CN114876383B - 一种伍德合金激活的可变径扶正器及性能测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种伍德合金激活的可变径扶正器及性能测试装置,可变径扶正器包括单弓形弹性扶正器、钢带扣和变径控制装置;所述单弓形弹性扶正器的两端为座圈,两个座圈之间固定有若干个单弓形弹性扶正条;所述钢带扣固定在单弓形弹性扶正条内侧的居中位置;所述变径控制装置包括钢带和激活控制部件;所述钢带穿过单弓形弹性扶正条上的钢带扣并收紧,使单弓形弹性扶正条收缩,钢带的两端用激活控制部件固定。该可变径扶正器在设定温度下以伍德合金的熔化为激活条件,解除了单弓形弹性扶正条的束缚,从而使可变径扶正器从圆柱形变为腰鼓形,弹出的单弓形弹性扶正条支撑在井壁上,能够保证套管的居中度,最终达到扶正效果。
Description
技术领域
本发明属于油气井工程领域,特别是涉及一种伍德合金激活的可变径扶正器及性能测试装置。
背景技术
在油气井开采工程中,固井是一个影响整体作业质量的关键环节。在固井作业之中,套管居中是保证固井质量的重要前提,套管居中度差易造成环形空间内水泥偏心流动、钻井液滞留、顶替窜槽及凝固后水泥环局部缺失等问题,造成层间无法封隔;同时,套管居中度差也会使得固井工艺及材料技术效能难以充分发挥,无法保证固井质量。通过各项实验数据和现场实践表明,套管居中度大于67%时,才能通过调整钻井液和水泥浆流变性能、增加密度差等措施保证水泥浆顶替效率。目前,提高居中度最有效的方法是使用扶正器。在现有的实际生产操作之中,使用比较多的两种扶正器分别是刚性扶正器和弹性扶正器,但这两种扶正器都存在着一定的局限性。刚性扶正器自身外径很小,无法在不规则井段、大肚子井段、糖葫芦井段发挥扶正作用,而弹性扶正器中变形较大的扶正条容易造成套管下井摩擦阻力增大。因此迫切需要一种变径扶正器,在入井前把扶正条束缚住,解决套管下井摩擦阻力大的问题,下井后解除束缚让扶正条弹开,从而达到缩短套管下井时间并保证套管的居中度的效果。
伍德合金是一种低熔点锡铋合金,其从固态转变为液态的温度可以在加工生产时进行定制,使其满足在井下特定温度下可以从固态转变为液态的性能要求,从而促使相应激活装置解锁运转。在固井作业之中,由于传统弹性扶正器的局限性,设计基于伍德合金激活的可变径扶正器,在不改变传统固井工艺的基础上,利用伍德合金在特定温度下熔化或软化的特性,实现下井后解除扶正条束缚的需求,对降低固井成本和提高固井效益具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的是设计一种伍德合金激活的可变径扶正器及性能测试装置,基于伍德合金材料,解除可变径扶正器的扶正条束缚,在不改变传统固井工艺的基础上,实现套管居中。
本发明的技术方案是一种伍德合金激活的可变径扶正器,包括单弓形弹性扶正器10、钢带扣20和变径控制装置;
所述单弓形弹性扶正器10的两端为座圈,两个座圈之间固定有若干个单弓形弹性扶正条;
所述钢带扣20固定在单弓形弹性扶正条内侧的居中位置;
所述变径控制装置包括钢带30和激活控制部件40;所述钢带30穿过单弓形弹性扶正条上的钢带扣20并收紧,使单弓形弹性扶正条收缩,钢带30的两端用激活控制部件40固定;
所述激活控制部件40包括缸体41、上盖42、下盖43、活塞44、伍德合金块45和弹簧46;所述缸体41中心开有盲孔,盲孔底部设置有引流孔;伍德合金块45安置在盲孔底部,伍德合金块45上面依次安装有活塞44、下盖43和上盖42,弹簧46安装在活塞44与下盖43之间,活塞44上端插在钢带30端部的固定孔中,钢带30夹在下盖43和上盖42之间。
所述伍德合金块45在设定温度熔化,所述设定温度为47-200℃之间。
