CN115427658A - 刚度变化的扶正器 - Google Patents

Abstract

一种用于井筒中的扶正器，该扶正器包括用于围绕井下管件的周边设置的主体。主体具有朝向膨胀位置偏置的多个弓形弹簧和连接弓形弹簧的一对端环。扶正器还包括形成在每个弓形弹簧的表面中并沿着每个弓形弹簧形成的凹部或成排的凹部节段。当弓形弹簧从膨胀位置移动到约束位置时，凹部或凹部节段可操作以减小扶正器的刚度。

Description

刚度变化的扶正器

公开背景

公开领域

本公开总体上涉及刚度变化的扶正器(variable stiffness centralizer)。

相关技术描述

US 4,787,458公开了一种具有接触角减小构件的弹簧弓形件、具有这种弓形件的扶正器以及它们的使用方法。扶正器弓形件具有接触角减小构件，该接触角减小构件用于影响和减小扶正器弓形件与具有该弓形件的扶正器所插入的开口的边缘之间的接触角。一种具有管状邻接构件的弹簧弓形件、具有这种弓形件的扶正器及其使用方法。扶正器弓形件具有用于影响和增加弓形件恢复力的管状邻接构件。一种同时具有接触角减小构件和管状邻接构件两者的弹簧弓形件、具有这种弓形件的扶正器以及它们的使用方法。

US 6,997,254公开了一种用于支撑与钻孔间隔开的管状构件的弹簧扶正器装置，该弹簧扶正器装置由单件硼钢材料制成。弹簧扶正器装置具有沿纵向轴线间隔开的第一套环和第二套环。弹簧弓形件部分在套环之间延伸。由于该装置由单件材料制成，材料从每个套环部分无缝地延伸穿过弓形部分，因此没有连接处或薄弱点。硼钢的使用意味着该装置可以通过冷成形来制造。

US 8,196,670公开了一种限动套环或类似的装置，该限动套环或类似的装置一体形成，具有用于附连工具的部分。工具的运动允许套环被紧紧地牵引成接合到管道或其他管状构件上。弓形扶正器具有纵向偏离的交替的弓形件以减小初始插入力。扶正器可以被形成为具有用于限动套环中的类型的端部带。

US 10,156,103公开了一种扶正器，其包括通过不对称弹簧弓形件连接的两个套环。每个弹簧弓形件包括两个弧，其中一个弧的曲率相对于另一个弧的曲率反向，一个是凹的而另一个是凸的。弹簧弓形件是成组的，其围绕套环的圆周等间距地间隔开，每个组具有相同的构造，并且具有与另一组中的弹簧弓形件相反的构造。因此，在插入井筒时，一组弹簧弓形件在另一组弹簧弓形件之前被压缩。压缩时，凹形弧的变形导致凸形弧的相互变形，并且弹簧弓形件采用较平的构造，增强了管材的旋转自由度。

US 2017/0260816公开了一种扶正器，该扶正器包括通过多个弹簧连接的纵向间隔开的套环，每个弹簧包括两个或更多个弓形区部。

US 2020/0408050公开了一种扶正器，该扶正器包括在两个套环之间延伸的多个构件，用于将扶正器安装在套管上。这些构件被构造成接触钻孔的壁并且将套管在钻孔中扶正。构件可在套管和钻孔壁之间径向移动。构件还包括中间部分和端部部分，端部部分比中间部分相对更柔性。

WO 2020/095050公开了一种用于将管在钻孔中扶正的扶正器，该扶正器包括第一端部套环、第二端部套环和多个长形支柱构件。支柱构件被介于第一端部套环和第二端部套环之间，并围绕第一端部套环和第二端部套环绕周向地布置并且间隔开。支柱构件具有第一端部部分、第二端部部分、中间部分和从中间部分延伸的成角度的翼部分。

WO 2020/215534公开了一种扶正器，该扶正器包括具有均匀直径的上端环和下端环。多个工作肋板固定在上端环和下端环之间。工作肋板围绕上端环或下端环的圆周均匀地分布。工作肋板的宽度在30至130毫米之间。还包括多个应力释放凹槽。根据实际使用要求，在不同宽度的工作肋板中以及在工作肋板与上端环和下端环之间的连接处开有应力释放凹槽。当工作肋板发生极端压缩变形时，所述应力释放凹槽为主体弹性材料提供了应力变形的空间，从而防止主体弹性材料的组织结构断裂或局部损坏。

