液壓式套管扶正器的製作方法

2023-11-04 20:59:47 2

本發明涉及油氣田井下工具技術領域，是一種液壓式套管扶正器。

背景技術：

在石油鑽井作業中，水平井固井質量的好壞，直接制約著油井後期的採油量。目前國內外固井多採用剛性扶正器及滾輪扶正器等常規套管扶正器，對於水平井段採用彈性扶正器進行固井，但是採用彈性扶正器固井存在如下問題：扶正器下入的摩擦阻力很大，性能不可靠；特別是針對泥頁巖等非常規地層，採用普通彈性扶正器板簧承載力不夠；套管不居中，固井困難，固井水泥環厚度不均勻，嚴重影響固井的質量，導致後期生產、作業存在油氣侵的隱患。

技術實現要素：

本發明提供了一種液壓式套管扶正器，克服了上述現有技術之不足，其能有效解決現有水平井下套管過程中常規扶正器存在的尺寸大、下入困難、下入時容易刺刮井眼、形成砂堵、彈性扶正器板簧承載力不夠、套管居中質量差、固井困難、固井質量差的問題。

本發明的技術方案是通過以下措施來實現的：一種液壓式套管扶正器，包括芯軸、液缸套、單向限位環、剪切銷釘、助膨脹塊和沿芯軸周向均布的不少於兩個的扶正器板簧，液缸套的上部通過第一固定組件固定安裝在芯軸的上部外壁上，液缸套的內壁上設有第一環形凹槽和第二環形凹槽，第一環形凹槽與芯軸的外壁之間形成第一環形腔，第二環形凹槽與芯軸的外壁之間形成第二環形腔，芯軸的側壁上沿徑向設有能夠將芯軸的內部與第一環形腔連通的進液孔，第二環形腔內安裝有能沿芯軸的軸向滑動的活塞筒，第一環形腔與活塞筒上方的第二環形腔連通；活塞筒的下端固定安裝有活塞杆，活塞杆的外壁上設有第一限位齒扣，液缸套的內壁上固定安裝有單向限位環，單向限位環的內壁上設有與第一限位齒扣相配合的第二限位齒扣；活塞杆的下端通過沿徑向的剪切銷釘固定安裝在芯軸的外壁上；扶正器板簧的上端通過第二固定組件與活塞杆的下端固定連接；芯軸的中部外壁上固定安裝有助膨脹塊，扶正器板簧的中部位於助膨脹塊的外部並形成沿徑向朝外的第一環形凸起；扶正器板簧的下端通過第三固定組件固定安裝在芯軸的下部外壁上。

下面是對上述發明技術方案的進一步優化或/和改進：

上述第一固定組件包括上擋套和第一固定擋環，芯軸的上部外壁設有第一限位環槽，第一限位環槽內固定安裝有第一固定擋環，上擋套安裝在芯軸的外部並座落在第一固定擋環的上端面上；液缸套的上部內壁設有第三環形凹槽，上擋套的下部外壁上設有與第三環形凹槽相配合的第四環形凹槽，第三環形凹槽的外壁與第四環形凹槽的內壁通過螺紋固定連接，液缸套通過第三環形凹槽的下端面座落在第一固定擋環的下端面上。

上述第二固定組件包括第一轉接套和第一緊固銷釘，活塞杆的下端內壁設有第五環形凹槽，第一轉接套安裝在芯軸的外壁上，第一轉接套的上端外壁設有第六環形凹槽，第五環形凹槽的內壁和第六環形凹槽的外壁通過螺紋連接，第一轉接套的下部通過第一緊固銷釘與扶正器板簧的上端固定連接。

