CN212359693U - 套管整形器 - Google Patents

Abstract

套管整形器，包括依次连接的动力机构、锚定机构、增压机构、整形头；动力机构包括***；与***相连的燃烧室内有固体推进剂；增压机构包括多个依次串联连接的增压气缸。整形头的整形头活塞杆前段伸出整形头缸套外，位于整形头缸套外的整形头活塞杆上套装有圆筒状整形套；整形套由多瓣整形块组合而成，其中一部分整形块A经短连接绳与整形头活塞杆相连、另一部分整形块B经长连接绳与整形头活塞杆相连。解体后整形头置于整形头缸套外的部分分拆为前中后三段从而缩小整形器径向尺寸：前段为所有与长连接绳相连的整形块B、中段为所有与短连接绳相连的整形块A、后段为整形头活塞杆。本实用新型整形效率高、缩径范围大、解卡效果好。

Description

套管整形器

技术领域

本实用新型属于变形套管修复领域，具体地，涉及一种套管整形器。

背景技术

油田开发进入中后期，套管受工程技术（注水、酸压等）、地质条件以及自身材质等因素的综合影响，发生套管变形等损坏。套管变形会造成注采***不完善、产量大幅下降等后果，严重影响油田生产，造成巨大的经济损失。

目前，在进行变形套管修复时，采用现有的变形套管整形器主要存在以下问题：液压整形和机械整形的整形修复过程消耗时间长，整形效率低；套管的变形段在整形头通过后会发生回弹，易卡住整形头；为实现套管整形需要大型的辅助设备；液压整形器整形效果好，但液压油由泵车经油管传递到液压整形器，整个***密封点很多，出现泄露需要逐级检漏，直至排除泄露后才能使用，施工成功率低。

发明内容

本实用新型的发明目的在于克服现有技术的上述不足而提供一种整形效率高、缩径范围大、解卡效果好的套管整形器。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：

本实用新型包括依次连接的动力机构、锚定机构、增压机构、整形头；所述动力机构包括***；所述***后端连有用于与油管连接的连接头，***前端与燃烧室入口相连；所述燃烧室内有固体推进剂；所述锚定机构包括与燃烧室出口相连的水力锚；所述增压机构包括位于水力锚与整形头之间的多个增压气缸；多个所述增压气缸之间依次串联连接；水力锚与第一个所述增压气缸相连。

第一个所述增压气缸内设有活塞杆一；背压杆经背压调节套限位于第一个所述增压气缸内靠近水力锚一端；所述背压调节套在受压达到设计压力时释放背压杆以将固体推进剂燃烧产生的高能气体压力经各增压气缸的活塞杆传递至整形头。最后一个所述增压气缸与整形头缸套相连。

所述整形头包括与最后一个所述增压气缸的活塞杆相连的整形头活塞杆；整形头活塞杆后段置于整形头缸套内，整形头活塞杆前段穿过整形头缸套前端的密封缸盖伸出整形头缸套外。

位于整形头缸套外的整形头活塞杆上套装有圆筒状整形套；所述整形套由多瓣整形块组合而成；各整形块经连接件轴向限位于整形头活塞杆上；所述连接件可在向后拉动套管整形器解卡整形头时被破坏以释放整形块；多瓣整形块中一部分整形块A各自经短连接绳与整形头活塞杆相连、另一部分整形块B各自经长连接绳与整形头活塞杆相连，以便于在解卡整形头时使各瓣整形块之间产生轴向相对位移快速将整形套解体；解体后整形头置于整形头缸套外的部分分拆为前中后三段，前段为所有与长连接绳相连的整形块B、中段为所有与短连接绳相连的整形块A、后段为整形头活塞杆。

所述短连接绳一端限位于整形头活塞杆上的限位槽（T型槽）内并可沿限位槽（T型槽）滑动，另一端与整形块A相连；所述长连接绳一端与整形头活塞杆相连，另一端与整形块B相连；与长连接绳相连的整形块B上设有用于在装配时容置长连接绳的线槽。

所述整形头活塞杆上设有凸沿，该凸沿上设有用于与整形块后端相卡以限位整形块的环形限位槽；整形块前端经可在向后拉动套管整形器解卡整形头时被拉断的连接条与整形头活塞杆前端相连。

