一种管柱接头胀接装置及管柱接头装置的制作方法

1.本实用新型属于油气输送技术领域，具体地，涉及一种管柱接头胀接装置以及一种管柱接头装置。


背景技术：

2.现有技术中，无缝钢管广泛应用于油气开采。常用油管包括管体和接头，各管体之间通过接头两端的锥扣连接并实现密封。多段管道串接在一起伸入井下，通常井下复杂工况和抽油杆往复运动，容易造成油管磨损、腐蚀、管壁结垢及锥管丝扣损坏等现象。金属油管损坏必将导致频繁修井，降低了油气生产效率并导致油气开采成本增加。
3.为了解决油管易磨损、腐蚀及管壁结垢的问题，目前多采用在其内壁进行涂层处理的方式。然而，管体内壁的除锈工作很难做到干净、彻底，从而造成内壁涂层附着力低，在使用过程中，附着力低的涂层会逐渐剥落、脱离，而脱落下来的涂料杂质甚至还可能造成卡泵事故，因此油管内涂层技术应用受到限制。
4.目前解决油管各类问题较为先进的技术手段是在管道内壁加装聚乙烯内衬，该方法能够在一定程度上解决油管本体磨损、腐蚀及管壁结垢等问题。但是由于内衬材质及加装工艺等原因，目前内衬与管体贴合性不好，容易造成内衬层剥离、松脱，使用寿命不稳定等问题。另一方面，加装内衬需要对管体内表面处理干净，且处理的要求高，安装时内衬需要缩径、穿管、加热、翻边等繁琐工艺，造成内衬的制造成本高，难以推广应用。
5.专利cn107351344a公开了一种油气田使用的非金属油管制备方法，包括管体和接箍，管体和接箍均包含有耐热层管、中间加强层管和防腐层管，耐热层管是分子量在150～320万的聚乙烯或是丁二烯在刚性催化剂催化下聚合而成的耐热高分子聚合物，中间加强层管由耐中高压的玻璃纤维、增强型聚醋纤维、芳纶、聚乙烯纤维及网状高强度钢丝共同组成，防腐层管是分子量在250～420万的聚乙烯。
6.该方案采用复合管内外层直接制作锥扣的方式进行连接：“每个所述内圆锥凸台内径通过丝扣模压成型制备有通体内锥管螺纹，内锥管蝶、纹的公称内径等于外锥管螺纹的公称外径，通过接箍的通体内锥管螺纹联接相邻两根管体的外锥管螺纹并以此类推。”7.本实用新型人在进一步研究中发现，直接采用丝扣模压成型制成油管接头，其连接强度十分有限，主要在于复合管道中间核心的加强层难以连续传递轴向力，接头部位轴向力由内衬层或者外保护层的高分子聚合物承担。尤其是在井下高温环境中，聚合物材料一定程度软化，力学性能进一步降低。
8.因此实用新型人提出了全新的井下管柱胀接工艺，该技术是一种全新的锥扣接头连接方法，能够使常规金属接头与复合管道连接，并使连接后的管柱能够承受的轴向力达到使用标准。
9.现有胀接工艺和技术主要体现在薄壁管束的固定和密封，如换热器、空调内薄壁金属管线；以及在岩石开采中用膨胀的方式将岩石劈裂的相关技术和设备相关现有技术整理如下。
10.专利cn201310146272公开了一种换热管与管板及防冲套管胀接方法。第一步：换热管与管板的胀接，带防冲套管的换热管区域不胀接，胀接长度l3＝换热管长度l1-防冲套管长度l2；第二步：换热管与防冲套管胀接，胀接长度为l2。采用本实用新型所述换热管与管板及防冲套管胀接方法，防冲套管区域不再重复胀接，保护了防冲套管区域内的换热管使用寿命，并彻底解决高压加热器产品中防冲套管及换热管贴合不紧、易脱落的问题；解决了换热管与管板胀接时胀杆断裂的问题。
