專利名稱：一種用于等直徑鉆完井的可變徑膨脹錐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及石油鉆井技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種對膨脹管實施脹管作業(yè)所用的工具，是一種能實現(xiàn)等直徑鉆井的可變徑膨脹錐。
背景技術(shù)：
等直徑鉆井是指利用相同的鉆柱結(jié)構(gòu)和尺寸形成相同的井眼，然后逐級下入同一 尺寸的膨脹管膨脹到設(shè)計尺寸并固井，從而形成從表層套管到目的層相同直徑的井眼尺 寸。等直徑鉆井技術(shù)能改善傳統(tǒng)建井模式，降低油氣井建井成本和提高建井安全可靠性，是 21世紀油氣井鉆井工程領(lǐng)域的重大新技術(shù)之一。目前，等直徑鉆井施工工藝主要有單行程脹管和多行程脹管兩種技術(shù)體系。其中， 單行程脹管體系的技術(shù)優(yōu)點主要體現(xiàn)在完成整個等直徑膨脹施工過程只需要一趟鉆即可 完成，兩層套管搭接部分只需進行常規(guī)膨脹管的膨脹作業(yè)，膨脹管不需要進行二次膨脹，從 而降低了對工具及管材的性能參數(shù)要求，提高了施工的經(jīng)濟性、降低了鉆井成本。但是，由 于井下徑向尺寸的限制，單行程脹管要求用于脹管作業(yè)的膨脹錐具有在徑向上伸縮變大的 功能。用于膨脹管脹管作業(yè)的膨脹錐主要有實體機械錐和液壓滾動膨脹錐兩種。實體機 械錐不能變徑，無法滿足等直徑鉆井施工的要求；液壓滾動膨脹錐雖然在較高的液壓作用 下可以實現(xiàn)周向不連續(xù)的小尺寸變徑，但是其要求脹管過程中管柱旋轉(zhuǎn)，目前很少應用。國內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)報道用于等直徑鉆完井的可變徑膨脹錐。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種用于等直徑鉆完井的可變徑膨脹錐，能使錐齒在 液壓作用下向外擴徑，變徑后與上層套管內(nèi)徑尺寸相同，并且錐面周向連續(xù)。膨脹施工后實 現(xiàn)膨脹管與上層套管形成懸掛錨定且具有相同內(nèi)徑尺寸。本實用新型采用的技術(shù)方案是用于等直徑鉆完井的可變徑膨脹錐，主要由外殼 體、中心軸、錐齒、導向塊、定位銷、彈簧、球座和剪釘組成，外殼體為圓筒形，在外殼體的上 端有連接鉆桿的內(nèi)螺紋，外殼體內(nèi)螺紋下部有中心孔，在外殼體的下端有連接鉆桿的外螺 紋。其特征在于在外殼體上部有圓柱形腔體，在圓柱形腔體壁上軸向均勻分布有條形窗 口，在條形窗口內(nèi)有錐齒，錐齒能在條形窗口內(nèi)滑動。在外殼體的下部有泄流孔，泄流孔是 溝通外殼體內(nèi)部與外部的流體通道。在外殼體上部圓柱形腔體內(nèi)有一個中心軸，中心軸有中心孔。中心軸上端是柱塞 體，中心軸中部沿外壁軸向開有導向槽。導向槽有斜錐面。導向槽用來對錐齒的組合運動 進行導向。中心軸的下部與外殼體內(nèi)壁之間有環(huán)形空間，在中心軸與外殼體內(nèi)壁之間的環(huán) 形空間內(nèi)有壓縮彈簧。錐齒與導向塊相連接，導向塊安裝在中心軸導向槽中。在外殼體下端內(nèi)部通過剪釘固定有球座，球座的下部留有向下滑動的空間，球座固定的位置能封堵外殼體的泄流孔。當高壓液體推動球座向下滑動并剪斷剪釘，泄流孔能 被打開形成液體通道。外殼體和中心軸采用不銹鋼材料加工制造，錐齒采用合金鋼加工制造。所述的條形窗口為兩組，每組三個。中心軸中部導向槽的數(shù)量為六個，六個導向槽 均勻分布在中心軸的外壁上。簡述用于等直徑鉆完井的可變徑膨脹錐的工作過程參閱圖1。