所述整形头活塞杆外壁与整形块接触部位涂有润滑脂。

所述多瓣整形块由3+n瓣整形块A、3+n瓣整形块B组成，各整形块A位于两整形块B之间；所述n≥0。

所述整形块A横截面呈类矩形，所述整形块B横截面呈类扇形；各整形块A经短连接绳与整形头活塞杆相连；各整形块B经长连接绳与整形头活塞杆相连。

所有所述短连接绳均短于所述长连接绳，所有所述长连接绳均长于所述短连接绳。所有所述短连接绳可以长度相同，也可长度不同。所有所述长连接绳可以长度相同，也可长度不同。

所述短连接绳为短钢丝绳；所述长连接绳为长钢丝绳。

所述背压杆上设有用于将固体推进剂所产生的高压气体向前传递的中间气道、连通背压杆中间气道与第一个所述增压气缸无杆腔用于将高压气体导通至第一个所述增压气缸无杆腔以推动活塞杆一向前运动的侧向气道；所述背压调节套上设有用于与第一个所述增压气缸内台阶部一相卡以限位背压杆的凸缘。

所述背压调节套上设有便于其在受压达到设计压力时断裂的环槽；所述环槽深度根据设计压力设置。

第一个所述增压气缸的缸套后部设有用于轴向限位活塞杆一头部的台阶部二；活塞杆一头部与第一个所述增压气缸的缸套内壁间设有密封件；活塞杆一外套装有活塞复位弹簧；所述活塞复位弹簧后端与活塞杆一头部相抵，活塞复位弹簧前端与相邻增压气缸后端相抵；活塞杆一上设有用于将高压气体向前传递的中间气道、连通活塞杆一中间气道与相邻增压气缸无杆腔用于将高压气体导通至相邻增压气缸无杆腔以推动相邻增压气缸活塞杆向前运动的侧向气道；第一个所述增压气缸的缸套中部设有用于第一个所述增压气缸无杆腔泄压的泄压孔一；第一个所述增压气缸的缸套前端设有用于节流缓冲的排气孔一。

最后一个所述增压气缸的缸套后部设有用于轴向限位最后一个所述增压气缸的活塞杆头部的台阶部；最后一个所述增压气缸的活塞杆头部与最后一个所述增压气缸的缸套内壁间设有密封件；最后一个所述增压气缸的缸套前端设有用于节流缓冲的排气孔；最后一个所述增压气缸的活塞杆上设有用于将高压气体向前传递的中间气道、连通最后一个所述增压气缸的活塞杆中间气道与整形头缸套内无杆腔用于将高压气体导通至整形头缸套内无杆腔以推动整形头活塞杆向前运动的侧向气道。

所述整形头缸套后端设有用于轴向限位整形头活塞杆头部的台阶部；整形头活塞杆头部与整形头缸套内壁间设有密封件；所述整形头缸套前端设有用于节流缓冲的排气孔。

所述增压气缸为两个；第一个所述增压气缸为一级气缸，最后一个所述增压气缸为二级气缸。

本实用新型的***和燃烧室为整套工具提供动力，***、水力锚均为市场直购。背压调节套设计有薄弱处，活塞杆一受到的气体压力通过背压杆传递到背压调节套上，当背压调节套受到拉力增大到设计拉力时，背压调节套薄弱部位将被拉断。

本实用新型采用固体推进剂作为动力源驱动，固体推进剂燃烧能产生足够大的动力，同时也提高了整形的速度，整形效率高；利用***引燃推进剂产生高温高压气体，高压气体将水力锚锚爪压紧在套管壁上，为后续整形提供支撑，之后高压气体进入增压机构，使活塞产生足够大的推力，带动可解体整形头挤胀通过套管变形处。增压机构利用三级活塞提高气体压力，可将动力从200kN提高到600kN以上输出，传递给整形头。若套管变形处回弹量过大，整形器整形头被卡在套管变形处时，可以增大上提力，拉断整形头的连接条，整形头解体为从后至前三部分，分别为整形头活塞杆部分、矩型块部分、扇型块部分，矩型块部分和扇型块部分通过钢丝绳与整形头活塞杆连接，缩小整形头径向尺寸，实现解卡。

