本發(fā)明涉及一種油氣開發(fā)用膨脹管的膨脹作業(yè)配套工具，尤其是涉及一種膨脹管雙級膨脹裝置。

背景技術：
在老油田的挖潛改造過程中，為了獲得較大的通徑，有時用膨脹管完井。而隨著油田的開發(fā)，受諸多因素影響，油水井套管的漏失、變形、斷錯等損壞越來越多，嚴重影響了油田的正常生產(chǎn)，對套管的破損部位進行修補可以延長套管管柱的使用壽命。膨脹管的施工是利用油管或鉆桿將膨脹工具和膨脹管下入到預定位置，通過向管柱內(nèi)泵入液體并憋壓，依靠液體壓力推動膨脹頭相對膨脹管移動，將膨脹管沿半徑方向撐大，完成膨脹管的膨脹過程。目前，膨脹管在膨脹過程中所用的膨脹頭外徑尺寸是固定的，且預先安裝在膨脹管發(fā)射室內(nèi)，因此發(fā)射室的外徑比其它實體部分外徑大，膨脹后膨脹管實體的外徑和發(fā)射室外徑相同或略大。因此，對于上部通徑小、下部通徑大的套管或井筒，無法下入適宜尺寸的膨脹管對下部大通徑套管進行補貼或者在下部井筒內(nèi)進行膨脹管完井。2011年2月9日公開的中國實用新型專利《一種套管補貼工具》(公開號CN201738854U)，通過剛性脹頭和彈性脹頭兩級膨脹，當提拉油管柱向上移動時，剛性脹頭先進行初級膨脹，然后彈性脹頭繼續(xù)膨脹，減小膨脹阻力，使膨脹管緊緊補貼在套管內(nèi)壁上，有效防止因膨脹力過高，膨脹頭被卡死，造成補貼失效等事故的發(fā)生，但在補貼工具組裝以后，彈性脹頭就已經(jīng)是最大外徑尺寸了，不能實現(xiàn)膨脹管通過上部通徑小、下部通徑大的套管或井筒，對下部大通徑套管進行補貼或在下部井筒內(nèi)進行膨脹管完井。2010年12月8日公布的專利《膨脹管用傘式可變徑膨脹工具》(公開號CN101906947A)，是一種膨脹管用的傘式可變徑膨脹工具，包括固定錐和變徑錐兩部分。固定錐為上窄下寬的錐體通孔結構，變徑錐的張開是依靠提拉膨脹頂錐撐開錐片，不能保證變徑膨脹錐脹大到預計的尺寸，且變徑膨脹錐脹大后與膨脹管在圓周上的接觸是不連續(xù)的，因此膨脹管膨脹后的內(nèi)徑不是規(guī)則的圓形，不利于后續(xù)施工作業(yè)。

技術實現(xiàn)要素：
為了克服現(xiàn)有變徑膨脹頭依靠提拉膨脹頂錐撐開錐片，不能保證變徑膨脹頭脹大到預計的尺寸，且變徑膨脹頭脹大后與膨脹管在圓周上的接觸是不連續(xù)的不足，本發(fā)明提供一種膨脹管雙級膨脹裝置。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：膨脹管雙級膨脹裝置包括膨脹管、定徑膨脹頭、變徑膨脹頭、液壓缸，膨脹管由上部的膨脹管本體和下部的發(fā)射室組成，發(fā)射室內(nèi)徑大于膨脹管本體的內(nèi)徑，膨脹管本體和發(fā)射室通過斜面和圓弧面過渡；變徑膨脹頭、定徑膨脹頭位于發(fā)射室內(nèi)，定徑膨脹頭位于變徑膨脹頭的上方，定徑膨脹頭的最大外徑與發(fā)射室的內(nèi)徑相同，膨脹管內(nèi)同軸安裝有中心管，中心管與膨脹管之間的環(huán)空由上至下依次安裝有插接總成、液壓缸、定徑膨脹頭、控制機構、變徑膨脹頭。變徑膨脹頭的上瓣體、下瓣體、瓣體座由上至下依次安裝；上瓣體上端的外凸臺安裝在連接套下端內(nèi)孔的凹槽內(nèi)；下瓣體下端的外凸臺安裝在瓣體座上端內(nèi)孔的凹槽內(nèi)。中心管的液壓缸活塞下方有徑向通孔；中心管的定徑膨脹頭與變徑膨脹頭之間徑向安裝有限位塊，限位塊的一端突出于中心管的內(nèi)孔。變徑膨脹頭的上瓣體、下瓣體的瓣數(shù)分別為2個以上，且數(shù)量相等；上瓣體與下瓣體沿圓周間隔交錯排布，組成的橫截面為圓環(huán)形。膨脹管雙級膨脹裝置裝配的初始狀態(tài)，上瓣體與下瓣體軸向距離大于變徑膨脹頭上瓣體、下瓣體組合最終形狀時的軸向距離。