11.专利cn201511026581公开了一种燃料组件骨架整体胀接装置。包括胀接组件、升降组件、支架、定位组件，其中支架位于最下端，支撑整个胀接装置，在支架上设置升降组件，升降组件能够升降，并带动胀接组件和定位组件共同升降，在升降组件最前端设置定位组件，定位组件用于对要胀接的位置定位，在升降组件上还设置胀接组件，胀接组件包括若干胀接管，每根胀接管都可以独立的完成一次胀接。本实用新型的显著效果是：运用骨架导向管与套管整体胀接新工艺进行了700余组整体胀接，胀接试样尺寸及拉伸检查全部合格，骨架产品套管端平面度检查全部合格(要求≤0.15mm)，胀接拉伸力值(要求：﹥4500n)。该工艺核心技术为胀杆、套管、导向管和胀套配合，胀套通过胀杆的锥面顶出。该方案中胀套张开角度有限，只适合小幅度的胀接，不适应井下管柱的连接。
12.专利cn201610521389公开了一种分体劈裂棒。包括棒壳、密封端盖、设置于密封端盖的接头组以及设置于棒壳内驱动活塞伸缩的液压系统，棒壳包括若干个首尾堆叠的液压缸以及若干连接件，液压缸的一端具有凸台、液压缸的另一端具有与凸台形状相适应的凹槽，液压缸的凸台伸入下一液压缸的凹槽；连接件具连接部分与限位部分，连接部分为螺纹杆状，限位部分开有连接盲孔，连接盲孔分为头部的拧紧孔和尾部的螺纹孔，连接件的连接部分伸入下一个连接件的连接盲孔并螺纹连接螺纹孔。该技术方案，采用多个油缸横向布置，油缸之间串接在一起，通过液压力撑开岩石裂缝。该技术方案针对岩石开采特点，油缸并排布置，从一边顶出，不适用于井下金属接头的胀接工艺。
13.专利cn105003264a公开了一种液压岩劈裂机的劈裂系统。包括劈裂块和中间楔块，中间楔块插入相互配合两对称劈裂块之间，所述劈裂块的楔面设置有凹槽，所述的凹槽内设置有滚针或滚珠，所述的中间楔块两楔面上设有条形槽，所述的条形槽内填充有硬质合金。在劈裂块的楔面设置有凹槽，并在凹槽内设置有滚针或滚珠可以有效保护两劈裂块的楔面，同时有效减少了中间楔块与两对称劈裂块之间摩擦力，从而提高了劈裂系统使用寿命，另外在中间楔块两楔面上设有条形槽，并在条形槽内填充有硬质合金可以有效保护中间楔块两楔面，提高中间楔块耐磨性6倍以上，并有效增强了中间楔块的硬度。该技术方案主要采用楔块顶开劈裂块，实现胀接功能。通过楔形块配合，胀接行程有限，不适应井下金属接头的胀接工作。
14.基于上述技术背景，现有的胀接工艺无法适用于管柱接头胀接，因此亟需实用新型一种能够适用于管柱接头胀接的胀接装置。


技术实现要素：

15.针对如上所述的技术问题，本实用新型旨在提出一种管柱接头胀接装置，其能够适用于管柱接头的胀接。
16.本实用新型还提出一种管柱接头装置，其能够提高轴向承载力。
17.根据本实用新型，提供了一种管柱接头胀接装置，包括：带有空腔的筒体；滑动式密封设置在所述筒体内的活塞，所述活塞将所述筒体分隔为液压腔和复位腔；以及径向滑动穿设在所述筒体的筒壁上的顶胀机构；其中，所述顶胀机构与所述活塞相互滑动配合，所述活塞在沿所述筒体滑动的过程中，能够带动所述顶胀机构沿所述筒体的径向伸缩。
18.在一个优选的实施例中，在所述活塞的圆柱面上设置有导向斜面，所述顶胀机构通过所述导向斜面与所述活塞配合。
19.在一个优选的实施例中，两个所述导向斜面沿周向对称设置在所述活塞的圆柱面上，两个所述顶胀机构沿径向设置在所述筒体的筒壁上，并分别与两个所述导向斜面配合。
20.在一个优选的实施例中，所述顶胀机构包括：顶筒，所述顶筒沿径向滑动式穿设在所述筒体的筒壁上，所述顶筒的端部与所述导向斜面滑动配合；顶齿，所述顶齿设置在所述顶筒的远离所述活塞的一端。
21.在一个优选的实施例中，在两个所述顶胀机构之间连接有第一弹簧。