投棒撞击***撞针即可引燃固体推进剂，通过燃烧固体推进剂产生动力，推动整形头迅速通过套管变形处，实现套管整形，操作简单，提高整形修复效率，无需大型辅助设备。当整形器的整形头被卡住时，整形头可解体为前中后三部分，缩小整形头径向尺寸，顺利提出整套工具。解体后整形头外径相比未解体前整形头外径缩径30%以上，实现大幅度缩径，解卡能力强。本实用新型的整形套解体前呈圆筒状且有完整的外形轮廓，整形过程中能更好的保护套管，整形完成后，套管内壁更光滑。且整形头零部件在正常整形和上提过程中，不会相互运动，只在卡住时解体，使用更加可靠。

附图说明

图1为整形器的全剖视图。

图2为整形头的结构示意图。

图3为整形头的全剖视图。

图4为图3的A向视图。

图5为图3的B部放大图。

图6为图3的C部放大图。

图7为图3的D部放大图。

图8为图3的E部放大图。

图9为整形头活塞杆实施例一的结构示意图。

图10为整形头活塞杆实施例二的结构示意图。

图11为整形头活塞杆实施例一的剖视图。

图12为图11的F向视图。

图13为图11的G-G剖视图。

图14为扇型块的立体图。

图15为扇型块的结构示意图。

图16为图15的H向视图。

图17为图15的I-I剖视图。

图18为矩型块的立体图。

图19为矩型块的结构示意图。

图20为图19的J向视图。

图21为图19的K-K剖视图。

图22为整形头解体后的结构示意图一。

图23为整形头解体后的结构示意图二。

图中，1、***，2、燃烧室，3、水力锚，4、一级气缸缸套，41、泄压孔一，42、排气孔一，43、台阶部一，44、台阶部二，5、背压调节套，51、环槽，6、背压杆，61、中间气道，62，侧向气道，7、活塞杆一，71、中间气道，72，侧向气道，8、活塞复位弹簧，9、活塞杆二，91、中间气道，92，侧向气道，10、二级气缸缸套，101、排气孔，111、整形头活塞杆，112、定位螺钉，113、短铝夹套，114、长钢丝绳，115、扇型块，116、长铝夹套，117、短螺钉，118、扇型块连接条，119、长螺钉，1110、矩型块连接条，1111、矩型块，1112、短钢丝绳，1113、紧定螺钉，1114、凸沿，1115、环形限位槽，1116、T型槽，1117、线槽，12、整形头缸套，121、排气孔，13、密封缸盖，14、连接头。

具体实施方式

图1中，***1后端与连接头14螺纹连接，***1前端与燃烧室2螺纹连接，燃烧室2前端与水力锚3后端螺纹连接，水力锚3与一级气缸缸套4后端螺纹连接；背压调节套5位于一级气缸缸套4内，背压调节套5的前端与背压杆6的后端螺纹连接，背压杆6前端与活塞杆一7头部螺纹连接；活塞杆一7位于一级气缸缸套4内，活塞杆一7上装有活塞复位弹簧8，活塞杆一7的前端与活塞杆二9头部螺纹连接；一级气缸缸套4前端与二级气缸缸套10后端螺纹连接；活塞杆二9位于二级气缸缸套10内，活塞杆二9前端与整形头活塞杆111头部螺纹连接；二级气缸缸套10前端与整形头缸套12后端螺纹连接；整形头缸套12前端与密封缸盖13螺纹连接。其中，一级气缸缸套最长，二级气缸缸套和整形头缸套等长。

背压杆6上设有用于将固体推进剂所产生的高压气体向前传递的中间气道61、连通背压杆中间气道与一级气缸无杆腔用于将高压气体导通至一级气缸无杆腔以推动活塞杆一7向前运动的侧向气道62；背压调节套5上设有用于与一级气缸缸套4内台阶部一43相卡以限位背压杆6的凸缘。背压调节套5上设有便于其在受压达到设计压力时断裂的环槽51。环槽51深度根据设计压力设置。

