CN110778281A - 一种套管外壁防腐用弹性骨架扶正器及其加工和使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种套管外壁防腐用弹性骨架扶正器及其加工和使用方法，该套管外壁防腐扶正器包括扶正器本体设置及设置于扶正器本体两端的上扶正限位环和下扶正限位环，所述扶正器本体包括弹性骨架和牺牲阳极扶正肋条，所述牺牲阳极扶正肋条设置有多根，多根牺牲阳极扶正肋条均设置于弹性骨架内部的空腔中，并通过导电紧固螺钉与弹性骨架的扶正条一一对应连接。本发明克服了现有的套管外壁防腐技术在现场应用时涂层与牺牲阳极易脱落等问题，弹性骨架可保证固井施工中入井套管串的居中度，增加固井过程中水泥浆在扶正器处的局部紊流，从而提高固井质量。牺牲阳极材料在水泥石固化后可持续提供弱电位，形成阴极保护，有效延缓套管腐蚀，增加油气井使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于钻井设备技术领域，涉及一种井下作业工具，具体涉及一种套管外壁防腐用弹性骨架扶正器及其加工和使用方法。
背景技术
套管腐蚀破坏是影响油田后期产量的主要危害因素。为了有效防止套管腐蚀，油田大多采用环氧冷缠带加锌牺牲阳极联合防腐技术，该技术在现场应用时存在涂层与牺牲阳极易脱落等缺陷，导致防腐效果不理想。套管扶正器的作用主要是使完井套管在井筒中居中度提高，增加固井过程中水泥浆在扶正器处的局部紊流，从而提高固井质量。将牺牲阳极材料与套管扶正器进行优化设计，可以实现套管在完井阶段的“预防腐”。套管扶正器主要分为3大类：刚性扶正器、弹性扶正器和半刚性扶正器，刚性、半刚性扶正器一般采用金属滚轮和尼龙等复合材料组成，金属滚轮扶正器零部件较多，制作工艺复杂，故障率较高。套管外壁防腐用弹性扶正器既可提高固井质量，又能使牺牲阳极材料在水泥石固化后可持续提供弱电位，形成阴极保护，可有效延缓套管腐蚀，增加油气井使用寿命。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种套管外壁防腐用弹性骨架扶正器及其加工和使用方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种套管外壁防腐用弹性骨架扶正器，包括扶正器本体，所述扶正器本体的两端分别设置有上扶正限位环和下扶正限位环，所述扶正器本体包括弹性骨架和牺牲阳极扶正肋条，所述牺牲阳极扶正肋条设置有多根，多根牺牲阳极扶正肋条均设置于弹性骨架内部的空腔中，并通过导电紧固螺钉与弹性骨架的扶正条一一对应连接。
进一步地，所述上扶正限位环和下扶正限位环的结构相同，均为一端具有倒角的中空圆筒形结构，圆筒的周向均布有若干凸台和螺旋孔，所述凸台和螺旋孔间隔设置。
优选地，所述上扶正限位环、下扶正限位环对称地夹装于扶正器本体的两端，且上扶正限位环的直棱倒角朝上、下扶正限位环的直棱倒角朝下。
优选地，所述螺旋孔内安装有防松顶丝，上扶正限位环和下扶正限位环分别通过防松顶丝固定在被保护套管上。
进一步地，所述弹性骨架是由钢板卷制成的圆筒形结构，所述圆筒形结构的外圆周轴向上设置有多个宽度相同的、同轴的环形通孔，环形通孔的横断面为矩形；且相邻两个环形通孔之间的实心部分沿长度方向向外凸出形成具有弧形面的扶正条。
优选地，所述扶正条沿长度方向间隔开设有若干第一螺纹孔，牺牲阳极扶正肋条的轴线方向中心线上设有与扶正条上第一螺纹孔对应的第二螺纹孔，所述导电紧固螺钉穿过所述的第一螺纹孔、第二螺纹孔并将牺牲阳极扶正肋条紧固在扶正条上。
进一步地，所述牺牲阳极扶正肋条的内弧面与被保护套管的外弧面贴合，牺牲阳极扶正肋条的外上弧面与弹性骨架的扶正条内弧面相贴合。
一种套管外壁防腐用弹性骨架扶正器的加工方法，包括以下步骤：
S1.加工弹性骨架，所述弹性骨架由弹簧钢板压制、卷曲、焊接而成；或由圆筒状钢管通过铣的机加工方法沿其周向铣出多条对称的环形通孔，再经热处理后，在模具上冲压而成；
