CN114941509B - 一种油井固井用套管浮鞋及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油钻井行业中固井工具技术领域，尤其涉及一种油井固井用套管浮鞋及其使用方法，套管浮鞋包括圆柱形壳体和引鞋帽，所述引鞋帽为中空的偏心结构，前端圆周设有多个第一通孔，所述引鞋帽通过第一轴承与所述壳体可旋转连接，所述壳体内部设有单向阀组件，所述单向阀组件的阀芯内部设有连通所述引鞋帽的空腔，侧壁设有连通所述空腔的第二通孔和设于所述第二通孔下方的滑动环，所述滑动环密封滑动抵接所述壳体内壁，所述空腔内设有涡轮机构。本发明可以保证套管串避开断层台阶，冲散砂桥，并可以提高固井质量，防返流效果好。

Description

一种油井固井用套管浮鞋及其使用方法

技术领域

本发明涉及石油钻井行业中固井工具技术领域，尤其涉及一种油井固井用套管浮鞋及其使用方法。

背景技术

石油钻井行业中，水平井已经成为油气田勘探开发的重要趋势。水平井开发在下套管过程中，套管刮削井壁岩石与泥砂，容易形成套管堵塞以及下入受阻等现象，导致施工失败。因此，为了保护和引导套管正常下入井底，会在套管柱末端连接浮鞋，浮鞋是能产生浮力的套管引鞋，起引鞋和回压凡尔的作用，既能够保证套管顺利下入井底，又具有在固井时防止泥浆返流的作用。

现有技术中的套管浮鞋存在以下问题：1.油田开发时经常会遇到具有断层的地质条件，受断层台阶的影响，浮鞋的下入受到阻碍；2.下放套管串时，井筒内容易出现砂桥，砂桥会阻挡浮鞋的下入，并且难以清理，经常造成起套管作业，造成人力物力的巨大损失；3.固井时，难以在井底形成紊流，影响固井效果；4.套管浮鞋普遍存在密封效率低、密封效果差等缺点，导致固井时不能及时阻止泥浆返流，从而出现泥浆倒流，造成严重的固井事故。

申请号为CN201110235894.9的发明专利公开了一种液动旋转套管引鞋，通过在悬挂外壳体内部设置旋转轴与旋转套，旋转轴与旋转套采用类似于水轮的结构设计，在套管引鞋引导套管的下放过程中，通过液体从套管接头流入，在旋转轴旋转作用下使液体的流速加快，以带动旋转套进行转动，进而带动偏心引鞋头进行转动，而液体则可通过旋转套上与偏心引鞋头末端的通孔、由偏心引鞋头前端的轴向通孔流出，实现套管在下放过程中的引导和划眼的功能，避免了井筒内因泥浆的影响而对套管下放造成阻碍。但是上述技术方案仅适用于套管引鞋中，不具有阻止泥浆返流的效果。

申请号为CN201610293312.5的发明专利公开了一种偏心式水力旋转引鞋，引鞋顶端为偏心结构设计，且能够自由转动，管串下入时能够利用偏心斜面轻易避过断层的台阶面进行下套管作业，遭遇砂桥时，通过循环泥浆形成喷射效果，利用流体的动能冲击砂桥，偏芯引鞋帽对井底泥砂的搅动效果也有利于砂桥的解堵，固井时也能使井底流体以紊流状态上返，提高固井质量。但是上述技术方案同样仅适用于套管引鞋中，不具有阻止泥浆返流的效果。

发明内容

为解决上述技术问题至少之一，本发明提供一种油井固井用套管浮鞋，包括圆柱形壳体和引鞋帽，所述引鞋帽为中空的偏心结构，前端圆周设有多个第一通孔，所述引鞋帽通过第一轴承与所述壳体可旋转连接，所述壳体内部设有单向阀组件，所述单向阀组件的阀芯内部设有连通所述引鞋帽的空腔，侧壁设有连通所述空腔的第二通孔和设于所述第二通孔下游的滑动环，所述滑动环密封滑动抵接所述壳体内壁，所述空腔内设有涡轮机构。