一级气缸缸套4后部设有用于轴向限位活塞杆一7头部的台阶部二44。活塞杆一7上设有用于将高压气体向前传递的中间气道71、连通活塞杆一中间气道与二级气缸无杆腔用于将高压气体导通至二级无杆腔以推动活塞杆二向前运动的侧向气道72。

活塞杆二9上设有用于将高压气体向前传递的中间气道91、连通活塞杆二中间气道与整形头缸套内无杆腔用于将高压气体导通至整形头缸套内无杆腔以推动整形头活塞杆向前运动的侧向气道92。

一级气缸缸套4上开有泄压孔41、排气孔42。二级气缸缸套10上开有排气孔101。整形头缸套12开有排气孔121。

活塞杆一受到的气体压力通过背压杆6传递到背压调节套5上，当背压调节套受到拉力增大到设计拉力时，背压调节套在环槽51处将被拉断，增压机构将气体压力转换为可解体整形头的推动力，套管整形开始。

利用O型密封圈实现整套工具的密封：***1与燃烧室2之间；水力锚3与燃烧室之间、水力锚3与一级气缸缸套4之间；活塞杆一7头部与一级气缸缸套4之间、活塞杆一7与二级气缸缸套10之间、活塞杆二9头部与二级气缸缸套10之间、整形头活塞杆111头部与整形头缸套12之间、密封缸盖13与整形头活塞杆111之间分别设有O型密封圈。

图2、3、4中，可解体整形头11主要由整形头活塞杆111、三个扇型块115、三个矩型块1111组成。扇型块115横截面呈类扇形，矩型块1111横截面呈类矩形。矩型块可以使扇型块对矩型块的法向作用力抵消，减小矩型块对整形头活塞杆的压力，使解卡时整形头活塞杆更易抽出。扇型块后端和矩型块后端装配在整形头活塞杆中部的环形限位槽中；扇型块前端通过扇型块连接条118与整形头活塞杆111前端连接，短螺钉117将扇型块连接条的一端连接到扇型块前端面，长螺钉119将扇型块连接条的另一端连接到整形头活塞杆前端面；矩型块前端通过矩型块连接条1110与整形头活塞杆前端连接，短螺钉将矩型块连接条的一端连接到矩型块前端面，长螺钉将矩型块连接条的另一端连接到整形头活塞杆前端面。

扇型块与矩型块、扇型块与整形头活塞杆、矩型块与整形头活塞杆之间的接触面需要磨削提高表面精度，擦拭润滑脂，降低摩擦系数，降低整形头解体时的摩擦阻力。

图5、图6中，长钢丝绳114连接着扇型块115后端和整形头活塞杆111前端：长钢丝绳114一端装有短铝夹套113，定位螺钉112压紧长钢丝绳、挡住短铝夹套，实现长钢丝绳与扇型块的连接；长钢丝绳另一端装有长铝夹套116，长铝夹套径向开孔，长螺钉119拧入长铝夹套的孔中，压紧长钢丝绳、挡住短铝夹套，实现长钢丝绳与整形头活塞杆的连接。

图7、图8中，短钢丝绳1112连接着矩型块1111后端和整形头活塞杆：短钢丝绳1112一端装有短铝夹套113，定位螺钉112压紧短钢丝绳、挡住短铝夹套，实现短钢丝绳与矩型块1110的连接；短钢丝绳装有短铝夹套的另一端，装配进整形头活塞杆111的T型槽1116中，紧定螺钉1113旋入T型槽1116中，防止铝夹套脱出，短钢丝绳可以随铝夹套在槽中移动，实现短钢丝绳与整形头活塞杆的连接。

图9中，整形头活塞杆111（实施例一）位于整形头缸套12外的部分呈六棱柱状结构。

图10中，整形头活塞杆111（实施例二）后端大前端小的六棱台状结构（如图10所示）。

图11、12、13中，整形头活塞杆111上设有凸沿1114，该凸沿1114上设有用于与整形块后端相卡以限位整形块的环形限位槽1115。短钢丝绳一端限位于整形头活塞杆上的T型槽1116内并可沿T型槽1116滑动，另一端与矩型块相连。