變徑膨脹頭的上瓣體、下瓣體組合后最終形狀的變徑膨脹頭上端為上小下大的圓臺體、下端為上大下小圓臺體；兩個圓臺體的大端尺寸相同，通過圓弧面過渡。上瓣體、下瓣體組合后最終形狀的變徑膨脹頭內(nèi)孔上部為上小下大的圓臺孔，下部為上大下小的圓臺孔。上瓣體的橫截面由上至下逐漸變窄，下瓣體的橫截面由上至下逐漸變寬；組合后最終形狀變徑膨脹頭的上瓣體和下瓣體的接觸面曲線在外圓面上呈連續(xù)梯形排列，上瓣體與下瓣體在同一橫截面上的徑向尺寸相等。膨脹管雙級膨脹裝置裝配的初始狀態(tài)，上瓣體下端和下瓣體上端分別向中心管傾斜，變徑膨脹頭的外徑尺寸小于發(fā)射室的內(nèi)徑尺寸。插接總成的上接頭下端與中心管上端固定連接；上接頭上端部內(nèi)孔的環(huán)形凹槽內(nèi)安裝有鎖環(huán)，插接頭下端部插入上接頭內(nèi)與鎖環(huán)相配合固定連接。液壓缸的缸筒內(nèi)孔為上大下小的階梯孔，缸筒小直徑孔滑動安裝在中心管上；缸筒大直徑孔與中心管的環(huán)空中部安裝有活塞；活塞的徑向鎖塊槽內(nèi)安裝的鎖塊插入中心管相應位置的環(huán)形槽內(nèi)固定活塞；活塞下方中心管上的徑向通孔與缸筒的環(huán)空相通。液壓缸的數(shù)量為2個以上。定徑膨脹頭的襯套滑動安裝在中心管上，襯套為上大下小的階梯軸，定徑膨脹頭、密封組件由上至下依次安裝在襯套的小軸頸上；襯套下端固定安裝有連接套。連接套的內(nèi)孔為中部小、兩端大的階梯孔，小直徑內(nèi)孔與上端部大直徑內(nèi)孔過渡帶為環(huán)形凹槽，控制機構的限位塊位于環(huán)形凹槽的下方；連接套中部小直徑內(nèi)孔的環(huán)形槽內(nèi)安裝有止退環(huán)。鎖環(huán)為開口環(huán)，鎖環(huán)內(nèi)孔為倒齒馬牙結構，插接頭外圓周上有與鎖環(huán)內(nèi)孔倒齒馬牙相配合的倒齒馬牙結構。止退環(huán)為開口環(huán)，止退環(huán)內(nèi)孔為倒齒馬牙結構。通過向中心管內(nèi)投入膠塞，膠塞坐在限位塊上，向中心管內(nèi)注入液體并憋壓，在壓力作用下液壓缸的缸筒向下滑動，定徑膨脹頭、連接套帶動變徑膨脹頭的上瓣體沿中心管向下滑動；當中心管上的限位塊進入連接套的環(huán)形凹槽內(nèi)，安裝在連接套上的止退環(huán)與對應位置的中心管外圓周上倒齒馬牙相嚙合鎖住，變徑膨脹頭的上瓣體和下瓣體組合為最終形狀的變徑膨脹頭，變徑膨脹頭的形狀尺寸固定。本發(fā)明的有益效果是，結構合理，將定徑膨脹頭和變徑膨脹頭組合安裝在膨脹管發(fā)射室內(nèi)，變徑膨脹頭的外徑小于定徑膨脹頭的外徑，膨脹施工時變徑膨脹頭的外徑首先變得比定徑膨脹頭大，且外表面圓整，使發(fā)射室的外徑變得更大，有利于膨脹裝置通過較小尺寸的套管或井眼，對下部通徑較大的套管進行補貼，或在通徑較大的井眼內(nèi)進行膨脹管完井，膨脹后，膨脹管內(nèi)徑圓整規(guī)則，為后續(xù)的施工作業(yè)提供良好的井筒條件。附圖說明圖1是本發(fā)明膨脹管雙級膨脹裝置結構示意圖。圖2是本發(fā)明膨脹管雙級膨脹裝置投入膠塞后示意圖。圖3是本發(fā)明當變徑膨脹頭尺寸確定時結構示意圖意圖。圖4是本發(fā)明膨脹管雙級膨脹裝置的膠塞示意圖。圖中：1.插接頭，2.鎖環(huán)，3.上接頭，4.中心管，5.缸筒，6.活塞，7.鎖塊，8.膨脹管本體，9.襯套，10.定徑膨脹頭，11.密封組件，12.連接套，13.限位塊，14.止退環(huán)，15.上瓣體，16.下瓣體，17.瓣體座，18.發(fā)射室，19.膠塞，20.徑向通孔，21.環(huán)形凹槽。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。