电能驱动的膨胀工具总成及其实现膨胀管补贴的方法技术

本发明专利技术涉及油井维护工具技术领域，尤其是一种电能驱动的膨胀工具总成及其实现膨胀管补贴的方法。电能驱动的膨胀工具总成包括膨胀管、膨胀管密封机构、膨胀锥、丢手机构和电泵

【技术实现步骤摘要】
电能驱动的膨胀工具总成及其实现膨胀管补贴的方法


[0001]本专利技术涉及油井维护工具
，尤其是一种电能驱动的膨胀工具总成及其实现膨胀管补贴的方法。

技术介绍

[0002]利用常规膨胀管技术对油套管进行膨胀管补贴施工时，需要根据套管的内径尺寸确定膨胀管、膨胀管胀腔、膨胀工具的尺寸，然后在膨胀管胀腔的腔体里装配膨胀工具，再利用液体在胀腔下部形成高压密封腔，用液压驱动膨胀工具实现对膨胀管的膨胀做功，进而实现对常规套管的补贴。常规的膨胀管技术，因为需要利用液体进行驱动，所以必需用油管、钻杆作为工具输送及液压能量的通道。而油管、套管的连接及下放方式，则决定了传统的膨胀管施工时耗时较长，根据施工深度的不同，单次膨胀管施工的时间往往需要2
‑
5天才能完成。
[0003]部分情况下，某些油套管的修复，其主要的目的是恢复井筒的完整性，此时对施工时间/施工成本的变动更为敏感。因此，针对这些时间/成本敏感性较高的施工需求，急需开发出一种能够快速施工的膨胀管工艺。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种电能驱动的膨胀工具总成及其实现膨胀管补贴的方法，克服前述现有技术的不足，膨胀工具总成具备快速膨胀功能和丢手功能，将传统的单向全井段膨胀工艺优化为双向的局部膨胀，膨胀工具总成用电缆输送至井下，并利用电能驱动，实现对油套管的快速膨胀补贴。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采取的技术方案是：
[0006]一种电能驱动的膨胀工具总成，包括膨胀管、膨胀管密封机构、膨胀工具、丢手机构和电泵
‑
液缸驱动机构，其中：
[0007]所述膨胀管外壁的两端均设置有定位坡面，定位坡面内侧的膨胀管外壁上均套设有膨胀管密封机构，膨胀管套设于井下套管或油管中，膨胀管密封机构与井下套管或油管的内壁形成挤压密封，定位坡面的作用为对膨胀管密封机构形成位置限定，膨胀管及膨胀管密封机构为与井下油管发生直接关联的部分，对膨胀管的性能指标要求为：膨胀管材料的均匀延展率>30％，膨胀管处理后膨胀段的几何尺寸(内径/外径、长度)的公差分别小于0.05毫米和0.1毫米；
[0008]所述膨胀工具为膨胀锥，膨胀管内腔的两端均与一个膨胀锥插接，膨胀管内腔设置有膨胀锥卡台，膨胀锥卡台与膨胀锥之间存在间距，这段间距即为膨胀锥能够在膨胀管内腔移动并撑开膨胀管的距离，位于膨胀管下端的膨胀锥内部设置有丢手机构，膨胀锥通过丢手机构撑起并与膨胀管贴紧，膨胀管下端的膨胀锥脱离丢手工具的情况下将与膨胀管分离，为了实现对小油管在有限的井下空间中利用机械力进行膨胀变形，本专利技术专利专利技术了采用了外置膨胀锥的设计，这样能够尽可能使用较大的膨胀锥，提高膨胀率；
[0009]所述电泵
‑
液缸驱动机构包括电泵和与电泵连接的活塞式多级液压缸，所述活塞式多级液压缸的活塞杆与丢手机构连接，活塞式多级液压缸的缸筒抵触在位于膨胀管上端的膨胀锥上，在膨胀工具的驱动上，在机械能的驱动下，利用作用力与反作用力的相互关系，从膨胀管的两端同时驱动两个膨胀锥相向运动进行膨胀做功，能够实现膨胀管与修复目标的精确定位，实现膨胀管高效膨胀；电泵
‑
液缸驱动机构的工作原理为，当整个膨胀工具总成组装完成并下入到井下设计深度后，通过电缆启动电泵，将井内液体泵入活塞式多级液压缸，利用活塞式多级液压缸中的多级活塞产生相应的拉力，将该拉力通过活塞式多级液压缸的活塞杆传递给丢手工具，拉动膨胀锥进行膨胀做功。
[0010]进一步的，所述丢手机构包括中心杆、锁紧螺母、锁紧椎体、弹性指和拉断环，所述中心杆的外壁设置有螺纹，拉断环套设在中心杆的外壁上并与中心杆螺纹连接，拉断环的外壁上设置有卡槽，弹性指的一端设置有卡环，另一端沿周向开设有若干开口，弹性指套设在中心杆的外部且弹性指的卡环卡入拉断环的卡槽中，锁紧椎体套设在中心杆的外壁上，锁紧椎体的一端伸入弹性指的设置有开口的一端将弹性指撑起，锁紧螺母螺纹连接在中心杆上，锁紧椎体位于锁紧螺母和弹性指之间，膨胀管下端的膨胀锥的内壁经弹性指撑起，所述活塞式多级液压缸的活塞杆与中心杆连接；锁紧螺母的主要作用是对锁紧椎体进行定位，锁紧椎体的位置影响着弹性指的撑开程度，弹性指的撑开程度决定着膨胀锥的膨胀程度，膨胀锥通过弹性指的支撑抵触在膨胀管的内壁上，拉断指和锁紧椎体支撑着弹性指的两端，同时拉断指与弹性指卡接，拉动中心杆时带动拉断指移动，拉断指拉动弹性指，膨胀锥卡在膨胀锥卡台上后，继续拉动中心杆，中心杆对拉断环的拉力超过拉断环的设计承拉能力，此时拉断环断裂，中心杆的移动仅带动断裂的拉断杆、锁紧螺母和锁紧椎体移动。