第一作者Lieu D.K.和第一出版商加州大学伯克利分校的标题为“奥林匹克反曲弓形件设计基础(Fundamentals of the Design of Olympic Recurve Bows)”的论文公开了现代材料和制造方法为重新设计竞争性反曲弓形件提供了新的机会。通过改进弓形件的几何形状和适当的构造方法，可以创造出相比于以前具有更高的能量和效率、牵引平顺性、和稳定性的推进箭的设计。该论文概述了弓形件行为的物理特性以及如何可以量化理想的性能特征。同时还研究了如何改变弓形件的几何形状，新材料和构造技术可以导致改善弓形件的性能。提出了关于可以如何重新设计目标弓形件以便在未来获得更好的性能的建议。

本公开的概述

本公开总体上涉及刚度变化的扶正器。在一个实施例中，用于井筒中的扶正器包括用于围绕井下管件的周边设置的主体。主体具有朝向膨胀位置偏置的多个弓形弹簧和连接弓形弹簧的一对端环。扶正器还包括形成在每个弓形弹簧的表面中并沿着每个弓形弹簧形成的凹部或成排的凹部节段。当弓形弹簧从膨胀位置移动到约束位置时，凹部或凹部节段可操作以减小扶正器的刚度。

附图简述

因此，可以通过参考实施例获得可以详细地理解本公开的上述特征的方式、上面简要概述的本公开的更具体的描述，其中一些实施例在附图中被图示。然而，应当注意，附图仅图示了本公开的典型实施例，并且因此，不应被认为是对本公开范围的限制，因为本公开可以允许其他同等有效的

实施例

图1A至图1C和图2A图示了根据本公开的一个实施例的刚度变化的扶正器。

图2B图示了配备有多个刚度变化的扶正器并且正被下沉到井筒中的井下管件。

图3A和图3B图示了刚度变化的扶正器的操作。

图4A图示了处于膨胀位置的刚度变化的扶正器的典型弓形弹簧。图4B图示了处于部署位置的典型弓形弹簧的有限元分析(FEA)。图4C图示了处于部署位置的典型弓形弹簧的变形。

图5A图示了处于约束位置的典型弓形弹簧的FEA。图5B图示了处于约束位置的典型弓形弹簧的变形。

图6A和图6B图示了根据本公开的另一实施例的处于膨胀位置的可替代的刚度变化的扶正器的典型弓形弹簧。图6C图示了处于部署位置的典型弓形弹簧的变形。图6D图示了处于约束位置的典型弓形弹簧的变形。

图7A、图7B、图8A和图8B图示了根据本公开的另一实施例的处于膨胀位置的第二可替代的刚度变化的扶正器。

详细描述

图1A至图1C和图2A图示了根据本公开的一个实施例的刚度(即弹簧劲度系数(spring rate))变化的扶正器1(图2B)。扶正器1可以包括主体2和限动套环3(图2B)，限动套环3用于将主体联接到诸如套管或衬管柱(liner string)的井下管件4(图2B)。主体2可以具有一对端环2a、2b和在该对端环2a、2b之间延伸的多个弓形弹簧2s。端环2a、2b可以将弓形弹簧2s连接在一起。弓形弹簧2s可以以规则的间隔围绕主体2间隔开，例如六个弓形弹簧以六十度的间隔间隔开。旁路通道可以形成在弓形弹簧2s之间以容纳流体流，该流体流穿过形成在井下管件4和井筒(图2B)之间环形腔。弓形弹簧2s可以各自是相同的并且可在膨胀位置Px(示出和图3A)、约束位置Pr(图2B)和部署位置Pd(图2B)之间径向移动。扶正器1的有效直径E可以在膨胀位置Px处最大，在约束位置Pr处最小，并且在部署位置Pd处居中。

可替代地，部署位置Pd可以是处于67％距离比(standoff ratio)的位置，如美国石油学会(API)规范10D的标题为“弓形-弹簧套管扶正器规范(Specification for Bow-Spring Casing Centralizers)”的当前版本所论述的。

