一种深水深井膨胀波纹管送入工具

1.本发明涉及地质和石油钻井技术领域，特别是涉及一种深水深井膨胀波纹管送入工具。


背景技术：

2.膨胀波纹管护壁技术：膨胀波纹管护壁技术是地质和石油钻井领域公认的先进护壁技术，该技术通过将截面为异形的膨胀波纹管膨胀为截面为圆形管体，并通过将管体外壁的橡胶挤压到孔壁上，形成有效悬挂力。膨胀波纹管下入前需要对事故孔段提前扩孔，扩孔上下位置需要有稳定的孔壁作为悬挂段，通过专用送入工具将膨胀波纹管下放到事故孔段，向管体内打压，异形截面的膨胀波纹管受液压力膨胀变形，截面变为圆形，管内通径大于原有孔径，膨胀结束后，送入工具切割膨胀波纹管的上下锥面段，并将切割掉的头部和尾部进行打捞，通过送入工具上的规圆接头将膨胀波纹管上下管口扩大，最后将切割的头部和尾部打捞出孔。
3.膨胀波纹管护壁技术主要应用地质、石油钻探领域。随着钻探逐步向深部、边远、复杂区域发展，钻探过程遇到的地层复杂程度越来越高，钻孔发生漏失、坍塌、缩径等的概率大大增加，需要有效的护壁措来解决以上问题。常规的护壁措施有泥浆护壁和下套管护壁，泥浆护壁应用于钻孔全过程，而下套管护壁根据钻孔的地层特性决定，如果地层为较稳固的岩层，可不进行套管护壁，如果地层不稳定，需要在每钻进一个开次后下入套管，并进行水泥固井。一般钻孔前均需要进行钻孔设计，对于钻孔开次提前规划，若在钻孔过程中，出现漏失、坍塌、缩径等情况，首先选择调配泥浆进行护壁，泥浆护壁无果的情况下，若下普通套管，则后续钻孔孔径会缩小，影响原有钻孔设计。针对以上情况，膨胀波纹管护壁技术可以提供稳定且不影响后续钻孔直径的护壁措施。
4.膨胀波纹管护壁需要采用专门的送入工具将膨胀波纹管管串下放到待护壁的事故孔段，送入工具具有密封功能，可实现送入单位密封液压力打压；具有旋转切割功能，能将膨胀管串的头部和尾部切断；具有打捞功能，在切割尾部前能够将尾部提前打捞，防止尾部切断后掉落孔内。
5.公开号为cn112855027a的专利申请文件中公开了一种深海膨胀波纹管贯通式下入方法，公开号为cn214836231u的专利申请文件中公开了一种深海钻探用膨胀波纹管下入打捞装置，其存在如下缺点：一、螺纹解锁方式可靠性差，螺纹连接的两个零件不同轴时，易发生螺纹段卡死无法解锁的情况；三、膨胀管串密封需要进行二次投球，既增加了工艺流程，又因为球体需要通过打捞管进入底座，限制了打捞管的最小通径，进一步影响了打捞管在膨胀波纹管内的通过性。


技术实现要素：

6.为解决以上技术问题，本发明提供一种深水深井膨胀波纹管送入工具，对送入工具进行了优化改进，以提高送入工具应用时的解锁可靠性，避免因投球对打捞管直径的限
制，使打捞管直径尽量减小，以满足在膨胀波纹管内的通过性，同时简化工艺流程，提高施工效率。
7.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
8.本发明提供一种深水深井膨胀波纹管送入工具，包括上总成和下总成；所述上总成包括上接头、外壳体、上打捞管、心轴、滑块、压盖、割刀、上拦簧和下拦簧；所述上接头的上部用于与规圆器相连接，所述上接头的下部与所述外壳体的上部相连接，所述外壳体的下部与所述割刀的上部相连接；所述心轴设置于所述外壳体内，所述压盖设置于所述外壳体的外壁上，所述滑块设置于所述心轴与所述压盖之间，且所述滑块与所述心轴之间通过剪切螺钉相连接；所述上打捞管的下部与所述心轴的上部相连接，所述上打捞管的顶部与设置于所述上接头内底部的所述上拦簧相连接；所述心轴的下部设置有所述下拦簧；所述下总成包括下打捞管、下接头和钢球；所述下打捞管的下部与所述下接头的上部相连接，所述钢球设置于所述下接头内；膨胀波纹管的上端与所述心轴相连接，所述膨胀波纹管的下端与所述下接头相连接。
