用于膨胀管子的膨胀装置.pdf

一种管子膨胀装置，包括：在正向(8)上渐缩的膨胀锥体(5)；锥形导向器(10)；用于使膨胀锥体(5)和细长的锥形导向器(10)相对彼此移动的致动器(11)；可回收的端部锚定器(15)；和连接到该膨胀锥体(5)上的中间锚定器(17)。

1.  一种用于膨胀管子的膨胀装置，该膨胀装置具有一前端和一后端，并且包括：
膨胀锥体，其在朝向所述膨胀装置的前端的正向上渐缩；
锚定器，其能够可选择地锚定于管子的内表面上；
致动器，用于在正向上移动所述膨胀锥体通过管子，该致动器包括：连接在膨胀锥体上的第一部件；可相对于第一部件轴向移动的第二部件，该第二部件连接在锚定器上；以及用于使第一和第二部件相对彼此轴向移动的液压驱动装置，其中，当锚定器锚定于所述管子的内表面上时，该液压驱动装置适于在正向上移动膨胀锥体通过管子，当锚定器从所述管子的内表面释放时，该液压驱动装置适于使第一和第二部件相对彼此移动以在正向上移动锚定器通过管子。

2.  根据权利要求1所述的膨胀装置，其特征在于，该第二部件为一细长的锥体导向器，所述锚定器为设置在所述细长的锥体导向器一端的可回收端部锚定器，当正常操作期间，膨胀锥体在正向上相对于细长的锥体导向器移动时，该端部锚定器能够与所述管子的内表面协作以防止细长的锥体导向器相对于管子的移动，所述液压驱动装置包括一从细长的锥体导向器突出的环形活塞，所述第一部件为一缸体，该缸体滑动设置在所述环形活塞之上并在该缸体的任一端具有分别限定前室和后室的环形密封边缘，所述致动器包括流体源，用于交替地供应压力流体至前室以在正向上相对于细长的锥体导向器移动膨胀锥体和供应压力流体至后室以在正向上相对于膨胀锥体移动细长的锥体导向器。

3.  根据权利要求1或2所述的膨胀装置，其还包括一连接在所述膨胀锥体上的中间锚定器，当正常操作期间，该细长的锥体导向器在正向上相对于膨胀锥体移动时，该中间锚定器能够与管子的内表面配合以防止膨胀锥体相对于管子的移动。

4.  根据权利要求1至3中任一权利要求所述的膨胀装置，还包括设置在细长的锥体导向器的自由端的第二可回收端部锚定器，当正常操作期间，该膨胀锥体在正向上相对于细长的锥体导向器移动时，该端部锚定器能够与管子的内表面协作以防止细长的锥体导向器相对于管子的移动。

5.  根据权利要求2至4中任一权利要求所述的膨胀装置，其特征在于，所述流体源包括：一设置在环形活塞前部附近的前部通道；一设置在环形活塞后部附近的后部通道；和一用于允许或阻止压力流体流经该前部或后部通道的流动控制装置。

6.  根据权利要求5所述的膨胀装置，其特征在于，所述细长的锥体导向器为夹壁管，该夹壁管具有一在夹壁管的壁之间的环形腔，所述前部通道和后部通道延伸通过该夹壁管的壁，所述流动控制装置包括设置在所述环形腔内并具有阀通道的滑动阀，该滑动阀可以在一所述阀通道位于前部通道的位置的前部位置和一所述阀通道位于后部通道的位置的后部位置之间移动，所述致动器还包括用于使滑动阀在该前部位置和后部位置之间移动的驱动装置。

7.  根据权利要求6所述的膨胀装置，其特征在于，该驱动装置包括一设置在膨胀装置的一端的可释放的弹簧加载的推进器，该推进器的弹簧通过缸体接近该弹簧加载的推进器被加载，并且该推进器通过缸体位于推进器处得到释放。