图14、15、16、17中，与长钢丝绳相连的扇型块115上设有用于在装配时容置长钢丝绳114的线槽1117。长钢丝绳的长度大于扇型块线槽的长度，因此长钢丝绳折叠弯曲放入线槽中。扇型块115横截面呈类扇形。

图18、19、20、21中，矩型块1111横截面呈类矩形。矩型块可以使扇型块对矩型块的法向作用力抵消，减小矩型块对整形头活塞杆的压力，使解卡时整形头活塞杆更易抽出。

图22、23中，可解体整形头被套管缩颈处卡住时，可以增大施加在整套工具上的上提力，强行拉断扇型块连接条和矩型块连接条，可解体整形头解体为从后至前的三部分，整形头活塞杆111为第一部分，三个矩型块1111组成第二部分，采用短钢丝绳1112连接第一部分和第二部分，三个扇型块115组成第三部分，采用长钢丝绳114连接第一部分和第三部分；第二部分和第三部分中心没有支撑，径向尺寸可大幅减小。

本实用新型采用固体推进剂作为动力源，整形效率高；当发生卡井时，能够有效的自行解卡，顺利提出整套工具，其工作原理如下：

1、将套管整形器连接在连续油管的最下端，将套管整形器下入到井下套管变形部位；然后向投棒点火，即撞击***1，引燃燃烧室2内的固体推进剂，产生高能气体；高能气体将水力锚3的锚爪可靠的压紧在套管壁上，气体压力继续增加，背压调节套被拉断；高能气体顺着背压杆6、活塞杆一7、活塞杆二9的中心孔道和侧向气道分别进入一级气缸缸套4、二级气缸缸套10、整形头缸套12，缸内气体膨胀，推动活塞向下运动，活塞带动整形头向下挤胀套管变形处，开始套管整形。以套管整形器完成3mm的扩径为例，整形头解体前外径为110mm，解体后外径可缩小35mm，实现缩径32%。

2、当发生卡井时，能够有效的自行解卡，顺利提出整套工具：整形头被卡住时，增大施加在套管整形器（整套工具）上的上提（回拉）力，强行拉断扇型块连接条和矩型块连接条，可解体整形头解体为后中前三部分，依次是后段的整形头活塞杆部分、中段的矩型块部分、前段的扇型块部分，缩小整形器径向尺寸，有效解卡。

Claims (10)

1.一种套管整形器，其特征在于：包括依次连接的动力机构、锚定机构、增压机构、整形头；

所述动力机构包括***（1）；所述***（1）后端连有用于与油管连接的连接头（14），***（1）前端与燃烧室（2）入口相连；所述燃烧室（2）内有固体推进剂；

所述锚定机构包括与燃烧室（2）出口相连的水力锚（3）；

所述增压机构包括位于水力锚（3）与整形头之间的多个增压气缸；多个所述增压气缸之间依次串联连接；水力锚（3）与第一个所述增压气缸相连；

第一个所述增压气缸内设有活塞杆一（7）；背压杆（6）经背压调节套（5）限位于第一个所述增压气缸内靠近水力锚（3）一端；所述背压调节套（5）在受压达到设计压力时释放背压杆（6）以将固体推进剂燃烧产生的高能气体压力经各增压气缸的活塞杆传递至整形头；

最后一个所述增压气缸与整形头缸套（12）相连；

所述整形头包括与最后一个所述增压气缸的活塞杆相连的整形头活塞杆（111）；整形头活塞杆（111）后段置于整形头缸套（12）内，整形头活塞杆（111）前段穿过整形头缸套（12）前端的密封缸盖（13）伸出整形头缸套（12）外；

位于整形头缸套（12）外的整形头活塞杆（111）上套装有圆筒状整形套；

所述整形套由多瓣整形块组合而成；各整形块经连接件轴向限位于整形头活塞杆（111）上；所述连接件可在向后拉动套管整形器解卡整形头时被破坏以释放整形块；

多瓣整形块中一部分整形块A各自经短连接绳与整形头活塞杆相连、另一部分整形块B各自经长连接绳与整形头活塞杆相连，以便于在解卡整形头时使各瓣整形块之间产生轴向相对位移快速将整形套解体；

