套管钻井用低摩阻随钻扶正器的制作方法

1.本发明属于钻井设备技术领域，具体涉及一种套管钻井用低摩阻随钻扶正器。


背景技术：

2.目前市场上有多种不同的扶正器，其中大多数都是传统的为套管下入设计的，不适用于使用套管管柱进行钻井作业。
3.将套管或尾管下入井眼时，扶正器用于改进固井作业，并减少此类作业期间的摩擦；如果使用套管进行钻井，扶正器应保护管柱不受磨损，随着水平位移的增加，低转速和低摩阻变得越来越重要，随钻尾管和套管成为一种常用的钻井技术。
4.目前的技术有多种设计和组件，但在施工过程中没有适当考虑到在管柱上使用扶正器钻孔的挑战；现有技术公开的方案导致套管和井壁之间的摩擦力增加，施工过程中的累计作业，造成对旋转管柱的磨损，同时破坏旋转管柱的完整性以及承载强度，缩短其使用寿命。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决钻井套管的磨损问题，本发明提供了一种套管钻井用低摩阻随钻扶正器，套设设置于套管外部，包括扶正器本体组件、环形盘组件和锁紧组件，所述环形盘组件设置于所述扶正器本体组件与所述锁紧组件之间，以形成低摩擦轴承作用区；所述扶正器本体组件包括对开内管、减摩中心管和扶正器本体，所述减摩中心管套设设置于所述对开内管的外部，所述扶正器本体套设设置于所述减摩中心管的外部，所述减摩中心管在所述扶正器本体与所述对开内管之间构成低摩擦轴承区；
6.所述锁紧构件包括第一止动装置和第二止动装置；所述环形盘组件包括第一环形盘和第二环形盘；所述第一环形盘设置于所述对开内管的一端，所述第一止动装置设置于所述第一环形盘的外侧，且所述第一止动装置悬伸至所述扶正器本体内部设置；所述第二环形盘设置于所述对开内管的另一端，所述第二止动装置设置于所述第二环形盘的外侧，且所述第二止动装置悬伸至所述扶正器本体内部设置；所述第一环形盘、所述第二环形盘的内径均与所述对开内管的内径一致设置；
7.所述第一止动装置包括第一止动环本体、第一限位部、第二限位部和第一紧固件，所述第一止动本本体为第一c型结构，所述第一限位部、所述第二限位部分别为所述第一c型结构的两端部；在装配状态下，所述第一限位部、所述第二限位部通过所述第一紧固件相对抵触设置以与套管外壁压紧；所述第二止动装置包括第二止动环本体、第三限位部、第四限位部和第二紧固件，所述第二止动本本体为第二c型结构，所述第三限位部、所述第四限位部分别为所述第一c型结构的两端部；在装配状态下，所述第三限位部、所述第四限位部通过所述第二紧固件相对抵触设置以与套管外壁压紧；
8.所述对开内管的长度为h1，所述减摩中心管的长度为h2，所述扶正器本体为h3，所述第一环形盘的长度为h4，所述第二环形盘的长度为h5，所述第一c型结构的长度为h6，所
述第二c型结构的长度为h7；
9.h1＞h2；h3＞h1+h4+h5；h3＜h1+h4+h5+h6+h7。
10.在一些优选实施例中，所述扶正器本体的外壁设置有多个螺旋扶正条，多个所述螺旋扶正条均倾斜于所述扶正器本体的纵轴设置，并且多个所述螺旋扶正条均凸出所述扶正器本体设置；
11.所述螺旋扶正条上开设有容纳滚柱的凹槽，所述滚柱的滚动方向与所述扶正器本体的纵轴垂直设置；所述滚柱在所述凹槽内部可滚动设置；所述滚柱的外壁到所述扶正器本体的中心轴线的距离大于所述扶正器本体的外壁到所述扶正器本体的中心轴线的距离；
12.所述凹槽为一个或多个，当所述凹槽为多个时，多个所述凹槽沿着所述螺旋扶正条的螺旋线间隔设置。
13.在一些优选实施例中，所述第一限位部的端面、所述第二限位部的端面均与所述第一止动环本体的径向倾斜设置；所述第一限位部开设有多个第一螺纹通孔，所述第二限位部开设有多个第二螺纹孔；所述第一紧固件包括多个第一紧固螺钉，在装配状态下，多个所述第一紧固螺钉分别穿过多个所述第一螺纹通孔与多个所述第二螺纹孔螺接以与套管紧固；