用于膨胀管子的膨胀装置
本发明涉及一种用于膨胀管子的膨胀装置。尤其是，该要被膨胀的管子为井孔管，例如在井孔中的套管或有槽管，或井孔管内部的管子。
在公开号为No.02/086,285的国际专利申请中公开了一种用于膨胀管子的膨胀装置的一个例子。该申请公开了一种具有前端和后端的膨胀装置并且其包括一个在朝向膨胀装置前端的正向上呈锥形的膨胀锥体，一套导杆，一个在正常操作其间，该膨胀锥体和该套导杆相对彼此可以移动的制动器，和两个设置在该套导杆每一端的单向的端部锚定器，该端部锚定器可与管子内表面配合以阻止该套导杆相对于管道移动，当在正常操作其间，该膨胀锥体在正向上相对于导杆移动。
在正常操作其间，已知的膨胀装置连接于管子下端。
已知的膨胀装置的正常操作包括两步，膨胀步骤和复位步骤。膨胀步骤的初始位置为设置端部锚定器，其中在前部的端部锚定器设置在管子的未膨胀部分并且后部的锚定器设置在已经膨胀的管子部分，其中膨胀锥体位于靠近端部锚定器的第一位置。在膨胀期间，端部锚定器吸收轴向力，致动器产生动力以至于推动膨胀锥体沿正向移动以膨胀管子。致动器利用通过连接于膨胀装置的管子提供的一定压力的流体产生动力。当该锚定器已经到达前部锚定器时，中断给致动器提供动力并且膨胀锥体的移动停止。
为了向前移动膨胀装置，通过推动管子使膨胀锥体复位。因为它们只能够单向工作，因此端部锚定器不能够阻止该移动。膨胀锥体不能向前移动，因此导向杆相对于膨胀锥体向前移动。当在后部的端部锚定器已经到达膨胀锥体时，导向杆的移动停止并且膨胀装置返回到初始阶段。
可以理解，使用两个端部锚定器的优点是使用该膨胀装置可以膨胀管子的整个长度。在膨胀管子的开始，可以将前部锚定器设置在管子的未膨胀部分，然而后部锚定器没有可以设置在其中的已经膨胀的管子。当完成膨胀时，可以将后部锚定器设置在已经膨胀的管子部分，同时前部锚定器向管子外部延伸。
已知的膨胀装置的缺陷是没有自动复位装置。
本发明的一个目的是提供一种能够自动工作的膨胀装置。
为此，根据本发明，提供了一种用于膨胀管子的膨胀装置，该膨胀装置具有一前端和一后端，并且包括：
膨胀锥体，其在朝向所述膨胀装置的前端的正向上渐缩；
锚定器，其能够可选择地锚定于管子的内表面上；
致动器，用于在正向上移动所述膨胀锥体通过管子，该致动器包括：连接在膨胀锥体上的第一部件；可相对于第一部件轴向移动的第二部件，该第二部件连接在锚定器上；以及用于使第一和第二部件相对彼此轴向移动的液压驱动装置，其中，当锚定器锚定于所述管子的内表面上时，该液压驱动装置适于在正向上移动膨胀锥体通过管子，当锚定器从所述管子的内表面释放时，该液压驱动装置适于使第一和第二部件相对彼此移动以在正向上移动锚定器通过管子。
现在将参考附图并通过实施例对本发明进行更详尽地描述，其中
图1示意性地并且不是依比例地说明了根据本发明的膨胀装置；
图2示意性地说明了图1中的膨胀装置正常操作的三个阶段；
图3示意性地并且不是依比例地说明了根据本发明的膨胀装置的致动器实施例的纵剖面；
图4示意性地并且不是依比例地说明了驱动装置实施例的纵剖面。
现在参考图1。根据本发明的用于膨胀管道(未示出)的膨胀装置1具有一个前端2和一个后端3。膨胀装置1包括：在朝向膨胀装置1的前端2的正向8上渐缩的膨胀锥体5，为细长的锥体导向器10的形式的第二部件，和一在正常操作其间，能够使膨胀锥体5和细长的锥体导向器10在第一阶段和第二阶段之间相对彼此移动的致动器11。
膨胀装置1还包括一个设置在细长的锥体导向器10的端部(前端2)的可回收的(retrievable)端部锚定器15。当在正常操作其间，膨胀锥体5在正向8上相对于细长的锥体导向器10移动时，该端部锚定器15能够与管道(未示出)的内表面协作以防止细长的锥体导向器10相对于管道移动。另外，膨胀装置1还适合地包括一个连接于膨胀锥体5的中间锚定器17。当正常操作其间，细长的锥体导向器10在正向8上相对于膨胀锥体5移动时，该中间锚定器能够与管道(未示出)的内表面协作以防止膨胀锥体5相对于管道移动。锚定器15和17为单向锚定器，或它们可以为仅为阻止在不希望的方向移动而设置地可定位(settable)锚定器。
细长的锥体导向器10为管状，具有中心纵轴20。
致动器11包括液压驱动装置，该液压驱动装置包括一个从细长的锥体导向器10突出的环形活塞25，和一个以可滑动地设置在活塞25之上的缸体26的形式连接于膨胀锥体5的第一部件。当锚定器锚定在管道内表面，用于在轴向使第一和第二部件相对彼此移动的液压驱动装置适于在正向上移动膨胀锥体通过管道，当锚定器从管道内表面释放时，其适于使第一和第二部件相对彼此移动以便在正向上移动锚定器通过管道。
