專利名稱：一種球形波紋管脹管器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油鉆井領(lǐng)域中采用的脹管器，進一步地說是涉及一種應(yīng)用于 可膨脹金屬波紋管的球形脹管器。
背景技術(shù)：
眾所周知，金屬波紋管封隔復(fù)雜井段技術(shù)在石油鉆井、完井和修井等方面 具有顯著的效果，并已得到了廣泛的推廣運用。該技術(shù)利用金屬的塑性變形， 將大直徑的圓管經(jīng)軋制成為外徑較小的波紋管，下入到使用井段后，利用水力 和機械力作用將其脹開到圓管狀態(tài)，以使井眼直徑保持不變，由此大大簡化了 油井井身結(jié)構(gòu)，提高了鉆井速度，降低了鉆井成本，同時也簡便有效地解決復(fù) 雜井段的井壁穩(wěn)定問題，甚至可實現(xiàn)深井的單一井眼尺寸鉆井和單一套管尺寸 完井，從而可鉆更深的直井和大位移井。
波紋管橢圓度的修整在金屬波紋管封隔復(fù)雜井段技術(shù)中非常關(guān)鍵。金屬波 紋管下入井下，在水力膨脹力作用下，由波紋狀向圓形變化，由于金屬殘余變 形的影響，波紋管由水力膨脹后仍有一定橢圓度和表面凹凸不平，需要用波紋 管整形工具修整。
目前石油鉆井領(lǐng)域使用脹管器主要用于對破損套管的修整，如中國專利
ZL98248355.4所公開的球型脹管器，中國專利ZL200320105440.0所公開的油井 大修作業(yè)用連續(xù)脹管器，中國專利ZL200520134117.5公開的脹管器，中國專利 ZL200420031229.3提供的一種用于油井套管修理的偏心脹管器及中國專利 ZL03213313.8提供的滾珠式多級脹管器等。
中國專利CN 1050076A公開了一種球形擴管裝置，該裝置包括鉆桿頭和與 它的幾何縱軸呈一角度安裝在其上的擴管元件，擴管元件裝在軸頸的軸承上。由于軸承為滾珠軸承，因此需要在擴管元件開注潤滑油用的孔，并且為了防止 泥漿進入軸承，軸頸與擴管元件的聯(lián)接處的表面還設(shè)有密封墊封嚴。由于滾珠 軸承自身結(jié)構(gòu)的限制，其耐磨性及機械強度并不能夠很好的適應(yīng)鉆探擴管工藝 的要求，而且其擴管元件易于從軸頸的滾珠軸承上脫落。

發(fā)明內(nèi)容
為了提高波紋管脹管器的整形效果、增加波紋管脹管器強度及耐磨性，本 發(fā)明的目的是提供一種采用止推軸承的球型波紋管脹管器。此結(jié)構(gòu)的波紋管脹 管器在較小的扭矩條件下可以將波紋管修整到合理的圓度和表面平整度，同時 軸承部分的結(jié)構(gòu)使得脹管器強度和耐磨性得到極大的提高，以保證井下安全施 工，同時此結(jié)構(gòu)的脹管器加工工藝簡單，適于推廣應(yīng)用。
本發(fā)明所述的一種球形波紋管脹管器，包括滾輪體、滾輪軸和脹管器球體。 其中滾輪體為一有底端面的筒狀結(jié)構(gòu)，其內(nèi)腔壁設(shè)有鉆桿螺紋，以便與鉆桿連 接。滾輪體與滾輪軸同一中心軸線，其底端面同滾輪軸的上端面貼合在一起并 通過堆焊連接。所述滾輪軸下端面為一斜平面，其與滾輪軸的軸線夾角優(yōu)選為
15 50° 。垂直于滾輪軸下端面向下設(shè)有一個園柱體狀的凸軸，沿凸軸中心軸
線開有通孔貫穿整個滾輪軸，通孔上口開在滾輪軸圓錐體上端面的邊緣棱上， 以保證能夠采用焊接方法將插入該通孔的銷釘進行固定。所述脹管器球體，沿 其球體中心軸線開有通孔。將所述凸軸從脹管器球體的通孔上端插入其內(nèi)，將 銷釘從脹管器球體的通孔下端插入凸軸的通孔內(nèi)。通過堆焊將銷釘末端與滾輪 軸和滾輪體貼合面的邊緣固定在一起的通孔內(nèi)，從而將脹管器球體鎖緊在滾輪 軸上，由此凸軸和銷釘構(gòu)成止推軸承，脹管器球體被限制沿軸向移動，但其能