上述第三固定組件包括第二轉接套、第二緊固銷釘、雙螺紋擋環、第二固定擋環和下擋套，第二轉接套內部設有沿軸向的安裝孔，扶正器板簧的下端穿過安裝孔，第二轉接套的上部和扶正器板簧通過沿徑向的第二緊固銷釘固定連接；芯軸的下部外壁上設有第二限位凹槽，第二限位凹槽內部固定安裝有第二固定擋環，下擋套安裝在芯軸的外部並座落在第二固定擋環的下端面上；雙螺紋擋環的內壁中部設有第二環形凸起，第二環形凸起的上端面與雙螺紋擋環的上部內壁形成第七環形凹槽，第二環形凸起的下端面與雙螺紋擋環的下部內壁形成第八環形凹槽，第二環形凸起的下端面座落在第二固定擋環的上端面上；下擋套的下部外壁設有第九環形凹槽，第八環形凹槽的內壁與第九環形凹槽的外壁通過螺紋連接；第二轉接套的下部外壁設有第十環形凹槽，第七環形凹槽的內壁與第十環形凹槽的外壁通過螺紋連接；扶正器板簧的下端面座落在第二環形凸起的上端面上。

上述液壓式套管扶正器還包括限位套，位於單向限位環下方的液缸套的下端內壁設有第十一環形凹槽，限位套的上端外壁設有第十二環形凹槽，第十一環形凹槽的內壁與第十二喚醒凹槽的外壁通過螺紋連接，液缸套的下端面座落在第十二環形凹槽的下端面上；位於剪切銷釘上方的活塞杆的外壁上設有第十三環形凹槽，限位套安裝在第十三環形凹槽的外部，限位套的下端面座落在第十三環形凹槽的下端面上。

上述芯軸的中部外壁上設有第三限位環槽和第四限位環槽，第三限位環槽內固定安裝有第三固定擋環，第四限位環槽內固定安裝有第四固定擋環，助膨脹塊的上端面座落在第三固定擋環的下端面上，助膨脹塊的下端面座落在第四固定擋環的上端面上。

上述芯軸的上端外壁設有外螺紋，芯軸的下端外壁設有外螺紋；或/和，位於第一環形凹槽和第三環形凹槽之間的液缸套的內壁上設有第一密封環槽和第二密封環槽，第一密封環槽內設有第一密封圈，第二密封環槽內設有第二密封圈；活塞筒的外壁上設有第三密封環槽和第四密封環槽，第三密封環槽內設有第三密封圈，第四環槽內設有第四密封圈。

本發明結構合理而緊湊，使用方便，其尺寸小，在下入井眼時更加容易，不會對井壁造成刺刮；該液壓式套管扶正器採用液壓脹封，且脹封后的外徑要比現有技術中的扶正器的外徑大，扶正效果更好，對井壁的支撐能力更強，承載力更強，最終實現井下水平段套管的居中，使水泥環均勻，有利於提高固井質量，解決了現有套管扶正器使套管下入時摩擦力大的問題，大幅度提高固井效率，降低鑽井成本，具有安全、省力、簡便、高效的特點。

附圖說明

附圖1為本發明最佳實施例上半部分的主視半剖視結構示意圖。

附圖2為本發明最佳實施例下半部分的主視半剖視結構示意圖。

附圖3為附圖1中b部的放大結構示意圖。

附圖4為附圖1中c部的放大結構示意圖。

附圖5為附圖2中d部的放大結構示意圖。

附圖6為附圖2中a-a向剖視結構示意圖。

附圖中的編碼分別為：1為芯軸，2為液缸套，3為單向限位環，4為剪切銷釘，5為助膨脹塊，6為扶正器板簧，7為第一環形腔，8為第二環形腔，9為進液孔，10為活塞筒，11為活塞杆，12為第一環形凸起，13為上擋套，14為第一固定擋環，15為第一轉接套，16為第一緊固銷釘，17為第二轉接套，18為第二緊固銷釘，19為雙螺紋擋環，20為第二固定擋環，21為下擋套，22為第二環形凸起，23為限位套，24為第三固定擋環，25為第四固定擋環,26為第一密封圈,27為第二密封圈，28為第三密封圈，29為第四密封圈。

