脹錐管柱及其脹錐單元的製作方法

2023-05-07 04:40:01

本實用新型涉及油井、氣井完井技術領域，特別涉及一種脹錐管柱及其脹錐單元。

背景技術：

隨著油氣工業的發展，來自各個方面的挑戰和競爭越來越激烈，如何能降低油氣的開發成本顯得尤為重要。其中，如何通過開發新的鑽井和完井技術來降低鑽井、完井成本對油氣工業的發展具有十分重要的指導意義和經濟價值。

其中，完井技術中的膨脹篩管技術是國外正在發展中的用於降低完井成本的一項典型技術。該技術是將篩管管柱下入井底，用脹錐管柱以液力或機械的方法使篩管發生永久膨脹變形以貼合井眼內壁，從而達到增大採油管柱或井眼內徑的目的。該脹錐管柱作為膨脹篩管技術的一項核心技術，直接影響技術的應用效果。

具體的，膨脹作業中對脹錐管柱的強度、耐磨性能、抗衝擊能力都有較高的要求。但是，目前的脹錐管柱，無論是機械脹錐管柱還是液壓脹錐管柱都是整體式的結構，如果脹錐管柱局部損壞，不方便維修，極有可能導致整個脹錐管柱的報廢。

因此，有必要提出一種新的脹錐管柱，能夠克服上述技術問題。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種脹錐管柱及其脹錐單元，多個脹錐單元連接成的脹錐管柱，方便維修和進行局部更換，能夠降低完井開發成本。

本實用新型的上述目的可採用下列技術方案來實現：

一種脹錐單元，包括：

本體，所述本體整體呈沿著軸向延伸的中空圓柱體，所述中空部分為貫通孔，所述本體沿著軸向具有相背對的第一端和第二端，所述第一端設置有第一連接部，所述第二端設置有第二連接部；

在所述本體的側壁上開設有凹槽，所述本體在設置所述凹槽的位置設置有與所述貫通孔連通的導流孔；

在所述凹槽位置設置的脹體；

在所述脹體與所述本體之間設置的限位機構；所述限位機構包括固定在所述本體上的壓板以及位於所述壓板和脹體之間的彈性件；

當所述本體內流通有預定液壓時，所述脹體沿著所述本體的徑向向外移出；

當撤去所述液壓時，所述脹體在所述限位機構的作用下復位。

在優選的實施方式中，所述壓板包括能相對拼的第一子壓板和第二子壓板，

所述第一子壓板與所述第二子壓板對拼後，形成有用於穿設所述脹體的開孔。

在優選的實施方式中，所述第一子壓板、第二子壓板中至少一個與所述脹體相配合的內側面上形成有非圓弧的防轉面，相應的，形成的所述開孔為防轉孔。

在優選的實施方式中，所述脹體整體呈迴轉體形，其底壁用於與所述導流孔相配合，其頂壁用於和待膨脹的篩管或膨脹管相接觸，所述頂壁與底壁之間設置有中間連接體，所述中間連接體外套設有所述彈性件。

在優選的實施方式中，所述中間連接體上設置有用於和所述防轉面配合的防轉部。

在優選的實施方式中，所述脹體的頂壁上還設置有滾珠。

在優選的實施方式中，所述第一連接部為設置在靠近所述第一端的外螺紋，所述第二連接部為設置在靠近所述第二端的內螺紋，所述本體設置內螺紋的位置還設置有限位孔。

在優選的實施方式中，還包括第一密封件，所述第一密封件設置在所述脹體與所述本體之間。

在優選的實施方式中，還包括第二密封件，所述第二密封件設置在所述本體的側壁上，且靠近設置所述第一連接部的位置。

一種脹錐管柱，包括：至少兩個上述任一所述的脹錐單元，相鄰兩個所述脹錐單元通過螺紋連接。

在優選的實施方式中，所述脹錐單元的個數為N，N為大於等於2的正整數，相鄰兩個所述脹錐單元的相位角相差360/N度。

在優選的實施方式中，N個所述脹錐單元沿著軸向依次連接，且沿著所述軸向每個所述脹錐單元的本體的外徑依次增大或者分組依次增大。

本實用新型的特點和優點是：本申請所提供的脹錐管柱，其由多個脹錐單元螺紋連接而成，其中一個脹錐單元失效時，可以單獨維修或替換此脹錐單元即可，因此整體上方便維修和進行局部更換，能夠降低完井開發成本。進一步的，由於在對篩管或膨脹管進行膨脹的過程中，通過調整錐脹單元的外徑，可以實現相應的膨脹量的調整，整體上該脹錐管柱的參數可調，膨脹效果好，因此可以滿足不同現場膨脹量的使用需求。

