CN215761601U - 一种提高井筒完整性的固井工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种提高井筒完整性的固井工具，包括壳体、卡簧、阀座、密封圈、浮球、弹簧、支撑筒、导向体、内半壳、锁紧套和滚珠组成，所述壳体上端与套管柱连接，当固井工具在弯曲段时，导向体侧向与井底岩石部分接触，导向体和内半壳之间的滚珠在滚珠约束孔和滚珠约束槽之间转动，部分转动的滚珠与岩石接触从而实现滚动摩擦；在下套管过程中，套管柱内部流体通过作用于浮球压缩弹簧从而打开阀座的中间锥状通孔使流体处于流通状态，但井下流体反向流动时，浮球则与阀座的中间锥状通孔配合实现密封并起到止流效果。本发明结构操作方便，可实现导向体与岩石接触时的部分滑动摩擦转化为滚动摩擦，适用于引导弯曲井眼的套管柱顺利下入井内。

Description

一种提高井筒完整性的固井工具

技术领域

本实用新型涉及一种井下工具，具体是一种提高井筒完整性的固井工具，属于石油工程或机械工程技术领域。

背景技术

我国油气开采经过几十年的发展，已逐步转向深部资源和非常规油气资源。与此同时，近年来我国页岩气开发快速发展。在页岩气等非常规资源的开发过程中，定向井或大斜度井等复杂弯曲井眼逐渐增加，对钻完井工具的设计创新提出了更多要求。在钻井后的水泥固井中，浮鞋是广泛应用的一种固井工具，其作用是引导套管柱顺利下入井内。然而，在大位移水平井或轨迹不规则的弯曲井眼，套管摩阻大且套管柱下端易卡阻，使得套管难于顺利下放到位。现有浮鞋的下端普遍采用锥状或球状结构，用于更方便地引导套管柱下放。然而，对于弯曲井眼的造斜段或曲率半径较小处，常常是导向部件的侧向与井壁接触。因此，对于狗腿度较大的井段，仍有比较大的套管不易通过而遇阻的风险。

通常而言，物体的滚动摩阻小于滑动摩阻。当导向端的侧向与井壁接触时，若能将一部分滑动摩阻转化为滚动摩阻，则可减小套管的下放阻力。因此，设计一种能够实现将套管前端的滑动摩阻转变为滚动的工具，则对减小固井作业中的套管下入时间和成本、降低作业风险和提高井筒的完整性具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术在井下施工下套管的过程中，由于滑动摩擦的阻碍导致较大的套管不容易通过的不足，提供了一种提高井筒完整性的固井工具，通过将滑动摩擦转变为滚动摩擦的方式，有效的为套管导向，从而使得套管能够更加有效的到达指定位置，促进提高井筒完整性。

本实用新型的目的主要通过以下技术方案实现：

一种提高井筒完整性的固井工具，包括壳体，所述壳体为筒体，壳体的一端固定有导向体，所述导向体内固定有内半壳，在所述导向体和内半壳之间设有滚珠，所述滚珠部分珠体贯穿导向体并凸出导向体的外表面，所述滚珠能够在导向体和内半壳之间自由转动。

目前，在井下施工中，井筒完整性主要依靠套管的支撑，而套管并不能单独下井，套管直接下井会导致套管损坏或者卡住，所以需要使用工具来引导套管运动，在工具的引导下，能够有效的避免套管下井的损坏以及堵塞，但是现有技术中通常采用的引导工具与井壁之间都是滑动摩擦，滑动摩擦所提供的阻力较大，并且在较为狭窄的地方更容易造成堵塞；本实用新型通过在基础的壳体上固定导向体的方式来作为套管的引导工具，导向体内的内半壳能够有效的加强导向体的支撑，保障导向体在运动过程中不会变形，而内半壳和导向体之间设置的滚珠，通过其能够自由转动，并且部分凸出导向体外的位置，能够有效的将导向体与井壁之间的滑动摩擦转变为滚动摩擦，从而使得摩擦阻力减小，也使得导向体能够更加容易的带动壳体和套管在井下运动，从而通过将滑动摩擦转变为滚动摩擦的方式，有效的为套管导向，从而使得套管能够更加有效的到达指定位置，促进提高井筒完整性。