9.可选地，所述外壳体为空心圆柱形结构，所述外壳体上端设置有外壳内螺纹，所述外壳内螺纹用于与所述上接头相连接；所述外壳体下端设置有外壳外螺纹，所述外壳外螺纹用于与所述割刀相连接；所述外壳体中部在圆周方向均匀开设至少两个圆形通槽，所述圆形通槽贯穿所述外壳体的侧壁，以所述圆形通槽为中心对称沿所述外壳体的轴向开设长条槽，所述长条槽为不贯穿所述外壳体的侧壁的盲槽；所述长条槽的上下两端分别设置长条槽螺纹孔，所述长条槽螺纹孔用于安装所述压盖。
10.可选地，所述心轴的外表面自上而下分为四段，所述心轴的外表面第一段为所述心轴直径最大端，与所述外壳体内壁间隙配合，所述心轴的外表面第一段外圆开设至少一道o圈槽，形成心轴与外壳体之间的径向密封；所述心轴的外表面第二段直径较小，所述心轴的外表面第二段半径与所述心轴的外表面第一段半径的差大于或等于所述滑块内侧到所述外壳体上超出所述外壳体内壁的尺寸；在所述心轴的外表面第一段外圆周与所述心轴的外表面第二段交界的位置设置有多个弧形槽，所述弧形槽的弧形与所述滑块相匹配，所述弧形槽的槽底与所述心轴的外表面第二段的外壁相切，所述弧形槽内设置有螺纹盲孔，用于与所述滑块配合安装所述剪切螺钉；所述心轴的外表面第三段直径大于所述心轴的外表面第二段和所述心轴的外表面第四段的直径，用于对所述滑块进行下限位；所述心轴的外表面第四段设置有外螺纹，用于与所述膨胀波纹管进行连接；所述心轴的内部为中空结构，自上而下为五段结构，所述心轴的内部第一段为直径大于第二段的光孔，用于所述上打捞管的限位台阶；所述心轴的内部第二段设置有内螺纹，用于与所述上打捞管进行连接；所述心轴的内部第三段直径大于所述心轴的内部第二段内螺纹的底径，所述心轴的内部第四段直径与所述下拦簧的外径相同，所述心轴的内部第五段直径大于第四段的直径，所述心轴的内部第五段内壁上设置有孔用弹性挡圈安装槽，用于安装孔用弹性挡圈，所述孔用弹性挡圈用于对所述下拦簧进行轴向限位。
11.可选地，所述滑块为圆柱形结构，所述圆柱形结构的中心设置有贯穿的螺纹孔，所述滑块的外端面中心位置有与所述螺纹孔同轴的较深的圆形凹槽，所述滑块的外端面中部沿径向设置有较浅的长条槽，所述圆形凹槽和所述长条凹槽用于与所述压盖配合连接；所述长条槽上与所述圆形凹槽一定距离的位置设置有台阶通孔，所述台阶通孔用于安装所述
剪切螺钉。
12.可选地，所述压盖的中部设置有圆形部，所述圆形部的径向向外延伸设置有连接部，所述连接部的自由端为半圆形，且所述连接部的宽度小于所述圆形部的直径；所述连接部上设置有通孔，所述通孔用于与所述外壳体相连接。
13.可选地，所述压盖的外端面为平面，所述压盖的内端面与所述圆形部同心等直径的设置有定位圆台，所述定位圆台用于与所述滑块的外端面中心位置的圆形凹槽相匹配。
14.可选地，所述上打捞管和所述下打捞管结构相同，所述上打捞管或所述下打捞管包括结构本体，所述结构本体的上部设置有直径逐渐缩小的导向部，所述结构本体的下部设置有外螺纹，所述外螺纹用于与所述心轴相连接；所述结构本体外壁上设置有防滑纹，所述防滑纹用于与所述上拦簧或所述下拦簧相匹配，用于防止所述上打捞管或所述下打捞管打滑。