缸体26具有在缸体26的任一端的环形密封边缘27和28，该密封边缘分别限定了一个前室30和一个后室31。致动器11还包括一个流体源，用于交替地供应压力流体至前室30以在正向上相对于细长的锥体导向器10移动膨胀锥体5和供应压力流体至后室31以在正向上相对于膨胀锥体5移动细长的锥体导向器10。
该流体源包括一个在环形活塞25的前部附近设置的前部通道35、一个在环形活塞25的后部附近设置的后部通道36、和一个允许或阻止压力流体通过前部通道或后部通道流入相应室30和31的流动控制装置(未示出)。
允许压力流体从细长的锥体导向器10的内部38通过后部通道36进入后室31使细长的锥体导向器10在正向8上相对于膨胀锥体5移动。当前部制动器40接触前部环形密封边缘27时，该向前的移动停止。该位置为第一阶段。允许压力流体从细长的锥体导向器的内部38通过前部通道35进入前室30致使膨胀锥体5在正向8相对于细长的锥体导向器10移动。当后部环形密封边缘28接触后部制动器41时，该向前运动停止。该位置为第二阶段。
通过悬挂的管子(未示出)向内部38供应压力流体。缸体26的壁设有具有合适的阀(未示出)以允许流体从室30和31.dc排出的出口(未示出)。
在以上描述的本发明的实施例中，致动器11包括一个从细长的锥体导向器10突出的单环形活塞25和一个滑动设置在活塞25之上的具有两个室30和31的缸体26。可以理解，致动器也可以具有多于一个的环形活塞并且缸体可以具有多于一个的室(每个活塞两个室)。
当膨胀装置在第一阶段时，它可以开始一个膨胀冲程。在膨胀冲程末，膨胀装置处于第二阶段并且开始一个复位冲程。该程序将参考图2讨论。
图2a，2b和2c示意性地说明了根据本发明的设置在被膨胀的管道45内的膨胀装置1的部分截面图。已经参考前述附图讨论的部分具有相同的附图标记。
管道45包括三个部分：一个未膨胀的部分45a，一个正在膨胀的部分45b和一个已经膨胀的部分45c。除了前部锚定器15外，膨胀装置1还提供有以后部锚定器47的形式的第二个可回收的锚定器。该第二个可回收的单向的端部锚定器47设置在细长的锥体导向器10的后部，并且当在正常操作其间，膨胀锥体5在正向8上相对于细长的锥体导向器10移动时，端部锚定器47可以与管道45的内表面配合以阻止细长的锥体导向器10相对于管道45的移动。锚定器47为单向锚定器，或者它可以为仅用于阻止在不希望的方向上移动的可定位锚定器。
图2a说明了具有根据本发明的膨胀装置的膨胀方法的第一阶段，膨胀冲程的开始。
在膨胀冲程的开始，膨胀装置1通过在管子45c部分的后部锚定器47和在管子45a部分的前部锚定器15在管子45内锚定。膨胀装置1位于第一阶段并且致动器11致动，这样膨胀锥体5在正向8移动以膨胀管子45。这通过向前室30(见图1)供应压力流体并允许流体从后室31排出来实现。该端部锚定器47和15与管子45的内表面配合以阻止细长的锥体导向器相对于管子45的移动。
图2b说明了膨胀过程的中间阶段。
图2c说明了当膨胀装置1在第二阶段时，膨胀冲程的末期。在膨胀冲程末期，复位冲程开始。在复位冲程时，致动器11致动以至于细长的锥体导向器10在正向相对于膨胀锥体5移动。这通过向后室31(见图1)供应压力流体，并且允许流体从前室30排出来实现。由于端部锚定器47和15为单向锚定器，当细长的锥体导向器10在正向8相对于膨胀锥体5移动时，它们不会固定细长的锥体导向器10。在复位冲程期间，中间锚定器17阻止膨胀锥体5向后移动。
膨胀装置已经返回到如图2a中所示第一阶段，膨胀冲程重新开始。利用这种方法可以将整根管子膨胀。
现在参考图3a和3b，它们示意性地并且不是依比例地说明了根据本发明的膨胀装置1的致动器11的上半部分的一个适合的实施例的纵截面。已经通过上述附图讨论的部分具有相同的附图标记。现在将更详细地讨论压力流体源。
细长的锥体导向器10为夹壁管50，具有内壁52和外壁53。通道35和36延伸通过夹壁管50。
当讨论图4时，为了更加清楚，夹壁管50的外壁53提供有轴向槽，一个从前部制动器40a延伸的前轴向槽55，和一个从后部制动器41a延伸的后轴向槽56。前部环形密封边缘27和后部环形密封边缘28分别设有通过槽55和56的楔58和59。
在夹壁管50的壁52和53之间有一个环形腔61。前部通道35和后部通道36延伸通过夹壁管50的壁52和53。阀包括一个设置在环形腔61内的滑动阀65，该滑动阀65提供有阀通道66。滑动阀65可以在阀通道66在前部通道35的位置时的前部位置和阀通道66在后部通道36的位置时的后部位置之间移动。致动器11还包括用于在前部位置和后部位置之间移动滑动阀65的驱动装置。