进一步的，所述壳体内固定有单向阀，所述单向阀的流通方向为：从所述壳体连套螺纹处向所述导向体处流动。设置单向阀的目的是避免流体反流，从而导致井喷或者对套管的运动形成较大阻力，也能在一定程度上避免井筒完整性被破坏。

进一步的，所述壳体远离所述导向体的一端设有连套螺纹，所述连套螺纹用于实现：使得套管与所述壳体形成可拆卸固定关系；所述连套螺纹靠近导向体的一侧设有连阀螺纹，所述单向阀通过连阀螺纹与所述壳体固定。本实用新型中采用螺纹链接作为固定方式，能够方便进行各部件的拆卸，从而方便清洗和维修。

进一步的，所述单向阀包括阀座，所述阀座通过所述连阀螺纹与壳体固定，在所述连套螺纹与连阀螺纹之间设有上卡簧槽，在阀座背离连套螺纹的一侧固定有上台肩，所述上台肩与壳体固定，所述上台肩靠近所述导向体的一侧设有支撑筒，所述支撑筒靠近上台肩的一端固定有下台肩，所述下台肩与壳体固定，所述支撑筒的另一端设有下卡簧槽，所述上卡簧槽与下卡簧槽内均设有卡簧，在支撑筒和阀座之间设有浮球，所述支撑筒内设有弹簧，所述弹簧的一端与支撑筒固定，其另一端与所述浮球固定，所述浮球能阻止流体从所述导向体处向所述壳体连套螺纹处流动。本实用新型中所述阀座呈柱状，其柱面外设有螺纹并与壳体的连阀螺纹连接，当阀座连接于壳体内后，在上卡簧槽中设有卡簧用于限制阀座向上移动，阀座向下的位移则由上台肩限制，所述支撑筒安装于壳体内，支撑筒向上的位移由下台肩限制，支撑筒向下的位移由安装于下卡簧槽的卡簧限制，所述弹簧安装于支撑筒中的筒体内，其上端承受浮球的压力。

进一步的，所述阀座的中间位置设有下端大上端小的锥状通孔，所述浮球的外径大于所述锥状通孔的小端的内径并小于所述锥状通孔的大端的内径。在本实用新型中，浮球的外径大于所述锥状通孔的小端的内径并小于所述锥状通孔的大端的内径的情况下，能够最为有效的阻止流体从阀座处反向流动，因为若浮球过小，那么只能减缓流速，也能起到一定的保护作用，但是会大幅下降其功能的有效性，若浮球过大，会与阀座之间形成间隙，浮球也容易卡住，不利于流体正常流动。

进一步的，所述阀座与壳体之间设有密封圈，所述密封圈与所述连阀螺纹接触。为了提高本实用新型的密封性，在最容易发生泄漏的连接处设置密封圈以提高密封性。

进一步的，所述导向体包括导向壳体，所述导向壳体靠近壳体的一侧固定有导向体接头，所述导向体接头与壳体固定，在导向壳体上开有导向体流体通孔，所述导向体流体通孔连通外界与壳体内部。在本实用新型中，所述导向体流体通孔能够有效的容纳流体的流动，从而避免流体堵塞，本实用新型中通过导向接头来完成导向体与壳体的固定，使得两者之间固定的部件独立，从而能够方便导向体的连接处的维护工作。

进一步的，所述内半壳包括内半壳体，所述内半壳体与所述导向壳体的内壁贴合，在内半壳体上开有内半壳流体通孔，所述内半壳流体通孔与所述导向体流体通孔连通。由于内半壳体与所述导向壳体的内壁贴合，所以本实用新型中内半壳体能够有效的增强导向壳体的稳定性，并提升其抗压能力，所述内半壳流体通孔与所述导向体流体通孔连通，使得流体流动不受到内半壳的影响。