具體實施方式

本發明不受下述實施例的限制，可根據本發明的技術方案與實際情況來確定具體的實施方式。

在本發明中，為了便於描述，各部件的相對位置關係的描述均是根據說明書附圖1的布圖方式來進行描述的，如：前、後、上、下、左、右等的位置關係是依據說明書附圖的布圖方向來確定的。

下面結合實施例及附圖對本發明作進一步描述：

如附圖1、2、3、4、5、6所示，該液壓式套管扶正器包括芯軸1、液缸套2、單向限位環3、剪切銷釘4、助膨脹塊5和沿芯軸1周向均布的不少於兩個的扶正器板簧6，液缸套2的上部通過第一固定組件固定安裝在芯軸1的上部外壁上，液缸套2的內壁上設有第一環形凹槽和第二環形凹槽，第一環形凹槽與芯軸1的外壁之間形成第一環形腔7，第二環形凹槽與芯軸1的外壁之間形成第二環形腔8，芯軸1的側壁上沿徑向設有能夠將芯軸1的內部與第一環形腔7連通的進液孔9，第二環形腔8內安裝有能沿芯軸1的軸向滑動的活塞筒10，第一環形腔7與活塞筒10上方的第二環形腔8連通；活塞筒10的下端固定安裝有活塞杆11，活塞杆11的外壁上設有第一限位齒扣，液缸套2的內壁上固定安裝有單向限位環3，單向限位環3的內壁上設有與第一限位齒扣相配合的第二限位齒扣；活塞杆11的下端通過沿徑向的剪切銷釘4固定安裝在芯軸1的外壁上；扶正器板簧6的上端通過第二固定組件與活塞杆11的下端固定連接；芯軸1的中部外壁上固定安裝有助膨脹塊5，扶正器板簧6的中部位於助膨脹塊5的外部並形成沿徑向朝外的第一環形凸起12；扶正器板簧6的下端通過第三固定組件固定安裝在芯軸1的下部外壁上。在使用的過程中，芯軸1的上端和下端分別與套管連接，該液壓式套管扶正器隨套管一起下入井內，芯軸1內部的通孔形成流體的流經通道，下完套管之後灌泥漿，並充分進行循環，將井底的泥沙衝洗乾淨；然後投球憋壓，流體從芯軸1中間流過的通道被堵住，流體便通過進液孔9流入第一環形腔7內，流體經第一環形腔7流入第二環形腔8內並在活塞筒10的端面形成較大的推動力，當套管內憋壓達到一定壓力值時，連接活塞杆11和芯軸1的剪切銷釘4被剪斷，活塞筒10推動活塞杆11向下運動，活塞杆11推動扶正器板簧6一起沿著芯軸1的軸向方向滑動，由於助膨脹塊5將扶正器板簧6的中部撐起並形成第一環形凸起12，因此扶正器板簧6在外力的作用下會沿著徑向朝外膨脹，實現脹封；助膨脹塊5起到限位作用，當第二固定組件的下端運動並接觸到助膨脹塊5時，扶正器板簧6脹封結束；活塞杆11和液缸套2之間安裝有單向限位環3，單向限位環3上的第二限位齒與活塞杆11上的第一限位齒配合，當套管內的流體壓力卸掉後，單向限位環3能夠防止活塞筒10和活塞杆11在扶正器板簧6施加的反作用力的作用下往上運動，實現活塞筒10和活塞杆11的單向鎖定，防止扶正器板簧6復位；剪切銷釘4沿活塞杆11的周向均布，剪切銷釘4的數目可以根據套管內部憋壓之後需要剪切力的大小來確定，當壓力達到設定值時，剪切銷釘4就被剪斷，實現活塞筒10、活塞杆11、扶正器板簧6的下行。該液壓式套管扶正器的結構緊湊，尺寸小，在下入井眼時更加容易，不會對井壁造成刺刮；該液壓式套管扶正器採用液壓脹封，且脹封后的外徑要比現有技術中的扶正器的外徑大，扶正效果更好，對井壁的支撐能力更強，承載力更強，最終實現井下水平段套管的居中，使水泥環均勻，有利於提高固井質量，解決了現有套管扶正器使套管下入時摩擦力大的問題，大幅度提高固井效率，降低鑽井成本。