夠繞凸軸轉(zhuǎn)動。所述脹管器球體球心同滾輪體中心軸線間的水平距離大于0mm 形成偏心結(jié)構(gòu)，其水平距離(偏心距離)優(yōu)選為1 4mm。采用偏心結(jié)構(gòu)可使脹 管器脹管的實際擴管尺寸比球體的直徑大，更有利于以后的鉆進。即在小尺寸 脹管器的條件下實現(xiàn)大的膨脹。以上所述的凸軸在滾輪軸斜平面上的具體位置 則可根據(jù)所需的偏心距離、滾輪體的軸線位置、脹管器球體的球心位置來確定?？紤]到保障泥漿通道通暢，以上所述滾輪軸優(yōu)選為一上窄下寬的圓錐體。 以上所述脹管器球體，其球體中心軸線上所開的通孔優(yōu)選由上通孔、中通 孔和下通孔構(gòu)成，其中中通孔的孔徑小于上通孔和下通孔的孔徑，并大于或等 于凸軸通孔的內(nèi)徑，由此在球體通孔內(nèi)構(gòu)成上臺肩和下臺肩。球體上通孔的內(nèi) 徑與凸軸的外徑相同，將凸軸插入脹管器球體的上通孔內(nèi)，凸軸的下端面抵在 脹管器球體通孔內(nèi)的上臺肩上，凸軸外壁與脹管器球體上通孔內(nèi)壁為間隙配合。 所述銷釘由銷釘軸和銷釘帽構(gòu)成。其銷釘軸外徑與凸軸的通孔內(nèi)徑相同，其銷 釘帽的外徑等于或小于脹管器球體下通孔內(nèi)徑，但大于球體內(nèi)中通孔內(nèi)徑。將 銷釘從脹管器球體通孔下端插入脹管器球體的下通孔，其銷釘帽卡在通孔內(nèi)下 臺肩，其銷釘軸穿過脹管器球體的中通孔插入凸軸的通孔內(nèi)。此時銷釘軸外壁 與凸軸通孔內(nèi)壁是間隙式配合；如果所述中通孔孔徑等于凸軸通孔內(nèi)徑，則中
通孔內(nèi)壁與銷釘軸外壁為間隙式配合；如果銷釘帽的外徑等于脹管器球體下通
孔內(nèi)徑，則下通孔內(nèi)壁與銷釘帽外壁為間隙式配合。通過堆焊將銷釘軸末端固 定在滾輪軸通孔內(nèi)，從而將脹管器球體鎖緊在滾輪軸上，又能夠靈活旋轉(zhuǎn)。
所述滾輪體底端面同滾輪軸上端面的貼合面上優(yōu)選設(shè)有至少兩個定位銷定 位。滾輪體下端面中心位置設(shè)有一斜向通孔同時貫穿滾輪體內(nèi)腔和滾輪軸。此 斜向通孔用于在進行脹管施工中循環(huán)鉆井液。此斜向通孔的上端口與滾輪體的 底端面相通，其下端口開在滾輪軸下端面或者側(cè)面上，斜向通孔的中心軸線同 滾輪體中心軸線的夾角沒有特殊限制，只要能夠使斜向通孔在滾輪軸上的開口
避開脹管器球體即可；但考慮到加工問題， 一般優(yōu)選為15 50° 。
本發(fā)明所述的球形波紋管脹管器，其中所述脹管器球體優(yōu)選上部削成與滾
輪軸軸線垂直的平面，以便于與滾輪軸的下端面接觸貼合，以增加球體與滾輪
軸的接觸面積從而利于防止泥漿滲入止推軸承。
本發(fā)明所述的球形波紋管脹管器，其中所述滾輪軸下端面的凸軸根部優(yōu)選
設(shè)有環(huán)狀底座，相應(yīng)的在脹管器球體上通孔的上端設(shè)有環(huán)狀槽，其內(nèi)徑同環(huán)狀
底座外徑。其深度同環(huán)狀底座的軸向長度，由此當(dāng)脹管器球體套在凸軸上時環(huán)狀底座卡在環(huán)狀槽內(nèi)，環(huán)狀槽內(nèi)壁與環(huán)狀底座外壁為間隙式配合。所述環(huán)狀底 座與環(huán)狀槽的配合可限制泥衆(zhòng)從旋轉(zhuǎn)時由摩擦面進入軸內(nèi)，同時環(huán)狀底座與球
體接觸端面可更好地傳遞脹管過程中的作用力。
本發(fā)明所述的球形波紋管脹管器，其中所述脹管器球體優(yōu)選為球體外表 面沿凸軸的軸線方向在球體上開有從球頂?shù)骨虻椎陌疾?，以利于泥槳流通?br> 本發(fā)明所述的球形波紋管脹管器，其中所述凸軸、銷釘和脹管器球體兩兩 接觸的部位，及脹管器球體與滾輪軸相接觸的部位均壁涂覆耐磨合金。優(yōu)選在 所述凸軸通孔內(nèi)壁和銷釘?shù)匿N軸外壁涂覆耐磨合金。所述耐磨合金可選自現(xiàn)有技 術(shù)中所公開的耐磨合金，優(yōu)選為硬質(zhì)合金、碳化鎢。
本發(fā)明的球形波紋管脹管器具有一下效果-