弓形弹簧2s可以各自在膨胀位置Px具有抛物线轮廓。每个弓形弹簧2s可以具有凸弧形横截面和变化的宽度W。每个弓形弹簧2s的宽度W可以在与相应端环2a、2b的每个接合部处为最大值，并且可以在其中心处为最小值。每个弓形弹簧2s的宽度W可以在其各自的最大宽度和最小宽度之间渐变。每个弓形弹簧2s的变化宽度W可能是由于每个弓形弹簧的横截面具有变化的曲率半径R导致的，该曲率半径R在与相应端环2a、2b的每个接合部处可以是最大值，并且在其中心处可以是最小值。在膨胀位置Px且在每个弓形弹簧2s的中心处，每个弓形弹簧2s的横截面的曲率半径R的范围可以是在每个端环2a、2b的半径的20％至40％之间。

为了实现刚度变化，每个弓形弹簧2s可以通过凹部5来预削弱，凹部5形成在每个弓形弹簧2s的内表面中并在端环2a、2b之间沿每个弓形弹簧2s的长度延伸。每个凹部5可以是延伸到相应弓形弹簧2s中但不穿透弓形弹簧2s的槽，使得每个槽的直径D的范围可以在相应弓形弹簧的厚度T的50％至175％之间。

当从膨胀位置Px移动到约束位置Pr或部署位置Pd中的任一个时，主体2可以纵向伸展，并且当从约束位置或部署位置中的任一个移动到膨胀位置时，主体2可以纵向收缩。弓形弹簧2s可以固有地朝向膨胀位置Px偏置，并且扶正器1在部署位置Pd时的有效直径E可以对应于井筒6的即将部署扶正器的部分的直径。弓形弹簧2s与井筒6的壁的接合可以将井下管件4朝向井筒内的中心位置移动，以确保在固井施工(cementing operation)(未示出)期间围绕井下管件形成均匀的水泥护套。主体2可以由单件金属或合金片材形成，例如通过切出狭缝以形成条带的钢(例如，弹簧钢)，条带将成为弓形弹簧2s。主体2可以通过轧制切割片材且将端环2a、2b的接缝焊接在一起而形成管状形状。弓形弹簧2s可以通过在主体2的热处理期间保持在其中而具有朝向膨胀位置Px的固有偏置和弧形横截面。

限动套环3可以在扶正器1在井下管件4的周边上滑动之前通过插入穿过弓形弹簧2s之间的狭缝之一而定位在端环2a、2b之间。限动套环3可以使用多个紧固件(例如紧定螺钉)安装到井下管件4。限动套环3的设置可以将扶正器1沿着井下管件4卡在适当位置，同时允许主体2相对于井下管件4进行有限的纵向移动，以适应各位置Px、Pr、Pd之间的移动。

可替代地，扶正器1还可以包括一对端部套环(未示出)。在该替代方案中，在主体2已经形成之后，每个端部套环可以插入到相应端环2a、2b中。每个端部套环可以形成为紧密配合在端环2a、2b内。然后，每个端部套环可以点焊到相应端环2a、2b。每个端环2a、2b的延伸经过相应端部套环的唇缘可以被分裂成多个突片(在插入套环之前或之后)，并且突片可以在相应端部套环上弯曲，从而将套环安装到主体2(外加上点焊)。

图2B图示了配备有多个刚度变化的扶正器1并且正被下沉到井筒6中的井下管件4。最先钻打井筒6的上部区部并用套管或衬管柱7加衬，套管或衬管柱7通过水泥(未示出)固定到井筒。然后钻打井筒6的下部区部并对其进行下扩，以进入含烃地层(未示出)。井筒6的下扩的下部区部的直径可能大于套管或衬管柱7的内径。井筒6的下部区部可以是竖直的或偏斜的(例如倾斜的或水平的)。扶正器1可以各自沿着井下管件4的至少一部分安装到井下管件4(使用限动套环3)，井下管件4将被水泥粘接到井筒6中。扶正器1可以沿着部分井下管件4以规则的间隔间隔开。当每个扶正器1进入套管或衬管柱7时，扶正器将被压缩到约束位置Pr，从而会需要一个运行力(未示出)来使相应的扶正器穿过套管或衬管柱7而下沉。一旦每个扶正器穿过并且离开套管或衬管柱，扶正器1将从约束位置Pr膨胀到部署位置Pd。在部署位置，扶正器1保持井下管件4的中立位置，以确保在固井施工期间围绕井下管件形成均匀的水泥护套。