S2.加工上扶正限位环、下扶正限位环，所述上扶正限位环、下扶正限位环的加工方法为：以弹簧钢管原材料，裁剪成设计尺寸，其内外径与弹性骨架相同，先在弹簧钢管一端加工倒角，然后在其周向间隔设置凸台和螺旋孔；
S3.加工牺牲阳极扶正肋条，所述牺牲阳极扶正肋条的加工方法为：以镁铝合金为牺牲阳极材料，按照设计尺寸加工牺牲阳极扶正肋条的浇注模具，加热镁铝合金至熔融状态，浇注至模具中定形并冷却，冷却后打磨去除毛刺并检验有无铸造缺陷；
S4.组装，组装方法为通过导电紧固螺钉将牺牲阳极扶正肋条与弹性骨架的扶正条联接在一起。
所述步骤S1中弹性骨架由弹簧钢板压制、卷曲、焊接的具体加工方法为：以弹簧钢钢板为原材料，将其裁剪成设计大小的方形钢板，在方形钢板的宽度方向上加工出多个宽度相同的等间隔的矩形槽，将相邻矩形槽之间的实心棱条部分冲压呈弧形，并将冲压后的带弧形棱条的仿形钢板沿长度方向卷曲，直至卷曲面的端面线基本贴合，沿着卷曲面的端面线，在轴线方向焊接卷成圆筒形框架结构。
一种套管外壁防腐用弹性骨架扶正器的使用方法，所述使用方法为将上扶正限位环套穿于被保护套管上，移动至适当位置，紧固上扶正限位环上的防松顶丝，完成定位；然后通过导电紧固螺钉将牺牲阳极扶正肋条与弹性骨架的扶正条连接在一起，完成扶正器本体的组装，将组装后的扶正器本体套穿于被保护套管上，并移动至与上扶正限位环接触的位置；最后将下扶正限位环套穿于被保护套管上，并移动至与扶正器本体相接触的位置，旋紧下扶正限位环上的防松顶丝。
本发明的有益效果如下：
1.本发明所述的整体弹性骨架式套管外壁防腐扶正器，克服了现有的套管外壁防腐技术在现场应用时涂层与牺牲阳极易脱落等问题，同时弹性骨架可保证固井施工中入井套管串的居中度，增加固井过程中水泥浆在扶正器处的局部紊流，从而提高固井质量。
2.制作牺牲阳极扶正肋条所用的牺牲阳极材料在水泥石固化后可持续提供弱电位，形成阴极保护，可有效延缓套管腐蚀，增加油气井使用寿命。
3.扶正器本体的弹性骨架由弹簧钢板压制、卷曲、焊接而成，无铆钉，结构牢固，安全可靠。
4.本发明的结构简单，容易生产和组装，并具有使用方便、可靠性高等优点。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚的了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明所述的套管外壁防腐扶正器得结构示意图；
图2是弹性骨架的结构示意图；
图3是牺牲阳极扶正肋条的结构示意图；
图4为扶正限位环的结构示意图。
附图标记说明：
1、上扶正限位环；2、螺旋孔；3、弹性骨架；4、导电紧固螺钉；5、牺牲阳极扶正肋条；6、下扶正限位环；7、凸台；8、被保护套管；3.1、扶正条；3.2、第一螺纹孔；5.1、第二螺纹孔。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
现参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
第一实施方式
本发明的第一实施方式涉及一种套管外壁防腐用弹性骨架扶正器，如图1所示，包括扶正器本体，所述扶正器本体的两端分别设置有上扶正限位环1和下扶正限位环6，所述扶正器本体包括弹性骨架3和牺牲阳极扶正肋条5，所述牺牲阳极扶正肋条5设置有多根，多根牺牲阳极扶正肋条5均设置于弹性骨架3内部的空腔中，并通过导电紧固螺钉4与弹性骨架3的扶正条3.1一一对应连接。
在实际使用时，先将牺牲阳极扶正肋条5与整体式弹性骨架3的扶正条3.1通过导电紧固螺钉4对应联接在一起，组成所述的套管外壁防腐扶正器的本体，然后将上扶正限位环1、下扶正限位环6分别夹装于扶正器本体的两端；最后将本发明所述的套管外壁防腐扶正器整体套于被保护套管7上，通过旋紧防松顶丝2，将上扶正限位环1和下扶正限位环6定位在被保护套管7上。
