CN108316866B - 一种液压套管扶正器 - Google Patents

Abstract

一种液压套管扶正器，用于固完井工艺中套管的居中扶正，包括：本体，具有中心孔的管状结构件，连接在所述套管上；驱动机构，包括活塞和活塞缸套，所述活塞缸套套装在所述本体上并与所述本体固定连接，所述活塞缸套与所述本体之间具有一容置腔，所述活塞安装在所述本体上并位于所述容置腔内，所述本体上设置有进液孔，所述进液孔分别与所述中心孔和所述容置腔连通；以及扶正机构，安装在所述本体上，包括扶正器和锥套，所述扶正器的一端与所述活塞连接，所述扶正器的另一端与所述锥套抵接，所述锥套固定在所述本体上，所述扶正器能沿所述锥套的外锥面爬坡上行。

Description

一种液压套管扶正器

技术领域

本发明涉及一种用于石油钻采的固完井工具，特别是一种液压套管扶正器。

背景技术

随着定向井(如大斜度井、水平井)技术的不断发展，固井质量已是影响定向井技术发展的关键技术问题之一，在很大程度上，固井质量取决于套管或井下工具在井眼中的居中程度。在井斜角度较小的定向井内，因套管自身重量所产生的径向分力较小，甚至可以忽略不计，但是，在大斜度和水平定向井内，由于井斜角度较大(水平井井斜角度接近90°)，从而导致因套管自身重量所产生的径向分力很大，当移动套管时，由径向力产生的摩擦阻力也会很大，继而造成管柱上提或下放困难，甚至发生卡死的情况。在裸眼井段的固井工程中，套管在实际井眼轨迹中的扶正问题更是亟需解决的技术难题。

目前，各大油田实际生产中，在固井套管居中定位技术解决方案中所采用的方法均为在适度间距的管柱上安装扶正器，而居中度的实现程度与扶正器的类型、结构、性能、安放间距等因素密切相关。其中，扶正器的类型选择便是第一要素，当前主要采用的扶正器类型为刚性扶正器或弹性扶正器。

这两种扶正器在使用时均有各自的特点，如刚性扶正器具有如下特点：

⑴低下放力；⑵低起动力；⑶高复位力；⑷管柱居中效果好；⑸流线型结构使管柱容易旋转和下入，不易磨损；⑹扰流或旋流结构改善水泥浆流体流动性能，提高水泥浆顶替效率；⑺具有很高的屈服强度、抗拉强度和冲击吸收功，不易损坏；⑻适用各种井型等。

而弹性扶正器则具有如下特点：

⑴具有弹性绕曲变形能力的弹性扶正条可以实现不规则井段对管柱的扶正作用；⑵下放力较大；⑶启动力较大；⑷复位力有限且较小；⑸扰流或旋流结构改善水泥浆流体流动性能，提高水泥浆顶替效率等特点；⑹常规井应用效果较好，在大斜度井和水平井中应用性较差等。

这两种扶正器在裸眼井内使用时，特别是大斜度井和水平井段内使用时，虽然也可以产生一定的扶正居中作用，但是由于裸眼井本身存在如下问题：

⑴井眼轨迹不规则；⑵井眼方位角不断变化，导致管串全角不断变化；⑶井眼内壁是脆性岩石砂质界面，而非套管内壁光滑圆整的刚性金属界面,在外力作用下极易剥落、坍塌；⑷井眼对管串产生很大的摩擦阻抗等性质，使得无论采用刚性扶正器，还是弹性扶正器都存在很大的缺点，如刚性扶正器具有：⑴外径固定，在井径不规则井段中扶正能力差；⑵扶正突出部分嵌入井壁界面，刮刺井眼，造成井壁剥落、坍塌；⑶扶正器扶正部分与井壁界面相互作用，使得摩擦阻抗更大，管串上提或下入更加困难等缺点；而弹性扶正器则具有：⑴板条型弹性扶正条嵌入井壁界面，刮刺井眼，造成井壁剥落、坍塌；⑵下放力相较于套管内更大；⑶启动力相较于套管内更大⑷原本较小并有限的复位力进一步降低；⑸承载力不足；⑹无法旋转；⑺在大斜度和水平裸眼井内相较于套管内更加不具有实用性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种液压套管扶正器，以克服现有技术的上述缺陷。

为了实现上述目的，本发明提供了一种液压套管扶正器，用于固完井工艺中套管的居中扶正，其中，包括：

本体，具有中心孔的管状结构件，连接在所述套管上；

驱动机构，包括活塞和活塞缸套，所述活塞缸套套装在所述本体上并与所述本体固定连接，所述活塞缸套与所述本体之间具有一容置腔，所述活塞安装在所述本体上并位于所述容置腔内，所述本体上设置有进液孔，所述进液孔分别与所述中心孔和所述容置腔连通；以及