可根據實際需要，對上述液壓式套管扶正器作進一步優化或/和改進：

如附圖1、3所示，上述第一固定組件包括上擋套13和第一固定擋環14，芯軸1的上部外壁設有第一限位環槽，第一限位環槽內固定安裝有第一固定擋環14，上擋套13安裝在芯軸1的外部並座落在第一固定擋環14的上端面上；液缸套2的上部內壁設有第三環形凹槽，上擋套13的下部外壁上設有與第三環形凹槽相配合的第四環形凹槽，第三環形凹槽的外壁與第四環形凹槽的內壁通過螺紋固定連接，液缸套2通過第三環形凹槽的下端面座落在第一固定擋環14的下端面上。上擋套13安裝在芯軸1的上端，能夠防止固體顆粒進到該液壓式套管扶正器的內部；上擋套13和液缸套2通過螺紋連接在一起；第一固定擋環14安裝在上擋套13和液缸套2之間，可以防止液缸套2在流體壓力的作用下向上滑動，同時對上擋套13起到軸向限位的作用；第一固定擋環14是一種開口環，方便裝配，且能夠起到定位相鄰結構的作用，第一固定擋環14安裝在芯軸1上的第一限位環槽的內部。

如附圖1、4所示，上述第二固定組件包括第一轉接套15和第一緊固銷釘16，活塞杆11的下端內壁設有第五環形凹槽，第一轉接套15安裝在芯軸1的外壁上，第一轉接套15的上端外壁設有第六環形凹槽，第五環形凹槽的內壁和第六環形凹槽的外壁通過螺紋連接，第一轉接套15的下部通過第一緊固銷釘16與扶正器板簧6的上端固定連接。活塞杆11的下端與第一轉接套15的上部固定連接，第一轉接套15的下端與扶正器板簧6的上端通過第一緊固銷釘16固定連接，這樣，第一轉接套15實現了活塞杆11與扶正器板簧6的轉接，使得剪切銷釘4在被剪斷時，活塞筒10能夠推動活塞杆11向下滑動，活塞杆11推動扶正器板簧6實現脹封。

如附圖2、5所示，上述第三固定組件包括第二轉接套17、第二緊固銷釘18、雙螺紋擋環19、第二固定擋環20和下擋套21，第二轉接套17內部設有沿軸向的安裝孔，扶正器板簧6的下端穿過安裝孔，第二轉接套17的上部和扶正器板簧6通過沿徑向的第二緊固銷釘18固定連接；芯軸1的下部外壁上設有第二限位凹槽，第二限位凹槽內部固定安裝有第二固定擋環20，下擋套21安裝在芯軸1的外部並座落在第二固定擋環20的下端面上；雙螺紋擋環19的內壁中部設有第二環形凸起22，第二環形凸起22的上端面與雙螺紋擋環19的上部內壁形成第七環形凹槽，第二環形凸起22的下端面與雙螺紋擋環19的下部內壁形成第八環形凹槽，第二環形凸起22的下端面座落在第二固定擋環20的上端面上；下擋套21的下部外壁設有第九環形凹槽，第八環形凹槽的內壁與第九環形凹槽的外壁通過螺紋連接；第二轉接套17的下部外壁設有第十環形凹槽，第七環形凹槽的內壁與第十環形凹槽的外壁通過螺紋連接；扶正器板簧6的下端面座落在第二環形凸起22的上端面上。下擋套21安裝在芯軸1的下端，能夠防止固體顆粒從下部進入到該液壓式套管扶正器的內部；第二轉接套17的上部與扶正器板簧6的下端通過第二緊固銷釘18連接，第二轉接套17的下部與雙螺紋擋環19的上部通過螺紋連接在一起，雙螺紋擋環19的下部與下擋套21的上部通過螺紋連接在一起；第二固定擋環20位於雙螺紋擋環19和下擋套21之間，對雙螺紋擋環19進行軸向限位，進而實現對第二轉接套17和扶正器板簧6下端的軸向限位，使得扶正器板簧6在外力的作用下能夠沿徑向變形，實現脹封，同時第二固定擋環20還能夠對下擋套21進行軸向限位；第二轉接套17實現了扶正器板簧6和雙螺紋板簧的轉接；第二固定擋環20採用的是開口環結構，方便裝配且能夠起到定位相鄰結構的作用。如附圖1、2、6所示，該液壓式套管扶正器包括沿芯軸1周向均布的六個扶正器板簧6，對應的，需要採用六個第二緊固銷釘18將六個扶正器板簧6分別固定安裝在第二轉接套17上，扶正器板簧6的數目以及第二緊固銷釘18的數目可以按照實際憋壓大小及其它要求進行選用。