15.可选地，所述上接头外部为四段式阶梯圆柱结构，所述上接头外部的第一段外径与所述规圆器小端直径相同，所述上接头外部的第二段直径与所述外壳体直径相同，所述上接头外部的第三段为螺纹段，用于与所述外壳体螺纹连接，所述上接头外部的第四段为直径小于所述上接头外部的第三段螺纹大径的密封段，所述上接头外部的第四段设置有至少两道矩形槽，所述矩形槽用于安装o型密封圈，用于与所述外壳体形成密封；所述上接头中心孔分为四部分，所述上接头中心孔的最上端为带锥度的内螺纹，用于安装规圆器，所述上接头中心孔的第二段为上下贯穿的光孔，所述上接头中心孔的第三段为直径大于所述上接头中心孔的第二段的光孔，用于安装拦簧，所述上接头中心孔的第二段与所述上接头中心孔的第三段直径差形成的台阶，用于对所述上拦簧进行上限位，所述上接头中心孔的第四段直径大于所述上接头中心孔的第三段，用于安装挡环，所述挡环对上拦簧进行下限位，所述挡环下端的位置开设矩形槽，用于安装轴孔用弹性挡圈，所述孔用弹性挡圈用于对挡环进行限位。
16.可选地，所述下接头包括下接头体和翼板，所述下接头体为圆柱形结构，内部加工中心通孔，所述中心通孔的孔径小于所述钢球的直径，所述中心通孔上部为锥面，用于安放所述钢球，所述锥面上端为小径大于所述钢球的螺纹孔，用于安装所述下打捞管，所述中心通孔下端为圆锥面，便于膨胀波纹管下入时，孔内泥浆进入所述下接头内部，将所述钢球顶起，从而达到内外联通；所述下接头的下部设置有至少两个带锥度的翼板，所述翼板下部较小上部较大，上部较大最大尺寸不超过所述割刀的外径尺寸。
17.可选地，所述上拦簧和所述下拦簧的结构相同，所述上拦簧或所述下拦簧包括开口圆环，所述开口圆环内壁上设置有多个防滑抓片，所述防滑抓片的下部与所述开口圆环的内壁相连接，所述防滑抓片的上部为向所述开口圆环的圆心倾斜的抓部。
18.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
19.(1)采用滑块承载，剪切螺钉剪断解锁的方式，将承载和解锁功能分开，避免了采用螺纹连接外壳体和心轴时，螺纹既要承载又要完成解锁时所带来的无法解锁的风险，尤其是螺纹连接的两零件发生偏心时，经常发生无法退扣的情况，本发明所采用的方式，可以有效实现心轴和外壳体解锁，不受偏心限制，避免了无法解锁的风险。
20.(2)在下接头内部设置单项阀结构，提前将钢球内置到下接头内部，避免了二次投球封堵管体下端所造成流程增加，同时无需钢球自上而下通过膨胀波纹管和打捞管内部，
可将打捞管直径缩小，增加了打捞管对不规则膨胀波纹管过渡段的适应性。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本发明深水深井膨胀波纹管送入工具的结构示意图；
23.图2为本发明深水深井膨胀波纹管送入工具中心轴的结构示意图；
24.图3为本发明深水深井膨胀波纹管送入工具中滑块的结构示意图；
25.图4为本发明深水深井膨胀波纹管送入工具中压盖的结构示意图；
26.图5为本发明深水深井膨胀波纹管送入工具中压盖另一视角的结构示意图；
27.图6为本发明深水深井膨胀波纹管送入工具中拦簧的结构示意图；
28.图7为本发明深水深井膨胀波纹管送入工具中下接头的结构示意图；
29.图8为本发明深水深井膨胀波纹管送入工具中a处的局部放大结构示意图；
30.图9为本发明深水深井膨胀波纹管送入工具中上打捞管的结构示意图；
31.图10为本发明深水深井膨胀波纹管送入工具中下打捞管的结构示意图；
32.图11为本发明深水深井膨胀波纹管送入工具工作过程中的结构变化示意图。
33.附图标记说明：1、上接头；2、外壳体；3、上打捞管；4、心轴；5、压盖；6、滑块；7、割刀；8、下拦簧；9、膨胀波纹管；10、下打捞管；11、下接头；11-1、翼板；11-2、下接头体；12、钢球；13、规圆器；14、上拦簧。
具体实施方式