本发明所述的整体弹性骨架式套管外壁防腐扶正器，克服了现有的套管外壁防腐技术在现场应用时涂层与牺牲阳极易脱落等问题，同时弹性骨架可保证固井施工中入井套管串的居中度，增加固井过程中水泥浆在扶正器处的局部紊流，从而提高固井质量。
第二实施方式
参照图1和图2，本实施方式与第一实施方式的不同之处在于：
所述弹性骨架3是由钢板卷制成的圆筒形结构，所述圆筒形结构的外圆周轴向上设置有多个宽度相同的、同轴的环形通孔，环形通孔的横断面为矩形；且相邻两个环形通孔之间的实心部分沿长度方向向外凸出形成具有弧形面的扶正条3.1。
具体地，参照图2，所述扶正条3.1沿长度方向间隔开设有若干第一螺纹孔3.2，用于安装防松顶丝2。
参照图3，牺牲阳极扶正肋条5的轴线方向中心线上设有与扶正条3.1上第一螺纹孔3.2对应的第二螺纹孔5.1，所述导电紧固螺钉4穿过所述的第一螺纹孔3.2、第二螺纹孔5.1并将牺牲阳极扶正肋条5紧固在扶正条3.1上。
进一步地，所述牺牲阳极扶正肋条5的内弧面与被保护套管8的外弧面贴合，牺牲阳极扶正肋条5的外上弧面与弹性骨架3的扶正条3.1内弧面相贴合。
需要说明的是，所述牺牲阳极扶正肋条5采用复合牺牲阳极材料制成，优选镁铝合金为牺牲阳极材料，牺牲阳极材料在水泥石固化后可持续提供弱电位，形成阴极保护，可有效延缓套管腐蚀，增加油气井使用寿命。
第三实施方式
与第二实施方式的不同的是，参照图4，所述上扶正限位环1和下扶正限位环6的结构相同，均为一端具有倒角的中空圆筒形结构，圆筒的周向均布有若干凸台7和螺旋孔2，所述凸台7和螺旋孔2间隔设置。
所述上扶正限位环1、下扶正限位环6对称地夹装于扶正器本体的两端，且上扶正限位环1的直棱倒角朝上、下扶正限位环6的直棱倒角朝下。
所述螺旋孔2内安装有防松顶丝，上扶正限位环1和下扶正限位环6分别通过防松顶丝固定在被保护套管8上。
第四实施方式
本实施方式提供了一种套管外壁防腐用弹性骨架扶正器的加工方法，包括以下步骤：
S1.加工弹性骨架3，所述弹性骨架3由弹簧钢板压制、卷曲、焊接而成；或由圆筒状钢管通过铣的机加工方法沿其周向铣出多条对称的环形通孔，再经热处理后，在模具上冲压而成；
S2.加工上扶正限位环1、下扶正限位环6，所述上扶正限位环1、下扶正限位环6的加工方法为：以弹簧钢管原材料，裁剪成设计尺寸，其内外径与弹性骨架3相同，先在弹簧钢管一端加工倒角，然后在其周向间隔设置凸台7和螺旋孔2；
S3.加工牺牲阳极扶正肋条5，所述牺牲阳极扶正肋条5的加工方法为：以镁铝合金为牺牲阳极材料，按照设计尺寸加工牺牲阳极扶正肋条5的浇注模具，加热镁铝合金至熔融状态，浇注至模具中定形并冷却，冷却后打磨去除毛刺并检验有无铸造缺陷；
S4.组装，组装方法为通过导电紧固螺钉4将牺牲阳极扶正肋条5与弹性骨架3的扶正条3.1联接在一起。
其中，步骤S1中弹性骨架3由弹簧钢板压制、卷曲、焊接的具体加工方法为：以弹簧钢钢板为原材料，将其裁剪成设计大小的方形钢板，在方形钢板的宽度方向上加工出多个宽度相同的等间隔的矩形槽，将相邻矩形槽之间的实心棱条部分冲压呈弧形，并将冲压后的带弧形棱条的仿形钢板沿长度方向卷曲，直至卷曲面的端面线基本贴合，沿着卷曲面的端面线，在轴线方向焊接卷成圆筒形框架结构。弹性骨架由弹簧钢板压制、卷曲、焊接而成，无铆钉，结构牢固，安全可靠。
第五实施方式
本实施方式提供一种套管外壁防腐用弹性骨架扶正器，参照图1，包括扶正器本体，所述扶正器本体的两端分别设置有上扶正限位环1和下扶正限位环6，所述扶正器本体包括弹性骨架3和牺牲阳极扶正肋条5，具体地，参照图2，所述弹性骨架3为由钢板卷制成的圆筒形结构，所述圆筒形结构的外圆周轴向上设置有多个宽度相同的、同轴的环形通孔，环形通孔的横断面为矩形；且相邻两个环形通孔之间的实心部分沿长度方向向外凸出形成具有弧形面的扶正条3.1，所述扶正条3.1沿长度方向间隔开设有若干第一螺纹孔3.2；所述牺牲阳极扶正肋条5设置有多根，参照图3，每根牺牲阳极扶正肋条5的轴线方向中心线上设有与扶正条3.1上第一螺纹孔3.2对应的第二螺纹孔5.1，导电紧固螺钉4穿过所述的第一螺纹孔3.2和第二螺纹孔5.1将牺牲阳极扶正肋条5的外上弧面贴合固定于所述扶正条3.1的内弧面上，所述牺牲阳极扶正肋条5的内弧面与被保护套管8的外弧面贴合。
