CN213116200U - 一种油管固井用的整体式弹性扶正器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种油管固井用的整体式弹性扶正器。该整体式弹性扶正器包括：环形的上接箍，与所述环形的上接箍在纵向上彼此间隔开的环形的下接箍，以及连接在所述上接箍和下接箍之间的沿纵向延伸的扶正条部分，所述扶正条部分具有中部径向向外凸出的弧形轮廓，其中，所述整体式弹性扶正器不具有焊缝或连接结构。这种扶正器能够顺利通过井下的缩窄部分和弯曲部分，以顺利地将油管送入到位。

Description

一种油管固井用的整体式弹性扶正器

技术领域

本实用新型涉及固井工具技术领域，特别是涉及一种整体式弹性扶正器。

背景技术

扶正器包括弹性扶正器、叶片扶正器、旋转扶正器等。

常用的弹性扶正器主要包括两个接箍，以及设置在两个接箍之间的多个扶正条。现有的弹性扶正器通常结构较为复杂，扶正条通过销钉、轴承等结构连接到接箍上。然而这样一来，容易在扶正条与接箍之间形成应力集中区或应力薄弱区。因此，扶正条本身不能具有较大的弧形轮廓，也不能发生较大的变形。否则，扶正条就容易发生断裂，或发生永久性的凸出变形，从而导致扶正器完全失效。也正因如此，这种弹性扶正器只能用于套管的下入，这是因为套管的外径较大，与井壁之间的距离较小，因而不需要扶正条具有较大的弧形轮廓，或发生较大的变形。然而，这种弹性扶正器不能用作为油管扶正器，这是因为油管的外径较小，其与井壁之间的距离较大，并且油管本身刚性较低，因此不易居中。

目前，也存在所谓的“一体式”的弹性扶正器。然而，现有的一体式的弹性扶正器是由钢板弯曲成一个圆筒并焊接形成的，或者钢板分成接箍和扶正条多个零件再焊接在一起形成的。尽管这种弹性扶正器可以说是一体式的，然而其结构上必然存在焊缝。这些焊缝也会形成应力集中区或应力薄弱区。因此，即便是一体式的弹性扶正器，其扶正条部分也不能具有较大的弧形轮廓，也不能发生较大的变形。否则，焊缝容易破裂，导致整个扶正器失效。因此，这种一体式的弹性扶正器同样只能用作为套管扶正器，而不能用作为油管扶正器。

用于油管的扶正器通常为上述的叶片式扶正器或旋转式扶正器。它们焊接在油管上，并且是不具有弹性的。这允许它们具有较大的体积，以支撑在油管与井壁之间。然而，如果井壁不均匀而存在缩窄部分，那么这种扶正器的通过将会变得比较困难，有时会导致油管卡在井内难以下入。在扶正器通过弯曲部分时，也可能会出现这种问题。目前，如果遇到这些情况，作业人员通常会更加用力地下压油管，以助于扶正器通过该缩窄部分或弯曲部分，然而这有时候会导致油管上的封隔器发生提前坐封，或导致其他非预期的情况发生。尤其是，对于薄弱地层来说，这样的操作是非常危险的。

因此，需要一种用于油管下入的扶正器，这种扶正器能够顺利通过缩窄部分或弯曲部分，以避免上述情况的发生。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提出了一种尤其适用于油管的整体式弹性扶正器，其能够顺利通过井内的缩窄部分或弯曲部分，以避免上述情况发生。

根据本实用新型提出了一种整体式弹性扶正器，所述整体式弹性扶正器用于油管，所述整体式弹性扶正器包括：环形的上接箍，与所述环形的上接箍在纵向上彼此间隔开的环形的下接箍，以及连接在所述上接箍和下接箍之间的沿纵向延伸的扶正条部分，所述扶正条部分具有中部径向向外凸出的弧形轮廓，其中，所述整体式弹性扶正器不具有焊缝或连接结构。

这种弹性扶正器不会存在较为明显的应力集中区或应力薄弱区，因此允许具有较大的外凸尺寸，并进行较大的变形。这使得制造得到的扶正器能够应用到油管的下入过程中。在用于油管时，该扶正器能够有效变形，以通过井内的缩窄部分或弯曲部分，从而能够避免扶正器发生损坏或卡在井内。