外殼體1上端連 接打壓管柱，外殼體1下端連接中心管柱，下入井內(nèi)。中心軸2在外部液壓的作用下能在外 殼體1中向下滑動，中心軸2上的導向槽3能推動導向塊5，從而推動錐齒4產(chǎn)生組合運動。 彈簧7的作用力與中心軸2的自重平衡，防止中心軸2因自重而下滑。當中心軸2運動到 設(shè)計位置時，錐齒4在周向和徑向上相互配合形成整個錐體，定位銷6將中心軸2與外殼體 1進固定，從而鎖定錐體。錐體形成后，投球打壓，當壓力超過剪釘10的設(shè)計壓力時，剪釘 10被剪斷，泄流孔建立外殼體1內(nèi)部與外部流體通道。至此，可變徑膨脹錐完成變徑，可以 使用其進行后續(xù)的膨脹管脹管作業(yè)。本實用新型的有益效果本實用新型用于等直徑鉆完井的可變徑膨脹錐，能實現(xiàn) 變徑后外徑與上層套管內(nèi)徑尺寸相同且錐面周向連續(xù)，并能使膨脹管與上層套管形成懸掛 錨定且具有相同內(nèi)徑尺寸，因此可以滿足等直徑鉆井施工工藝的要求，提高了施工的可行 性、經(jīng)濟性，有效降低了鉆井成本。

圖1是本實用新型用于等直徑鉆完井的可變徑膨脹錐初始狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是用于等直徑鉆完井的可變徑膨脹錐變徑后的示意圖。圖3是外殼體1在開窗口 11處的外圓柱面沿周向展開圖。圖中，1.外殼體，2.中心軸，3.導向槽，4.錐齒，5.導向塊，6.定位銷，7.彈簧， 8.定位孔，9.球座，10.剪釘，11.窗口。
具體實施方式
[0019]實施例1 以一個3500X 180毫米規(guī)格的用于等直徑鉆完井的可變徑膨脹錐為例， 對本實用新型作進一步詳細說明。參閱圖1。本實用新型用于等直徑鉆完井的可變徑膨脹錐，主要由外殼體1、中心 軸2、錐齒4、導向塊5、定位銷6、彈簧7、球座9和剪釘10組成，外殼體1為圓筒形，在外殼 體1的上端有連接鉆桿的內(nèi)螺紋，外殼體1內(nèi)螺紋下部有中心孔，在外殼體1的下端有連接 鉆桿的外螺紋。外殼體1外徑180毫米，總長度3500毫米沖心軸2上端最大外徑138毫 米，長度1900毫米。中心軸2的中心孔是55毫米。外殼體1和中心軸2采用不銹鋼材料， 錐齒4采用合金鋼材料。在外殼體1上部有圓柱形腔體。在圓柱形腔體壁上軸向均勻分布有兩組條形窗口 11，兩組條形窗口 11上下交錯。每組有三個條形窗口 11，條形窗口 11的寬度115毫米。在 條形窗口 11內(nèi)有錐齒4，錐齒4能在條形窗口 11內(nèi)滑動。在外殼體1的下部有四個泄流 孔，泄流孔是溝通外殼體1內(nèi)部與外部的流體通道。在外殼體1上部圓柱形腔體內(nèi)有一個中心軸2，中心軸2上端是柱塞體，中心軸2中部沿外壁軸向開有六個導向槽3。導向槽3上端部有斜錐面。導向槽3用來對錐齒4的組合運動進行導向。中心軸2的下部與外殼體1內(nèi)壁之間有環(huán)形空間，在中心軸2與外殼 體1內(nèi)壁之間的環(huán)形空間內(nèi)有一個壓縮彈簧7。六個錐齒4分別與六個導向塊5相連接，導向塊5安裝在中心軸2導向槽3中。在外殼體1下端，通過剪釘10固定一個外形為圓柱體的球座9，球座9的下部留有 向下滑動的空間，球座9固定的位置能封堵外殼體1的泄流孔。根據(jù)單行程脹管體系的等直徑鉆井施工工藝，當膨脹管柱下部的“喇叭口”形成以 后，可變徑膨脹錐即有足夠的空間進行變徑。此時，球座9通過剪釘10與外殼體1連接，球 座9擋住外殼體1上的泄流孔。通過中心軸2打壓使中心軸2向下運動，中心軸2上的導 向槽3推動導向塊5，從而推動錐齒4運動。首先，錐齒4沿著徑向方向運動，直至錐齒4脫 離外殼體1上的窗口 11 ；然后錐齒4沿著軸向方向運動，6個錐齒同時在周向和徑向上相互 配合，形成整個錐體，如附圖2所示。