22.在一个优选的实施例中，在所述活塞上沿径向设置有通孔，所述通孔与所述导向斜面垂直，所述所述顶筒为空心结构，所述第一弹簧穿设在所述通孔和所述顶筒内，所述第一弹簧的两端分别与两个所述顶齿连接。
23.在一个优选的实施例中，所述顶齿设置为圆锥形状，所述顶齿的尖端朝向所述筒体的外侧。
24.在一个优选的实施例中，所述筒体包括依次连接的第一筒段、第二筒段和第三筒段，所述第二筒段的外径大于所述第一筒段和所述第三筒段的外径，所述顶胀机构位于所述第二筒段。
25.在一个优选的实施例中，在所述复位腔内设置有第二弹簧，所述第二弹簧与所述活塞抵接，所述液压腔连接液压机构，用于驱动所述活塞。
26.在一个优选的实施例中，在所述活塞的外壁上设置有至少一个密封圈，所述密封圈位于所述液压腔和所述导向斜面之间，所述活塞通过所述密封圈与所述筒体密封。
27.本实用新型还提供了一种管柱接头装置，使用本实用新型提供的管柱接头胀接装置进行胀接，所述管柱接头装置包括增强层和套设在所述增强层内的内衬层，在所述增强层的两端设置有相互同轴套设的接头本体和胀接套，所述增强层位于所述接头本体和所述胀接套之间。
28.与现有技术相比，本技术的优点如下：
29.1、本实用新型通过液压控制活塞移动，通过导向斜面驱动顶胀机构工作，顶出力较大，能够适应厚壁工件的内顶出加工；
30.2、采用第一弹簧和第二弹簧复位，筒体和活塞设置为单作用油缸，结构简洁；
31.3、本实用新型通过液压和导向斜面两级放大驱动力，同等情况下所需要的液压系统压力较低，从而可以将筒体的内径降低，整个装置更加紧凑，适合井下管柱接头类型工件的内加工；
32.4、采用少齿设计，本实用新型设置有两个顶齿，能够对工件特定部位进行胀接，操作更加灵活，通用性强。
附图说明
33.下面将参照附图对本实用新型进行说明。
34.图1显示了根据本实用新型的管柱接头胀接装置的收拢状态的示意图；
35.图2显示了根据本实用新型的管柱接头胀接装置的撑开状态的示意图；
36.图3显示了根据本实用新型的管柱接头胀接装置的拆分结构的示意图；
37.图4显示了根据本实用新型的管柱接头装置的一种实施例的示意图。
38.图中：1、筒体；11、第一筒段；12、第二筒段；13、第三筒段；14、液压腔；15、复位腔；2、活塞；21、导向斜面；22、通孔；23、止挡部；3、左端盖；4、右端盖；5、第二弹簧；6、顶筒；7、顶齿；8、第一弹簧；9、密封圈；10、顶胀机构；100、胀接装置；200、管柱接头装置；201、接头本体；202、胀接套；203、增强层；204、内衬层；205、保护层；206、第一台阶；207、第二台阶；208、定位孔；209、凹槽。
39.在本技术中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本实用新型的原理，并且未按实际比例绘制。
具体实施方式
40.下面通过附图来对本实用新型进行介绍。
41.需要说明的是，本技术中使用的方向性用语或限定词“上”、“下”、“左”、“右”等均是针对所参照的图1而言。它们并不用于限定所涉及零部件的绝对位置，而是可以根据具体情况而变化。
42.图1显示了根据本实用新型的管柱接头胀接装置100的收拢状态的示意图；图2显示了根据本实用新型的管柱接头胀接装置100的撑开状态的示意图；图3显示了根据本实用新型的管柱接头胀接装置100的拆分结构的示意图；图4显示了根据本实用新型的管柱接头装置200的一种实施例的示意图。
43.如图1～图3所示，胀接装置100包括带有空腔的筒体1。具体地，筒体1为中空的圆柱筒型，在筒体1的左右两端分别固定设置有左端盖3和右端盖4，左端盖3和右端盖4分别将筒体1的轴向左右两端密封。