但是，本領域技術人員應該知曉的是，本發(fā)明不限于所列出的具體實施方式，只要符合本發(fā)明的精神，都應該包括于本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。參見附圖1～4。本發(fā)明膨脹管雙級膨脹裝置的膨脹管由上部的膨脹管本體8和下部的發(fā)射室18組成，發(fā)射室18內(nèi)徑大于膨脹管本體8內(nèi)徑，膨脹管本體8和發(fā)射室18通過斜面和圓弧面過渡。膨脹管內(nèi)同軸安裝有中心管4，中心管4與膨脹管之間的環(huán)空由上至下依次安裝有插接總成、液壓缸、定徑膨脹頭、控制機構、變徑膨脹頭。中心管4上端通過螺紋和油管或鉆桿連接。變徑膨脹頭、定徑膨脹頭10位于發(fā)射室18內(nèi)，定徑膨脹頭10位于變徑膨脹頭的上方，定徑膨脹頭10可以是球形，也可以是兩個圓臺的組合，即上部為上小下大的圓臺，下部為上大下小的圓臺，中間通過圓弧過渡；定徑膨脹頭10的最大外徑與發(fā)射室18內(nèi)徑相同。變徑膨脹頭由上瓣體15、下瓣體16、瓣體座17組成，且由上至下依次安裝。上瓣體15上端的外凸臺安裝在連接套12下端內(nèi)孔的凹槽內(nèi)；下瓣體16下端的外凸臺安裝在瓣體座17上端內(nèi)孔的凹槽內(nèi)。變徑膨脹頭的上瓣體15、下瓣體16的瓣數(shù)分別為2個以上，且數(shù)量相等。變徑膨脹頭的上瓣體15、下瓣體16沿圓周間隔交錯排布，它們組合后最終形狀的變徑膨脹頭上端為上小下大的圓臺體、下端為上大下小的圓臺體；兩個圓臺體的大端尺寸相同，通過圓弧面過渡。上瓣體15、下瓣體16組合后最終形狀的變徑膨脹頭內(nèi)孔上部為上小下大的圓臺孔，下部為上大下小的圓臺孔。最終形狀的變徑膨脹頭橫截面為圓環(huán)形。上瓣體15的橫截面由上至下逐漸變窄，下瓣體16的橫截面由上至下逐漸變寬；組合后最終形狀變徑膨脹頭的上瓣體15和下瓣體16的接觸面曲線在外圓面上呈連續(xù)梯形排列，上瓣體15與下瓣體16接觸面的徑向尺寸相等。膨脹管雙級膨脹裝置為裝配的初始狀態(tài)時，上瓣體15與下瓣體16之間有間隙，即軸向距離大于變徑膨脹頭上瓣體15、下瓣體16組合最終形狀時的軸向距離；上瓣體15下端和下瓣體16上端分別向中心管4傾斜，此時變徑膨脹頭的外徑尺寸小于發(fā)射室18的內(nèi)徑尺寸。插接總成包括插接頭1和上接頭3，插接頭1的下端部插入上接頭3內(nèi)孔中，上接頭3下端與中心管4上端固定連接。上接頭3上端部內(nèi)孔的環(huán)形凹槽內(nèi)安裝有鎖環(huán)2，鎖環(huán)2為開口環(huán)，其內(nèi)孔為倒齒馬牙結構。插接頭1下端部插入上接頭3內(nèi)，其外圓與鎖環(huán)2相應位置有與鎖環(huán)2相嚙合的倒齒馬牙，將插接頭1與上接頭3軸向固定連接。液壓缸包括缸筒5、活塞6和鎖塊7。缸筒5內(nèi)孔為上大下小的階梯孔，缸筒5的小直徑圓孔套在中心管4上，可以沿中心管4上下滑動。缸筒5的大直徑圓孔與中心管4的環(huán)空中部安裝有活塞6，活塞6的徑向鎖塊槽內(nèi)安裝有鎖塊7，鎖塊7的一端插入中心管4相應位置的環(huán)形槽內(nèi)，將活塞6軸向固定。中心管4的液壓缸活塞6的下方有徑向通孔20，徑向通孔20將中心管內(nèi)孔與缸筒5的環(huán)空連通。液壓缸的數(shù)量根據(jù)膨脹管的強度等指標確定，通常為2個以上，結構相同。定徑膨脹頭包括襯套9、定徑膨脹頭10、密封組件11，襯套9滑動安裝在中心管4上。襯套9為上大下小的階梯軸，定徑膨脹頭10、密封組件11由上至下依次安裝在襯套9的小軸頸上，密封組件11通常由數(shù)個橡膠圈及隔環(huán)組成，密封襯套9和膨脹管發(fā)射室18之間的環(huán)空，襯套9和中心管4之間安裝有徑向密封圈。