14.所述第三限位部的端面、所述第四限位部的端面均与所述第二止动环本体的径向倾斜设置；所述第三限位部开设有多个第三螺纹通孔，所述第四限位部开设有多个第四螺纹孔；所述第二紧固件包括多个第二紧固螺钉，在装配状态下，多个所述第二紧固螺钉分别穿过多个所述第三螺纹通孔与多个所述第四螺纹孔螺接以与套管紧固。
15.在一些优选实施例中，所述扶正器本体的两端均呈锥台结构设置；
16.所述第一止动装置、所述第二止动装置对称设置。
17.在一些优选实施例中，所述第一止动环本体的外端部、所述第二止动环本体的外端部均为锥台结构设置；
18.所述第一止动环本体的外端部的外径小于所述第一环形盘的外径；
19.所述第二止动环本体的外端部的外径小于所述第二环形盘的外径。
20.在一些优选实施例中，所述对开内管的内壁固定有由弹性材料制成的第一阻尼件；
21.所述对开内管的外壁固定有由弹性材料制成的第二阻尼件；所述第二阻尼件的摩擦系数小于所述第一阻尼件的摩擦系数。
22.在一些优选实施例中，所述减摩中心管的材料为氮化硼、氮化硅或氟化石墨。
23.在一些优选实施例中，所述扶正器本体的内壁涂覆有第一涂层，以在相邻件之间形成低摩擦轴承作用区；
24.所述第一涂层的材料为氮化硼、氮化硅或氟化石墨。
25.在一些优选实施例中，所述螺旋扶正条的材料为橡胶基的低摩阻材料。
26.在一些优选实施例中，所述第一环形盘、所述第二环形盘的材料为金属陶瓷材料或氟化石墨。
27.本发明的有益效果为：
28.1)本发明公开的套管钻井用低摩阻随钻扶正器，具有较低的旋转和滑动阻力；能保护管柱不受外部磨损；能够承受长时间的旋转和流动；并且足够强度，能破碎钻进中出现
大块岩屑。同时还有设计有扶正器锁定到位的止动环减少对套管的磨损，减少止动环和扶正器之间的摩擦，消除凸出螺栓造成套管完整性降低的风险。
29.2)本发明设计有具有高摩擦内表面和低摩擦外表面的对开内管，可减少旋转过程对套管外表面的磨损。
30.3)本发明设计有低摩擦材料制成的减摩中心管，低摩擦旋转面会产生极低的旋转阻力，形成低摩擦轴承，有助于减少在长时间旋转期间对这部分管柱的磨损。
31.4)本发明设计有低摩擦环形盘，安装在止动环和扶正器本体以及减摩中心管之间，且在两个端面上都有低摩阻涂层，降低了固定止动环和可旋转扶正器之间表面的旋转阻力。
32.5)本发明在扶正器本体上设计有环形重叠凹槽，止动环、低摩擦环形盘重叠安装在扶正器本体端面的重叠凹槽中，有效降低岩屑、颗粒侵入扶正器本体和套管之间低摩擦轴承表面的风险。
附图说明
33.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
34.图1是本发明的一种实施例的立体结构示意图；
35.图2是图1剖视示意图；
36.图3是图1的剖面示意图；
37.图4是图1中的滚珠安装示意图。
38.附图标记说明：
39.1、止动环，2、环形盘，3、对开内管，4、减摩中心管，5、扶正器本体，6、螺旋扶正条，7、滚柱，8、紧固螺钉，9、环形重叠凹槽。
具体实施方式
40.下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
41.本发明公开了一种套管钻井用低摩阻随钻扶正器，套设设置于套管外部，包括扶正器本体组件、环形盘组件和锁紧组件，环形盘组件设置于扶正器本体组件与锁紧组件之间，以形成低摩擦轴承作用区；扶正器本体组件包括对开内管、减摩中心管和扶正器本体，减摩中心管套设设置于对开内管的外部，扶正器本体套设设置于减摩中心管的外部，减摩中心管在扶正器本体与对开内管之间构成低摩擦轴承区。