解体后整形头置于整形头缸套（12）外的部分分拆为前中后三段，前段为所有与长连接绳相连的整形块B、中段为所有与短连接绳相连的整形块A、后段为整形头活塞杆（111）。

2.根据权利要求1所述的套管整形器，其特征在于：所述短连接绳一端限位于整形头活塞杆上的限位槽内并可沿限位槽滑动，另一端与整形块A相连；

所述长连接绳一端与整形头活塞杆相连，另一端与整形块B相连；与长连接绳相连的整形块B上设有用于在装配时容置长连接绳的线槽（1117）；

所述整形头活塞杆（111）上设有凸沿（1114），该凸沿（1114）上设有用于与整形块后端相卡以限位整形块的环形限位槽（1115）；整形块前端经可在向后拉动套管整形器解卡整形头时被拉断的连接条与整形头活塞杆（111）前端相连。

3.根据权利要求1所述的套管整形器，其特征在于：所述多瓣整形块由3+n瓣整形块A、3+n瓣整形块B组成，各整形块A位于两整形块B之间；所述n≥0。

4.根据权利要求3所述的套管整形器，其特征在于：所述整形块A横截面呈类矩形，所述整形块B横截面呈类扇形；各整形块A经短连接绳与整形头活塞杆相连；各整形块B经长连接绳与整形头活塞杆相连。

5.根据权利要求1所述的套管整形器，其特征在于：所述背压杆（6）上设有用于将固体推进剂所产生的高压气体向前传递的中间气道（61）、连通背压杆中间气道与第一个所述增压气缸无杆腔用于将高压气体导通至第一个所述增压气缸无杆腔以推动活塞杆一（7）向前运动的侧向气道（62）；所述背压调节套（5）上设有用于与第一个所述增压气缸内台阶部一（43）相卡以限位背压杆（6）的凸缘。

6.根据权利要求1所述的套管整形器，其特征在于：所述背压调节套（5）上设有便于其在受压达到设计压力时断裂的环槽（51）；所述环槽（51）深度根据设计压力设置。

7.根据权利要求1所述的套管整形器，其特征在于：第一个所述增压气缸的缸套后部设有用于轴向限位活塞杆一（7）头部的台阶部二（44）；

活塞杆一（7）头部与第一个所述增压气缸的缸套内壁间设有密封件；

活塞杆一（7）外套装有活塞复位弹簧（8）；所述活塞复位弹簧（8）后端与活塞杆一（7）头部相抵，活塞复位弹簧（8）前端与相邻增压气缸后端相抵；

活塞杆一（7）上设有用于将高压气体向前传递的中间气道（71）、连通活塞杆一中间气道与相邻增压气缸无杆腔用于将高压气体导通至相邻增压气缸无杆腔以推动相邻增压气缸活塞杆向前运动的侧向气道（72）；

第一个所述增压气缸的缸套中部设有用于第一个所述增压气缸无杆腔泄压的泄压孔一（41）；第一个所述增压气缸的缸套前端设有用于节流缓冲的排气孔一（42）。

8.根据权利要求1所述的套管整形器，其特征在于：最后一个所述增压气缸的缸套后部设有用于轴向限位最后一个所述增压气缸的活塞杆头部的台阶部；

最后一个所述增压气缸的活塞杆头部与最后一个所述增压气缸的缸套内壁间设有密封件；

最后一个所述增压气缸的缸套前端设有用于节流缓冲的排气孔（101）；

最后一个所述增压气缸的活塞杆上设有用于将高压气体向前传递的中间气道（91）、连通最后一个所述增压气缸的活塞杆中间气道与整形头缸套内无杆腔用于将高压气体导通至整形头缸套内无杆腔以推动整形头活塞杆向前运动的侧向气道（92）。

9.根据权利要求1所述的套管整形器，其特征在于：所述整形头缸套（12）后端设有用于轴向限位整形头活塞杆头部的台阶部；整形头活塞杆（111）头部与整形头缸套（12）内壁间设有密封件；所述整形头缸套（12）前端设有用于节流缓冲的排气孔（121）。

10.根据权利要求1所述的套管整形器，其特征在于：所述增压气缸为两个；第一个所述增压气缸为一级气缸，最后一个所述增压气缸为二级气缸。

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