CN106150397A - 一种整体式套管扶正器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种整体式套管扶正器及其制造方法，属于油气井固井领域。所述整体式套管扶正器，采用统一壁厚材质管材或者板材加工而成，包括两端的圆箍，以及位于两端圆箍之间的弓片；所述弓片在圆周上均布，每个弓片的两端分别与两端的圆箍连接；每个弓片均向外拱起；所有弓片构成的扶正器外径小于或者等于上层的套管的内径。

Description

一种整体式套管扶正器及其制造方法

技术领域

本发明属于油气井固井领域，具体涉及一种整体式套管扶正器及其制造方法，可用于水平井、定向井固井作业。

背景技术

在油气井完钻后，需要下入套管，进行固井作业，现在随着定向钻井技术、大斜度井钻井技术的发展，提高定向井、大斜度井、水平井固井质量已是影响定向井技术发展的关键技术问题之一，小间隙固井中套管扶正问题也是影响固井质量的突出问题。在很大程度上，固井质量取决于套管在井眼中的居中程度，而套管在井眼中的居中度又与扶正器的性能有着密切关系。

套管扶正器不仅能够有效地防止水泥浆窜槽，还能够减少套管受压差卡钻的危险。此外套管扶正器能够降低套管在井内的弯曲程度尤其在大井眼井段，由于套管扶正器对套管的支撑，使套管与井壁的接触面减少，降低了套管与井壁间摩擦力，利于套管下入井内，利于固井注水泥作业时活动套管和固井效果。目前现有的套管扶正器主要分弹性套管扶正器和刚性套管扶正器。弹性套管扶正器存在复位力低、下入困难的缺点，如果通过增加下入数量来提高对套管的复位力和居中效果，则会影响井眼安全性，因此已经很难满足大斜度定向井和水平井的需要；刚性套管扶正器由于外径受上层套管内径限制，对于套管居中性作用有限，所以在井眼扩大井段起不到扶正作用，而在井眼缩颈段则存在遇阻危险。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种整体式套管 扶正器及其制造方法，启动力小、复位力高、扶正居中效果好，并且能够适应小间隙固井情况的整体式套管扶正器。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种整体式套管扶正器，采用统一壁厚材质管材或者板材加工而成，包括两端的圆箍，以及位于两端圆箍之间的弓片；