34.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.如图1至11所示，本实施例提供一种深水深井膨胀波纹管送入工具，包括上总成和下总成；上总成包括上接头1、外壳体2、上打捞管3、心轴4、滑块6、压盖5、割刀7、上拦簧14和下拦簧8；上接头1的上部通过锥螺纹与规圆器13相连接，上接头1的下部通过螺纹与外壳体2的上部相连接，外壳体2的下部与割刀7的上部通过螺纹相连接；心轴4滑动的设置于外壳体2内，压盖5通过两个螺钉设置于外壳体2的外壁上，滑块6设置于心轴4与压盖5之间，且滑块6与压盖5通过内六角圆柱头螺钉连接，滑块6与心轴4之间通过剪切螺钉相连接；上打捞管3的下部与心轴4的上部通过螺纹相连接，上打捞管3的顶部与设置于上接头1内底部的上拦簧14相连接；心轴4的下部设置有下拦簧8；下总成包括下打捞管10、下接头11和钢球12；下打捞管10的下部与下接头11的上部通过螺纹相连接，钢球12设置于下接头11内；膨胀波纹管9的上端与心轴4的外壁相连接，膨胀波纹管9的下端与下接头11的外壁相连接。
36.于本具体实施例中，外壳体2为空心圆柱形结构，外壳体2上端设置有外壳内螺纹，外壳内螺纹用于与上接头1相连接；外壳体2下端设置有外壳外螺纹，外壳外螺纹用于与割
刀7相连接；外壳体2中部在圆周方向均匀开设四个圆形通槽，圆形通槽贯穿外壳体2的侧壁，以圆形通槽为中心对称沿外壳体2的轴向开设长条槽，长条槽为不贯穿外壳体2的侧壁的盲槽；长条槽的上下两端分别设置长条槽螺纹孔，长条槽螺纹孔用于安装压盖5。
37.心轴4的外表面自上而下分为四段，心轴4的外表面第一段为心轴4直径最大端，与外壳体2内壁间隙配合，心轴4的外表面第一段外圆开设四道o圈槽，通过在o圈槽内安装o型密封圈形成心轴4与外壳体2之间的径向密封；心轴4的外表面第二段直径较小，心轴4的外表面第二段半径与心轴4的外表面第一段半径的差大于或等于滑块6内侧到外壳体2上超出外壳体2内壁的尺寸，即，滑块6通过内六角圆柱头螺钉与压盖5连接后，滑块6的内侧端面与心轴4的外表面第二段相接触；在心轴4的外表面第一段外圆周与心轴4的外表面第二段交界的位置设置有四个弧形槽，弧形槽的弧形与滑块6相匹配，弧形槽的槽底与心轴4的外表面第二段的外壁相切，弧形槽内设置有螺纹盲孔，用于与滑块6配合安装剪切螺钉；心轴4的外表面第三段直径大于心轴4的外表面第二段和心轴4的外表面第四段的直径，用于对滑块6进行下限位；心轴4的外表面第四段设置有外螺纹，用于与膨胀波纹管9进行连接；心轴4的内部为中空结构，自上而下为五段结构，心轴4的内部第一段为直径大于第二段的光孔，用于上打捞管3的限位台阶；心轴4的内部第二段设置有内螺纹，用于与上打捞管3进行连接；心轴4的内部第三段直径大于心轴4的内部第二段内螺纹的底径，心轴4的内部第四段直径与下拦簧8的外径相同，心轴4的内部第五段直径大于第四段的直径，心轴4的内部第五段内壁上设置有孔用弹性挡圈安装槽，用于安装孔用弹性挡圈，孔用弹性挡圈用于对下拦簧8进行轴向限位。
38.滑块6为圆柱形结构，圆柱形结构的中心设置有贯穿的螺纹孔，滑块6的外端面中心位置有与螺纹孔同轴的较深的圆形凹槽，滑块6的外端面中部沿径向设置有较浅的长条槽，圆形凹槽和长条凹槽用于与压盖5配合连接；长条槽上与圆形凹槽一定距离的位置设置有台阶通孔，台阶通孔用于安装剪切螺钉，该一定距离需要保证滑块6的外壁与弧形槽的侧壁相接触，又能够保证台阶通孔与滑块6中心的螺纹孔之间具有足够的结构强度，防止切断剪切螺钉时，滑块6发生结构性损坏。
39.压盖5的中部设置有圆形部，圆形部的径向向外延伸设置有连接部，连接部的自由端为半圆形，且连接部的宽度小于圆形部的直径；连接部上设置有通孔，通孔用于与外壳体2相连接。压盖5的外端面为平面，压盖5的内端面与圆形部同心等直径的设置有定位圆台，定位圆台用于与滑块6的外端面中心位置的圆形凹槽相匹配。