一种如权利要求1或2所述的伍德合金激活的可变径扶正器的性能测试装置,包括计算机辅助控制平台51、高压泵52、温度控制组件53、箱体54、扶正器支架55和加热器56;所述箱体54为耐压箱体,箱体54中设置扶正器支架55和加热器56,高压泵52为箱体54加压,温度控制组件53测量箱体54内的温度,计算机辅助控制平台51控制高压泵52、温度控制组件53和加热器56。
本发明所提供的一种伍德合金激活的可变径扶正器及性能测试装置具有以下优点:
1.在设定温度下以伍德合金材料的熔化为激活条件,解除了单弓形弹性扶正条的束缚,使得单弓形弹性扶正条处于弹开状态,从而使可变径扶正器从圆柱形变为腰鼓形,弹出的单弓形弹性扶正条支撑在井壁上,能够保证套管的居中度,最终达到扶正效果。
2.该发明结构简单、合理,加工成本较低、装配方便,能够缩短套管下井时间。
3.在不改变传统固井工艺的基础上,实现套管居中,提高油气井的质量,增加经济效益。
附图说明
图1为一种伍德合金激活的可变径扶正器的主视结构示意图。
图2为图1的中心剖视结构示意图。
图3是激活控制部件的剖面结构示意图。
图4是激活控制部件与钢带配合关系的剖面结构示意图。
图5是一种可变径扶正器的性能测试装置的结构示意图。
图中标号说明:
10.单弓形弹性扶正器、20.钢带扣、30.钢带、40.激活控制部件
41.缸体、42.上盖、43.下盖、44.活塞、45.伍德合金块、46.弹簧
51.计算机辅助控制平台、52.高压泵、53.温度控制组件、54.箱体、55.扶正器支架、56.加热器
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。应该强调的是,下述说明仅仅是示例性的,而不是为了限制本发明的范围及其应用。
实施例
本实施例所述的一种伍德合金激活的可变径扶正器见图1到图4所示。
如图1到图4所示,本实施例所述的一种伍德合金激活的可变径扶正器包括单弓形弹性扶正器10、钢带扣20和变径控制装置;
所述单弓形弹性扶正器10的两端为座圈,两个座圈之间固定有若干个单弓形弹性扶正条;
所述钢带扣20固定在单弓形弹性扶正条内侧的居中位置;所述钢带扣20与单弓形弹性扶正条内侧固定后,在钢带扣20与单弓形弹性扶正条之间形成缝隙。
所述变径控制装置包括钢带30和激活控制部件40;所述钢带30穿过单弓形弹性扶正条上与钢带扣20之间的缝隙并收紧,使单弓形弹性扶正条收缩,钢带30的两端带有固定孔,钢带30的两端用激活控制部件40固定;
所述激活控制部件40包括缸体41、上盖42、下盖43、活塞44、伍德合金块45和弹簧46;所述缸体41中心开有盲孔,盲孔底部设置有引流孔;伍德合金块45以固态形式安置在盲孔底部,伍德合金块45上面依次安装有活塞44、下盖43和上盖42,弹簧46安装在活塞44与下盖43之间,处于收缩状态,活塞44上端插在钢带30一端的固定孔中,钢带30的另一端的固定孔固定在下盖43上,钢带30夹在下盖43和上盖42之间。
此时可变径扶正器处于收缩状态,单弓形弹性扶正条尚未展开,可变径扶正器的外形是圆柱状。当可变径扶正器安装在套管上,随套管下到井中指定位置后,外界环境温度达到设定温度,符合激活条件,伍德合金块45从固态熔化成液态,并通过缸体41上的引流孔流出,弹簧46从收缩状态转变为释放状态,推动活塞44向前推动,钢带30被释放,使得单弓形弹性扶正条处于弹开状态,从而使可变径扶正器从圆柱形变为腰鼓形,弹出的单弓形弹性扶正条支撑在井壁上,能够保证套管的居中度,最终达到扶正效果。
所述伍德合金块45在设定温度熔化。伍德合金是一种低熔点锡铋合金,其从固态转变为液态的温度可以通过调整合金中锡铅铋镉的配比来定制,使其满足在井下特定温度下可以从固态转变为液态的性能要求,从而促使相应激活控制部件解锁运转。伍德合金的熔点温度可以在47-200℃之间调整定制。
如图5所示,本实施例所述的一种伍德合金激活的可变径扶正器的性能测试装置,包括计算机辅助控制平台51、高压泵52、温度控制组件53、箱体54、扶正器支架55和加热器56;所述箱体54为耐压箱体,箱体54中设置扶正器支架55和加热器56,高压泵52为箱体54加压,温度控制组件53测量箱体54内的温度,计算机辅助控制平台51控制高压泵52、温度控制组件53和加热器56。