优选的，所述第一通孔面向所述引鞋帽的前端倾斜设置，由内至外依次包括圆形孔和向外渐扩的锥形孔。

优选的，所述单向阀组件包括阀座、阀芯和第一弹簧，所述阀座固定设于所述壳体内壁，所述第一弹簧一端连接所述滑动环，另一端固定于所述壳体内壁的第一弹簧固定座上，所述阀芯密封可滑动贯穿所述第一弹簧固定座，所述壳体内壁设有第一环形滑槽，所述滑动环在所述第一环形滑槽内密封滑动。

优选的，所述第一轴承的两侧均设有密封组件，所述壳体和所述引鞋帽的连接处对应设有第一环形凹槽和第二环形凹槽，所述密封组件包括间隔嵌设于所述第一环形凹槽和第二环形凹槽内的第一石墨密封圈和第二石墨密封圈。

优选的，所述密封组件还包括滑动设于所述第一环形凹槽内的第一金属密封圈和固定设于所述第二环形凹槽内的第二金属密封圈，所述第一金属密封圈具有凸起的第一锥形截面，所述第二金属密封圈具有内凹的第二锥形截面，所述第一石墨密封圈和第二石墨密封圈具有与所述第一锥形截面和第二锥形截面相应的棱形截面，第二弹簧一端连接所述第一金属密封圈，另一端连接所述第一环形凹槽。

优选的，所述涡轮机构包括转筒，所述转筒内壁固定设有第一涡轮叶片，外壁设有环状凸缘，所述转筒通过转盘轴承与固定环可旋转连接，所述固定环的外侧壁圆周等距设有多个滑动凸起，底部设有第三弹簧，所述阀芯的空腔内设有与所述滑动凸起相应的竖直滑槽以及固定所述第三弹簧的第三弹簧固定座。

优选的，所述引鞋帽内设有旋转塞机构和驱动所述旋转塞机构复位的扭矩回复机构，所述旋转塞机构包括倒放的碗状旋转塞，所述旋转塞封堵所述引鞋帽上的第一通孔，所述旋转塞的侧壁圆周等距设有第三通孔，所述旋转塞机构可在所述涡轮机构下压时旋转，使所述第三通孔与所述第一通孔连通。

优选的，所述旋转塞机构包括与所述第一涡轮叶片旋向相同的第二涡轮叶片，所述第二涡轮叶片的中心处设有第二中心轴，自由端固定于所述引鞋帽内壁，所述第一涡轮叶片中心处设有第一中心轴，所述第一中心轴上设有与所述第二中心轴花键连接的第一套筒，所述第一套筒上设有第一滑爪，所述旋转塞上设有第二套筒，所述第二套筒上设有第二滑爪，所述第一滑爪下压时驱动所述第二滑爪旋转。

优选的，所述引鞋帽面向所述旋转塞一侧具有平面内壁，所述平面内壁与所述旋转塞间隔平行设置，所述平面内壁中心处设有轴承安装槽，围绕所述轴承安装槽圆周等距设有多个与其同心的圆弧滑槽，所述扭矩回复机构包括设于所述轴承安装槽内的第二轴承，设于所述圆弧滑槽内的滑块和弧形弹簧，所述弧形弹簧一端连接所述滑块，另一端固定于所述圆弧滑槽内，所述旋转塞面向所述平面内壁一端的中心处设有与所述第二轴承相连的旋转轴，围绕所述旋转轴圆周等距设有与所述滑块相连的固定轴。

本发明提供了一种油井固井用套管浮鞋的使用方法，包括以下步骤：

步骤S100、将套管浮鞋安装于套管末端，引导套管柱下入井底；

步骤S200、遇到断层的台阶面时，套管浮鞋的引鞋帽发生偏心旋转，避开断层的台阶面继续引导套管柱下入井底；

步骤S300、遇到砂桥时，向套管柱内泵入高压泥浆，高压泥浆将套管浮鞋的阀芯推离阀座，从阀芯的第二通孔进入阀芯内的空腔，空腔内涡轮机构上的第一涡轮叶片在高压泥浆的推动下旋转并下压，带动引鞋帽旋转的同时驱动旋转塞相对引鞋帽旋转，引鞋帽上的第一通孔与旋转塞上的第三通孔连通，高压泥浆从第一通孔呈涡流状喷出，配合引鞋帽的旋转，形成高压旋流，将砂桥冲开，砂桥冲开后，停止泵入高压泥浆，阀芯复位封堵阀座，涡轮机构复位，旋转塞在扭矩回复机构驱动下复位，将引鞋帽的第一通孔封堵，此时可引导套管柱继续下入井底；