扶正机构，安装在所述本体上，包括扶正器和锥套，所述扶正器的一端与所述活塞连接，所述扶正器的另一端与所述锥套抵接，所述锥套固定在所述本体上，所述扶正器能沿所述锥套的外锥面爬坡上行。

上述的液压套管扶正器，其中，还包括：

止退机构，包括止退环和连接环，所述活塞的外壁上设置有与所述止退环适配的止退螺纹，所述活塞缸套的末端设置有止退槽，所述止退环安装在所述止退槽内，并通过所述连接环固定。

上述的液压套管扶正器，其中，所述连接环通过剪切销钉安装在所述活塞上。

上述的液压套管扶正器，其中，还包括：

用于引导所述扶正器并防止所述扶正器转动的导向防转机构，对应于所述扶正器安装在所述本体上。

上述的液压套管扶正器，其中，所述导向防转机构为导向防转套，套装在所述本体上并用于所述活塞的运行定位。

上述的液压套管扶正器，其中，所述扶正器包括扶正套，所述扶正套的顶端与所述活塞固定连接，所述扶正套的末端设置有扶正凸块，所述扶正凸块的底面与所述锥套的锥面适配。

上述的液压套管扶正器，其中，所述扶正套通过紧定螺钉与所述活塞固定连接，所述锥套通过紧定螺钉与所述本体固定连接。

上述的液压套管扶正器，其中，所述活塞缸套通过防转螺钉固定于所述本体上。

上述的液压套管扶正器，其中，所述本体的上端设置有母扣螺纹，所述本体的下端设置有公扣螺纹，分别用于连接上端和下端的所述套管。

上述的液压套管扶正器，其中，所述进液孔对应于所述容置腔的顶端设置。

本发明的技术效果在于：

a)工具外径比常规扶正器外径小，解决常规扶正器在裸眼井内下入困难的问题；

b)下入时不会刮刺裸眼井井壁；

c)液压扩张后的扶正外径比常规扶正器扶正外径大；

d)承载能力强，能够有效支撑井壁；

e)扶正居中度好，实现井下长段管柱居中；

f)在任意方位均能保证管柱居中。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明一实施例的结构示意图；

图2为图1的工作状态示意图。

其中，附图标记

1 本体

11 中心孔

12 进液孔

13 母扣螺纹

14 公扣螺纹

2 驱动机构

21 活塞

22 活塞缸套

23 容置腔

24 止退螺纹

25 止退槽

3 扶正机构

31 扶正器

32 锥套

33 扶正凸块

4 止退机构

41 止退环

42 连接环

5 剪切销钉

6 导向防转机构

7 紧定螺钉

8 紧定螺钉

9 防转螺钉

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

参见图1，图1为本发明一实施例的结构示意图。本发明的液压套管扶正器，用于固完井工艺中套管的居中扶正，包括：本体1，具有中心孔11的管状结构件，连接在所述套管(图未示)上，优选所述本体1的上端设置有母扣螺纹13，所述本体1的下端设置有公扣螺纹14，分别用于连接上端和下端的所述套管；驱动机构2，包括活塞21和活塞缸套22，所述活塞缸套22套装在所述本体1上并与所述本体1固定连接，所述活塞缸套22与所述本体1之间具有一容置腔23，所述活塞21安装在所述本体1上并位于所述容置腔23内，所述本体1上设置有进液孔12，所述进液孔12分别与所述中心孔11和所述容置腔23连通，所述进液孔12优选对应于所述容置腔23的顶端设置，所述活塞缸套22优选通过防转螺钉9固定于所述本体1上；以及扶正机构3，安装在所述本体1上，包括扶正器31和锥套32，所述扶正器31的一端与所述活塞21连接，所述扶正器31的另一端与所述锥套32抵接，所述锥套32固定在所述本体1上，所述扶正器31能沿所述锥套32的外锥面爬坡上行。本实施例中，所述扶正器31包括扶正套，所述扶正套的顶端与所述活塞21固定连接，所述扶正套的末端设置有扶正凸块33，所述扶正凸块33的底面与所述锥套32的锥面适配。所述扶正套和所述锥套32分别优选通过紧定螺钉7、8与所述活塞21和所述本体1固定连接。

本实施例中，还可包括：止退机构4，包括止退环41和连接环42，所述活塞21的外壁上设置有与所述止退环41适配的止退螺纹24，所述活塞缸套22的末端设置有止退槽25，所述止退环41安装在所述止退槽25内，并通过所述连接环42固定。其中，所述连接环42优选通过剪切销钉5安装在所述活塞21上。

本实施例中，还可包括：用于引导所述扶正器31并防止所述扶正器31转动的导向防转机构6，对应于所述扶正器31安装在所述本体1上。所述导向防转机构6优选为导向防转套，套装在所述本体1上并用于所述活塞21的运行定位。

