CN111878006A - 一种复合式旋流液压扶正器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合式旋流液压扶正器，包括接箍、中心管、滚轮旋转扶正装置、扶正套、液压装置、止退环、液压变径扶正装置、锥形环台、下接头，所述接箍的右端与所述中心管左端相连，所述滚轮旋转扶正装置、扶正套、液压装置、止退环、液压变径扶正装置、锥形环台依次相邻套设在所述中心管上，所述中心管的右端与所述下接头左端相连；所述滚轮旋转扶正装置包括滚珠孔、旋流叶片、滚珠；所述液压装置包括液缸、活塞、传压孔；所述液压变径扶正装置包括游动座、扶正条、以及固定座。本发明不仅可有效解决现有扶正器下入阻力高、对不规则井筒直径适用能力差的问题，还可以在钻井和固井作业中辅助清除井壁处残留岩屑和死浆。

Description

一种复合式旋流液压扶正器

技术领域

本发明涉及石油天然气钻完井技术领域，特别涉及固定、扶正套管的一种复合式旋流液压扶正器。

背景技术

在钻井的完井过程中，特别是在定向井、水平井、大位移井的完井过程中，套管扶正器是一种必要配套装置。扶正器使套管在井筒内居中，不仅可以使套管在下入过程减小摩阻，同时可以保证套管与井壁的均匀环隙。在固井作业中，均匀环隙是保证固井质量的重要参数；而在分段压裂作业中，均匀环隙促使分段封隔器在井筒中均匀密封，防止发生压裂液段间互窜。现有刚性套管扶正器外径大且直径固定，在下入井筒时阻力大，不适应与井径扩大的地方。而现有的弹簧扶正器存在膨胀外径受限支撑力量不足的问题。

此外，在钻井正常循环泥浆和注水泥作业时，由于井壁的不均匀形态造成水平井段岩屑残留和死浆的存在，而有限的泥浆排量和流动范围不能完全携走滞留的岩屑和死浆，而这些物质将造成固井封隔质量差和裸眼封隔器封隔质量差，影响后期的油气开采。而现有的扶正器作用单一，不能对清理井筒中的死浆和岩屑有任何帮助。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种复合式旋流液压扶正器，不仅可有效解决现有扶正器下入阻力高、对不规则井筒直径适用能力差的问题，还可以在钻井和固井作业中辅助清除井壁处残留岩屑和死浆。

本发明的技术方案如下：

一种复合式旋流液压扶正器，包括接箍、中心管、滚轮旋转扶正装置、扶正套、液压装置、止退环、液压变径扶正装置、锥形环台、下接头，

所述接箍的右端与所述中心管左端相连，所述滚轮旋转扶正装置、扶正套、液压装置、止退环、液压变径扶正装置、锥形环台依次相邻套设在所述中心管上，所述中心管的右端与所述下接头左端相连；

所述滚轮旋转扶正装置包括扶正本体，所述扶正本体上设有滚珠孔和旋流叶片，所述滚珠孔内设有与所述滚珠孔匹配的滚珠，所述滚珠凸出形成的最大外径大于所述旋流叶片在所述扶正本体上形成的最大外径；

所述液压装置包括液缸与活塞，所述活塞设置在所述液缸内部，所述液缸、活塞、以及中心管之间形成液压腔，所述液压腔对应的中心管上设有连通液压腔与中心管内部的传压孔；

所述液压变径扶正装置包括游动座、扶正条、以及固定座，所述扶正条的左右两端分别通过固定钉固定在所述游动座和所述固定座上，所述液压变径扶正装置未变径时的最大外径小于所述滚珠在所述扶正本体上形成的最大外径，所述液压变径扶正装置变径后的最大外径大于所述滚珠在所述扶正本体上形成的最大外径，所述固定座的右端与所述锥形环台相连，所述锥形环台外径较小的一端远离所述固定座。

作为优选，所述滚珠设置在所述旋流叶片同一侧的左右两端。

作为优选，所述旋流叶片设置多个且均匀分布在所述扶正本体上，所述滚轮旋转扶正装置可绕所述中心管自由旋转。

作为优选，所述旋流叶片的螺旋走向为右旋。

作为优选，所述活塞的右端至所述固定座的左端之间的中心管外表面设有多个相同的倾斜凹槽，相邻两个凹槽之间形成倾斜齿一，所述倾斜齿一的顶部向右倾斜，所述止退环的内表面设有与所述凹槽匹配的倾斜齿二。

作为优选，所述固定座的左端设有限位座。

作为优选，所述扶正条采用弹簧钢制成。

作为优选，所述扶正条采用60Si2Mn弹簧钢制成。

作为优选，所述中心管的左端和下接头上分别设有外螺纹一和外螺纹二，所述外螺纹一的左端外径小于所述外螺纹一的右端外径，所述外螺纹二的左端外径大于所述外螺纹二的右端外径。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明结构设计合理，扶正效果好，综合作用强大，在提高固井质量、强化分段封隔器密封性能方面有广阔的应用前景。