在一个实施例中，在所述整体式弹性扶正器未在使用时发生变形的情况下，所述扶正条部分的最大外径与所述上接箍和下接箍的外径之比在1.5-2.2之间。

在一个实施例中，在所述整体式弹性扶正器未在使用时发生变形的情况下，所述扶正条部分的最大外径与所述上接箍和下接箍的外径之比在1.64-1.77之间。

在一个实施例中，在偏离间隙比为67％时，所述整体式弹性扶正器的最小复位力不低于15kN。

在一个实施例中，所述整体式弹性扶正器的最大起动力不超过600N。

在一个实施例中，所述整体式弹性扶正器由140V钢通过热轧工艺制成。

在一个实施例中，所述扶正条部分具有均匀的厚度和宽度。

在一个实施例中，所述整体式弹性扶正器包括4个在周向上彼此间隔开设置的扶正条部分，相邻的扶正条部分之间相差90°。

在一个实施例中，所述扶正条部分的弧形轮廓由在所述整体式弹性扶正器的两端施加压力而形成，所施加的压力在50kN-60kN之间。

在一个实施例中，所述整体式弹性扶正器的长度为300mm。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于，这种弹性扶正器不会存在较为明显的应力集中区或应力薄弱区，因此允许具有较大的外凸尺寸，并进行较大的变形。这使得制造得到的扶正器能够应用到油管的下入过程中。在用于油管时，该扶正器能够有效变形，以通过井内的缩窄部分或弯曲部分，从而能够避免扶正器发生损坏或卡在井内。

附图说明

在下文中参考附图来对本实用新型进行更详细的描述。其中：

图1显示了根据本实用新型的整体式弹性扶正器的一个实施例的结构示意图；

图2显示了根据本实用新型的一种制造整体式弹性扶正器的方法的一个实施例的示意性流程图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。

图1示意性显示了根据本实用新型的整体式弹性扶正器10的一个实施例。

如图1所示，该扶正器10包括环形的上接箍11和环形的下接箍12。下接箍12与上接箍11在纵向方向上对齐并彼此间隔开。它们可安装到油管上，以使整个扶正器10连接到油管上。

扶正器10还包括形成于该上接箍11和下接箍12之间的沿纵向方向延伸的扶正条部分13。扶正条部分13的中部径向向外凸出而形成弧形轮廓。在图1所示的优选实施例中，扶正器10具有4个扶正条部分13。它们在周向上彼此间隔开布置，相邻的扶正条部分13之间相差90°。这样布置的扶正条部分13可以提供最大的侧向力，以供支撑在井壁上。然而，应当理解的是，根据需要，也可设置6个扶正条部分13。在这里，扶正条部分13的数量较小，各个扶正条部分13能够较好地受力，以实现扶正作用。

在本实用新型中，非常重要的是，上述扶正器10可一体成型，从而在整个扶正器10上都不存在焊缝或其他独立的连接结构，例如销钉、铆钉、轴承等。在扶正器10的使用过程中，这允许扶正条部分13具有更大的弹性，实现更大的变形，而不会因此损坏。在下文中，会对该扶正器10的具体制造方法进行详细说明。

在一个实施例中，扶正条部分13的最大外径与所述上接箍11和下接箍12的外径之比大约在1.5-2.2之间，优选地大约在1.64-1.77之间。例如，对于尺寸为69mm的油管来说，上述比值可大约在1.77-1.91之间，优选为1.77。例如，对于尺寸为89mm的油管来说，上述比值可大约在1.64-2.13，优选为1.64。这使得整个扶正器10的形状更加“膨胀”，与现有技术中的用于套管的扶正器的“窄长”式的形状显著不同。整体式的制造与这种形状的结合使得扶正器10尤其适用于尺寸较小的油管下入尺寸较大的井眼。在这种情况下，能确保扶正器10的有效变形，并由此允许扶正器10顺利通过井下的缩窄部分和弯曲部分等。

由于本申请的扶正器10在经过缩窄部分或弯曲部分时会具有较大的径向压缩变形，因而其在长度方向上也会具有较大的延伸变形。这使得安装扶正器10的油管部分需要具有相对较长的尺寸，以适应扶正器10的变形。为此，制造好的、未在使用时发生变形的扶正器10优选地具有较小的长度尺寸，例如约为300mm。该长度尺寸远小于现有技术中的弹性扶正器的长度尺寸，例如约为500mm。通过这种设置，有利于减小安装其的油管的长度，并有利于降低油管的刚性。