[0011]进一步的，所述膨胀锥卡台的内径小于弹性指设置卡环的一端的外径，膨胀锥卡台的内径大于锁紧椎体的最大外径，也大于锁紧螺母的外径，膨胀锥卡在膨胀锥卡台上后，弹性指也受到膨胀锥卡台的限制，而锁紧螺母和锁紧椎体的运动不受限制，有利于将锁紧螺母和锁紧椎体从膨胀锥内部拉出，此时弹性指失去支撑回缩，脱离膨胀锥。
[0012]进一步的，所述膨胀锥的升角为10
‑
12
°
，膨胀锥的长度与膨胀管密封机构的总长度相配合，膨胀锥的长度与膨胀锥卡台的位置相互配合，能够为丢手机构提供止动功能。
[0013]进一步的，所述膨胀管密封机构为双重密封机构，包括至少两个橡胶密封机构和至少两个软金属密封机构，橡胶密封机构和软金属密封机构交替设置，橡胶密封机构起到主要的密封作用，在膨胀管与外层套管之间形成密封，同时，为了解决高温环境下橡胶可能发生碳化后密封失效的问题，利用软金属密封对整个系统的密封机构进行补充，确保每个系统最少由交叉设置的两个橡胶密封机构和两个软金属密封机构组成，这样可以形成多重保障。
[0014]进一步的，所述软金属密封机构的主体为软金属套管，软金属套管的外壁设置有沟槽，相邻两沟槽之间设置有一圈软金属密封齿，软金属密封齿靠近膨胀锥尾部的一侧的角度为150
‑
165
°
，软金属密封齿靠近膨胀锥头部的一侧的角度为120
‑
135
°
，这样的结构结合角度设计，有利于在膨胀锥的尾部逐渐进入膨胀管内部的过程中保证软金属材料的流动性，在软金属材料发生一定程度的挤压后提供软金属材料流动的空间，避免在这一方向发生软金属材料堆积，确保在膨胀过程中，软金属在膨胀锥的机械推力的作用下，发生单向的流动效应，将预留的沟槽体积充填，从而形成密封和锚定，后期丢手过程中如果受到反向的
推力，软金属会形成堆积，从而提供相应的锚定力。
[0015]进一步的，所述软金属密封机构为紫铜材质，紫藤的延展性好，利用紫铜的流动性形成密封和锚定，所述橡胶密封机构为氢化丁晴橡胶材质。
[0016]进一步的，所述橡胶密封机构在膨胀管补贴施工后的压缩率为18
‑
38％，这样可以在膨胀管与外层套管之间形成极好的密封效果。
[0017]进一步的，膨胀管补贴施工前软金属密封机构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电能驱动的膨胀工具总成，其特征在于：包括膨胀管、膨胀管密封机构、膨胀工具、丢手机构和电泵
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液缸驱动机构，其中：所述膨胀管外壁的两端均设置有定位坡面，定位坡面内侧的膨胀管外壁上均套设有膨胀管密封机构，膨胀管套设于井下套管或油管中，膨胀管密封机构与井下套管或油管的内壁形成挤压密封；所述膨胀工具为膨胀锥，膨胀管内腔的两端均与一个膨胀锥插接，膨胀管内腔设置有膨胀锥卡台，膨胀锥卡台与膨胀锥之间存在间距，位于膨胀管下端的膨胀锥内部设置有丢手机构，膨胀锥通过丢手机构撑起并与膨胀管贴紧；所述电泵
‑
液缸驱动机构包括电泵和与电泵连接的活塞式多级液压缸，所述活塞式多级液压缸的活塞杆与丢手机构连接，活塞式多级液压缸的缸筒抵触在位于膨胀管上端的膨胀锥上。2.根据权利要求1所述的一种电能驱动的膨胀工具总成，其特征在于：所述丢手机构包括中心杆、锁紧螺母、锁紧椎体、弹性指和拉断环，所述中心杆的外壁设置有螺纹，拉断环套设在中心杆的外壁上并与中心杆螺纹连接，拉断环的外壁上设置有卡槽，弹性指的一端设置有卡环，另一端沿周向开设有若干开口，弹性指套设在中心杆的外部且弹性指的卡环卡入拉断环的卡槽中，锁紧椎体套设在中心杆的外壁上，锁紧椎体的一端伸入弹性指的设置有开口的一端将弹性指撑起，锁紧螺母螺纹连接在中心杆上，锁紧椎体位于锁紧螺母和弹性指之间，膨胀管下端的膨胀锥的内壁经弹性指撑起，所述活塞式多级液压缸的活塞杆与中心杆连接。3.根据权利要求2所述的一种电能驱动的膨胀工具总成，其特征在于：所述膨胀锥卡台的内径小于弹性指设置卡环的一端的外径，膨胀锥卡台的内径大于锁紧椎体的最大外径，也大于锁紧螺母的外径。4.根据权利要求1所述的一种电能驱动的膨胀工具总成，其特征在于：所述膨胀锥的升角为10
‑
12
°
。5.根据权利要求1或2所述的一种电能驱动的膨胀工具总成，其特征在于：所述膨胀管密封机构包括至少两个橡胶密封机构和至少两个软金属密封机构，橡胶密封机构和软金属密封机构交替设置。6.根据权利要求5所述的一种电能驱动的膨胀工具总成，其特征在于：所述软金属密封机构的主体为软金属套管，软金属套管的外壁设置有沟槽，相邻两沟槽之...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳克功，
申请(专利权)人：瑞诺思新能源科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：