自动灌浆浮箍浮鞋的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及石油工具技术领域，特别是一种石油、天然气钻探过程中用的自动灌 浆浮髓、浮鞋。
【背景技术】
[0002] 浮髓、浮鞋作为重要的套管附件，其可靠性直接影响到固井质量。目前，现有浮髓、 浮鞋主要由本体，限流板，截止阀座，合金球，导向帽等组成。
[0003] 中国专利号03269873.9的实用新型专利公开了一种自动灌浆反向限流的浮髓、浮 鞋，在浮髓本体上、下端或浮鞋上端加工有和石油套管联接的套管螺纹，浮鞋本体下端装有 半球状圆帽（即导向帽），本体内壁上通过直螺纹联接有止回阀座，止回阀座下方装有止回 阀，止回阀下方在本体内壁上通过水泥砂浆固接密封着锁销内套、锁销外套W及限压销钉 组成的阀瓣锁定机构和限流板，限流板上开设有导流孔。
[0004] 上述现有技术中，产品结构存在如下问题： 1.无法实现自动限流:限流板材料多为钢制材料，导流孔尺寸在泥浆循环过程中无法 变形到所需要求，所W泥浆在环形空间的上返流量、上返速度、反向限流时间无法控制。
[0005] 2.材料多为钢管和钢板结构，可钻性差，密封面暴露在酸性环境中易腐蚀从而造 成密封失效。
【发明内容】
[0006] 为解决现有浮髓、浮鞋存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种浮髓浮鞋，可W 自动灌浆，自动限流，密封性和可钻性好，耐高溫，耐腐蚀，减少钻井时间，本发明解决上述 技术问题是通过W下技术方案来实现的： 一种自动灌浆浮髓、浮鞋，所述浮髓和浮鞋通过石油套管连接，它包括浮髓本体和浮鞋 本体，在浮髓本体和浮鞋本体内壁上通过直螺纹联接有截止阀座，所述截止阀座内孔加工 有斜面作为密封面，所述截止阀座下方装有截止阀，阀体密封面为球面，所述截止阀座下方 在所述浮髓本体和浮鞋本体内壁上通过高强度混凝±固接密封着剪切机构和流量控制阀， 所述流量控制阀位于剪切机构下方，所述剪切机构分为内外套筒，内外套筒之间有销钉，所 述剪切机构内投放有合金球，所述流量控制阀为中间开设有阶梯状导流孔的圆环，由下腊 橡胶和环形弹黃复合材料制成，其硬度为HS70 ± 5，拉伸强度^ 16Mpa，拉断伸长率^ 400%， 压缩永久变形7〇°C X 2地^ 30%，撕裂强度^ 30KN/m，脆性溫度^ -40°C，热空气老化70°C X 16化下硬度变化HS< ±6,拉伸强度M3Mpa，拉断伸长率> 320%，臭氧老化50X 10-8:20%， (40±2)°CX4她无裂纹。
[0007] 进一步的，所述流量控制阀的制备方法为：（1)将氨化下腊70%，氧化锋10%，硬脂酸 3%，防老剂2.5%，古马隆树脂6%，二下醋3%，填充剂3.5%混合密炼后停放24小时后做为胶料 待用；（2)胶料放入开炼机，加入促进剂:硫横2%，开炼后进入过滤机后停放24小时待用；（3) 将开炼好的橡胶片分条进入挤出机挤出成型：与产品截面尺寸大致相同待用；（4)硫化:先 将挤出成型胶体用模具成型，并放入环形弹黃，硫化机升溫到16(TC后将成型好的半成品放 入定型模具内液压合模，硫化18分钟，出模待用；巧)二次硫化定型:烤箱升溫到130°C，硫化 8小时后自然冷却；（6)产品去除飞边、毛刺；（7)检测外形尺寸及物理性能，合格后入库。
[0008] 进一步的，所述浮髓本体上、下端加工有和石油套管联接的套管螺纹。