为了确保这种长度较小的扶正器10的结构强度，扶正器10优选地整体由140V钢通过热轧工艺制成，其中优选地包含铬、钼、钒和镍。这种材料所制成的扶正器10能够在具有较好的弹性的同时具有较好的结构强度。

在现有技术中常用于制造弹性扶正器中的弹性扶正条的弹性材料为65锰钢，其最小抗拉强度约为980MPa，最小冲击吸收功约为25J。这使得该材料的屈服强度和韧性指标不适用于本实用新型的尺寸较短、最大外径与接箍外径之比较大且扶正条部分的数量相对较少的扶正器10，在加工时容易出现断裂等问题。相反，本实用新型中采用140V钢的最小抗拉强度约为1034MPa，最小冲击吸收功约为80J-100J，具有很高的韧性。因此，这种材料能有效应用于上述扶正器10中，使得扶正条部分13不易断裂，并且在使用时能有效回弹。

下面将通过实施例与对比例之间的数据对比来说明本实用新型中的扶正器10的有益效果。

实施例1

在实施例1中，扶正器10为可用于将尺寸为89mm的油管下入井眼尺寸约为165.1mm的井眼的整体式弹性扶正器。扶正器10整体由65Mn钢制成，具有4个扶正条部分13，相邻的扶正条部分13之间相差90°。扶正器10的最大外径(即，扶正条部分的最大外径)约为165mm。在扶正器10未发生变形时，扶正条部分13的外径最大部分接近井眼的内壁。上接箍11和下接箍12的外径约为101mm。由此，扶正器的最大外径与接箍外径之比约为1.64。经过实验，扶正器10的最大起动力约为528N；偏离间隙比为67％时的最小复位力约为15466N。

对比例1

在对比例1中，现有的弹性扶正器为可用于将尺寸为127mm的套管下入井眼尺寸约为165.1mm的井眼的弹性扶正器。该现有的弹性扶正器的最大外径约为165mm。接箍的外径约为139mm。由此，扶正器的最大外径与接箍外径之比约为1.19。经过实验，该弹性扶正器的最大起动力约为2313N；偏离间隙比为67％时的最小复位力约为2758N。

对比例2

在对比例2中，现有的弹性扶正器为可用于将尺寸为140mm的套管下入井眼尺寸约为165.1mm的井眼的弹性扶正器。该现有的弹性扶正器的最大外径约为165mm。接箍的外径约为152mm。由此，扶正器的最大外径与接箍外径之比约为1.09。经过实验，该弹性扶正器的最大起动力约为2758N；偏离间隙比为67％时的最小复位力约为2758N。

通过对比可以看出，与对比例1和对比例2相比，实施例1中的扶正器10的最大起动力明显较小，而在偏离间隙比为67％时的最小复位力明显较大。这说明本实用新型的扶正器10的弹性性能更加突出，且结构强度很高。

此外，本实用新型的扶正器10也已针对将尺寸为89mm的油管下入到尺寸为152.4mm的井眼内进行了多次实验。该扶正器10具有4个扶正条部分13，各个扶正条部分13的宽度约为40mm，高度约为205mm。上接箍11和下接箍12的外径约为97mm。扶正条部分的最大外径约为152mm。除此之外，本实用新型的扶正器10也已针对将尺寸为73mm的油管下入到尺寸为152.4mm的定向井的井眼进行了多次实验。本实用新型的扶正器10也已针对将尺寸为88.9mm的油管下入到尺寸为165.1mm的水平井和大斜度井的井眼进行了多次实验。在这些实验中，通过本实用新型的扶正器10都顺利地将油管送入到位，且在此过程中没有遇到明显的卡井现象。

另外，针对本实用新型的扶正器10的上述实施例进行200次压缩复位实验后，对扶正条部分进行探伤，也并未发现任何疲劳裂纹。

下面将结合图2对本实用新型的扶正器10的制造方法进行详细说明。

在该方法中，首先要得到具有弹性的筒体(S1)。在这里，优选地采用140V钢通过热轧工艺制成筒体。

然后，在该筒体的中部形成多个彼此间隔开的镂空部分，以在相邻的镂空部分之间形成尚未形成弧形轮廓的扶正条部分(S2)。这里的扶正条部分可以具有一致的宽度和厚度。这里的镂空部分和扶正条部分优选地通过线锯切割形成，从而能大幅降低扶正器10的制造成本。