步骤S400、固井时，向套管柱内泵入固井泥浆，固井泥浆将阀芯推离阀座，从阀芯的第二通孔进入空腔，涡轮机构的第一涡轮叶片在固井泥浆的推动下旋转并下压，带动引鞋帽旋转的同时驱动旋转塞相对引鞋帽旋转，引鞋帽上的第一通孔与旋转塞上的第三通孔连通，固井泥浆从第一通孔呈涡流状喷出，配合引鞋帽的旋转，形成高压旋流，使固井泥浆以紊流状态上返，提高固井质量；当固井泥浆出现返流时，阀芯和涡轮机构在返流泥浆的推动下迅速复位，阀芯封堵阀座，同时旋转塞在扭矩回复机构驱动下复位，将引鞋帽的第一通孔封堵，对返流泥浆形成双重阻隔。

与现有技术相比，本发明具有如下有益技术效果：

1.引鞋帽的偏心斜面可以旋转避开断层的台阶面，从而保证套管串的顺利下入；

2.当遇到砂桥时，通过向套管串内注入高压泥浆，高压泥浆经过涡轮机构形成涡流流体后从引鞋帽流出冲散砂桥，从而保证套管串顺利下入；

3.固井时，向套管串内注入固井泥浆，固井泥浆经过涡轮机构形成涡流流体后从引鞋帽中流出，在井底形成紊流，提高固井效果；

4.密封组件密封效果好，旋转阻力低，可以保护第一轴承，避免泥浆和井筒内的砂砾对第一轴承的侵蚀和堵塞，同时也可以及时进行密封位移补偿，保证密封稳定性，提高密封效果；

5.涡轮机构具有减震缓冲和低阻力旋转结构，可以在泥浆的冲击下下移，吸收高压状态的泥浆对第一涡轮叶片产生的冲击和随之引起的震颤，延长设备的使用寿命和工艺稳定性，同时可以降低旋转阻力，使泥浆形成高强度涡流；

6.旋转塞机构可以在涡轮机构和扭矩回复机构的作用下旋转及复位，打开或封堵引鞋帽上的第一通孔，初始状态下，套管串未注入泥浆，引鞋帽处于封堵状态，使井筒内的砂砾无法进入套管浮鞋内；当注入泥浆时，泥浆推动涡轮机构下压，克服扭矩回复机构的扭矩力推动旋转塞机构旋转，打开引鞋帽上的第一通孔，此时，泥浆可以从引鞋帽内以涡流状流出套管浮鞋，冲击砂桥或者进行固井；当固井出现泥浆返流时，涡轮机构上移远离旋转塞机构，旋转塞机构在扭矩回复机构的作用下复位，封堵引鞋帽，使返流泥浆无法进入套管串，提高套管浮鞋防止返流的效果；

综上所述，本发明可以保证套管串避开断层台阶，冲散砂桥，并可以提高固井质量，防返流效果好。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明立体结构爆炸试图；

图3为引鞋帽的主视图；

图4为图3的A-A剖面图；

图5为图1中A的局部放大图；

图6为图2中涡轮机构的爆炸试图；

图7为图2中旋转塞的结构示意图；

图8为第一涡轮叶片下压驱动旋转塞旋转的过程状态图；

图9为引鞋帽的仰视图。

附图标记说明：

1、壳体，2、引鞋帽，3、单向阀组件，4、第一轴承，5、密封组件，6、涡轮机构，7、旋转塞机构，8、扭矩回复机构，

11、第一弹簧固定座，12、第一环形滑槽，13、第一环形凹槽，

21、第一通孔，211、圆形孔，212、锥形孔，

22、第二环形凹槽，23、平面内壁，24、轴承安装槽，25、圆弧滑槽，

31、阀座，

32、阀芯，321、空腔，322、第二通孔，323、滑动环，324、竖直滑槽，325、第三弹簧固定座，

33、第一弹簧，

51、第一石墨密封圈，52、第二石墨密封圈，53、第一金属密封圈，531、第一锥形截面，54、第二金属密封圈，541、第二锥形截面，55、第二弹簧，

61、转筒，611、环状凸缘，62、第一涡轮叶片，621、第一中心轴，622、第一套筒，623、第一滑爪，63、转盘轴承，64、固定环，641、滑动凸起，65、第三弹簧，