[0009] 进一步的，所述浮鞋本体上端加工有和石油套管联接的套管螺纹，下端装有导向 帽。
[0010] 进一步的，所述流量控制阀的外边缘设有一定锥度。
[0011] 进一步的，所述流量控制阀底部设有一圈凸起。
[0012] 进一步的，所述高强度混凝±的主要成分包括:G级高抗油井水泥25wt%、膨胀剂 0.5wt%、娃粉3wt%、早强剂0.5wt%、石英砂25wt%、花岗岩石屑38wt%和水8wt〇/〇。
[0013] 本发明的特点与有益效果： a.自动灌浆设计：自动灌浆过程由截止阀和流量控制阀控制。截止阀在下套管过程中 处于开启状态，下套管过程中泥浆通过截止阀和流量控制阀进入套管内。可减少泥浆在环 形空间的上返量及上返速度，减小套管在下放过程中对井底的冲击压力，有效避免下套管 过程中由于激动压力而造成的井漏。无需下套管中途灌泥浆，可连续进行下套管作业，节省 施工时间，避免由于灌浆过程中套管停顿而发生卡套管事故。
[0014] b.采用自动限流设计:流量控制阀出口有弹性，出口直径会随压力变化而变大或 缩小，从而控制压力平衡。通过流量控制阀根据井下压力变化自动调整灌泥浆量，使井底保 持压力平衡、稳定。套管下至预定深度后，通过投放合金球可W自动形成密封，防止水泥浆 倒流，操作方便可靠。
[0015] C.可钻性好，耐腐蚀:除浮髓、浮鞋本体外主要配件均为非金属材质，可钻性设计， 可使用普通牙轮钻头直接钻进，提高施工效率。和酸碱接触所用材料为侣合金、下腊橡胶 等，耐腐蚀，从而密封性好。
[0016] d.高强度混凝±使得浮髓、浮鞋密封性能好、抗压强度高、抗渗透性好。
[0017] e.W下腊橡胶为主要原料制成的流量控制阀，耐水、耐油、耐热、耐磨，粘结力强， 气密性能良好，可在高溫、高压和高油的极端条件下使用。
[0018] 自动化设计为产品的显著特点。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明浮髓结构示意图； 图2为本发明浮鞋结构示意图； 图3为本发明流量控制阀的剖面结构示意图； 1.浮髓本体;2.截止阀座;3.截止阀;4.剪切机构;5.合金球;6.流量控制阀；7.高强度 混凝±; 8.导向帽；11.浮鞋本体。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图对本发明浮髓、浮鞋作出详细说明。
[0021] 如图1和图2所示，本发明浮髓包括浮髓本体1，截止阀座2、截止阀3、剪切机构4、合 金球5和流量控制阀6,本发明浮鞋包括浮鞋本体11，截止阀座2、截止阀3、剪切机构4、合金 球5、流量控制阀6和导向帽8,本发明在浮髓本体1上、下端和浮鞋本体11上端加工有和石油 套管联接的套管圆螺纹或套管偏梯形螺纹，浮鞋本体11下端装有导向帽8,浮髓本体1、浮鞋 本体11内壁上通过直螺纹联接有截止阀座2,截止阀座2内孔加工有斜面作为密封面，截止 阀座2下方装有截止阀3,截止阀主要由阀体、回转轴、扭黃等组成，阀体密封面为球面，在截 止阀座2下方浮髓本体1、浮鞋本体11内壁上通过高强度混凝±7固接密封着剪切机构4和流 量控制阀6，流量控制阀6用W调节液体流量，随着井下套管内外压力变化，流量控制阀6的 出口直径会随着变化，从而控制压力平衡和流量。剪切机构4分为内外套筒，内外套筒之间 有销钉。合金球可在适当的时间通过井口套管投放到剪切机构座内，在外力作用下合金球5 可向下移动，剪切机构4发挥作用，截止阀3自动关闭，可有效控制管外流体倒流到管内。