再然后，例如通过在筒体的两端施加压力的方式而使筒体的中部径向向外凸出，从而使扶正条部分形成向外凸出的弧形轮廓(S3)。在该步骤中，在筒体的两端所施加的压力大约在50kN-60kN之间。在施加压力时，可在筒体的外侧套设相应的轮廓限制模具。当筒体的中部径向向外凸出一定程度时，会接触到轮廓限制模具。筒体的接触到该模具的部分则会停止向外凸出。由此，可以对扶正条部分13的变形程度进行引导，也避免其变形过度。这里的轮廓限制模具的内表面的形状优选地与扶正条部分13要得到的轮廓相匹配。通过上述施加压力的程度与轮廓限制模具的配合可以使扶正条部分13形成特定的弧形形状。这种扶正条部分13的形状对于提高扶正器10的弹性性能来说是非常有利的。另外，还可在筒体的内部套设圆柱形限位块，以限制扶正条部分13的变形，避免其向内收缩。圆柱形限位块的外径优选地比筒体的内径要小大约3mm-4mm。

在一个优选的实施例中，在上述施加压力的过程中，还可对筒体进行加热，使其周围的温度大约在1000℃到1300℃之间，优选地大约为1200℃。这更有利于扶正条部分13的变形和加工。在这种情况下，不容易在扶正条部分13与上接箍11和下接箍12相连的部分产生应力集中或应力薄弱。

此后，还可以对扶正器10进行调质热处理(例如在640℃-650℃的温度条件下)，以消除有可能存在的残余应力。还可以在扶正器10的表面进行喷塑处理，以使得扶正器10更加不容易损坏。

通过上述制造方法可以形成本实用新型的可用于油管的整体式弹性封隔器10。这种弹性封隔器10的结构强度高，且弹性恢复力强，因此能够有效通过井下的缩窄部分和弯曲部分，将油管顺利送入到位。

虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种整体式弹性扶正器，其特征在于，所述整体式弹性扶正器用于油管，所述整体式弹性扶正器包括：

环形的上接箍，

与所述环形的上接箍在纵向上彼此间隔开的环形的下接箍，以及

连接在所述上接箍和下接箍之间的沿纵向延伸的扶正条部分，所述扶正条部分具有中部径向向外凸出的弧形轮廓，

其中，所述整体式弹性扶正器不具有焊缝或连接结构。

2.根据权利要求1所述的整体式弹性扶正器，其特征在于，在所述整体式弹性扶正器未在使用时发生变形的情况下，所述扶正条部分的最大外径与所述上接箍和下接箍的外径之比在1.5-2.2之间。

3.根据权利要求2所述的整体式弹性扶正器，其特征在于，在所述整体式弹性扶正器未在使用时发生变形的情况下，所述扶正条部分的最大外径与所述上接箍和下接箍的外径之比在1.64-1.77之间。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的整体式弹性扶正器，其特征在于，在偏离间隙比为67％时，所述整体式弹性扶正器的最小复位力不低于15kN。

5.根据权利要求1到3中任一项所述的整体式弹性扶正器，其特征在于，所述整体式弹性扶正器的最大起动力不超过600N。

6.根据权利要求1到3中任一项所述的整体式弹性扶正器，其特征在于，所述整体式弹性扶正器由140V钢通过热轧工艺制成。

7.根据权利要求1到3中任一项所述的整体式弹性扶正器，其特征在于，所述扶正条部分具有均匀的厚度和宽度。

8.根据权利要求1到3中任一项所述的整体式弹性扶正器，其特征在于，所述整体式弹性扶正器包括4个在周向上彼此间隔开设置的扶正条部分，相邻的扶正条部分之间相差90°。

9.根据权利要求1到3中任一项所述的整体式弹性扶正器，其特征在于，所述扶正条部分的弧形轮廓由在所述整体式弹性扶正器的两端施加压力而形成，所施加的压力在50kN-60kN之间。

10.根据权利要求1到3中任一项所述的整体式弹性扶正器，其特征在于，所述整体式弹性扶正器的长度为300mm。

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