71、旋转塞，711、第三通孔，712、第二套筒，713、第二滑爪，714、旋转轴，715、固定轴，72、第二涡轮叶片，721、第二中心轴，

81、第二轴承，82、滑块，83、弧形弹簧。

具体实施方式

下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式：

需要说明的是，本说明书所附图中示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例1

结合附图1至4，本实施例提供了一种油井固井用套管浮鞋，包括圆柱形壳体1和引鞋帽2，所述引鞋帽2为中空的偏心结构，前端圆周设有多个第一通孔21，所述引鞋帽2通过第一轴承4与所述壳体1可旋转连接，所述壳体1内部设有单向阀组件3，所述单向阀组件3的阀芯32内部设有连通所述引鞋帽2的空腔321，侧壁设有连通所述空腔321的第二通孔322和设于所述第二通孔322下游的滑动环323，所述滑动环323密封滑动抵接所述壳体1内壁，所述空腔321内设有涡轮机构6。

首先需要说明的是，本发明各附图中的上方，为实际施工过程中泥浆流动方向的下游，即引鞋帽2位于套管的最底部。

上述技术方案中，壳体1一端与套管螺纹连接，另一端与引鞋帽2可旋转连接，当遇到井筒内的断层台阶时，引鞋帽2的偏心斜面可以旋转避开断层的台阶面，从而保证套管串的顺利下入。当遇到砂桥时，通过向套管串内注入高压泥浆打开单向阀组件3，高压泥浆受到滑动环323的阻隔，只能从第二通孔322进入阀芯32的空腔321中，随后经涡轮机构6形成涡流流体，然后从引鞋帽2的第一通孔21中流出，将砂桥冲散，从而保证套管串顺利下入。固井时，向套管串内注入固井泥浆，固井泥浆打开单向阀组件3，固井泥浆受到滑动环323的阻隔，只能从第二通孔322进入阀芯32的空腔321中，随后经涡轮机构6后形成涡流流体，然后从引鞋帽2的第一通孔21中流出，在井底形成紊流，提高固井效果。

在一个具体技术方案中，如图3和图4所示，所述第一通孔21面向所述引鞋帽2的前端倾斜设置，由内至外依次包括圆形孔211和向外渐扩的锥形孔212。当泥浆流经第一通孔21时，会在锥形孔212的出口端形成涡流，进一步提高泥浆冲击砂桥或者形成紊流的效果。

在一个具体技术方案中，如图1和图2所示，所述单向阀组件3包括阀座31、阀芯32和第一弹簧33，所述阀座31固定设于所述壳体1内壁，所述第一弹簧33一端连接所述滑动环323，另一端固定于所述壳体1内壁的第一弹簧固定座11上，所述阀芯32密封可滑动贯穿所述第一弹簧固定座11，所述壳体1内壁设有第一环形滑槽12，所述滑动环323在所述第一环形滑槽12内密封滑动。上述技术方案中，滑动环323在壳体1内壁的第一环形滑槽12内密封滑动，可以保证泥浆全部从阀芯32的第二通孔322进入空腔321中，使涡轮机构6在泥浆的液压驱动下旋转。涡轮机构6可采用现有技术中的常规结构，只要能使流经涡轮机构6的泥浆形成涡流流体即可。

实施例2

结合附图1至5，本实施例提供了一种油井固井用套管浮鞋，以实施例1为基础，所述第一轴承4的两侧均设有密封组件5，所述壳体1和所述引鞋帽2的连接处对应设有第一环形凹槽13和第二环形凹槽22，所述密封组件5包括间隔嵌设于所述第一环形凹槽13和第二环形凹槽22内的第一石墨密封圈51和第二石墨密封圈52。

上述技术方案中，通过在第一轴承4的两侧设置密封组件5，可以保护第一轴承4，避免泥浆和井筒内的砂砾对第一轴承4的侵蚀和堵塞。采用耐化学品性和热稳定性好的石墨作为密封主体材料，可以在保证密封稳定性的同时降低旋转阻力。第一石墨密封圈51和第二石墨密封圈52间隔设置，可以进一步降低旋转阻力，提高密封效果。