性能测试时,待测的可变径扶正器放置在扶正器支架55上,高压泵52用以提供测试所需要的压力,模拟井下高压的工况;加热器56用以提供测试所需要的的温度,模拟井下高温的工况。箱体54在测试进行时,处于密封状态。计算机辅助控制平台51通过相关软件调节控制箱体54中的试验温度和压力,并能够得到相关数据和趋势变化图。
本实施所述的一种伍德合金激活的可变径扶正器的性能测试装置的测试方法,是模拟固井环境中的温度、压力条件,对使用伍德合金块45和弹簧46的激活控制部件40的可变径扶正器进行测试,其具体步骤如下:
步骤10:将使用伍德合金块45和弹簧46的激活控制部件40的可变径扶正器套装在套管上,放置在箱体54中的扶正器支架55上,并将箱体54密封;
步骤20:启动可变径扶正器的性能测试装置,开启高压泵52,向箱体54内部注入液体,逐步达到设定压力;启动加热器56,逐步达到设定温度;
步骤30:启动计算机辅助控制平台51,进行相应数据采集和分析。
步骤40:调节箱体54内温度和压力,模拟固井工况,分别设置80℃、100℃、120℃、140℃、160℃五组试验温度,对应的压力值分别为20MPa、30MPa、40MPa、50MPa、60MPa,观察伍德合金块45熔化性能和单弓形弹性扶正条释放情况。
步骤50:数据处理与分析,运用计算机软件,通过比较不同温度下的伍德合金块45熔化性能和单弓形弹性扶正条释放情况,判断该可变径扶正器对于所需性能的满足程度。
最后需要指出的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各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;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (3)
1.一种伍德合金激活的可变径扶正器,其特征是:包括单弓形弹性扶正器(10)、钢带扣(20)和变径控制装置;
所述单弓形弹性扶正器(10)的两端为座圈,两个座圈之间固定有若干个单弓形弹性扶正条;
所述钢带扣(20)固定在单弓形弹性扶正条内侧的居中位置;
所述变径控制装置包括钢带(30)和激活控制部件(40);所述钢带(30)穿过单弓形弹性扶正条上的钢带扣(20)并收紧,使单弓形弹性扶正条收缩,钢带(30)的两端用激活控制部件(40)固定;
所述激活控制部件(40)包括缸体(41)、上盖(42)、下盖(43)、活塞(44)、伍德合金块(45)和弹簧(46);所述缸体(41)中心开有盲孔,盲孔底部设置有引流孔;伍德合金块(45)安置在盲孔底部,伍德合金块(45)上面依次安装有活塞(44)、下盖(43)和上盖(42),弹簧(46)安装在活塞(44)与下盖(43)之间,活塞(44)上端插在钢带(30)端部的固定孔中,钢带(30)夹在下盖(43)和上盖(42)之间。
2.根据权利要求1所述的一种伍德合金激活的可变径扶正器,其特征是:所述伍德合金块(45)在设定温度熔化,所述设定温度为47-200℃之间。
3.一种如权利要求1或2所述的伍德合金激活的可变径扶正器的性能测试装置,其特征是:包括计算机辅助控制平台(51)、高压泵(52)、温度控制组件(53)、箱体(54)、扶正器支架(55)和加热器(56);所述箱体(54)为耐压箱体,箱体(54)中设置扶正器支架(55)和加热器(56),高压泵(52)为箱体(54)加压,温度控制组件(53)测量箱体(54)内的温度,计算机辅助控制平台(51)控制高压泵(52)、温度控制组件(53)和加热器(56)。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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