42.锁紧构件包括第一止动装置和第二止动装置；环形盘组件包括第一环形盘和第二环形盘；第一环形盘设置于对开内管的一端，第一止动装置设置于第一环形盘的外侧，且第一止动装置悬伸至扶正器本体内部设置；第二环形盘设置于对开内管的另一端，第二止动装置设置于第二环形盘的外侧，且第二止动装置悬伸至扶正器本体内部设置；第一环形盘、第二环形盘的内径均与对开内管的内径一致设置。
43.第一止动装置包括第一止动环本体、第一限位部、第二限位部和第一紧固件，第一止动本本体为第一c型结构，第一限位部、第二限位部分别为第一c型结构的两端部；在装配
状态下，第一限位部、第二限位部通过第一紧固件相对抵触设置以与套管外壁压紧；第二止动装置包括第二止动环本体、第三限位部、第四限位部和第二紧固件，第二止动本本体为第二c型结构，第三限位部、第四限位部分别为第一c型结构的两端部；在装配状态下，第三限位部、第四限位部通过第二紧固件相对抵触设置以与套管外壁压紧；
44.对开内管的长度为h1，减摩中心管的长度为h2，扶正器本体为h3，第一环形盘的长度为h4，第二环形盘的长度为h5，第一c型结构的长度为h6，第二c型结构的长度为h7；h1＞h2；h3＞h1+h4+h5；h3＜h1+h4+h5+h6+h7。
45.以下参照附图结合实施例进一步说明本发明。
46.参照附图1至附图4，本发明提供了一种套管钻井用低摩阻随钻扶正器，套设设置于套管外部，包括扶正器本体组件、环形盘组件和锁紧组件，环形盘组件设置于扶正器本体组件与锁紧组件之间，以形成低摩擦轴承作用区；扶正器本体组件包括对开内管3、减摩中心管4和扶正器本体5，减摩中心管套设设置于对开内管的外部，扶正器本体套设设置于减摩中心管的外部，减摩中心管在扶正器本体与对开内管之间构成低摩擦轴承区；
47.锁紧构件包括第一止动装置和第二止动装置；环形盘组件包括第一环形盘和第二环形盘；第一环形盘设置于对开内管的一端，第一止动装置设置于第一环形盘的外侧，且第一止动装置悬伸至扶正器本体内部设置；第二环形盘设置于对开内管的另一端，第二止动装置设置于第二环形盘的外侧，且第二止动装置悬伸至扶正器本体内部设置，以保护浮动端部或接触面。
48.优选地，第一环形盘、第二环形盘的内径均与对开内管的内径一致设置。
49.优选地，第一环形盘、第二环形盘均为环形盘2，环形盘2为低摩擦环形盘；第一环形盘、第二环形盘的材料为金属陶瓷材料或氟化石墨。
50.第一止动装置包括第一止动环本体、第一限位部、第二限位部和第一紧固件，第一止动本本体为第一c型结构，第一限位部、第二限位部分别为第一c型结构的两端部；在装配状态下，第一限位部、第二限位部通过第一紧固件相对抵触设置以与套管外壁压紧。
51.第二止动装置包括第二止动环本体、第三限位部、第四限位部和第二紧固件，第二止动本本体为第二c型结构，第三限位部、第四限位部分别为第一c型结构的两端部；在装配状态下，第三限位部、第四限位部通过第二紧固件相对抵触设置以与套管外壁压紧；
52.对开内管的长度为h1，减摩中心管的长度为h2，扶正器本体为h3，第一环形盘的长度为h4，第二环形盘的长度为h5，第一c型结构的长度为h6，第二c型结构的长度为h7，h1＞h2，在对开内管与扶正器本体内壁之间形成环形间隙。
53.优选地，第一止动装置与第二止动装置结构相同设置；第一c型结构、第二c型结构均为止动环1，两个相同的止动环位于扶正器本体的两端。
54.进一步地，h3＞h1，通过对开内管的设置，与扶正器本体的端部形成环形重叠凹槽9，以容纳对应的环形盘和部分止动环。
55.进一步地，h3＞h1+h4+h5，以使止动环部分设置于扶正器本体内部，压紧对开内管。
56.进一步地，h3＜h1+h4+h5+h6+h7，即两端的止动环的一部分设置于扶正器本体的内部，其余部分悬伸出扶正器本体设置。
57.本发明公开的一种套管钻井用低摩阻随钻扶正器，具有较低的旋转和滑动阻力；