进一步的，所述内半壳体与导向壳体的贴合面上设有若干个滚珠约束槽，所述导向壳体上设有数量和位置与滚珠约束槽对应的滚珠约束孔：每一个滚珠约束槽均对应一个滚珠约束孔；所述滚珠位于所述滚珠约束槽内并部分凸出滚珠约束孔。通过滚珠约束槽和滚珠约束孔，在限制滚珠位置的前提下，并不限制滚珠的自由转动，从而能够有效的使得滚珠在接触井壁的时候将导向体表面的滑动摩擦转变为滚动摩擦。

进一步的，所述导向壳体和内半壳均呈半球状，所述导向体流体通孔和内半壳流体通孔均位于所述半球的顶部。采用半球状的导向壳体和内半壳能够更加适应井下的运动，使得井下转向更加便捷，而所述导向体流体通孔和内半壳流体通孔均位于所述半球的顶部，能够有效的减少流体阻力，使得导向体运动更加顺畅。

综上所述，本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

(1)本实用新型通过将滑动摩擦转变为滚动摩擦的方式，有效的为套管导向，从而使得套管能够更加有效的到达指定位置，促进提高井筒完整性。

(2)本实用新型通过内半壳的设置，使得导向体的支撑更加稳定，并且还能够增强导向体的抗压能力。

(3)本实用新型通过滚珠约束槽和滚珠约束孔，在限制滚珠位置的前提下，并不限制滚珠的自由转动，从而能够有效的使得滚珠在接触井壁的时候将导向体表面的滑动摩擦转变为滚动摩擦。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1是本实用新型一种提高井筒完整性的固井工具的结构示意图；

图2是本实用新型一种提高井筒完整性的固井工具的壳体的结构示意图；

图3是本实用新型一种提高井筒完整性的固井工具的支撑筒的结构示意图；

图4是本实用新型一种提高井筒完整性的固井工具的支撑筒的另一结构示意图；

图5是本实用新型一种提高井筒完整性的固井工具的内半壳的结构示意图；

图6是本实用新型一种提高井筒完整性的固井工具的内半壳的另一结构示意图；

图7是本实用新型一种提高井筒完整性的固井工具的导向体的结构示意图；

图8是本实用新型一种提高井筒完整性的固井工具的导向体的另一结构示意图；

附图标记所对应的名称为：1.壳体，1a.连套螺纹，1b.上卡簧槽，1c.连阀螺纹，1d.上台肩，1e.下台肩，1f.下卡簧槽，2.卡簧，3.阀座，4.密封圈，5.浮球，6.弹簧，7.支撑筒，8.导向体，8a.导向体接头，8b.导向壳体，8c.滚珠约束孔，8d.导向体流体通孔，9.内半壳，9a.内半壳体，9b.滚珠约束槽，9c.内半壳流体通孔，10.锁紧套，11.滚珠。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例：

如图1～8所示，本实施例涉及一种提高井筒完整性的固井工具，包括壳体1，所述壳体1为筒体，壳体1的一端固定有导向体8，所述导向体8内固定有内半壳9，在所述导向体8和内半壳9之间设有滚珠11，所述滚珠11部分珠体贯穿导向体8并凸出导向体8的外表面，所述滚珠11能够在导向体8和内半壳9之间自由转动。所述壳体1内固定有单向阀，所述单向阀的流通方向为：从所述壳体1连套螺纹1a处向所述导向体8处流动。所述壳体1远离所述导向体8的一端设有连套螺纹1a，所述连套螺纹1a用于实现：使得套管与所述壳体1形成可拆卸固定关系；所述连套螺纹1a靠近导向体8的一侧设有连阀螺纹1c，所述单向阀通过连阀螺纹1c与所述壳体1固定。