[0022] 本发明浮髓本体1、浮鞋的本体11为35化Mo材料，经调质处理，调质加热溫度840- 860°C，保溫时间1.2-1.5小时。截止阀座2为高强度侣合金，截止阀3为高强度侣合金，剪切 机构4主要材料为高强度侣合金，合金球5为侣合金，浮鞋专用导向帽8为HT200材料。
[0023] 由于是在极端条件下，高溫高压和高油的条件下使用，本发明流量控制阀6为了确 保其出口直径的变化，需要很高的性能才能满足浮髓浮鞋流量阀的要求，本发明浮髓浮鞋 的流量控制阀6为中间开设有阶梯状导流孔的圆环，其外边缘设有一定锥度，作用是为了使 流量控制阀6外圆和混凝±更好的结合，防止其在工作时从混凝±上剥离失效;其底部设有 一圈凸起，作用是把橡胶的变形量控制在该凸起的内圈，凸起外圈尽量减小变形，同样是为 了防止其在工作时从混凝±上剥离失效。
[0024] 流量控制阀6由下腊橡胶和环形弹黃复合材料制成，环形弹黃环绕在流量控制阀 的导流孔处，环形弹黃的加入增加了橡胶的弹性和抗疲劳性。具体制备工艺步骤如下： (1) 将氨化下腊70%，氧化锋10%，硬脂酸3%，防老剂2.5%，古马隆树脂6%，二下醋3%，填充 剂3.5%混合密炼后停放24小时后做为胶料待用； (2) 胶料放入开炼机，加入促进剂:硫横2%，开炼后进入过滤机过滤24小时待用； (3) 将开炼好的橡胶片分条进入挤出机挤出成型:与产品截面尺寸大致相同待用； (4) 硫化:先将挤出成型胶体用模具成型，并放入环形弹黃，硫化机升溫到160°C后将成 型好的半成品放入定型模具内液压合模，硫化18分钟，出模待用； (5) 二次硫化定型:烤箱升溫到130°C，硫化8小时后自然冷却； (6) 产品去除飞边、毛刺； (7) 检测外形尺寸及物理性能，合格后入库。
[0025] 所需检测的流量控制阀的物理性能包括硬度(邵尔A)/度、拉伸强度/M化、拉断伸 长率/%、压缩永久变形、撕裂强度AKN/m)、脆性溫度/°C、热空气老化、臭氧老化等项目，各 项目所用测试方法如下： 1. 硬度测试所用设备为邵氏A型硬度计，将试样放置在该硬度计下，根据产品的伸出长 度L来计算邵氏A硬度的大小，邵氏A硬度计算公式:HA=100-L/0.025; 2. 拉伸强度测试所用设备为橡胶拉伸强度测试仪，选择溫度、湿度、试验速度，测试试 样的拉伸强度/MPa; 3. 拉断伸长率测试所用设备为橡胶拉断伸长率测试机，选择荷重元、力量放大倍数、速 度等参数，记录试样的拉断伸长率/%; 4. 压缩永久变形测试所用设备为橡胶压缩永久变形测试仪，试样在溫度为70°C、湿度 为25%的条件下压缩24h，测试其压缩永久变形率； 5. 撕裂强度测试所用设备为撕裂强度测试仪，将试样装夹在夹具的两个夹头之间，两 夹头做相对运动，通过位于动夹头上的力值传感器和机器内置的位移传感器，采集到试验 过程中的力值变化和位移变化，从而计算出试样的撕裂强度AKN/m); 6. 脆性溫度测试所用设备为橡胶低溫脆性溫度测试仪，选择-4〇°c-(rc溫度区间，将试 样用夹持器夹住，放在试验基座上，保持3min，启动冲头，冲击试样，测试产品的脆性溫度/ V; 7. 热空气老化测试所用设备为热空气老化试验箱，试样在溫度为7(TC的条件下放置 168h，测试产品的硬度变化(