可替代地，限动套环3中的一个或更多个可以位于每个扶正器1的外部，例如跨越每个扶正器1的一对限动套环3，而不是位于每对端环2a、2b之间且在相应扶正器1的内部的一个限动套环。

图3A和图3B图示了刚度变化的扶正器1的操作。参考图3A，并且如线C1所图示的，当从膨胀位置Px移动到部署位置Pd，位移X1时，扶正器1表现出常规的力-位移响应。在沿曲线C1展现的运动期间，凹部5对扶正器1的刚度没有影响(C1的斜率等于力的差除以弓形件位移的差的绝对值)。然而，如下面详细讨论的，当从膨胀位置Px移动到约束位置Pr(位移由X2表示)时，凹部5在刚度偏转点处开始影响刚度。过了刚度偏转点，扶正器1的力-位移响应表现为线C2，线C2的斜率显著小于线C1的斜率和现有技术的线的斜率。线C2的斜率可以小于或等于线C1的斜率的80％、70％、60％或50％。线C2的减小的斜率导致约束位置Pr处的力显著小于现有技术的力，该差值由ΔF表示。这种力的减小量ΔF与由此有利地产生的运行力的减小量成比例(扶正器力是摩擦运行力的法向力分量)。运行力的减小是有利的，原因是运行力原本实际上可能超过井下管件4的部署力能力(主要由其重量产生)，这可能阻碍其部署。

可替代地，扶正器1的力-位移响应可以是非线性的，并且刚度可以通过将线C1、C2与非线性力-位移响应直线拟合来测量。

参考图3B，不是利用力减小量ΔF来降低运行力，而是可以将扶正器1设计成在约束位置PR处具有与现有技术扶正器相同的力。在这种构造中，力减小量ΔF实际上是在部署位置Pd处的恢复力的增加量。可以有利地利用这种恢复力的增加量ΔF来减少井下管件4所需的扶正器1的数量和/或增加井筒6的偏差。

可替代地，扶正器1可以被构造成位于图3A和图3B所图示的位置之间，以获得两者的一些优点。

图4A图示了处于膨胀位置Px时的刚度变化的扶正器1的典型弓形弹簧2s。图4B图示了处于部署位置Pd时的典型弓形弹簧2s的有限元分析(FEA)。图4C图示了处于部署位置时的典型弓形弹簧2s的变形。图5A图示了处于约束位置Pr时的典型弓形弹簧2s的FEA。图5B图示了处于约束位置Pr时的典型弓形弹簧2s的变形。凹部5将典型弓形弹簧2s的横截面分成两个半部部分。当典型弓形弹簧2s从膨胀位置Px移动到部署位置Pd时，由井筒6施加的力8在弓形弹簧的中心处和弓形弹簧与相应端环2a、2b之间的每个接合部处产生应力集中，并且也还导致曲率半径R略微增大。当典型弓形弹簧2s从膨胀位置Px移动到约束位置Pr时，由套管或衬管柱7施加的力8使横截面的两个半部部分围绕凹部5旋转9，从而使典型弓形弹簧的横截面变平，并减轻在弓形弹簧的中心处以及在弓形弹簧与相应端环2a、2b之间的每个接合部处的应力集中。两个半部部分的旋转9甚至可以达到使典型弓形件的横截面在其中心翻转的程度。这两个半部部分的旋转9导致线C2的刚度减小量，如上面参考图3A和图3B所示和讨论的。

可替代地，由凹部5实现的两个半部部分的旋转9也可以减小扶正器1进入套管或衬管柱7中的插入力。

图6A和图6B图示了根据本公开的另一实施例的处于膨胀位置的可替代刚度变化的扶正器的典型弓形弹簧10s。扶正器可以包括主体10和用于将主体联接到井下管件4的限动套环3。主体10可以具有一对端环10a、10b和在该对端环10a、10b之间延伸的多个弓形弹簧10s。端环10a、10b可以将弓形弹簧10s连接在一起。弓形弹簧10s可以以规则的间隔围绕主体10间隔开，例如六个弓形弹簧以六十度的间隔间隔开。旁路通道可以形成在弓形弹簧10s之间以容纳流体流，该流体流经过形成在井下管件4和井筒之间的环形腔。每个弓形弹簧10s可以各自是相同的并且可在膨胀位置Px(示出)、约束位置Pr(图6D)和部署位置Pd(图6C)之间径向移动。扶正器的有效直径E可以在膨胀位置Px处最大，在约束位置Pr处最小，并且在部署位置Pd处居中。