40.上打捞管3和下打捞管10结构相同，上打捞管3或下打捞管10包括结构本体，结构本体的上部设置有直径逐渐缩小的导向部，结构本体的下部设置有外螺纹，外螺纹用于与心轴4相连接；结构本体外壁上设置有防滑纹，防滑纹用于与上拦簧14或下拦簧8相匹配，用于防止上打捞管3或下打捞管10打滑。本具体实施例中，防滑纹为锯齿状。
41.于更具体的实施例中，上打捞管3和下打捞管10的总长度可以相同也可以不同。
42.于又一更具体的实施例中，结构本体的上部设置有直径逐渐缩小的导向部可以是子弹头形状，也可以是锥形。
43.于另一更具体的实施例中，上打捞管3或下打捞管10的中心沿轴向设置有轴向贯通孔，上打捞管3或下打捞管10的上部及中部均沿径向设置有径向贯通孔，轴向贯通孔和径向贯通孔均是为了使上打捞管3或下打捞管10内外连通，防止对膨胀波纹管9打压时将上打
捞管3或下打捞管10挤压变形。
44.上接头1外部为四段式阶梯圆柱结构，上接头1外部的第一段外径与规圆器13小端直径相同，上接头1外部的第二段直径与外壳体2直径相同，上接头1外部的第三段为螺纹段，用于与外壳体2螺纹连接，上接头1外部的第四段为直径小于上接头1外部的第三段螺纹大径的密封段，上接头1外部的第四段设置有至少两道矩形槽，矩形槽用于安装o型密封圈，用于与外壳体2形成密封；上接头1中心孔分为四部分，上接头1中心孔的最上端为带锥度的内螺纹，用于安装规圆器13，上接头1中心孔的第二段为上下贯穿的光孔，上接头1中心孔的第三段为直径大于上接头1中心孔的第二段的光孔，用于安装拦簧，上接头1中心孔的第二段与上接头1中心孔的第三段直径差形成的台阶，用于对上拦簧14进行上限位，上接头1中心孔的第四段直径大于上接头1中心孔的第三段，用于安装挡环，挡环对上拦簧14进行下限位，挡环下端的位置开设矩形槽，用于安装轴孔用弹性挡圈，孔用弹性挡圈用于对挡环进行限位。
45.下接头11包括下接头体11-2和翼板11-1，下接头体11-2为圆柱形结构，内部加工中心通孔，中心通孔的孔径小于钢球12的直径，中心通孔上部为锥面，用于安放钢球12，锥面上端为小径大于钢球12的螺纹孔，用于安装下打捞管10，中心通孔下端为圆锥面，便于膨胀波纹管9下入时，孔内泥浆进入下接头11内部，将钢球12顶起，从而达到内外联通；下接头11的下部设置有四个带锥度的翼板11-1，翼板11-1下部较小上部较大，上部较大最大尺寸不超过割刀7的外径尺寸。
46.上拦簧14和下拦簧8的结构相同，上拦簧14或下拦簧8包括开口圆环，开口圆环内壁上设置有六个防滑抓片，防滑抓片的下部与开口圆环的内壁相连接，防滑抓片的上部为向开口圆环的圆心倾斜的抓部。
47.本发明中的深水深井膨胀波纹管9送入工具的具体使用过程如图11所示，送入工具在初始状态下携带膨胀波纹管9达到需要护壁的位置，送入工具下降过程中，孔内的泥浆顶开钢珠进入送入工具内部，在平衡送入工具内外压力的同时，使膨胀波纹管9膨胀，之后，通过下压外壳体2，将剪切螺钉剪断，完成解锁，外壳体2可自由进行旋转下移使割刀7能够切割膨胀波纹管9，直至滑块6与心轴4下台阶接触完成切割，规圆器13伸入膨胀波纹管9中对膨胀波纹管9进行规圆。这一过程中，下打捞管10与下拦簧8进行卡接，完成上总成和下总成的连接，在上提过程中能够使上总成和下总成同步提出。
48.需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
49.本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。