本实施例在实际应用中所述导向体8内的内半壳9能够有效的加强导向体8的支撑，保障导向体8在运动过程中不会变形，而内半壳9和导向体8之间设置的滚珠11，通过其能够自由转动，并且部分凸出导向体8外的位置，能够有效的将导向体8与井壁之间的滑动摩擦转变为滚动摩擦，从而使得摩擦阻力减小，也使得导向体8能够更加容易的带动壳体1和套管在井下运动。

所述单向阀包括阀座3，所述阀座3通过所述连阀螺纹1c与壳体1固定，在所述连套螺纹1a与连阀螺纹1c之间设有上卡簧槽1b，在阀座3背离连套螺纹1a的一侧固定有上台肩1d，所述上台肩1d与壳体1固定，所述上台肩1d靠近所述导向体8的一侧设有支撑筒7，所述支撑筒7靠近上台肩1d的一端固定有下台肩1e，所述下台肩1e与壳体1固定，所述支撑筒7的另一端设有下卡簧槽1f，所述上卡簧槽1b与下卡簧槽1f内均设有卡簧2，在支撑筒7和阀座3之间设有浮球5，所述支撑筒7内设有弹簧6，所述弹簧6的一端与支撑筒7固定，其另一端与所述浮球5固定，所述浮球5能阻止流体从所述导向体8处向所述壳体1连套螺纹1a处流动。所述阀座3的中间位置设有下端大上端小的锥状通孔，所述浮球5的外径大于所述锥状通孔的小端的内径并小于所述锥状通孔的大端的内径。所述阀座3与壳体1之间设有密封圈4，所述密封圈4与所述连阀螺纹1c接触。

本实施例中所述阀座3呈柱状，其柱面外设有螺纹并与壳体的连阀螺纹1c连接，当阀座3连接于壳体1内后，在上卡簧槽1b中设有卡簧2用于限制阀座3向上移动，阀座3向下的位移则由上台肩1d限制，所述支撑筒7安装于壳体1内，支撑筒7向上的位移由下台肩1e限制，支撑筒7向下的位移由安装于下卡簧槽1f的卡簧2限制，所述弹簧6安装于支撑筒7中的筒体内，其上端承受浮球5的压力。

所述导向体8包括导向壳体8b，所述导向壳体8b靠近壳体1的一侧固定有导向体接头8a，所述导向体接头8a与壳体1固定，在导向壳体8b上开有导向体流体通孔8d，所述导向体流体通孔8d连通外界与壳体1内部。所述内半壳9包括内半壳体9a，所述内半壳体9a与所述导向壳体8b的内壁贴合，在内半壳体9a上开有内半壳流体通孔9c，所述内半壳流体通孔9c与所述导向体流体通孔8d连通。所述内半壳体9a与导向壳体8b的贴合面上设有若干个滚珠约束槽9b，所述导向壳体8b上设有数量和位置与滚珠约束槽9b对应的滚珠约束孔8c：每一个滚珠约束槽9b均对应一个滚珠约束孔8c；所述滚珠11位于所述滚珠约束槽9b内并部分凸出滚珠约束孔8c。所述导向壳体8b和内半壳9均呈半球状，所述导向体流体通孔8d和内半壳流体通孔9c均位于所述半球的顶部。

在本实施例中，所述内半壳体9a靠近所述导向壳体8b与壳体1固定处，设置有锁紧套10，通过锁紧套10加强导向体8与壳体1的固定，并且锁紧内半壳体9a在导向体8内的位置。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种提高井筒完整性的固井工具，包括壳体(1)，其特征在于，所述壳体(1)为筒体，壳体(1)的一端固定有导向体(8)，所述导向体(8)内固定有内半壳(9)，在所述导向体(8)和内半壳(9)之间设有滚珠(11)，所述滚珠(11)部分珠体贯穿导向体(8)并凸出导向体(8)的外表面，所述滚珠(11)能够在导向体(8)和内半壳(9)之间自由转动。