(1) 脹管器球體和止推軸承結(jié)構(gòu)均采用開式滑動結(jié)構(gòu)，無需密封，也無需 潤滑油，結(jié)構(gòu)簡單可靠；在軸承的滑動表面涂覆耐磨合金，軸承承載能力大， 表面耐磨，壽命長；
(2) 脹管器球體采用中通式結(jié)構(gòu)，可大幅度簡化軸承系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，同時通過 銷軸固定球體后以焊接的方式連接在滾輪軸上，大大強化了鎖緊機構(gòu)的強度， 消除了脹管器球體易于脫落的隱患；
(3) 本發(fā)明脹管器基于波紋管由水力預(yù)先膨脹后再修整波紋管，波紋管中 心部位已無阻礙，脹管器球體無需覆蓋中心部位；
(4) 本發(fā)明脹管器球體中心與滾輪體中心軸線設(shè)計了偏心距離，其膨脹修 復(fù)效果更加明顯和優(yōu)化；
(5) 脹管器球體結(jié)構(gòu)采用帶有棱角的球形結(jié)構(gòu)設(shè)計，使修整效果更佳；
(6) 在可膨脹波紋管下入井中，水力膨脹后下入該脹管器加壓旋轉(zhuǎn)直至波 紋管貼緊井壁，可有效的對可膨脹波紋管進行膨脹修復(fù)，效果顯著。


圖1為本發(fā)明所述的球形波紋管脹管器的縱剖面示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例，進一步說明本發(fā)明。 實施步驟如下
(1) 在215.9mm井眼下入可膨脹波紋管，可膨脹波紋管的形狀呈"8"字
形；
(2) 在投入銅球密封,通過水泥車或泥漿泵打壓20MPa左右。此時可膨脹 波紋管的管體形狀仍有一定橢圓度及管體表面凹凸不平；
(3) 倒扣，起鉆，下入本發(fā)明球形脹管器，加壓，開泵，旋轉(zhuǎn)下壓；
(4) 直到可膨脹波紋管的端面能夠保證鉆具順利通過，提出脹管器。
以上步驟所述的本發(fā)明球形脹管器如圖1所示，包括滾輪體1、滾輪軸2 和脹管器球體3。
其中所述滾輪軸2為一上窄下寬的圓錐體形狀，滾輪軸2圓錐體下端面為 一個斜平面，其傾斜角度為30° 。垂直于下端面向下設(shè)有一個園柱體狀的凸軸 8，凸軸8根部設(shè)有環(huán)狀底座10。沿凸軸8在中心軸線開有一通孔貫穿整個滾輪 軸2的圓錐體，通孔上口開在滾輪軸圓錐體上端面的邊緣。
所述脹管器球體3，其上部削成與滾輪軸2軸線垂直的平面，以便于與滾輪 軸2圓錐體下端面接觸。其球體中心軸線上開有通孔，通孔由上通孔、中通孔 和下通孔構(gòu)成，其中中通孔的孔徑小于上通孔和下通孔的孔徑，并大于凸軸通 孔的內(nèi)徑，由此在通孔內(nèi)形成上臺肩9和下臺肩11。與以上所述凸軸8根部的 環(huán)狀底座10對應(yīng)，在脹管器球體3上通孔的上端設(shè)有環(huán)狀槽，其內(nèi)徑同以上所 述凸軸根部的環(huán)狀底座IO外徑，其內(nèi)壁與環(huán)狀底座IO外壁為間隙式配合，其 深度同環(huán)狀底座的軸向長度。球體上通孔的內(nèi)徑與凸軸8的外徑相同，將凸軸8 插入脹管器球體3的上通孔內(nèi)，凸軸8底部的環(huán)狀底座IO卡在球體的環(huán)狀槽內(nèi)， 凸軸8的下端面抵在脹管器球體3通孔內(nèi)上臺肩9上，凸軸8外壁與脹管器球 體3上通孔內(nèi)壁為間隙式配合。另設(shè)有一銷釘4，由銷釘軸和銷釘帽構(gòu)成，其銷釘軸外徑與凸軸8內(nèi)徑相同，其銷釘帽的外徑等于脹管器球體3下通孔內(nèi)徑，。 將銷釘4插入脹管器球體3的下通孔，其銷釘帽卡在通孔內(nèi)下臺肩ll上，銷釘
帽外壁與脹管器球體3下通孔內(nèi)壁為間隙式配合；其銷軸穿過脹管器球體3的 中通孔插入凸軸的通孔內(nèi)，銷釘軸與凸軸通孔內(nèi)壁是間隙式配合。并通過堆焊 將銷釘軸末端固定在凸軸8的通孔內(nèi)，從而將脹管器球體鎖緊在滾輪軸上。由 凸軸8和銷釘4構(gòu)成止推軸承，脹管器球體3能夠繞凸軸8轉(zhuǎn)動，但是限制脹 管器球體3沿軸向移動。