安装时，活塞缸套22通过本体1的下端装入，连接至本体1，并用防转螺钉9固定；活塞21装入活塞缸套22内，活塞21外壁设置有止退螺纹24，与止退环41配合；在活塞21上装止退环41，再将连接环42与活塞21连接以固定该止退环41，并装上剪切销钉5；装入扶正套到活塞21末端，用紧定螺钉7将扶正套和活塞21连接一起；将导向防转套装入到扶正套内部，导向防转套对扶正套运行起着引导防转作用，同时起着活塞21运行定位作用；锥套32利用紧定螺钉8固定于本体1上，引导扶正套爬坡上行，支撑套管居中。

参见图2，图2为图1的工作状态示意图。在固井作业中，根据设计要求，需要下入套管注水泥固井。下入套管的时候，按照预先设计的数量，每隔一定长度或者数量的套管接一套液压套管扶正器，多个均布的液压套管扶正器随套管一起下入。到位后，在管柱内打压，液体通过液压扶正器本体1内部进液孔12进入容置腔23，利用内腔面积差产生压强差，切断剪切销钉5，从而推动活塞21移动，活塞21推动扶正套联动，扶正套沿着移动的方向扩张挠曲并沿锥套32的外锥斜面爬升，扶正套端部外径尺寸扩张到位后将套管支撑居中，多个扶正器31同时作用，实现整个管柱扶正居中的功能，止退机构4可靠有效地保证扶正机构3在泄压以后不会产生倒退滑移。

本发明具有可伸缩扩张式结构设计，克服了现有技术中扶正器的不足之处，结构简单紧凑，操作方便，作业安全。在下入管串过程中，未到达裸眼井指定井段时，扶正器外径接近管串外径，到达指定井段时，地面液压控制，扶正器扶正结构扩张，与井壁紧密接触后，实现扶正居中功能。

具体具有如下优点：

a)在下入管串过程中，未到达裸眼井指定井段时，扶正器外径接近管串外径，如套管或筛管外径，从而减小与井眼管壁的刮刺和碰撞等相互作用，减少摩擦阻力和井壁的剥落、坍塌，继而造成砂堵等问题；

b)不会因裸眼井不规则井眼和方位角的不断变化而难以下入；

c)具有流线型结构设计，易于下入和旋转；

d)具有扰流或旋流结构设计，改善水泥浆的流体流动性能，从而提高顶替效率；

e)到达指定井段时，地面液压控制，扶正器扶正结构扩张或膨胀，与井壁紧密接触后，实现扶正居中功能；

f)下放力小、启动力小、复位力大；

g)屈服强度、抗拉强度和抗冲击能力足够高，本身不易破裂损坏；

h)承载能力大，保证能够实现2～3根套管的有效扶正居中功能；

i)在常规井、大斜度井和水平井裸眼井内均具有很高的实用性。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种液压套管扶正器，用于固完井工艺中套管的居中扶正，其特征在于，包括：

本体，具有中心孔的管状结构件，连接在所述套管上；

驱动机构，包括活塞和活塞缸套，所述活塞缸套套装在所述本体上并与所述本体固定连接，所述活塞缸套与所述本体之间具有一容置腔，所述活塞安装在所述本体上并位于所述容置腔内，所述本体上设置有进液孔，所述进液孔分别与所述中心孔和所述容置腔连通；

扶正机构，安装在所述本体上，包括扶正器和锥套，所述扶正器的一端与所述活塞连接，所述扶正器的另一端与所述锥套抵接，所述锥套固定在所述本体上，所述扶正器能沿所述锥套的外锥面爬坡上行，所述扶正器的外径接近所述套管的外径，以减小与井眼管壁的刮刺和碰撞，所述扶正器包括扶正套，所述扶正套的顶端与所述活塞固定连接，所述扶正套的末端设置有扶正凸块，所述扶正凸块的底面与所述锥套的锥面适配；

止退机构，包括止退环和连接环，所述活塞的外壁上设置有与所述止退环适配的止退螺纹，所述活塞缸套的末端设置有止退槽，所述止退环安装在所述止退槽内，并通过所述连接环固定；以及

导向防转机构，用于引导所述扶正器并防止所述扶正器转动，所述导向防转机构对应于所述扶正器安装在所述本体上，所述导向防转机构为导向防转套，套装在所述本体上并用于所述活塞的运行定位。

2.如权利要求1所述的液压套管扶正器，其特征在于，所述连接环通过剪切销钉安装在所述活塞上。

3.如权利要求1所述的液压套管扶正器，其特征在于，所述扶正套通过紧定螺钉与所述活塞固定连接，所述锥套通过紧定螺钉与所述本体固定连接。

4.如权利要求1、2或3所述的液压套管扶正器，其特征在于，所述活塞缸套通过防转螺钉固定于所述本体上。

5.如权利要求1、2或3所述的液压套管扶正器，其特征在于，所述本体的上端设置有母扣螺纹，所述本体的下端设置有公扣螺纹，分别用于连接上端和下端的所述套管。

6.如权利要求1、2或3所述的液压套管扶正器，其特征在于，所述进液孔对应于所述容置腔的顶端设置。

Images