所述弓片在圆周上均布，每个弓片的两端分别与两端的圆箍连接；

每个弓片均向外拱起；

所有弓片构成的扶正器外径小于或者等于上层的套管的内径。

每个弓片与圆箍的连接处设有圆弧进行过渡。

所述圆箍均为圆筒状。

所述弓片的轴截面形状为向外的弧形、等腰梯形、螺旋线形或者弧形与直线段组合而成。

所述弓片的横截面形状为弧形、弯折形或者矩形。

所述弓片与圆箍整体进行过热处理。

优选地，在相邻两个弓片之间设有导流叶片，所述导流叶片的一端固定在所述圆箍上，自由端为具有螺旋形状的空间叶片。

优选地，在相邻两个弓片之间设有固定卡片，所述固定卡片与圆箍固定连接。

优选地，在所述弓片的一端或两端开有过流道。因为弓片两端的面积较大，对于液体通过有一定阻挡，因此在弓片此处开一些近似三角形状(不仅限于此形状)的过流道；

一种制造所述整体式套管扶正器的方法，包括：

(S1)对板材原料进行切槽，形成均布的槽；

(S2)进行退火热处理；

(S3)对板材进行卷制，形成圆筒形状，并将对接处焊接固定；

(S4)对卷制好的板材进行高频淬火；

(S5)把成型工具放置于卷制的圆筒内部，利用液压机压成弓片，得到成型后的扶正器；

(S6)对成型后的扶正器进行热处理；

(S7)喷漆。

所述(S1)中的切槽采用冲压、水力切割、电火花加工或激光加工。

所述(S3)中对板材进行卷制是采用双辊卷板机或三辊卷板机进行卷制成圆筒形状，或采用液压机或冲压机压制成圆筒形状。

所述(S5)采用单个弓形片单独压制成型，或者采用所有弓形片整体压制成型。

一种制造所述整体式套管扶正器的方法，包括：

(P1)对无缝管原料进行切槽，形成在圆周上均布的槽；

(P2)进行退火热处理；

(P3)把成型工具放置于无缝管的内部，利用液压机压成弓片，得到成型后的扶正器；

(P4)对成型后的扶正器进行热处理；

(P5)喷漆。

所述(P1)中的切槽采用水力切割或激光加工。

所述(P3)采用单个弓形片单独压制成型，或者采用所有弓形片整体压制成型。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)零起动力或极小起动力，高复位力、良好的套管居中性，扶正器弓片形状通过特殊设计能够增大其与井壁接触面积，进一步提高套管居中形。

(2)大过流面积，扶正器为统一壁厚材质管材或者板材下料加工而且壁厚小，故较普通扶正器在圆箍处有更大的过流截面。

(3)扶正器弓片间可设有导流叶片，使流经扶正器的液体形成旋流，提高固井效果；扶正器弓片间亦可设有固定卡片，可以实现轴向固定扶正器，免去 卡箍的使用。

(4)更广的应用范围和良好的适应性，由于较普通同外径尺寸的弹性扶正器更高的复位力，故能够应用于小间隙套管居中情况，扶正器规格从5″至20″。而在井眼缩颈段也能够顺利通过，适用性能更强。

(5)本发明的整体式弹性扶正器加工工艺简单，加工精度高，成品率高，提高了生产效率，适合加工各种尺寸规格的整体式弹性扶正器，通用性较好。

附图说明

图1整体式扶正器配合卡箍应用效果图；

图2整体式扶正器(鼓形弓片式)侧视图；

图3图2所示扶正器的A-A截面图；

图4一种变弓形片截面的整体式扶正器结构图；

图5整体式扶正器(梯形弓片式)侧视图；

图6图5所示扶正器的A-A截面图的局部视图；

图7一种变弓形片的整体式扶正器结构图；

图8图7所示扶正器弓的侧视图；

图9整体式扶正器弓形片的第一种截面形状图

图10整体式扶正器弓形片的第二种截面形状图

图11整体式扶正器弓形片的第三种截面形状图；

图12整体式扶正器弓形片的第一种结构图；

图13整体式扶正器弓形片的第二种结构图；

图14整体式扶正器(螺旋弓片式)侧视图；

图15一种带导流片的整体式扶正器结构图

图16一种带导流片的整体式扶正器的侧视图；

图17一种可自我轴向定位的整体式扶正器结构图；

图18一种可自我轴向定位的整体式扶正器的俯视图；

图19大过流截面整体式扶正器侧视图；

图20大过流截面整体式扶正器俯视图；

图1～图20中：1-卡箍；2-整体式扶正器；3-紧定螺钉；4-接箍(用于将两个套管连接)；5-套管；6-圆箍；7-弓片；8-导流片；9-固定片；10-过流道。

图21一种整体式套管扶正器下料图；

图22一种整体式套管扶正器卷板侧视图；

图23一种整体式套管扶正器卷板立体图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

为解决现有套管扶正器存在的不足，本发明采用下述技术方案：所述的整体式扶正器为统一壁厚材质管材或者板材下料加工而成，本体两端为圆筒状的圆箍；两端圆箍间在周向上均布有起支撑扶正作用的弓片，弓片构成的扶正器外径小于或者等于上层套管内径；弓片形状及截面形状根据使用功能具有多种变化结构：弓片形状有鼓形、等腰梯形、螺旋线形等，截面形状有弧形、弯折形、矩形；所述弓片和圆箍为整体连接形式即同一件材料加工制作，连接处有圆弧进行过渡，扶正器弓片与圆箍整体进行过热处理，整体刚性高。