所述滾輪體1為一有底端面的筒狀結(jié)構(gòu)，其內(nèi)腔壁設(shè)有鉆桿螺紋7，以便與 鉆桿連接。滾輪體1與滾輪軸2同一中心軸線。其底端面同滾輪軸3的上端面 貼合在一起并通過堆焊連接，貼合面上設(shè)有兩個定位銷5定位。滾輪體1底端 面中心位置設(shè)有一斜向通孔6同時貫穿滾輪體1內(nèi)腔和滾輪軸2的圓錐體。此 斜向通孔6的上端口與滾輪體1的底端面相通，其下端口開在滾輪軸2下端面 的非脹管器球體接觸面的位置上，斜向通孔6的軸線與滾輪體1軸線的夾角為 45° 。此斜向通孔6用于循環(huán)鉆井液。
以上所述凸軸8在滾輪軸圓錐體下端面上的位置使得脹管器球體的球心同 滾輪體的軸線間的存在水平距離(偏心距離)為3.5mm，形成偏心結(jié)構(gòu)。
以上所述脹管器球體其外表面沿凸軸的軸線方向在球體從球頂?shù)骨虻组_有 的凹槽便于泥漿流通。
所述的球形波紋管脹管器，其中所述凸軸8通孔內(nèi)壁和銷釘4的銷軸外壁 涂覆碳化鎢。
本實施例提供的脹管器在較小的扭矩條件下可以將波紋管修整到合理的圓 度和表面平整度，同時軸承部分的結(jié)構(gòu)使得脹管器強度得到極大的提高，以保 證井下安全施工，同時此結(jié)構(gòu)加工工藝簡單。
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權(quán)利要求
1.一種球形波紋管脹管器，包括滾輪體[1]、滾輪軸[2]和脹管器球體[3]，其中滾輪體[1]為一有底端面的筒狀結(jié)構(gòu)，其內(nèi)腔壁設(shè)有鉆桿螺紋[7]，以便與鉆桿連接，其特征在于滾輪體[1]與滾輪軸[2]同一中心軸線，其底端面同滾輪軸[2]的上端面貼合在一起并通過堆焊連接；所述滾輪軸[2]下端面為一斜平面，垂直于其下端面向下設(shè)有一個園柱體狀的凸軸[8]，沿凸軸[8]中心軸線開有通孔貫穿整個滾輪軸[2]，所述通孔上口開在滾輪軸上端面的邊緣棱上；所述脹管器球體[3]，沿其球體中心軸線開有通孔，將所述凸軸[8]從脹管器球體[3]的通孔上端插入其內(nèi)，將銷釘[4]從脹管器球體[3]的通孔下端插入凸軸[8]的通孔內(nèi)，通過堆焊將銷釘[4]末端與滾輪軸[2]和滾輪體[1]的貼合面邊緣固定在一起，從而將脹管器球體[3]鎖緊在滾輪軸[2]上，由此凸軸[8]和銷釘[4]構(gòu)成止推軸承，脹管器球體[3]被限制沿軸向移動，但其能夠繞凸軸[8]轉(zhuǎn)動；所述脹管器球體[3]球心同滾輪體[1]中心軸線間的水平距離大于0mm形成偏心結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形波紋管脹管器，其特征在于所述滾輪軸[2]為一上 窄下寬的圓錐體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形波紋管脹管器，其特征在于所述滾輪軸[2]滾輪軸 [2]下端面與滾輪軸[2]的中心軸線夾角為15 50° 。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形波紋管脹管器，其特征在于所述脹管器球體[3] 中心軸線上的通孔，由上通孔、中通孔和下通孔構(gòu)成，其中中通孔的孔徑小于 上通孔和下通孔的孔徑，并大于或等于凸軸[8]通孔的內(nèi)徑，由此在球體通孔內(nèi) 構(gòu)成上臺肩[9]和下臺肩[11];球體上通孔的內(nèi)徑與凸軸[8]的外徑相同，將凸軸[8] 插入脹管器球體[3]的上通孔內(nèi)，凸軸[8]的下端面抵在脹管器球體[3]通孔內(nèi)的上 臺肩[9]上，凸軸[8]外壁與脹管器球體[3]上通孔內(nèi)壁為間隙配合；所述銷釘[4]， 由銷釘軸和銷釘帽構(gòu)成，其銷釘軸外徑與凸軸[8]的通孔內(nèi)徑相同，其銷釘帽的 外徑小于或等于脹管器球體[3]下通孔內(nèi)徑，但大于球體內(nèi)中通孔內(nèi)徑；將銷釘[4]從脹管器球體[3]的下通孔插入通孔，其銷釘帽卡在通孔內(nèi)下臺肩[ll]，其銷 釘軸穿過脹管器球體[3]的中通孔插入凸軸[8]的通孔內(nèi)，銷釘軸與凸軸[8]通孔內(nèi)壁為間隙式配合。