襯套9下端固定安裝有連接套12。連接套12的內(nèi)孔為中部小、兩端大的階梯孔，小直徑內(nèi)孔與上端部大直徑內(nèi)孔過渡帶為環(huán)形凹槽21。環(huán)形凹槽21下方的中心管4上安裝有控制機構的限位塊13，限位塊13的端部突出于中心管4的內(nèi)孔。連接套12中部小直徑內(nèi)孔的環(huán)形槽內(nèi)安裝有止退環(huán)14，止退環(huán)14為開口環(huán)，內(nèi)孔為倒齒馬牙結構。限位塊13下方的中心管4外圓上有倒齒馬牙，可與止退環(huán)14內(nèi)孔上的倒齒馬牙嚙合。參見圖2。通過向中心管4內(nèi)投入膠塞19，膠塞19坐在限位塊13上；向中心管內(nèi)注入液體并憋壓，推動液壓缸的缸筒5向下滑動，定徑膨脹頭、連接套12帶動變徑膨脹頭的上瓣體15沿中心管4向下滑動。當中心管4上的限位塊13進入連接套12的環(huán)形凹槽21內(nèi)，安裝在連接套12上的止退環(huán)14與對應位置的中心管4外圓周上的倒齒馬牙相嚙合鎖住，變徑膨脹頭的上瓣體15和下瓣體16組合為最終形狀的變徑膨脹頭，變徑膨脹頭的形狀尺寸固定。應用本發(fā)明膨脹管雙級膨脹裝置進行膨脹管施工作業(yè)的過程是：首先，將不包括插接頭1、膠塞19的其他零部件組裝完畢，并送入井筒，此時上瓣體15和下瓣體16之間的軸向距離最大，即上瓣體15和下瓣體16之間有間隙；再將插接頭1上端固定連接在油管/鉆桿的下端，下入膨脹管內(nèi)；適當加壓，使插接頭1上的倒齒馬牙與鎖環(huán)2的倒齒馬牙嚙合，完成快速連接，用油管/鉆桿將膨脹管輸送到預定位置(參見圖1)。然后，向油管/鉆桿內(nèi)投入膠塞19(參見附圖4)，泵入液體推動膠塞19向下運動，直到膠塞19坐到限位塊13上(參見圖2)，在膠塞19上部的油管/鉆桿內(nèi)形成一個密閉腔；繼續(xù)泵入液體時，隨著油管或鉆桿內(nèi)壓力的升高，液體壓力通過中心管4上的徑向通孔20傳入液壓缸，推動缸筒5向下運動，進而由缸筒5推動襯套9、膨脹頭10、密封組件11、連接套12、上瓣體15相對中心管4向下移動；上瓣體15和下瓣體16相互插接，它們在半徑方向上的外輪廓尺寸逐步增大，并脹大膨脹管。當插接到一定位置時，它們的最大外徑達到預計的尺寸，與膨脹管接觸的軌跡形成規(guī)則完整的圓周線；此時止退環(huán)14的倒齒馬牙與中心管4相應位置的倒齒馬牙嚙合鎖緊，上瓣體15與下瓣體16不再發(fā)生相對移動，變徑膨脹頭的形狀和尺寸維持不變；限位塊13位于連接套12的環(huán)形凹槽21處。繼續(xù)向油管/鉆桿內(nèi)注入液體，在膠塞19的推動下限位塊13沿徑向向外移動，進入連接套12的環(huán)形凹槽21內(nèi)，限位塊13解除對膠塞19的約束；膠塞19繼續(xù)向下移動，油管/鉆桿內(nèi)暢通，中心管4內(nèi)外連通(參見圖3)。隨后，液體壓力傳到中心管4與膨脹管之間的環(huán)空，作用在密封組件11上，給定徑膨脹頭10向上的推力，加上井口大鉤向上提拉油管/鉆桿管柱，使雙級膨脹裝置向上運動，實現(xiàn)對膨脹管的兩級膨脹。本發(fā)明膨脹管雙級膨脹裝置通過定徑膨脹頭和變徑膨脹頭組合，在其膨脹管的最大外徑和使用單一定徑膨脹頭的膨脹管最大外徑相同時，膨脹管可以獲得更大的膨脹率，實現(xiàn)了膨脹管通過上部通徑較小的套管或井眼，對下部較大通徑的套管進行補貼或在較大通徑的井眼內(nèi)進行膨脹管完井，且膨脹后的膨脹管內(nèi)徑圓整規(guī)則，保證達到預定的直徑尺寸，為后續(xù)的施工作業(yè)提供良好的井筒條件。應該注意的是上述實施例是示例而非限制本發(fā)明，本領域技術人員將能夠設計很多替代實施例而不脫離本專利的權利要求范圍。