在一个具体技术方案中，如图5所示，所述密封组件5还包括滑动设于所述第一环形凹槽13内的第一金属密封圈53和固定设于所述第二环形凹槽22内的第二金属密封圈54，所述第一金属密封圈53具有凸起的第一锥形截面531，所述第二金属密封圈54具有内凹的第二锥形截面541，所述第一石墨密封圈51和第二石墨密封圈52具有与所述第一锥形截面531和第二锥形截面541相应的棱形截面，第二弹簧55一端连接所述第一金属密封圈53，另一端连接所述第一环形凹槽13。

上述技术方案中，第二弹簧55和第一金属密封圈53对第一石墨密封圈51和第二石墨密封圈52提供竖直和水平方向的张紧力，保证第一石墨密封圈51和第二石墨密封圈52分别与第二金属密封圈54形成紧密的密封结构，当石墨在旋转过程中发生损耗时，第二弹簧55和第一金属密封圈53可以及时推动第一石墨密封圈51和第二石墨密封圈52进行位移补偿，保证密封稳定性。

实施例3

结合附图1和附图6，本实施例提供一种油井固井用套管浮鞋，以实施例1为基础，所述涡轮机构6包括转筒61，所述转筒61内壁固定设有第一涡轮叶片62，外壁设有环状凸缘611，所述转筒61通过转盘轴承63与固定环64可旋转连接，所述固定环64的外侧壁圆周等距设有多个滑动凸起641，底部设有第三弹簧65，如图1所示，所述阀芯32的空腔321内设有与所述滑动凸起641相应的竖直滑槽324以及固定所述第三弹簧65的第三弹簧固定座325。

上述技术方案中，涡轮机构6的第一涡轮叶片62可以与第三弹簧65相配合，在泥浆的冲击下下移，形成一个减震缓冲，吸收高压状态的泥浆对第一涡轮叶片62产生的冲击和震颤，延长设备的使用寿命和工艺稳定性，固定环64和转筒61的环状凸缘611通过转盘轴承63可旋转连接，可以降低第一涡轮叶片62的旋转阻力，提高泥浆形成的涡流强度。

实施例4

结合附图1至8，本实施例提供一种油井固井用套管浮鞋，在实施例3的基础上，所述引鞋帽2内设有旋转塞机构7和驱动所述旋转塞机构7复位的扭矩回复机构8，如图7所示，所述旋转塞机构7包括倒放的碗状旋转塞71，所述旋转塞71封堵所述引鞋帽2上的第一通孔21，所述旋转塞71的侧壁圆周等距设有第三通孔711，所述旋转塞机构7可在所述涡轮机构6下压时旋转，使所述第三通孔711与所述第一通孔21连通。

上述技术方案中，旋转塞71可以在涡轮机构6和扭矩回复机构8的作用下旋转，打开或封堵引鞋帽2上的第一通孔21。扭矩回复机构8可以采用现有技术中任意具有扭矩回复功能的结构，例如扭簧和涡卷弹簧，只要能够使旋转塞71旋转复位即可。初始状态下，套管浮鞋内无泥浆注入，扭矩回复机构8推动旋转塞71位于初始状态，此时旋转塞71上的第三通孔711与引鞋帽2上的第一通孔21错位，引鞋帽2处于封闭状态，井筒内的砂砾无法通过第一通孔21进入套管浮鞋内。当注入泥浆时，泥浆推动涡轮机构6下压，克服扭矩回复机构8的扭矩力推动旋转塞71旋转，使旋转塞71上的第三通孔711与引鞋帽2上的第一通孔21连通，此时，泥浆可以经第三通孔711和第一通孔21流出引鞋帽2，冲击砂桥或者进行固井。当固井出现泥浆返流时，涡轮机构6在返流泥浆的推动下上移远离旋转塞机构7，旋转塞机构7在扭矩回复机构8的作用下复位，第三通孔711和第一通孔21错位，旋转塞71封堵引鞋帽2，使返流泥浆无法进入引鞋帽2，提高了套管浮鞋阻止泥浆返流的能力。