2.根据权利要求1所述的一种提高井筒完整性的固井工具，其特征在于，所述壳体(1)内固定有单向阀，所述单向阀的流通方向为：从所述壳体(1)连套螺纹(1a)处向所述导向体(8)处流动。

3.根据权利要求2所述的一种提高井筒完整性的固井工具，其特征在于，所述壳体(1)远离所述导向体(8)的一端设有连套螺纹(1a)，所述连套螺纹(1a)用于实现：使得套管与所述壳体(1)形成可拆卸固定关系；所述连套螺纹(1a)靠近导向体(8)的一侧设有连阀螺纹(1c)，所述单向阀通过连阀螺纹(1c)与所述壳体(1)固定。

4.根据权利要求3所述的一种提高井筒完整性的固井工具，其特征在于，所述单向阀包括阀座(3)，所述阀座(3)通过所述连阀螺纹(1c)与壳体(1)固定，在所述连套螺纹(1a)与连阀螺纹(1c)之间设有上卡簧槽(1b)，在阀座(3)背离连套螺纹(1a)的一侧固定有上台肩(1d)，所述上台肩(1d)与壳体(1)固定，所述上台肩(1d)靠近所述导向体(8)的一侧设有支撑筒(7)，所述支撑筒(7)靠近上台肩(1d)的一端固定有下台肩(1e)，所述下台肩(1e)与壳体(1)固定，所述支撑筒(7)的另一端设有下卡簧槽(1f)，所述上卡簧槽(1b)与下卡簧槽(1f)内均设有卡簧(2)，在支撑筒(7)和阀座(3)之间设有浮球(5)，所述支撑筒(7)内设有弹簧(6)，所述弹簧(6)的一端与支撑筒(7)固定，其另一端与所述浮球(5)固定，所述浮球(5)能阻止流体从所述导向体(8)处向所述壳体(1)连套螺纹(1a)处流动。

5.根据权利要求4所述的一种提高井筒完整性的固井工具，其特征在于，所述阀座(3)的中间位置设有下端大上端小的锥状通孔，所述浮球(5)的外径大于所述锥状通孔的小端的内径并小于所述锥状通孔的大端的内径。

6.根据权利要求4所述的一种提高井筒完整性的固井工具，其特征在于，所述阀座(3)与壳体(1)之间设有密封圈(4)，所述密封圈(4)与所述连阀螺纹(1c)接触。

7.根据权利要求1所述的一种提高井筒完整性的固井工具，其特征在于，所述导向体(8)包括导向壳体(8b)，所述导向壳体(8b)靠近壳体(1)的一侧固定有导向体接头(8a)，所述导向体接头(8a)与壳体(1)固定，在导向壳体(8b)上开有导向体流体通孔(8d)，所述导向体流体通孔(8d)连通外界与壳体(1)内部。

8.根据权利要求7所述的一种提高井筒完整性的固井工具，其特征在于，所述内半壳(9)包括内半壳体(9a)，所述内半壳体(9a)与所述导向壳体(8b)的内壁贴合，在内半壳体(9a)上开有内半壳流体通孔(9c)，所述内半壳流体通孔(9c)与所述导向体流体通孔(8d)连通。

9.根据权利要求8所述的一种提高井筒完整性的固井工具，其特征在于，所述内半壳体(9a)与导向壳体(8b)的贴合面上设有若干个滚珠约束槽(9b)，所述导向壳体(8b)上设有数量和位置与滚珠约束槽(9b)对应的滚珠约束孔(8c)：每一个滚珠约束槽(9b)均对应一个滚珠约束孔(8c)；所述滚珠(11)位于所述滚珠约束槽(9b)内并部分凸出滚珠约束孔(8c)。

10.根据权利要求7所述的一种提高井筒完整性的固井工具，其特征在于，所述导向壳体(8b)和内半壳(9)均呈半球状，所述导向体流体通孔(8d)和内半壳流体通孔(9c)均位于所述半球的顶部。

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