一方面，通过在传统的套管滚轮扶正器的基础上，引入了滚珠，进而在下套管过程中通过滚珠的滚动减小套管下入摩阻，同时由于外径大于套管可以保护复合式旋流液压扶正器的其他部件及套管。

另一方面，通过设置液压变径扶正装置，能够辅助清除井壁处残留岩屑和死浆，提高固井质量。具体地，在液压变径扶正装置在整个完井工具入位后，在井筒内压力的作用下，扶正条被液压驱动胀起，胀满支撑井壁，使套管在井筒中居中，形成均匀环隙；与此同时，滚轮旋流扶正装置因最大外径小于液压变径扶正部分最大外径而离开井壁被悬在井筒中，在水力作用下扶正本体旋转，旋流叶片旋转扰动环空的液体流态，辅助清除井壁处残留岩屑和死浆，提高固井质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明复合式旋流液压扶正器的结构示意图；

图2为图1液压变径扶正装置胀开后的结构示意图；

图3为本发明复合式旋流液压扶正器滚轮旋转扶正装置的结构示意图；

图4为本发明复合式旋流液压扶正器液压变径扶正装置的结构示意图；

图5为本发明复合式旋流液压扶正器止退环的结构示意图。

1-接箍、2-中心管、201-倾斜齿一、3-滚轮旋转扶正装置、301-滚珠孔、302-滚珠、303-旋流叶片、4扶正套、5-液缸、6-传压孔、7-活塞、8-止退环、801-倾斜齿二、9-液压变径扶正装置、901-游动座、902-固定钉、903-扶正条、904-固定座、10-限位座、11-锥形环台、12-下接头。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互结合。

需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语；使用的术语中“上”、“下”、“左”、“右”等通常是针对附图所示的方向而言，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言；同样地，为便于理解和描述，“内”、“外”等是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。但上述方位词并不用于限制本发明。

如图1-5所示，本发明提供一种复合式旋流液压扶正器，包括接箍1、中心管2、滚轮旋转扶正装置3、扶正套4、液压装置、止退环8、液压变径扶正装置9、锥形环台11、下接头12。

所述接箍1的右端与所述中心管2左端相连，所述滚轮旋转扶正装置3、扶正套4、液压装置、止退环8、液压变径扶正装置9、锥形环台11依次相邻套设在所述中心管2上，所述中心管2的右端与所述下接头12左端相连。

所述滚轮旋转扶正装置3包括扶正本体，所述扶正本体上设有滚珠孔301和旋流叶片303，所述滚珠孔301内设有与所述滚珠孔301匹配的滚珠302，所述滚珠302设置在所述旋流叶片303同一侧的左右两端，所述滚珠302凸出形成的最大外径大于所述旋流叶片303在所述扶正本体上形成的最大外径，所述旋流叶片303设置多个且均匀分布在所述扶正本体上，所述旋流叶片303的螺旋走向为右旋，所述滚轮旋转扶正装置可绕所述中心管2自由旋转。

所述液压装置包括液缸5与活塞7，所述活塞7设置在所述液缸5内部，所述液缸5、活塞7、以及中心管2之间形成液压腔，所述液压腔对应的中心管2上设有连通液压腔与中心管2内部的传压孔6。

所述液压变径扶正装置9包括游动座901、扶正条903、以及固定座904，所述扶正条903采用60Si2Mn、55Si2Mn、60Si2CrA、55CrMnA等中的任意一种弹簧钢制成，所述扶正条903的左右两端分别通过固定钉902固定在所述游动座901和所述固定座904上，所述液压变径扶正装置9未变径时的最大外径小于所述滚珠302在所述扶正本体上形成的最大外径，所述液压变径扶正装置9变径后的最大外径大于所述滚珠302在所述扶正本体上形成的最大外径，所述固定座904的右端与所述锥形环台11相连，所述锥形环台11外径较小的一端远离所述固定座904。

在一个具体的实施例中，所述活塞7的右端至所述固定座904的左端之间的中心管2外表面设有多个相同的倾斜凹槽，相邻两个凹槽之间形成倾斜齿一201，所述倾斜齿一201的顶部向右倾斜，所述止退环8的内表面设有与所述凹槽匹配的倾斜齿二801，通过倾斜齿一201与倾斜齿二801的配合使止退环8单向向右移动，实现止退功能。

在一个具体的实施例中，为了防止所述固定座904向左移动，可选地，在所述固定座904的左端设有限位座10。

在一个具体的实施例中，所述中心管2的左端和下接头12上分别设有外螺纹一和外螺纹二，所述外螺纹一的左端外径小于所述外螺纹一的右端外径，所述外螺纹二的左端外径大于所述外螺纹二的右端外径。如此能够方便与其他部件螺纹连接，提升操作效率。