弓形弹簧10s可以各自在膨胀位置Px具有抛物线轮廓。每个弓形弹簧10s可以具有凹凸式形横截面和变化的宽度W。每个弓形弹簧10s的宽度W可以在与相应端环10a、10b的每个接合部处为最大值，并且可以在端环之间的一个位置或在多个位置处为最小值。每个弓形弹簧10s的宽度W可以在其各自的最大宽度和最小宽度之间渐变。每个弓形弹簧10s的变化宽度W可以是由于每个弓形弹簧的横截面具有变化曲率半径R导致的，该曲率半径R在与相应端环10a、10b的每个接合部处可以是凸的，并且在其中心处可以是凹的。

为了实现刚度变化，每个弓形弹簧10s可以通过凹部5来预削弱，凹部5形成在每个弓形弹簧10s的内表面中并在端环10a、10b之间沿每个弓形弹簧10s的长度延伸。每个凹部5可以是延伸到相应弓形弹簧10s中但不穿透相应弓形弹簧10s的槽，使得每个槽的直径D的范围可以在相应弓形弹簧的厚度T的50％至175％之间。

当从膨胀位置Px移动到约束位置Pr或部署位置Pd中的任一个时，主体10可以纵向伸展，并且当从约束位置或部署位置中的任一个移动到膨胀位置时，主体10可以纵向收缩。弓形弹簧10s可以固有地朝向膨胀位置Px偏置，并且扶正器在部署位置Pd的有效直径E可以对应于井筒6的即将部署扶正器的部分的直径。弓形弹簧10s与井筒6的壁的接合可以将井下管件4移向井筒内的中心位置，以确保在固井施工期间围绕井下管件形成均匀的水泥护套。主体10可以由单个金属或合金片材形成，例如通过切出狭缝以形成条带的钢(例如，弹簧钢)，条带将成为弓形弹簧10s。主体10可以通过轧制切割片材且将端环10a、10b的接缝焊接在一起而形成管状形状。弓形弹簧10s可以通过在主体10的热处理期间保持在主体10中而具有朝向膨胀位置Px的固有偏置和弓形横截面。

图6C图示了处于部署位置的典型弓形弹簧10s的变形。图6D图示了处于约束位置的典型弓形弹簧10s的变形。可替代的刚度变化的扶正器可以表现出类似的力-位移响应，如图3A和图3B所图示的并且如在上面关于扶正器1讨论的。可替代的刚度变化的扶正器的凹部5可以以类似的方式操作以实现变化刚度，如上面在图4B、图4C、图5A和图5B中所示并且如在上面关于扶正器1讨论的。

图7A、图7B、图8A和图8B图示了根据本公开的另一实施例的处于膨胀位置的第二可替代的刚度变化的扶正器。第二可替代的扶正器可以包括主体11和用于将主体联接到井下管件4(图2B)的限动套环3(图2B)。主体11可以具有一对端环11a、11b和在该对端环11a、11b之间延伸的多个弓形弹簧11s。端环11a、11b可以将弓形弹簧11s连接在一起。弓形弹簧11s可以以规则的间隔围绕主体11间隔开，例如八个弓形弹簧以四十五度的间隔间隔开。旁路通道可以形成在弓形弹簧11s之间以容纳流体流，该流体流经过形成在井下管件4和井筒(图2B)之间的环形腔。弓形弹簧11s可以各自是相同的并且可在膨胀位置(示出)、约束位置(未示出，参见图2B中的Pr)、和部署位置(未示出，参见图2B中的Pd)之间径向移动。第二可替代的扶正器的有效直径E可以在膨胀位置处最大，在约束位置处最小，并且在部署位置处居中。