44.在筒体1内沿轴向滑动式密封设置有活塞2，活塞2将筒体1分隔为液压腔14和复位腔15。在本实施例中，活塞2与左端盖3之间为液压腔14，活塞2与右端盖4之间为复位腔15。在复位腔15内设置有第二弹簧5，第二弹簧5与筒体1同轴，第二弹簧5的两端分别与活塞2和右端盖4抵接。液压腔14连接液压机构，用于驱动活塞2。
45.需要说明的是，液压机构可以包括现有技术中的液压泵和液压元件，通过液压管与左端盖3连通，从而能够向液压腔14内泵送压力，液压机构的具体结构为现有技术，在此不再赘述。液压腔14内的压力大于第二弹簧5对活塞2的推力，从而推动活塞2向右移动。当撤掉液压腔14内的液压力之后，第二弹簧5会推动活塞2向左移动，从而使活塞2复位。
46.在筒体1的筒壁上沿径向滑动穿设有顶胀机构10。顶胀机构10与活塞2相互滑动配合，活塞2在沿筒体1轴向滑动的过程中，能够带动顶胀机构10沿筒体1的径向伸缩。顶胀机构10沿径向向外伸出的过程中，能够对管柱接头装置200进行胀接。
47.在一个具体的实施例中，在活塞2的圆柱面上设置有导向斜面21，顶胀机构10通过导向斜面21与活塞2配合。
48.如图1～图3所示，两个导向斜面21沿周向对称设置在活塞2的圆柱面上，两个顶胀机构10沿径向设置在筒体1的筒壁上，并分别与两个导向斜面21配合。
49.具体地，顶胀机构10包括顶筒6和顶齿7。顶筒6为空心的圆柱筒状，沿径向滑动式穿设在筒体1的筒壁上，两个顶筒6的中心轴线重合。顶筒6的靠近活塞2的端部设置为斜面，该斜面的斜率与导向斜面21的斜率相同，从而使顶筒6能够与导向斜面21滑动配合。
50.顶齿7设置为圆锥形状，顶齿7的尖端朝向筒体1的外侧。顶齿7设置在顶筒6的远离活塞2的一端。如图3所示，顶齿7的朝向顶筒6的一端尺寸小于顶筒6的内径，从而通过插入顶筒6内的方式与顶筒6连接。
51.在活塞2上沿径向设置有通孔22。通孔22的截面呈矩形，通孔22与导向斜面21垂直。在通孔22内穿设第一弹簧8，第一弹簧8沿筒体1的径向设置。同时，第一弹簧8的两端分别穿过两个顶筒6，从而使第一弹簧8的两端分别与两个顶齿7固定连接。
52.如图1所示，此时胀接装置100为收拢状态，即顶筒6和顶齿7收缩在筒体1内。向液压腔14内泵注压力之后，活塞2沿筒体1轴向向右移动之后，如图2所示，导向斜面21使顶筒6和顶齿7径向向外移动，从而使顶齿7能够对管柱接头装置200进行胀接，此时胀接装置100为撑开状态。在这一过程中，通孔22相对于第一弹簧8向右移动，第一弹簧8被两个分别向上下两个方向移动的顶齿7拉伸，产生预紧力。当液压腔14内的压力撤掉之后，第二弹簧5向左推动活塞2复位，与此同时，第一弹簧8拉动两个顶齿7径向向内收缩，从而使胀接装置100再次回到图1所示的收拢状态。
53.在一个具体的实施例中，活塞2包括设置在最右端的止挡部23，止挡部23位于导向斜面21的右端。如图1所示，胀接装置100在收拢状态下，顶筒6与止挡部23抵接。止挡部23能够防止顶筒6脱离导向斜面21。
54.在一个具体的实施例中，筒体1包括从左到右依次连接的第一筒段11、第二筒段12和第三筒段13。第一筒段11、第二筒段12和第三筒段13的内径均相等，第二筒段12的外径大于第一筒段11和第三筒段13的外径，并且第二筒段12的长度小于第一筒段11和第三筒段13的长度，顶胀机构10位于第二筒段12。
55.在一个具体的实施例中，在活塞2的外壁上设置有至少一个密封圈9。本实施例设置有两个密封圈9，密封圈9位于液压腔14和导向斜面21之间，活塞2通过密封圈9与筒体1密封。