如附圖1、4所示，上述液壓式套管扶正器還包括限位套23，位於單向限位環3下方的液缸套2的下端內壁設有第十一環形凹槽，限位套23的上端外壁設有第十二環形凹槽，第十一環形凹槽的內壁與第十二喚醒凹槽的外壁通過螺紋連接，液缸套2的下端面座落在第十二環形凹槽的下端面上；位於剪切銷釘4上方的活塞杆11的外壁上設有第十三環形凹槽，限位套23安裝在第十三環形凹槽的外部，限位套23的下端面座落在第十三環形凹槽的下端面上。限位套23的上端面能夠對單向限位環3進行軸向限位，阻止單向限位環3向下滑動；限位套23的下端面能夠對活塞杆11進行軸向限位，阻止活塞杆11向上滑動。

如附圖2所示，上述芯軸1的中部外壁上設有第三限位環槽和第四限位環槽，第三限位環槽內固定安裝有第三固定擋環24，第四限位環槽內固定安裝有第四固定擋環25，助膨脹塊5的上端面座落在第三固定擋環24的下端面上，助膨脹塊5的下端面座落在第四固定擋環25的上端面上。第三固定擋環24和第四固定擋環25可以實現對助膨脹塊5的軸向限位，防止助膨脹塊5沿軸向上下滑動，確保扶正器板簧6在外力的作用下沿徑向膨脹，實現脹封；第三固定擋環24和第四固定擋環25採用的是開口環結構，方便裝配且能夠起到定位相鄰結構的作用。

如附圖1、2所示，上述芯軸1的上端外壁設有外螺紋，芯軸1的下端外壁設有外螺紋。這樣，芯軸1的上端可以與套管通過螺紋連接，芯軸1的下端可以與套管通過螺紋連接，實現將該液壓式套管扶正器安裝在套管上，與套管一起下入井眼的目的。

如附圖1、3所示，上述位於第一環形凹槽和第三環形凹槽之間的液缸套2的內壁上設有第一密封環槽和第二密封環槽，第一密封環槽內設有第一密封圈26，第二密封環槽內設有第二密封圈27；活塞筒10的外壁上設有第三密封環槽和第四密封環槽，第三密封環槽內設有第三密封圈28，第四環槽內設有第四密封圈29。這樣，在芯軸1和液缸套2之間安裝第一密封圈26和第二密封圈27，當流體從進液孔9進入第一環形腔7內時，可以實現流體的靜密封，防止流體通過芯軸1和液缸套2之間的間隙洩漏，保證投球後的憋壓效果，使憋壓後剪切銷釘4能夠正常被剪斷，實現扶正器板簧6的脹封；第三密封圈28和第四密封圈29可以確保活塞筒10與第二環形腔8的內壁之間的密封性，確保憋壓後剪切銷釘4能夠被剪斷。

以上技術特徵構成了本發明的最佳實施例，其具有較強的適應性和最佳實施效果，可根據實際需要增減非必要的技術特徵，來滿足不同情況的需求。