可替代地，上面讨论的关于扶正器1的任何可替代的方案也可以应用于第二可替代的扶正器。

弓形弹簧11s可以各自在膨胀位置具有多线性(polylinear)轮廓。每个弓形弹簧11s可以具有一对直线腿部分12b、将相应腿部分连接到相应端环11a、11b的一对过渡部分12a、以及将腿部分连接在一起的中心部分12c。中心部分12c可以具有抛物线轮廓。每个腿部分12b的长度可以显著大于中心部分12c的长度和每个过渡部分12a的长度中的每一个，例如至少是其长度的两倍。每个过渡部分12a可以具有直线和/或凹形轮廓。每个弓形弹簧12s的腿部分12b和中心部分12c可以具有恒定的宽度W。每个过渡部分12a的宽度W可以在与相应端环11a、11b的每个接合部处为最大值，并且可以在与相应腿部分12b的接合部处为最小值。每个过渡部分12a的宽度W可以在其相应的最大宽度和最小宽度之间渐扩。每个弓形弹簧11s的轮廓和/或横截面可以是对称的。

每个弓形弹簧11s的腿部分12b和中心部分12c可以具有凸的多线性横截面(在膨胀位置)。为了实现变化刚度，每个弓形弹簧11s可以通过凹部13和一对应力释放器14预削弱。凹部13可以形成在腿部分12b和中心部分12c的内表面中，并且可以沿着其长度几乎延伸到过渡部分12c。每个应力释放器14可以从凹部15的相应端部延伸到相应端部套环12a、12b。每个应力释放器14可以包括穿过相应的腿部分12b和过渡部分12a形成的狭缝14s和穿过相应过渡部分形成的孔14a。每个狭缝14s可以从凹部13的相应端部并且沿着相应过渡部分12a延伸，并且每个孔14a可以形成为邻近相应过渡部分12a和相应端环11a、11b的接合部并且邻近相应狭缝14s的端部。

每个凹部13可以是槽，例如V形槽，其延伸到相应弓形弹簧11s中，但不穿透它，使得每个凹部的深度P的范围可以在相应弓形弹簧的厚度T的50％至90％之间。每个槽的宽度H的范围可以在相应的弓形弹簧的厚度T的75％到350％之间。凹部13的槽角13g的范围可以在60度至120度之间。每个弓形弹簧11s的腿部分12b和中心部分12c的横截面可以具有一对矩形部分12r和将这些矩形部分连接在一起的中心弧形部分12n。凹部13可以形成在弓形部分12n中。矩形部分12r之间的夹角12g的范围可以在120度至175度之间。每个矩形部分12r的宽度可以大于相应弓形部分12n的宽度。

每个孔14a的直径可以显著大于相应狭缝14s的宽度，例如至少是其宽度的两倍。每个凹部13的宽度H可以大于每个孔14a的直径。凹部13的长度可以显著大于每个释放器14的长度，使得凹部在相应弓形弹簧11s的大部分长度(例如其至少三分之二或四分之三)上延伸。

当从膨胀位置移动到约束位置或部署位置中的任一个时，主体11可以纵向伸展，并且当从约束位置或部署位置中的任一个移动到膨胀位置时，主体11可以纵向收缩。弓形弹簧11s可以固有地朝向膨胀位置偏置，并且第二可替代的扶正器在部署位置时的有效直径E可以对应于井筒6的即将部署扶正器的部分的直径。弓形弹簧11s与井筒6的壁的接合可以将井下管件4朝向井筒内的中心位置移动，以确保在固井施工(未示出)期间围绕井下管件形成均匀的水泥护套。主体11可以由单个金属或合金片材形成，例如通过切出狭缝以形成条带的钢(例如，弹簧钢)，条带将成为弓形弹簧11s。主体11可以通过将轧制切割片材且将端环11a、11b的接缝焊接在一起而形成管状形状。弓形弹簧11s可以通过在主体11的热处理期间保持在主体11中而具有朝向膨胀位置的固有偏置和多线性横截面。

可替代地，任何或所有的典型弓形件2s、10s、11s可以具有在其外表面而不是在其内表面中形成的相应凹部5、13。替代地，任何或所有的典型弓形件2s、10s、11s可以具有多个相应凹部5、13，而不是只有一个凹部。多个凹部5、13可以以平行方式沿着相应的弓形件2s、10s、11s延伸，或者可以当从每个端环2a、2b、10a、10b、11a、11b朝向相应的弓形件的中心移动时会聚和发散。可替代地，任何或所有的典型弓形件2s、10s、11s可以具有形成虚线形图案并沿着其表面延伸的成排的凹部节段，而不是相应的(连续的)凹部5、13。