在正常操作期间，滑动阀65在膨胀冲程的开始位于图3a中所示的位置，其中前部环形密封边缘27的楔58与制动器41a在前部轴向槽55的端部接触。通过前部通道35从夹壁管50的内部向前室30供应压力流体(箭头68)。流体的压力导致缸体沿前向8移动。可以理解，膨胀锥体5因此沿正向移动膨胀管道(未示出)。在膨胀冲程末，后部环形密封边缘的楔59与后部制动器41a接触。
为了开始复位冲程，滑动阀65移动至它的后部位置(见图3b)。在该后部位置，阀通道66位于后部通道36的位置上。然后压力流体通过后部通道36从夹壁管50内部向后室31供应(箭头69)。流体压力导致细长的锥体导向器10沿正向8移动。为了到达图3a的位置，也就是膨胀冲程的开始。
根据本发明的膨胀装置包括一个驱动装置，参考没有依比例说明驱动装置前端的图4a和4b。已经参考上述附图讨论的部分具有相同的附图标记。
驱动装置的前端包括一个具有头部73的可释放的推进器72。该推进器72由弹簧74施加弹力。弹簧74的前端抵靠在固定在内壁52上的前部制动器75上。
图4a中说明了膨胀锥体5沿正向8移动。推进器72靠在滑动阀65上，楔58靠近推进器72。在接触时(未示出)，膨胀锥体5的进一步移动将压缩弹簧74。当膨胀锥体继续向前移动时，弹簧74被进一步压缩。
现在参考图4b，说明了膨胀锥体5已经移动到最远的位置(与图3b中所示的位置一致)，其中，推进器72的头部73被压在楔58下并且弹簧74开始向后推滑动阀65，直到滑动阀65被后端相同的推进器(未示出)制动。这样滑动阀65位于图3b中所示的位置。
在后部具有相似的驱动装置(未示出)。
固定在内壁52上的前部制动器75适合于在夹壁管50的内壁52和外壁53之间接合。
当需要时，可以靠近推进器72附近设置导向器(未示出)以在接近楔58时引导推进器72的后端。
后部锚定器47可连接于具有一些轴向间隙的细长的锥体导向器10上以允许被膨胀管道的收缩。提供一个弹簧(未示出)使后部锚定器47返回到初始的位置。可以理解，当后部锚定器47具有轴向间隙地连接于细长的锥体导向器时，前部锚定器将吸收与膨胀管道相关的轴向反作用力。
在参考图3和4讨论的实施例中，轴向槽55和56延伸过一个长的距离。在一个可替换的实施例(未示出)中，轴向槽延伸过足以覆盖推进器72的一部分长度。在这种情况下，环形密封边缘27和28较厚并且不具有楔和在轴向槽外延伸的推进器72的头部73。选择环形密封边缘的尺寸以便于可以在边缘下部推动头部73并在外管没有槽口的部分形成密封。
可以理解，只要当膨胀锥体在管子内移动时可以膨胀管道，那么膨胀锥体5可以具有任何外形或设计。
本发明提供一种简单的膨胀装置，它能够通过要被膨胀的管子自动前进。
                     部件列表
1   膨胀装置                            41  后部制动器
2   前端                                45  管子
3   后端                                47  后部锚定器
5   膨胀锥体                            50  夹壁管
8   正向                                52  内壁
10  细长的锥体导向器                    53  外壁
11  致动器                              55  前部轴向槽
15  前部锚定器                          56  后部轴向槽
17  中部锚定器                          58  楔
20  中央纵轴线                          59  楔
25  形活塞                              61  环形腔
26  缸体                                65  滑动阀
27  环形密封边缘                        66  阀通道
28  形密封边缘                          68  箭头
30  前室                                69  箭头
31  后室                                72  推进器
35  前部通道                            73  头部
36  后部通道                            74  弹簧
38  内部                                75  制动器
40  前部制动器