在一个具体技术方案中，如图2所示，所述旋转塞机构7包括与所述第一涡轮叶片62旋向相同的第二涡轮叶片72，所述第二涡轮叶片72的中心处设有第二中心轴721，自由端固定于所述引鞋帽2内壁，所述第一涡轮叶片62中心处设有第一中心轴621，所述第一中心轴621上设有与所述第二中心轴721花键连接的第一套筒622，所述第一套筒622上设有第一滑爪623，如图7所示，所述旋转塞71上设有第二套筒712，所述第二套筒712上设有第二滑爪713，所述第一滑爪623下压时驱动所述第二滑爪713旋转。

上述技术方案中，采用滑爪机构实现涡轮机构6下压驱动旋转塞机构7旋转的功能，滑爪机构中的第一滑爪623和第二滑爪713如图6和图7所示，由竖直面和弧形曲面（或倾斜面）交替形成一个圆环状，如图8所示，初始状态下，第一滑爪623的尖端与第二滑爪713的尖端略微交错设置，当涡轮机构6下压时，第一涡轮叶片62的第一中心轴621插入旋转塞71的第二套筒712内，第一滑爪623下压与第二滑爪713接触，第二滑爪713的尖端会沿第一滑爪623的弧形曲面（或倾斜面）下滑，直至第一滑爪623和第二滑爪713完全啮合形成一个圆筒状，在此过程中旋转塞71发生旋转。第二涡轮叶片72的第二中心轴721与第一套筒622花键连接，一方面可以使第一套筒622与引鞋帽2和旋转塞机构7的相对位置固定，使涡轮机构6下压时可以顺利驱动旋转塞71相对于引鞋帽2旋转，另一方面可以使第一涡轮叶片62旋转时带动引鞋帽2旋转，在井筒内形成旋流，此外第二涡轮叶片72可以将第一涡轮叶片62形成的涡流进一步放大，旋流和高强度涡流共同作用，能够进一步提高泥浆冲击砂桥和泥浆固井的效果。

在一个具体技术方案中，如图1和图9所示，所述引鞋帽2面向所述旋转塞71一侧具有平面内壁23，所述平面内壁23与所述旋转塞71间隔平行设置，所述平面内壁23中心处设有轴承安装槽24，围绕所述轴承安装槽24圆周等距设有多个与其同心的圆弧滑槽25，所述扭矩回复机构8包括设于所述轴承安装槽24内的第二轴承81，设于所述圆弧滑槽25内的滑块82和弧形弹簧83，所述弧形弹簧83一端连接所述滑块82，另一端固定于所述圆弧滑槽25内，所述旋转塞71面向所述平面内壁23一端的中心处设有与所述第二轴承81相连的旋转轴714，围绕所述旋转轴714圆周等距设有与所述滑块82相连的固定轴715。

上述技术方案中，旋转轴714通过第二轴承81固定于轴承安装槽24内，可以降低旋转塞71的旋转阻力，旋转塞71和平面内壁23间隔设置也可以降低旋转塞71的旋转阻力，提高旋转塞71打开或封堵引鞋帽2的效率；多组弧形弹簧83和滑块82相配合，可以稳定高效的向固定轴715提供扭矩回复力，提高旋转塞71的复位速度和复位稳定性。

实施例5

本实施例提供了一种油井固井用套管浮鞋的使用方法，包括以下步骤：

步骤S100、将套管浮鞋安装于套管末端，引导套管柱下入井底；

步骤S200、遇到断层的台阶面时，套管浮鞋的引鞋帽2发生偏心旋转，避开断层的台阶面继续引导套管柱下入井底；

步骤S300、遇到砂桥时，向套管柱内泵入高压泥浆，高压泥浆将套管浮鞋的阀芯32推离阀座31，从阀芯32的第二通孔322进入阀芯32内的空腔321，空腔321内涡轮机构6上的第一涡轮叶片62在高压泥浆的推动下旋转并下压，带动引鞋帽2旋转的同时驱动旋转塞71相对引鞋帽2旋转，引鞋帽2上的第一通孔21与旋转塞71上的第三通孔711连通，高压泥浆从第一通孔21呈涡流状喷出，配合引鞋帽2的旋转，形成高压旋流，将砂桥冲开，砂桥冲开后，停止泵入高压泥浆，阀芯32复位封堵阀座31，涡轮机构6复位，旋转塞71在扭矩回复机构8驱动下复位，将引鞋帽2的第一通孔21封堵，此时可引导套管柱继续下入井底；