56.在本实用新型的一个实施例中，还提供了一种管柱接头装置200。如图4所示，管柱接头装置200包括接头本体201、胀接套202、增强层203、内衬层204和保护层205。接头本体201、胀接套202、增强层203、内衬层204和保护层205均为管状。
57.内衬层204同轴套设在增强层203内，内衬层204的长度小于增强层203的长度。
58.两个接头本体201分别设置在增强层203的两端，其中，接头本体201包括第一台阶206和第二台阶207，第一台阶206相对于第二台阶207更靠近增强层203。第一台阶206的内壁与增强层203的外壁抵接，第二台阶207的靠近第一台阶206的端部与增强层203的端部抵接。
59.胀接套202同轴套设在接头本体201内。胀接套202的一部分外壁与第二台阶207的内壁抵接，另一部分外壁与增强层203的内壁抵接。胀接套202的靠近内衬层204的一端与内衬层204的端部抵接。
60.在一个具体的实施例中，在胀接套202的套壁上沿周向均匀设置有多个定位孔208，同时，在接头本体201的第一台阶206和第二台阶207的内壁沿轴向设置有多个环形的凹槽209，凹槽209与定位孔208的位置相互对应。
61.使用胀接装置100对管柱接头装置200进行胀接的过程如下。
62.首先将管柱接头装置200的各部分零件按照图4所示的位置关系进行安装，然后将胀接装置100伸入管柱接头装置200内。
63.筒体1伸入接头本体201内部之后，将顶齿7对准定位孔208，向液压腔14内泵注压力，推动活塞2沿轴向移动，进而使顶筒6和顶齿7沿径向伸出，对胀接套202进行径向定点膨胀，从而使胀接套202、增强层203以及接头本体201三者之间相互固定连接。
64.之后再通过轴向移动以及周向转动胀接装置100的方式，对胀接套202的整个范围进行胀接。
65.容易理解，在将顶齿7对准定位孔208的过程中，可以通过控制活塞2的行程控制顶齿7伸出的长度，从而更有利于将顶齿7与定位孔208对准。
66.本实用新型的管柱接头装置200的增强层203承受与接头本体201之间的轴向力，增强层203的强度大于内衬层204，因而可以获得比传统接头更稳定的连接关系。经过测试和分析，本实用新型的管柱接头装置200能够承受的轴向力达到45mpa，满足常规井下采油需求。
67.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
68.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
69.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
70.最后应说明的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施方案而已，并不构成对本实用新型的任何限制。尽管参照前述实施方案对本实用新型进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种管柱接头胀接装置，其特征在于，包括：带有空腔的筒体(1)；滑动式密封设置在所述筒体(1)内的活塞(2)，所述活塞(2)将所述筒体(1)分隔为液压腔(14)和复位腔(15)；以及径向滑动穿设在所述筒体(1)的筒壁上的顶胀机构(10)；其中，所述顶胀机构(10)与所述活塞(2)相互滑动配合，所述活塞(2)在沿所述筒体(1)滑动的过程中，能够带动所述顶胀机构(10)沿所述筒体(1)的径向伸缩。