值得一提的是导电紧固螺钉4采用导电效果良好的黄铜材料制成。
进一步地，参照图4，所述上扶正限位环1、下扶正限位环6与扶正器本体的连接端均设着有倒角，且上扶正限位环1、下扶正限位环6的外周上均布有若干间隔设置放入凸台7和螺旋孔2。
本实施方式还提供一种套管外壁防腐用弹性骨架扶正器的加工方法，包括以下步骤：
S1.加工弹性骨架3，所述弹性骨架3的加工方法为：以经过无损检验过的4-6mm高强度弹簧钢钢板为原材料，S101.按照尺寸通过剪板机裁剪成设计大小的方形钢板，S102.通过激光刻蚀或者铣床加工的方式，在方形钢板的宽度方向上加工出多个宽度相同的等间隔的矩形槽，S103.通过冲压机将相邻矩形槽之间的实心棱条部分冲压呈弧形，S104.利用卷板机，将冲压后的带弧形棱条的仿形钢板沿长度方向卷曲，直至卷曲面的端面线基本贴合，S105.沿着卷曲面的端面线，在轴线方向卷曲焊接成圆筒形框架结构，S106.打磨去除毛刺，S107.检验有无加工缺陷。
S2.加工上扶正限位环1、下扶正限位环6，所述上扶正限位环1、下扶正限位环6的加工方法为：以经过无损检验过的4-6mm弹簧钢制管状钢管原材料（该原料的内外径与弹性骨架3相同），S201.根据设计尺寸下料，S202.根据设计尺寸在弹簧钢管的一端加工直棱，S203.在弹簧钢制管的周向间隔设置凸台7和螺旋孔2；S204.打磨去除毛刺，S205.检验有无加工缺陷
S3.加工牺牲阳极扶正肋条5，所述牺牲阳极扶正肋条5的加工方法为：以镁铝合金为牺牲阳极材料，S301.按照设计尺寸加工牺牲阳极扶正肋条5的浇注模具，S302.加热镁铝合金至熔融状态，S303.浇注至模具中定形并冷却，S304.冷却定型后打磨去除毛刺并检验有无铸造缺陷。
S4.组装，组装方法为通过导电紧固螺钉4将牺牲阳极扶正肋条5与弹性骨架3的扶正条3.1联接在一起，并在所述的套管外壁防腐扶正器表面喷漆。
在实际使用时，先将牺牲阳极扶正肋条5与整体式弹性骨架3的扶正条3.1通过导电紧固螺钉4对应联接在一起，组成所述的套管外壁防腐扶正器的本体，然后将上扶正限位环1、下扶正限位环6分别夹装于扶正器本体的两端；最后将本发明所述的套管外壁防腐扶正器整体套于被保护套管7上，通过旋紧防松顶丝2，将上扶正限位环1和下扶正限位环6定位在被保护套管7上。
在不冲突的情况下，本领域的技术人员可以根据实际情况将上述各示例中相关的技术特征相互组合，以达到相应的技术效果，具体对于各种组合情况在此不一一赘述。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖性特点相一致的最宽的范围。依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种套管外壁防腐用弹性骨架扶正器，其特征在于：包括扶正器本体，所述扶正器本体的两端分别设置有上扶正限位环（1）和下扶正限位环（6），所述扶正器本体包括弹性骨架（3）和牺牲阳极扶正肋条（5），所述牺牲阳极扶正肋条（5）设置有多根，多根牺牲阳极扶正肋条（5）均设置于弹性骨架（3）内部的空腔中，并通过导电紧固螺钉（4）与弹性骨架（3）的扶正条（3.1）一一对应连接。
2.根据权利要求1所述的一种套管外壁防腐用弹性骨架扶正器，其特征在于：所述上扶正限位环（1）和下扶正限位环（6）的结构相同，均为一端具有倒角的中空圆筒形结构，圆筒的周向均布有若干凸台（7）和螺旋孔（2），所述凸台（7）和螺旋孔（2）间隔设置。
