[发明专利]膨胀管用滑块式变径膨胀工具

说明书

技术领域

本发明涉及石油天然气行业中的钻井完井工具技术领域，特别是涉及一种膨胀管用滑块式变径膨胀工具，通过采用膨胀工具的变径，使膨胀管实现变径膨胀和等井径膨胀。

背景技术

在传统的油气田钻进作业中，随着井内套管层次增加，套管尺寸逐级减小，井眼尺寸也不断缩小，由此常常导致深井、超深井和复杂井无法顺利钻达目的层或井眼尺寸过小而影响后期生产作业。膨胀套管技术作为钻井问题的一种后续解决方法，已应用于井身结构设计和钻井方案中，其膨胀率相对较小，使用后无法使用常规尺寸的钻具进行下一开次的钻进。等井径膨胀套管技术属于国际钻完井领域前沿技术，在钻井过程中遭遇复杂地层难以正常钻进时，以等井径膨胀后的套管形成临时井壁来封堵地层后，不改变井身结构，该技术将对复杂深井钻井产生重大影响。目前，国际上等井径膨胀套管技术处于研发和试验阶段，国内也正进行关键技术研究。

变径膨胀工具是实现等井径膨胀套管技术的关键核心技术之一，该工具能否在井下实现变径和对膨胀套管的等井径膨胀作业，决定了等井径膨胀套管整体系统结构的合理性，对整体技术应用起到至关重要的作用。专利ZL200910143575.8公开了一种膨胀管用伞式变径膨胀工具，专利ZL201110335730.3公开了一种膨胀管用折叠式变径膨胀工具，专利201210450506.3公开了一种膨胀管组合变径膨胀锥，专利201310542734.8公开了一种膨胀管弧形变径膨胀装置，这些专利所涉及的膨胀工具理论上均可实现膨胀管的变径膨胀，但在实际实验过程中存在膨胀工具安装不便、闭合不完全和变径闭合压力过大的问题，且在闭合后的变径膨胀过程中发生脱开现象，难以实现全井段膨胀管的等井径膨胀，进而影响等井径膨胀管技术发展，因此，急需研究满足试验要求的可变径膨胀工具。

发明内容

针对现有膨胀管用变径膨胀工具所面临的难题，解决变径膨胀工具闭合力过大和容易脱开等问题，发明了一种膨胀管用滑块式变径膨胀工具，具备变径特征，可使膨胀管实现等井径膨胀。

本发明的膨胀管用滑块式变径膨胀工具，主要由上顶锥1、膨胀滑块2和下底锥3三大部分，其中：上顶锥1和下底锥3均为通孔锥体结构，上顶锥1外部设有第一膨胀锥面5 和顶锥斜面8，下底锥3外部设有底锥斜面9，下底锥3上部设有与上顶锥1滑动配合的连接管4；膨胀滑块2位于上顶锥1和下底锥3之间，由3-12块膨胀滑块2周向对接组成的环状锥体结构，膨胀滑块2套在连接管4 外部，膨胀滑块2外部设有第二膨胀锥面6，膨胀滑块2内部分别设有与顶锥斜面8和底锥斜面9配合的滑块上斜面10和滑块下斜面11，顶锥斜面8和滑块上斜面10、底锥斜面9和滑块下斜面11均通过其对合面上的斜面筋条12和筋条槽13构成限位滑行配合，膨胀滑块2通过筋条槽13和上顶锥1、下底锥3上的限位滑动配合在上顶锥1 上部和连接管4结合部设有锁定机构18。

上述方案进一步包括：

所述的锁定机构18包括锁定短节1801、锁定弹簧1802、锁块1803和锁块插槽1804，其中，锁定短节1801下部设有环形槽，锁定弹簧1802、锁块1803设在环形槽内，锁块插槽1804位于上顶锥1和连接管4之间，锁定短节1801下端与锁块插槽1804构成插接配合，且锁块1803与上顶锥1顶部构成阻挡配合。

所述的滑块上斜面10锥角和顶锥斜面8锥角相同，滑块下斜面11锥角和底锥斜面9锥角相同。

膨胀滑块2数量为6块，每块膨胀滑块2对应于顶锥斜面8、底锥斜面9上的斜面筋条12或筋条槽13均为1个。

所述的第一膨胀锥面5 的锥角均为8～15°，第二膨胀锥面6的锥角均为9～16°，且第二膨胀锥面6的锥角大于第一膨胀锥面5的锥角。

第一膨胀锥面5 和第二膨胀锥面6向下均延伸有等径段，在膨胀滑块2的顶端和底端分别设有滑块顶面15和滑块底面16，滑块顶面15和滑块底面16分别与设置在第一膨胀锥面5等径段下端的上限位面14和设置在下底锥3下部的下限位面17构成限位阻挡配合。

本发明的优点在于：本发明通过膨胀滑块与上顶锥和下底锥之间的相互滑动实现变径，有效减小工具闭合力；工具完全闭合后通过锁定机构实现限位，防止变径膨胀工具在膨胀作业过程中脱开，保证膨胀管实现统一的定径膨胀；同时采用第一膨胀锥面和第二膨胀锥面实现膨胀管的双级等径膨胀，增加管体膨胀率，降低管体膨胀力，利于现场安全作业，实现不稳定地层的等井径封堵。

附图说明

图1为闭合前的膨胀管用滑块式变径膨胀工具示意图；

图2为闭合后的膨胀管用滑块式变径膨胀工具示意图；