图2～图3中，所述的整体式扶正器2为统一壁厚材质管材或者板材下料加工而成，本体两端为圆筒状的圆箍6；上下两圆箍6间在圆周向上均布有起支撑扶正作用的弓片7；弓片形状及截面形状根据使用功能具有多种变化结构：弓片形状有鼓形，如图3所示、等腰梯形，如图6所示、螺旋线形，如图14所示等(图7和图8中每个弓片是一半为弧形，一半为直条状)，截面形状有弧形，如图9所示、弯折形，如图10所示、矩形，如图11所示；所述弓片7和圆箍6为整体连接形式即同一件材料加工制作，连接处有圆弧进行过渡。整体扶正器2的弓片7间可设有导流叶片8，使流经扶正器的液体形成旋流，提高固井效果；整体扶正器2的弓片7间亦可设有固定卡片9，可以实现轴向固定扶正器，免去 卡箍1的使用。

结合图1～图20，具体说明本发明的施工使用和工作原理：本整体式扶正器2在套管串中可以通过使用上下两个卡箍1以及紧固螺钉3固定于套管5上，或者在扶正器内使用一个卡箍1固定于套管5上，如图1所示，整体扶正器2亦可通过设置固定卡片9来实现固定于套管5上。整体扶正器2为统一壁厚材质管材或者板材下料加工而成，两端为圆筒状的圆箍6；上下两圆箍6间在圆周向上均布有起支撑扶正作用的弓片7。

在油田下套管过程中，套管外壁上要套有常规弹性套管扶正器或普通刚性扶正器，使套管能在井内居中，提高固井质量。在油气田定向井，水平井下套管固井作业中，由于套管重力作用，套管在井眼内紧靠在井壁上，很难使套管居中。严重影响注入水泥的固井质量。常规套管弹性扶正器是编织式或焊接式，起动力较大，在下入过程中容易散架甚至脱落，复位力低，难以保证套管居中，影响固井质量及下步施工作业。普通刚性扶正器外径受上层套管内径尺寸限制，难以保证套管的居中度，特别是在松软地层或者井径扩大井段，刚性扶正器基本起不到扶正效果。因此，本发明提出一种整体式套管弹性扶正器的加工工艺，加工后的扶正器具备低起动力，高复位力，保证套管居中，提高固井质量。

利用本方法加工后的扶正器外径略小于或等于上层套管内径，保证扶正器极小的起动力，复位力达到API标准。特别适用于深井、超深井、小间隙井和水平井等套管固井作业，保证套管居中度，提高固井质量。

本发明介绍了一种整体式套管弹性扶正器加工工艺，以原料类型的不同分为两类。一类针对于板材原料，加工工艺是：下料→切槽→退火热处理→卷板→焊接→高频淬火→成型→热处理→喷漆。另一类针对于无缝管原料，加工工艺是：下料→切槽→退火热处理→成型→热处理→喷漆。

下料工艺：板材下料可以采用冲压、水力切割、电火花加工、线切割，可以与切槽工艺合并；无缝管下料可以采用锯床、水力切割和激光加工，后两种方法也可与切槽工艺合并一起完成。