附圖說明

圖1是本申請實施方式中一種脹錐單元的整體示意圖；

圖2是本申請實施方式中一種脹錐單元的半剖圖；

圖3是本申請實施方式中一種壓板的結構示意圖；

圖4是本申請實施方式中一種脹體的結構示意圖；

圖5是本申請實施方式中一種脹錐管柱的結構示意圖。

附圖標記說明：

本體-1；壓板-2；脹體-3；彈性件-4；第一密封件-51；第二密封件-52；螺釘-6；外螺紋-11；內螺紋-12；凹槽-10；導流孔-101；限位孔-13；第一子壓板-21；第二子壓板-22；螺釘孔-23；防轉面-20；防轉部-30；底壁-31；頂壁-32；連接體-33；防轉銷釘-7；第一脹錐單元-1A；第二脹錐單元-1B；第三脹錐單元-1C；第四脹錐單元-1D；第五脹錐單元-1E；第六脹錐單元-1F。

具體實施方式

下面將結合附圖和具體實施方式，對本實用新型的技術方案作詳細說明，應理解這些實施方式僅用於說明本實用新型而不用於限制本實用新型的範圍，在閱讀了本實用新型之後，本領域技術人員對本實用新型的各種等價形式的修改均落入本申請所附權利要求所限定的範圍內。

需要說明的是，當元件被稱為「設置於」另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當一個元件被認為是「連接」另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。本文所使用的術語「垂直的」、「水平的」、「上」、「下」、「左」、「右」以及類似的表述只是為了說明的目的，並不表示是唯一的實施方式。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬於本申請的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本申請的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施方式的目的，不是旨在於限制本申請。本文所使用的術語「和/或」包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。

本實用新型提供一種脹錐管柱及其脹錐單元，多個脹錐單元連接成的脹錐管柱，方便維修和進行局部更換，能夠降低完井開發成本。

請參閱圖1至圖2，本申請實施方式中提供的一種脹錐單元，包括：本體1，所述本體1整體呈沿著軸向延伸的中空圓柱體，所述中空部分為貫通孔，所述本體1沿著軸向具有相背對的第一端和第二端，所述第一端設置有第一連接部，所述第二端設置有第二連接部；在所述本體1的側壁上開設有凹槽10，所述本體1在設置所述凹槽10的位置設置有與所述貫通孔連通的導流孔101；在所述凹槽10位置設置的脹體3；在所述脹體3與所述本體1之間設置的限位機構；所述限位機構包括固定在所述本體1上的壓板2以及位於所述壓板2和脹體3之間的彈性件4。

本申請所述的脹錐單元，使用時，當所述本體1內流通有預定液壓時，所述脹體3沿著所述本體1的徑向向外移出；當撤去所述液壓時，所述脹體3在所述限位機構的作用下復位，整體上，通過液壓巧妙地控制所述脹體3的不同的位置，從而實現了膨脹作業，結構簡單且能夠達到理想的膨脹效果。

在本實施方式中，所述本體1可以為沿著軸向延伸的中空圓柱體，所述中空部分為貫通孔，用於流通帶有壓力的液體。所述本體1沿著軸向具有向背對的第一端和第二端。所述第一連接部可以為外螺紋11的形式，相應的，所述第二連接部可以為內螺紋12的形式。當所述第一連接部和第二連接部為螺紋連接的形式時，所述外螺紋11設置在靠近所述第一端的外壁上，所述內螺紋12設置在靠近所述第二端的內壁上。當然，所述第一連接部和第二連接部還可以為其他形式，本申請在此並不作具體的限定。其中，在所述本體1的側壁上可以開設有凹槽10，整體上，所述凹槽10不與所述貫通孔相連通。在所述凹槽10所在的位置設置有導流孔101，該導流孔101與所述本體1的貫通孔相連通。當所述本體1的貫通孔內流通有高壓液體時，高壓液體能夠通過該導流孔101與所述脹體3的底壁31相接觸。

在本實施方式中，所述凹槽10的個數可以為一個，也可以為多個。當所述凹槽10的個數為多個時，多個凹槽10可以沿著所述本體1的周向均勻布置，相應的，所述脹體3、導流孔101、限位機構的個數也可多個。

此外，所述本體1設置有內螺紋12的位置還可以設置有限位孔13。所述限位孔13用於設置防轉銷釘7，以便當所述本體1通過螺紋的方式進行裝配時，防止所述本體1與裝配體發生轉動，導致螺紋連接位置發生鬆動甚至是鬆脫。