在另一实施例(未示出)中，第三可替代的刚度变化的扶正器可以包括一个或更多个凸形横截面弓形弹簧2s和一个或更多个凹凸式横截面弓形弹簧10s，例如每种三个，以交替方式围绕其主体布置。在所有其他方面，第三可替代的刚度变化的扶正器可以类似于扶正器1。

虽然前文涉及本公开的实施例，但是可以设计本公开的其他和进一步的实施例，而不脱离本公开的基本范围，并且本发明的范围由附随的权利要求确定。

Claims (21)

1.一种用于井筒中的扶正器，包括：

主体，其用于围绕井下管件的周边设置，所述主体具有朝向膨胀位置偏置的多个弓形弹簧和连接所述弓形弹簧的一对端环；和

凹部或成排的凹部节段，所述凹部或成排的凹部节段形成在每个弓形弹簧的表面中并沿着每个弓形弹簧形成，并且当所述弓形弹簧从所述膨胀位置移动到约束位置时，所述凹部或成排的凹部节段能够操作以降低所述扶正器的刚度。

2.根据权利要求1所述的扶正器，其中每个弓形弹簧的横截面具有弧形形状。

3.根据权利要求2所述的扶正器，其中每个弓形弹簧的宽度在与相应端环的每个接合部处是最大值，并且在所述端环之间的一个或更多个位置处是最小值。

4.根据权利要求3所述的扶正器，其中每个弓形弹簧的在其中心处且在所述膨胀位置处的横截面的曲率半径的范围在每个端环的半径的20％至40％之间。

5.根据权利要求2所述的扶正器，其中当所述弓形弹簧中的至少一个处于所述膨胀位置时，所述弓形弹簧中的所述至少一个的所述弧形形状是凸的。

6.根据权利要求2所述的扶正器，其中当所述弓形弹簧中的至少一个处于所述膨胀位置时，所述弓形弹簧中的所述至少一个的所述弧形形状在所述端环处是凸的，并且在其中心处是凹的。

7.根据权利要求1所述的扶正器，其中每个弓形弹簧的横截面具有多线性形状。

8.根据权利要求7所述的扶正器，其中除了在所述端环处的过渡部分之外，每个弓形弹簧的宽度是恒定的。

9.根据权利要求7所述的扶正器，其中每个弓形弹簧是对称的。

10.根据权利要求7所述的扶正器，其中：

每个弓形弹簧的横截面具有一对矩形部分和将所述矩形部分连接在一起的中心弧形部分，并且

每个凹部或凹部节段形成在相应的中心弧形部分中。

11.根据权利要求1所述的扶正器，其中每个凹部或凹部节段是槽。

12.根据权利要求11所述的扶正器，其中每个槽的直径的范围在相应弓形弹簧的厚度T的50％至175％之间。

13.根据权利要求11所述的扶正器，其中每个槽的宽度的范围在相应弓形弹簧的厚度T的75％至350％之间。

14.根据权利要求11所述的扶正器，还包括穿过每个弓形弹簧形成的一对应力释放器，每个应力释放器从相应槽的相应端部延伸到相应端环。

15.根据权利要求1所述的扶正器，其中每个凹部或凹部节段位于相应弓形弹簧的中心处。

16.根据权利要求1所述的扶正器，其中每个凹部或凹部节段形成在相应弓形弹簧的内表面中。

17.根据权利要求1所述的扶正器，其中：

所述弓形弹簧还能够移动到居中的部署位置，所述扶正器在所述膨胀位置和所述部署位置之间呈现出第一刚度，并且在所述部署位置和所述约束位置之间呈现出第二刚度，所述第二刚度显著小于所述第一刚度。

18.根据权利要求17所述的扶正器，其中所述第二刚度小于或等于所述第一刚度的80％。

19.根据权利要求1所述的扶正器，其中所述主体由钢制成。

20.根据权利要求1所述的扶正器，还包括用于将所述扶正器联接到所述井下管件的限动套环。

21.一种将井下管件部署到井筒中的方法，所述方法包括：

将根据权利要求1所述的扶正器与所述井下管件进行装配；和

使所述井下管件穿过所述井筒中的约束器下沉。

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