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形波紋管脹管器，其特征在于所述滾輪體[l]底端面 與滾輪軸[2]的上端面的貼合面上設(shè)有至少兩個定位銷[5]定位；滾輪體[l]下端面 中心位置設(shè)有一斜向通孔[6]同時貫穿滾輪體[1]內(nèi)腔和滾輪軸，其開在滾輪軸[2] 上的開口避開脹管器球體[3];斜向通孔[6]的軸線同滾輪體軸線的夾角優(yōu)選為 15 50° 。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形波紋管脹管器，其特征在于所述脹管器球體[3] 的球心同滾輪體[l]的軸線間的水平距離為1 4mm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形波紋管脹管器，其特征在于所述脹管器球體[3] 上部削成與凸軸[8]軸線垂直的平面，以便于與其圓錐體下端面接觸貼合。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形波紋管脹管器，其特征在于所述滾輪軸[2]下端面 的凸軸根部設(shè)有環(huán)狀底座[IO]，相應(yīng)的在脹管器球體[3]上通孔的上端設(shè)有環(huán)狀 槽，其內(nèi)徑同環(huán)狀底座外徑；其深度同環(huán)狀底座的軸向長度，由此當(dāng)脹管器球 體[3]套在凸軸[8]上時環(huán)狀底座[10]卡在環(huán)狀槽內(nèi)，所述環(huán)狀槽內(nèi)壁與環(huán)狀底座 外壁之間為間隙式配合。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形波紋管脹管器，其特征在于所述脹管器球體[3] 外表面沿凸軸[8]的軸線方向在球體上均勻、相間分布從球頂?shù)骨虻椎臈l狀凸起 棱和條狀凹陷。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形波紋管脹管器，其特征在于所述凸軸[8]、銷釘[4] 和脹管器球體[3]兩兩接觸的部位，及脹管器球體與滾輪軸相接觸的部位均壁涂 覆耐磨合金，所述耐磨合金優(yōu)選為硬質(zhì)合金或碳化鎢。
全文摘要
本發(fā)明提供一種球形波紋管脹管器，涉及石油鉆井領(lǐng)域。其包括滾輪體、滾輪軸和脹管器球體。其中滾輪軸下端面為一斜平面，垂直于其下端面向下設(shè)有一個圓柱體狀凸軸，沿其中心軸線開有通孔；所述脹管器球體，沿其球體中心軸線開有通孔；將凸軸從上端插入脹管器球體的通孔內(nèi)，將銷釘從脹管器球體通孔下端插入凸軸的通孔內(nèi)，通過堆焊將脹管器球體鎖緊在滾輪軸上；所述滾輪體下端面同滾輪軸的上端面貼合在一起并焊接固定；所述脹管器球體球心同滾輪體中心軸線間的水平距離大于0mm形成偏心結(jié)構(gòu)。本發(fā)明脹管器在較小扭矩條件下可將波紋管修整到合理圓度和表面平整度，同時軸承部分的結(jié)構(gòu)使得脹管器強度得到極大提高，以保證井下安全施工。
文檔編號E21B29/00GK101566052SQ20081010495
公開日2009年10月28日 申請日期2008年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月25日
發(fā)明者侯緒田, 吳姬昊, 楊順輝, 涂玉林, 王振全, 陶興華, 馬蘭榮, 馬開華 申請人:中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院