在一个具体的实施例中，为了防止所述固定座904向左移动，可选地，在所述固定座904的左端设有限位座10。

本发明的工作原理如下：

在固井或者完井作业中，根据设计要求，下入套管及相关完井工具。下入完井管柱时，按照预先设计的数量，每隔一定长度或者数量的套管或完井工具接一套复合式旋流液压扶正器，工具串在下井时，滚轮旋转扶正装置3在下套管过程中相当于常规的套管滚轮刚性扶正器，外径尺寸与常规刚性扶正器尺寸一致，作用是在下套管过程中减小套管下入摩阻和保护液压变径扶正器的其他部件。

工具串组合下到位后，在管柱内部打压，液体通过传压孔6进入液缸5，活塞7在压力驱动下向右移动，活塞7下移推动游动座901，固定在游动座901上的扶正条903沿着移动的方向扩张挠曲，多个扶正条903外径尺寸扩张到位后将套管及完井工具支撑居中，止退环8可以防止游动座901在液压变径扶正装置9泄压以后不会产生倒退滑移。

套管及完井工具被液压变径扶正装置支撑居中后，旋流叶片303完全离开井壁，可以在中心管上自由旋转。在井内循环流体作业时，通过液体的流量，带动旋流叶片303旋转，通过旋流叶片303的流体产生旋流，改变流场，有效的冲刷井壁的虚泥饼，从而可以提高水泥浆顶替效率，提高固井质量。

本发明在下放工具过程中通过滚轮旋转扶正装置的滚轮作用减小了完井工具串下井摩阻，在完井工具串入位后稳定可靠的液压变径扶正装置在液压作用下实现满井径支撑，最大程度的使套管及完井工具在井筒中居中。与此同时，在固井、循环清洗过程中脱离井壁的旋流叶片脱离井壁，在流体作用下旋转并扰动环空流体流态，在固井过程中具有提高固井质量和清理死浆、岩屑的作用。因此，本发明具有结构合理、扶正效果好、综合作用强的特点，在钻完井作业方面具有广阔的应用前景，与现有技术相比具有显著的进步。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种复合式旋流液压扶正器，其特征在于，包括接箍、中心管、滚轮旋转扶正装置、扶正套、液压装置、止退环、液压变径扶正装置、锥形环台、下接头，

所述接箍的右端与所述中心管左端相连，所述滚轮旋转扶正装置、扶正套、液压装置、止退环、液压变径扶正装置、锥形环台依次相邻套设在所述中心管上，所述中心管的右端与所述下接头左端相连；

所述滚轮旋转扶正装置包括扶正本体，所述扶正本体上设有滚珠孔和旋流叶片，所述滚珠孔内设有与所述滚珠孔匹配的滚珠，所述滚珠凸出形成的最大外径大于所述旋流叶片在所述扶正本体上形成的最大外径；

所述液压装置包括液缸与活塞，所述活塞设置在所述液缸内部，所述液缸、活塞、以及中心管之间形成液压腔，所述液压腔对应的中心管上设有连通液压腔与中心管内部的传压孔；

所述液压变径扶正装置包括游动座、扶正条、以及固定座，所述扶正条的左右两端分别通过固定钉固定在所述游动座和所述固定座上，所述液压变径扶正装置未变径时的最大外径小于所述滚珠在所述扶正本体上形成的最大外径，所述液压变径扶正装置变径后的最大外径大于所述滚珠在所述扶正本体上形成的最大外径，所述固定座的右端与所述锥形环台相连，所述锥形环台外径较小的一端远离所述固定座。

2.根据权利要求1所述的复合式旋流液压扶正器，其特征在于，所述滚珠设置在所述旋流叶片同一侧的左右两端。

3.根据权利要求1所述的复合式旋流液压扶正器，其特征在于，所述旋流叶片设置多个且均匀分布在所述扶正本体上，所述滚轮旋转扶正装置可绕所述中心管自由旋转。

4.根据权利要求3所述的复合式旋流液压扶正器，其特征在于，所述旋流叶片的螺旋走向为右旋。

5.根据权利要求1所述的复合式旋流液压扶正器，其特征在于，所述活塞的右端至所述固定座的左端之间的中心管外表面设有多个相同的倾斜凹槽，相邻两个凹槽之间形成倾斜齿一，所述倾斜齿一的顶部向右倾斜，所述止退环的内表面设有与所述凹槽匹配的倾斜齿二。

6.根据权利要求1所述的复合式旋流液压扶正器，其特征在于，所述固定座的左端设有限位座。

7.根据权利要求1所述的复合式旋流液压扶正器，其特征在于，所述扶正条采用弹簧钢制成。

8.根据权利要求7所述的复合式旋流液压扶正器，其特征在于，所述扶正条采用60Si2Mn弹簧钢制成。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的复合式旋流液压扶正器，其特征在于，所述中心管的左端和下接头上分别设有外螺纹一和外螺纹二，所述外螺纹一的左端外径小于所述外螺纹一的右端外径，所述外螺纹二的左端外径大于所述外螺纹二的右端外径。

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