在本實施方式中，為了保證所述脹體3與所述本體1配合位置的密封性，防止高壓液體從所述脹體3與所述本體1之間洩壓，所述脹錐單元還可以包括第一密封件51，所述第一密封件51設置在所述脹體3與所述本體1之間，以保證所述脹體3與所述本體1之間的密封性。具體的，所述密封件的形式可以為O型密封圈。例如，可在所述脹體3的表面設置一個環形凹槽10用於裝配該O型密封圈。

進一步的，為了保證所述脹錐單元在進行裝配時，例如與另一個脹錐單元進行連接時，在連接的位置還可以設置第二密封件52，以保證連接位置的密封性。具體的，所述第二密封件52可以設置在所述本體1的側壁上，且靠近設置所述第一連接部的位置。所述第二密封件52的形式可以為O型密封圈的形式，所述第二密封件52的個數可以為一個，也可以為兩個及以上。具體的，所述第二密封件52的個數可以根據實際需要和本體1的尺寸進行相應的選擇，本申請在此並不作具體的限定。當所述第二密封件52的個數為兩個時，可以較好地保證配合位置的密封性。

在本實施方式中，在所述本體1的凹槽10位置設置有脹體3，在所述脹體3與所述本體1之間設置有限位機構。所述限位機構用於為所述脹體3進行導向性地限位，並為其提供沿著所述本體1徑向的回覆力。具體的，所述限位機構包括固定在所述本體1上的壓板2以及位於所述壓板2和脹體3之間的彈性件4；當所述本體1內的流通有預定液壓時，所述脹體3沿著所述本體1的徑向向外移出；當撤去所述液壓時，所述脹體3在所述限位機構的作用下復位。

請結合參閱圖3，在一個實施方式中，所述壓板2可以包括能相對拼的第一子壓板21和第二子壓板22，所述第一子壓板21與所述第二子壓板22對拼後，形成有用於穿設所述脹體3的開孔。在所述第一子壓板21和第二子壓板22上可以設置有螺釘孔23。安裝時，所述第一子壓板21和第二子壓板22可以放置在所述本體1凹槽10的邊緣位置，通過穿設在所述螺釘孔23內的螺釘6與所述本體1固定，實現所述第一子壓板21和第二子壓板22的定位。具體的，所述第一子壓板21或所述第二子壓板22上可以間隔布置多個螺釘孔23，相應的，與所述螺釘孔23相匹配的螺釘6的個數也可以為多個，以保證將所述第一子壓板21和第二子壓板22牢固可靠地固定在所述本體1上。

當然，所述壓板2也並不限於包括兩個子壓板2，也可以為兩個以上的壓板2，例如三個、四個等等，具體的，本申請在此並不作具體的限定。

進一步的，所述第一子壓板21、第二子壓板22中至少一個與所述脹體3相配合的內側面上形成有非圓弧的防轉面20，相應的，形成的所述開孔為防轉孔。

在本實施方式中，所述第一子壓板21與所述第二子壓板22可以鏡像對稱。其中，以第一子壓板21為例，所述第一子壓板21的整體形狀可以為具有一定厚度的半圓環形板，在該半圓環板的內表面形成有一非圓弧的防轉面20。具體的，該防轉面20可以為平面，當然也可以為其他形式的表面，本申請在此並不作具體的限定。

請結合參閱圖4，在一個實施方式中，所述脹體3整體可呈迴轉體形，其底壁31用於與所述導流孔101相配合，其頂壁32用於和待膨脹的篩管或膨脹管相接觸，所述頂壁32與底壁31之間設置有中間連接體33，所述中間連接體33外套設有所述彈性件4。

在本實施方式中，所述脹體3卡設在所述凹槽10的位置，其通過所述壓板2進行限位，通過所述彈性件4使其復位。具體的，所述彈性件4可以為呈壓縮狀態的彈簧的形式。當該彈簧處於預壓狀態下時，若該脹體3在液壓作用下沿著本體1的徑向向外移動，可以進一步壓縮該彈簧，當撤去該液壓時，該被壓縮的彈簧能夠保證脹體3可靠快速地復位。

具體的，所述脹體3可以呈迴轉體形，其具有相背對的底壁31和頂壁32以及位於所述底壁31和頂壁32之間的中間連接體33。其中，所述底壁31在向著所述頂壁32的方向形成有凸緣，在該凸緣上可以形成有用於設置密封件的凹槽10。所述脹體3的頂壁32可以為球面也可以為錐面，進一步的，所述脹體3的頂壁32上還可以設置有滾珠，用於將脹體3與待膨脹面之間滑動摩擦轉變為滾動摩擦，從而減小摩擦阻力。具體的，該滾珠可以為硬質合金滾珠，以提高該滾珠的耐磨性和使用壽命。