3.根据权利要求1所述的一种套管外壁防腐用弹性骨架扶正器，其特征在于：所述上扶正限位环（1）、下扶正限位环（6）对称地夹装于扶正器本体的两端，且上扶正限位环（1）的直棱倒角朝上、下扶正限位环（6）的直棱倒角朝下。
4.根据权利要求2所述的一种套管外壁防腐用弹性骨架扶正器，其特征在于：所述螺旋孔（2）内安装有防松顶丝，上扶正限位环（1）和下扶正限位环（6）分别通过防松顶丝固定在被保护套管（8）上。
5.根据权利要求1所述的一种套管外壁防腐用弹性骨架扶正器，其特征在于：所述弹性骨架（3）是由钢板卷制成的圆筒形结构，所述圆筒形结构的外圆周轴向上设置有多个宽度相同的、同轴的环形通孔，环形通孔的横断面为矩形；且相邻两个环形通孔之间的实心部分沿长度方向向外凸出形成具有弧形面的扶正条（3.1）。
6.根据权利要求5所述的一种套管外壁防腐用弹性骨架扶正器，其特征在于：所述扶正条（3.1）沿长度方向间隔开设有若干第一螺纹孔（3.2），牺牲阳极扶正肋条（5）的轴线方向中心线上设有与扶正条（3.1）上第一螺纹孔（3.2）对应的第二螺纹孔（5.1），所述导电紧固螺钉（4）穿过所述的第一螺纹孔（3.2）、第二螺纹孔（5.1）并将牺牲阳极扶正肋条（5）紧固在扶正条（3.1）上。
7.根据权利要求4所述的一种套管外壁防腐用弹性骨架扶正器，其特征在于：所述牺牲阳极扶正肋条（5）的内弧面与被保护套管（8）的外弧面贴合，牺牲阳极扶正肋条（5）的外上弧面与弹性骨架（3）的扶正条（3.1）内弧面相贴合。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种套管外壁防腐用弹性骨架扶正器的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.加工弹性骨架（3），所述弹性骨架（3）由弹簧钢板压制、卷曲、焊接而成；或由圆筒状钢管通过铣的机加工方法沿其周向铣出多条对称的环形通孔，再经热处理后，在模具上冲压而成；
S2.加工上扶正限位环（1）、下扶正限位环（6），所述上扶正限位环（1）、下扶正限位环（6）的结构相同，其加工方法为：以弹簧钢管原材料，裁剪成设计尺寸，其内外径与弹性骨架（3）相同，先在弹簧钢管一端加工倒角，然后在其周向间隔设置凸台（7）和螺旋孔（2）；
S3.加工牺牲阳极扶正肋条（5），所述牺牲阳极扶正肋条（5）的加工方法为：以镁铝合金为牺牲阳极材料，按照设计尺寸加工牺牲阳极扶正肋条（5）的浇注模具，加热镁铝合金至熔融状态，浇注至模具中定形并冷却，冷却后打磨去除毛刺并检验有无铸造缺陷；
S4.组装，组装方法为通过导电紧固螺钉（4）将牺牲阳极扶正肋条（5）与弹性骨架（3）的扶正条（3.1）联接在一起。
9.根据权利要求8所述的一种套管外壁防腐用弹性骨架扶正器的加工方法，其特征在于，所述步骤S1中弹性骨架（3）由弹簧钢板压制、卷曲、焊接的具体加工方法为：以弹簧钢钢板为原材料，将其裁剪成设计大小的方形钢板，在方形钢板的宽度方向上加工出多个宽度相同的等间隔的矩形槽，将相邻矩形槽之间的实心棱条部分冲压呈弧形，并将冲压后的带弧形棱条的方形钢板沿长度方向卷曲，直至卷曲面的端面线基本贴合，沿着卷曲面的端面线，在轴线方向焊接卷成圆筒形框架结构。
10.根据权利要求1-7任意一项所述的一种套管外壁防腐用弹性骨架扶正器的使用方法，其特征在于：所述使用方法为将上扶正限位环（1）套穿于被保护套管（8）上，移动至适当位置，紧固上扶正限位环（1）上的防松顶丝，完成定位；然后通过导电紧固螺钉（4）将牺牲阳极扶正肋条（5）与弹性骨架（3）的扶正条（3.1）连接在一起，完成扶正器本体的组装，将组装后的扶正器本体套穿于被保护套管（8）上，并移动至与上扶正限位环（1）接触的位置；最后将下扶正限位环（6）套穿于被保护套管（8）上，并移动至与扶正器本体相接触的位置，旋紧下扶正限位环（6）上的防松顶丝。
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