步骤S400、固井时，向套管柱内泵入固井泥浆，固井泥浆将阀芯32推离阀座31，从阀芯32的第二通孔322进入空腔321，涡轮机构6的第一涡轮叶片62在固井泥浆的推动下旋转并下压，带动引鞋帽2旋转的同时驱动旋转塞71相对引鞋帽2旋转，引鞋帽2上的第一通孔21与旋转塞71上的第三通孔711连通，固井泥浆从第一通孔21呈涡流状喷出，配合引鞋帽2的旋转，形成高压旋流，使固井泥浆以紊流状态上返，提高固井质量；当固井泥浆出现返流时，阀芯32和涡轮机构6在返流泥浆的推动下迅速复位，阀芯32封堵阀座31，同时旋转塞71在扭矩回复机构8驱动下复位，将引鞋帽2的第一通孔21封堵，对返流泥浆形成双重阻隔。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种油井固井用套管浮鞋，包括圆柱形壳体（1）和引鞋帽（2），其特征在于，所述引鞋帽（2）为中空的偏心结构，前端圆周设有多个第一通孔（21），所述引鞋帽（2）通过第一轴承（4）与所述壳体（1）可旋转连接，所述壳体（1）内部设有单向阀组件（3），所述单向阀组件（3）的阀芯（32）内部设有连通所述引鞋帽（2）的空腔（321），侧壁设有连通所述空腔（321）的第二通孔（322）和设于所述第二通孔（322）下游的滑动环（323），所述滑动环（323）密封滑动抵接所述壳体（1）内壁，所述空腔（321）内设有涡轮机构（6）；

所述第一轴承（4）的两侧均设有密封组件（5），所述壳体（1）和所述引鞋帽（2）的连接处对应设有第一环形凹槽（13）和第二环形凹槽（22），所述密封组件（5）包括间隔嵌设于所述第一环形凹槽（13）和第二环形凹槽（22）内的第一石墨密封圈（51）和第二石墨密封圈（52）；

所述密封组件（5）还包括滑动设于所述第一环形凹槽（13）内的第一金属密封圈（53）和固定设于所述第二环形凹槽（22）内的第二金属密封圈（54），所述第一金属密封圈（53）具有凸起的第一锥形截面（531），所述第二金属密封圈（54）具有内凹的第二锥形截面（541），所述第一石墨密封圈（51）和第二石墨密封圈（52）具有与所述第一锥形截面（531）和第二锥形截面（541）相应的棱形截面，第二弹簧（55）一端连接所述第一金属密封圈（53），另一端连接所述第一环形凹槽（13）。

2.根据权利要求1所述的一种油井固井用套管浮鞋，其特征在于，所述第一通孔（21）面向所述引鞋帽（2）的前端倾斜设置，由内至外依次包括圆形孔（211）和向外渐扩的锥形孔（212）。

3.根据权利要求1所述的一种油井固井用套管浮鞋，其特征在于，所述单向阀组件（3）包括阀座（31）、阀芯（32）和第一弹簧（33），所述阀座（31）固定设于所述壳体（1）内壁，所述第一弹簧（33）一端连接所述滑动环（323），另一端固定于所述壳体（1）内壁的第一弹簧固定座（11）上，所述阀芯（32）密封可滑动贯穿所述第一弹簧固定座（11），所述壳体（1）内壁设有第一环形滑槽（12），所述滑动环（323）在所述第一环形滑槽（12）内密封滑动。

4.根据权利要求1所述的一种油井固井用套管浮鞋，其特征在于，所述涡轮机构（6）包括转筒（61），所述转筒（61）内壁固定设有第一涡轮叶片（62），外壁设有环状凸缘（611），所述转筒（61）通过转盘轴承（63）与固定环（64）可旋转连接，所述固定环（64）的外侧壁圆周等距设有多个滑动凸起（641），底部设有第三弹簧（65），所述阀芯（32）的空腔（321）内设有与所述滑动凸起（641）相应的竖直滑槽（324）以及固定所述第三弹簧（65）的第三弹簧固定座（325）。

5.根据权利要求4所述的一种油井固井用套管浮鞋，其特征在于，所述引鞋帽（2）内设有旋转塞机构（7）和驱动所述旋转塞机构（7）复位的扭矩回复机构（8），所述旋转塞机构（7）包括倒放的碗状旋转塞（71），所述旋转塞（71）封堵所述引鞋帽（2）上的第一通孔（21），所述旋转塞（71）的侧壁圆周等距设有第三通孔（711），所述旋转塞机构（7）可在所述涡轮机构（6）下压时旋转，使所述第三通孔（711）与所述第一通孔（21）连通。