該錐體在徑向上可以使脹管作業(yè)后的膨脹管內(nèi)徑與上 一級套管的內(nèi)徑等直徑，從而形成等直徑井身結(jié)構(gòu)；在周向上可以與膨脹管形成連續(xù)的接 觸面，滿足膨脹管脹管要求。當錐體形成以后，定位銷6通過外殼體1上的定位孔8將中心 軸2與外殼體1固定，從而鎖定錐體。當錐體鎖定以后，從井口投球，小球通過中心軸2到 達球座9，繼續(xù)打壓，當壓力超過剪釘10的設(shè)計壓力時，剪釘10剪斷，球座9向下運動，外殼 體1下部的泄流孔使外殼體1的內(nèi)部與外部建立流體通道，保證后續(xù)脹管作業(yè)的順利進行。
權(quán)利要求一種用于等直徑鉆完井的可變徑膨脹錐，主要由外殼體(1)、中心軸(2)、錐齒(4)、導向塊(5)、定位銷(6)、彈簧(7)、球座(9)和剪釘(10)組成，外殼體(1)為圓筒形，在外殼體(1)的上端有連接鉆桿的內(nèi)螺紋，外殼體(1)內(nèi)螺紋下部有中心孔，在外殼體(1)的下端有連接鉆桿的外螺紋，其特征在于在外殼體(1)上部有圓柱形腔體，在圓柱形腔體壁上軸向均勻分布有條形窗口(11)，在條形窗口(11)內(nèi)有錐齒(4)，在外殼體(1)的下部有泄流孔；在外殼體(1)上部圓柱形腔體內(nèi)有一個中心軸(2)，中心軸(2)有中心孔，中心軸(2)上端是柱塞體，中心軸(2)中部沿外壁軸向開有導向槽(3)，導向槽(3)有斜錐面，中心軸(2)的下部與外殼體(1)內(nèi)壁之間有環(huán)形空間，在中心軸(2)與外殼體(1)內(nèi)壁之間的環(huán)形空間內(nèi)有壓縮彈簧(7)，錐齒(4)與導向塊(5)相連接，導向塊(5)安裝在中心軸(2)導向槽(3)中；在外殼體(1)下端內(nèi)部通過剪釘(10)固定有球座(9)，球座(9)的下部留有向下滑動的空間，球座(9)固定的位置能封堵外殼體(1)的泄流孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于等直徑鉆完井的可變徑膨脹錐，其特征是外殼體(1) 和中心軸(2)采用不銹鋼材料，錐齒(4)采用合金鋼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于等直徑鉆完井的可變徑膨脹錐，其特征是所述的 條形窗口(11)為兩組，每組三個，中心軸(2)中部導向槽(3)的數(shù)量為六個，六個導向槽(3)均勻分布在中心軸(2)的外壁上。
專利摘要用于等直徑鉆完井的可變徑膨脹錐，應用于石油鉆井等直徑鉆井的可變徑膨脹錐施工中。在外殼體上部有圓柱形腔體，在圓柱形腔體壁上軸向均勻分布有條形窗口，在條形窗口內(nèi)有錐齒。在外殼體的下部有泄流孔。在外殼體上部圓柱形腔體內(nèi)有一個中心軸。中心軸上端是柱塞體，中心軸中部沿外壁軸向開有導向槽。導向槽有斜錐面。中心軸的下部與外殼體內(nèi)壁之間有環(huán)形空間，在中心軸與外殼體內(nèi)壁之間的環(huán)形空間內(nèi)有壓縮彈簧。錐齒與導向塊相連接，導向塊安裝在中心軸導向槽中。效果是能實現(xiàn)變徑后外徑與上層套管內(nèi)徑尺寸相同且錐面周向連續(xù)，并能使膨脹管與上層套管形成懸掛錨定且具有相同內(nèi)徑尺寸，滿足等直徑鉆井施工工藝的要求。
文檔編號E21B29/10GK201567994SQ200920278210
公開日2010年9月1日 申請日期2009年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月16日
發(fā)明者侯福祥, 劉洋, 呂明杰, 吳千里, 張燕萍, 徐丙貴, 王雪, 紀友哲 申請人:中國石油天然氣集團公司;中國石油集團鉆井工程技術(shù)研究院