.主控单元19通过连接线向电解单元20提供工作电源（直流），电解单元20通过正、负极电解电解液，电解产生的氢气和氧气分别由出气管27收集并进入点火隔板22与活塞23之间的爆燃腔室内混合。这一过程中，主控单元19内的计时电路监控电解单元20的工作时间，当电解单元20达到特定工作时长后，且电解产生的氢、氧气体汇集到一定量后； 主控单元19通过电极连接座21向点火针24供电点火。点火针24得电点火后；点火针24产生的电火花点燃爆燃腔室内混合的氢、氧气体从而爆燃，氢、氧气体爆燃产生的高温高压燃气瞬间推动活塞23下行。
29.活塞23下行过程中，挤压活塞23下方、下壳体3内灌装的液压油，液压油通过膨胀通孔6径向喷出，从而使橡胶气囊8径向膨胀变形，由此通过膨胀变形的橡胶气囊8挤压变形的套管，达到对变形套管进行修复整形的目的。活塞23下方的过程中，活塞复位弹簧26被拉长蓄能，同时，活塞23对点火针24形成的托举顶触状态，以及点火针复位弹簧25的压缩状态解除，点火针24与电极连接座21分离，从而切断点火信号，等待下一次点火。
30.氢、氧气体一次爆炸结束后，爆燃腔室内的压力下降，此时活塞23在活塞复位弹簧26的作用下上行复位，点火针24在点火针复位弹簧25的作用下上行复位，恢复至初始工作状态，即，点火针24再次与电极连接座21接触。电极连接座21与点火针24结合时，主控单元19会检测到结合时的电信号，在此信号的控制下，爆炸程序归零，等待下一次爆炸整形工作。
31.活塞23复位的同时，橡胶气囊8在自身弹力的作用下复位，并将液压油挤回爆燃腔室内，恢复至初始工作状态等待下一次爆炸整形。
32.作为点火针24的点火改进，亦可在地面改变钻井液流量，主控单元19通过检测发电机17转速感知钻井液流量的变化信号，从而给点火针24发送点火指令。
33.该爆炸式套管整形工具结构简单，实用性好，解决了常规套管整形修复周期长、成功率低、成本高和安全系数低的问题，对对减少油气田损失、完善注采系统、可持续开发油气田具有重要意义。