6.根据权利要求5所述的一种油井固井用套管浮鞋，其特征在于，所述旋转塞机构（7）包括与所述第一涡轮叶片（62）旋向相同的第二涡轮叶片（72），所述第二涡轮叶片（72）的中心处设有第二中心轴（721），自由端固定于所述引鞋帽（2）内壁，所述第一涡轮叶片（62）中心处设有第一中心轴（621），所述第一中心轴（621）上设有与所述第二中心轴（721）花键连接的第一套筒（622），所述第一套筒（622）上设有第一滑爪（623），所述旋转塞（71）上设有第二套筒（712），所述第二套筒（712）上设有第二滑爪（713），所述第一滑爪（623）下压时驱动所述第二滑爪（713）旋转。

7.根据权利要求6所述的一种油井固井用套管浮鞋，其特征在于，所述引鞋帽（2）面向所述旋转塞（71）一侧具有平面内壁（23），所述平面内壁（23）与所述旋转塞（71）间隔平行设置，所述平面内壁（23）中心处设有轴承安装槽（24），围绕所述轴承安装槽（24）圆周等距设有多个与其同心的圆弧滑槽（25），所述扭矩回复机构（8）包括设于所述轴承安装槽（24）内的第二轴承（81），设于所述圆弧滑槽（25）内的滑块（82）和弧形弹簧（83），所述弧形弹簧（83）一端连接所述滑块（82），另一端固定于所述圆弧滑槽（25）内，所述旋转塞（71）面向所述平面内壁（23）一端的中心处设有与所述第二轴承（81）相连的旋转轴（714），围绕所述旋转轴（714）圆周等距设有与所述滑块（82）相连的固定轴（715）。

8.根据权利要求1所述的一种油井固井用套管浮鞋的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S100、将套管浮鞋安装于套管末端，引导套管柱下入井底；

步骤S200、遇到断层的台阶面时，套管浮鞋的引鞋帽（2）发生偏心旋转，避开断层的台阶面继续引导套管柱下入井底；

步骤S300、遇到砂桥时，向套管柱内泵入高压泥浆，高压泥浆将套管浮鞋的阀芯（32）推离阀座（31），从阀芯（32）的第二通孔（322）进入阀芯（32）内的空腔（321），空腔（321）内涡轮机构（6）上的第一涡轮叶片（62）在高压泥浆的推动下旋转并下压，带动引鞋帽（2）旋转的同时驱动旋转塞（71）相对引鞋帽（2）旋转，引鞋帽（2）上的第一通孔（21）与旋转塞（71）上的第三通孔（711）连通，高压泥浆从第一通孔（21）呈涡流状喷出，配合引鞋帽（2）的旋转，形成高压旋流，将砂桥冲开，砂桥冲开后，停止泵入高压泥浆，阀芯（32）复位封堵阀座（31），涡轮机构（6）复位，旋转塞（71）在扭矩回复机构（8）驱动下复位，将引鞋帽（2）的第一通孔（21）封堵，此时可引导套管柱继续下入井底；

步骤S400、固井时，向套管柱内泵入固井泥浆，固井泥浆将阀芯（32）推离阀座（31），从阀芯（32）的第二通孔（322）进入空腔（321），涡轮机构（6）的第一涡轮叶片（62）在固井泥浆的推动下旋转并下压，带动引鞋帽（2）旋转的同时驱动旋转塞（71）相对引鞋帽（2）旋转，引鞋帽（2）上的第一通孔（21）与旋转塞（71）上的第三通孔（711）连通，固井泥浆从第一通孔（21）呈涡流状喷出，配合引鞋帽（2）的旋转，形成高压旋流，使固井泥浆以紊流状态上返，提高固井质量；当固井泥浆出现返流时，阀芯（32）和涡轮机构（6）在返流泥浆的推动下迅速复位，阀芯（32）封堵阀座（31），同时旋转塞（71）在扭矩回复机构（8）驱动下复位，将引鞋帽（2）的第一通孔（21）封堵，对返流泥浆形成双重阻隔。

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