切槽工艺：板材切槽可以采用冲压、水力切割、电火花加工和激光加工。无缝管下料可以采用水力切割和激光加工。

卷板工艺：针对于板材原料，需要进行卷制。可采用双辊卷板机或三辊卷板机进行卷制成圆形，或采用液压机或冲压机压制成圆形。

成型工艺：把成型工具放置于卷制的圆筒内部，利用液压机压成弓形片。成型工艺可以采用单个弓形片单独压制成型，也可以采用所有弓形片整体压制成型。

以板材原料加工整体式套管弹性扶正器为例，首先将下好的板料用激光切割机进行切槽，如图21所示。

然后经过退火处理，利用卷板机卷制成圆形，并将对接部位焊接，如图22和图23所示。

随后进行高频淬火，利用液压机和成型模具将整体扶正器最终压制成型，如图2和图3所示。

最后热处理，提高扶正器的弹性，得到产品。

本发明涉及一种油气井固井用扶正器装置及其制造方法。扶正器为统一壁厚材质管材或者板材下料加工而成，本体两端为圆筒状的圆箍；两端圆箍间在周向上均布有起支撑扶正作用的弓片，弓片构成的扶正器外径小于或者等于上层套管内径；弓片形状及截面形状根据使用功能具有多种变化结构，弓片和圆箍为整体连接形式即同一件材料加工制作，连接处有圆弧进行过渡，扶正器弓片与圆箍整体进行过热处理，整体刚性高。本发明具有极小的起动力或者零起动力、较高的复位力、更大的过流面积、与套管和井壁间较小的摩擦力，并且能够适应小间隙井眼和井眼缩颈等各种复杂情况。本发明公开了一种由板材或无缝管材料经特殊处理工艺制作的整体式套管弹性扶正器加工工艺。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是 优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (10)

1.一种整体式套管扶正器，其特征在于：所述整体式套管扶正器采用统一壁厚材质管材或者板材加工而成，包括两端的圆箍，以及位于两端圆箍之间的弓片；

所述弓片在圆周上均布，每个弓片的两端分别与两端的圆箍连接；

每个弓片均向外拱起；

所有弓片构成的扶正器外径小于或者等于上层的套管的内径。

2.根据权利要求1所述的整体式套管扶正器，其特征在于：每个弓片与圆箍的连接处设有圆弧进行过渡。

3.根据权利要求2所述的整体式套管扶正器，其特征在于：所述圆箍均为圆筒状。

4.根据权利要求3所述的整体式套管扶正器，其特征在于：所述弓片的轴截面形状为向外的弧形、等腰梯形、螺旋线形或者弧形与直线段组合而成；所述弓片的横截面形状为弧形、弯折形或者矩形。

5.根据权利要求4所述的整体式套管扶正器，其特征在于：所述弓片与圆箍整体进行过热处理。

6.根据权利要求1至5任一所述的整体式套管扶正器，其特征在于：在相邻两个弓片之间设有导流叶片，所述导流叶片的一端固定在所述圆箍上，自由端为具有螺旋形状的空间叶片。

7.根据权利要求6所述的整体式套管扶正器，其特征在于：在相邻两个弓片之 间设有固定卡片，所述固定卡片与圆箍固定连接。

8.根据权利要求7所述的整体式套管扶正器，其特征在于：在所述弓片的一端或两端开有过流道。

9.一种制造权利要求1-9任一所述的整体式套管扶正器的方法，其特征在于：所述方法包括：

(S1)对板材原料进行切槽，形成均布的槽；

(S2)进行退火热处理；

(S3)对板材进行卷制，形成圆筒形状，并将对接处焊接固定；

(S4)对卷制好的板材进行高频淬火；

(S5)把成型工具放置于卷制的圆筒内部，利用液压机压成弓片，得到成型后的扶正器；

(S6)对成型后的扶正器进行热处理；

(S7)喷漆；

所述(S1)中的切槽采用冲压、水力切割、电火花加工或激光加工；

所述(S3)中对板材进行卷制是采用双辊卷板机或三辊卷板机进行卷制成圆筒形状，或采用液压机或冲压机压制成圆筒形状；

所述(S5)采用单个弓形片单独压制成型，或者采用所有弓形片整体压制成型。

10.一种制造权利要求1-9任一所述的整体式套管扶正器的方法，其特征在于：所述方法包括：

(P1)对无缝管原料进行切槽，形成在圆周上均布的槽；

(P2)进行退火热处理；

(P3)把成型工具放置于无缝管的内部，利用液压机压成弓片，得到成型 后的扶正器；

(P4)对成型后的扶正器进行热处理；

(P5)喷漆；

所述(P1)中的切槽采用水力切割或激光加工；

所述(P3)采用单个弓形片单独压制成型，或者采用所有弓形片整体压制成型。