2.根据权利要求1所述的管柱接头胀接装置，其特征在于，在所述活塞(2)的圆柱面上设置有导向斜面(21)，所述顶胀机构(10)通过所述导向斜面(21)与所述活塞(2)配合。3.根据权利要求2所述的管柱接头胀接装置，其特征在于，两个所述导向斜面(21)沿周向对称设置在所述活塞(2)的圆柱面上，两个所述顶胀机构(10)沿径向设置在所述筒体(1)的筒壁上，并分别与两个所述导向斜面(21)配合。4.根据权利要求3所述的管柱接头胀接装置，其特征在于，所述顶胀机构(10)包括：顶筒(6)，所述顶筒(6)沿径向滑动式穿设在所述筒体(1)的筒壁上，所述顶筒(6)的端部与所述导向斜面(21)滑动配合；顶齿(7)，所述顶齿(7)设置在所述顶筒(6)的远离所述活塞(2)的一端。5.根据权利要求4所述的管柱接头胀接装置，其特征在于，在两个所述顶胀机构(10)之间连接有第一弹簧(8)。6.根据权利要求5所述的管柱接头胀接装置，其特征在于，在所述活塞(2)上沿径向设置有通孔(22)，所述通孔(22)与所述导向斜面(21)垂直，所述顶筒(6)为空心结构，所述第一弹簧(8)穿设在所述通孔(22)和所述顶筒(6)内，所述第一弹簧(8)的两端分别与两个所述顶齿(7)连接。7.根据权利要求4所述的管柱接头胀接装置，其特征在于，所述顶齿(7)设置为圆锥形状，所述顶齿(7)的尖端朝向所述筒体(1)的外侧。8.根据权利要求1～7中任一项所述的管柱接头胀接装置，其特征在于，所述筒体(1)包括依次连接的第一筒段(11)、第二筒段(12)和第三筒段(13)，所述第二筒段(12)的外径大于所述第一筒段(11)和所述第三筒段(13)的外径，所述顶胀机构(10)位于所述第二筒段(12)。9.根据权利要求1～7中任一项所述的管柱接头胀接装置，其特征在于，在所述复位腔(15)内设置有第二弹簧(5)，所述第二弹簧(5)与所述活塞(2)抵接，所述液压腔(14)连接液压机构，用于驱动所述活塞(2)。10.根据权利要求2～7中任一项所述的管柱接头胀接装置，其特征在于，在所述活塞(2)的外壁上设置有至少一个密封圈(9)，所述密封圈(9)位于所述液压腔(14)和所述导向斜面(21)之间，所述活塞(2)通过所述密封圈(9)与所述筒体(1)密封。11.一种管柱接头装置，其特征在于，使用根据权利要求1～7中任一项所述的管柱接头胀接装置进行胀接，所述管柱接头装置包括增强层(203)和套设在所述增强层(203)内的内衬层(204)，在所述增强层(203)的两端设置有相互同轴套设的接头本体(201)和胀接套(202)，所述增强层(203)位于所述接头本体(201)和所述胀接套(202)之间。

技术总结
本实用新型属于油气输送技术领域，具体地，涉及一种管柱接头胀接装置以及一种管柱接头装置。管柱接头胀接装置包括带有空腔的筒体；滑动式密封设置在所述筒体内的活塞，所述活塞将所述筒体分隔为液压腔和复位腔；以及径向滑动穿设在所述筒体的筒壁上的顶胀机构；其中，所述顶胀机构与所述活塞相互滑动配合，所述活塞在沿所述筒体滑动的过程中，能够带动所述顶胀机构沿所述筒体的径向伸缩。本实用新型能够适用于管柱接头的胀接。能够适用于管柱接头的胀接。能够适用于管柱接头的胀接。


技术研发人员：孙海礁 张江江 葛鹏莉 龙武 刘守朝 路志乾
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司
技术研发日：2023.02.21
技术公布日：2023/7/28