進一步的，所述中間連接體33上設置有用於和所述防轉面20配合的防轉部30。所述防轉部30用於和所述壓板2的防轉面20進行配合，形成防轉機構，從而實現防止壓板2與所述脹體3之間的相對轉動。具體的，所述防轉部30可以與所述防轉面20相適配。例如，當所述防轉面20為平面時，所述防轉部30可以為在所述中間連接體33上形成的平面開槽。此外，所述防轉部30的具體形式並不限於上述舉例，本申請在此並不作具體的限定。

請參閱圖5，本申請實施方式中還提供了一種脹錐管柱，包括：至少兩個上述的脹錐單元，相鄰兩個所述脹錐單元通過螺紋連接。

在本實施方式中，多個所述脹錐單元通過螺紋連接可以形成脹錐管柱。具體連接時，前一個脹錐單元的內螺紋12可以和後一個脹錐單元的外螺紋11向配合。進一步的，可以通過在所述限位孔13內設置防轉銷釘7，從而防止螺紋連接位置發送鬆脫。

具體的，所述脹錐單元的個數為N，其中，N為大於等於2的正整數，相鄰兩個所述脹錐單元的相位角相差360/N度。

在本實施方式中，N個所述脹錐單元可以為完全相同的結構，在裝配時，相鄰兩個所述脹錐單元的相位角相差360/N度。該相位角可基於所述脹體3所在的圓周方向對應的角度確定。所述每個脹錐單元的脹體3的個數可以為一個。例如，當N為6時，相位角相差60度，當N為4時，相位角相差90度。當然，N還可以為其他數值，本申請在此不再贅述。

進一步的，N個所述脹錐單元沿著軸向依次連接，且沿著所述軸向每個所述脹錐單元的本體1的外徑依次增大或者分組依次增大。

在本實施方式中，所述脹錐管柱的脹錐單元的本體1外徑可以依次增大，或者分組依次增大。其中，當N個脹錐單元分組依次增大時，表示相鄰兩個或多個作為一組，其外徑相同。

如圖5所示，在一個具體的實施方式中，例如當N為6時，分別包括依次螺紋連結的：第一脹錐單元1A，第二脹錐單元1B，第三脹錐單元1C，第四脹錐單元1D，第五脹錐單元1E和第六脹錐單元1F。6個脹錐單元採用60°的相位角連接，膨脹作業時360°覆蓋篩管或膨脹管內壁。其中，可以以6個脹錐單元為一組，每組脹錐單元最大膨脹外徑逐漸增大。以脹錐單元本體外徑和篩管或膨脹管內徑的差值為膨脹總量，採用漸進的方式，分三次對篩管或膨脹管進行膨脹，每組脹錐單元實施膨脹總量的三分之一。篩管或膨脹管經過膨脹後，脹大的內徑會有一定程度的回縮，經過三次膨脹後，篩管或膨脹管回縮程度小，膨脹效果較為理想。

此外，在另一個具體的實施方式中，多個脹錐單元形成的脹錐單元組可以連接在一起，脹錐單元組的外徑依次增大，一次性進行對篩管或膨脹管進行膨脹，以提高膨脹效率。

本申請所提供的脹錐管柱，其由多個脹錐單元螺紋連接而成，其中一個脹錐單元失效時，可以單獨維修或替換此脹錐單元即可，因此整體上方便維修和進行局部更換，能夠降低完井開發成本。進一步的，由於在對篩管或膨脹管進行膨脹的過程中，通過調整錐脹單元的外徑，可以實現相應的膨脹量的調整，整體上該脹錐管柱的參數可調，膨脹效果好，因此可以滿足不同現場膨脹量的使用需求。

本說明書中的上述各個實施方式均採用遞進的方式描述，各個實施方式之間相同相似部分相互參照即可，每個實施方式重點說明的都是與其他實施方式不同之處。

以上所述僅為本實用新型的幾個實施方式，雖然本實用新型所揭露的實施方式如上，但所述內容只是為了便於理解本實用新型而採用的實施方式，並非用於限定本實用新型。任何本實用新型所屬技術領域的技術人員，在不脫離本實用新型所揭露的精神和範圍的前提下，可以在實施方式的形式上及細節上作任何的修改與變化，但本實用新型的專利保護範圍，仍須以所附權利要求書所界定的範圍為準。