能保护管柱不受外部磨损；能够承受长时间的旋转和流动；并且足够强度，螺旋扶正条随管柱转动，产生螺旋力，能破碎钻进中出现大块岩屑。同时还有设计有扶正器锁定到位的止动环减少对套管的磨损，减少止动环和扶正器之间的摩擦，消除凸出螺栓造成套管完整性降低的风险。现有技术中公开的方案，常规螺栓裸露在本体外，形成凸出螺栓，本发明的螺栓隐藏在止动环内，消除了止动环圆周外有凸起的可能，保证套管的完整性。
58.其中，对开内管通过压接方式固定在套管上，其内表面由高摩擦材料或软金属制成，增强起对套管的抓紧力。对开内管安装在套管周围，作为支撑面，扶正器本体和减摩中心管可围绕其旋转，扶正器本体的内表面、减摩中心管和对开内管的外表面均低摩擦材料制成，这种设计可以减少扶正器本体、减摩中心管和对开内管之间的旋转摩擦，从而避免套管柱外径出现不必要的磨损。扶正器本体的两端都装有一个低摩擦环形盘，以减少扶正器本体和止动环之间的旋转摩擦。
59.优选地，对开内管的内壁固定有由弹性材料制成的第一阻尼件；对开内管的外壁固定有由弹性材料制成的第二阻尼件；第二阻尼件的摩擦系数小于第一阻尼件的摩擦系数。
60.优选地，减摩中心管的材料为氮化硼、氮化硅或氟化石墨。
61.优选地，扶正器本体的内壁涂覆有第一涂层，以在相邻件之间形成低摩擦轴承作用区，即在部件之间形成一个低摩擦轴承，减少磨损；第一涂层的材料为氮化硼、氮化硅或氟化石墨。
62.优选地，螺旋扶正条的材料为橡胶基的低摩阻材料，便于在井筒内滑动，减少扶正器本体在井筒内的摩擦。
63.进一步地，扶正器本体的外壁设置有多个螺旋扶正条6，多个螺旋扶正条均倾斜于扶正器本体的纵轴设置，并且多个螺旋扶正条均凸出扶正器本体设置；
64.螺旋扶正条上开设有容纳滚柱7的凹槽，滚柱的滚动方向与扶正器本体的纵轴垂直设置；滚柱在凹槽内部可滚动设置；滚柱的外壁到扶正器本体的中心轴线的距离大于扶正器本体的外壁到扶正器本体的中心轴线的距离。
65.进一步地，滚柱由轴支撑安装螺旋扶正条的凹槽中，滚柱的外径大于滚子开口的轴向宽度，这种设计避免了滚柱在扶正器进入井筒内长时间旋转造成的滚柱掉落的风险性。
66.凹槽为一个或多个，当凹槽为多个时，多个凹槽沿着螺旋扶正条的螺旋线间隔设置。
67.进一步地，第一限位部的端面、第二限位部的端面均与第一止动环本体的径向倾斜设置；第一限位部开设有多个第一螺纹通孔，第二限位部开设有多个第二螺纹孔；第一紧固件包括多个第一紧固螺钉，在装配状态下，多个第一紧固螺钉分别穿过多个第一螺纹通孔与多个第二螺纹孔螺接以与套管紧固；
68.第三限位部的端面、第四限位部的端面均与第二止动环本体的径向倾斜设置；第三限位部开设有多个第三螺纹通孔，第四限位部开设有多个第四螺纹孔；第二紧固件包括多个第二紧固螺钉，在装配状态下，多个第二紧固螺钉分别穿过多个第三螺纹通孔与多个第四螺纹孔螺接以与套管紧固。
69.在本实施中，第一紧固螺钉与第二紧固螺钉相同设置，均为紧固螺钉8。
70.进一步地，扶正器本体的两端均呈锥台结构设置，减少在使用过程中的摩擦阻力，降低在井壁上挂卡的风险。
71.优选地，第一止动装置、第二止动装置对称设置。
72.在本实施例中，止动环嵌入扶正器本体内部设置，以减少岩屑和颗粒进入扶正器本体的端面以及其内形成的低摩擦轴承面。
73.进一步地，对开内管在纵向上开口设置，沿套管移动到所需位置时，使其在套管上收缩，在套管上保持适当的压力配合位置。对开内管具有高摩擦内表面和低摩擦外表面。高摩擦内表面与套管直接接触，有助于将其固定到位，使其与管道一起旋转；其低摩擦外表面用作具有低摩擦内表面的减摩中心管的支承面。
74.设计的减摩中心管由合适的低摩擦材料制成，从而在扶正器本体和对开内管之间形成低摩擦轴承，有助于减少在长时间旋转期间对这部分管柱的磨损。
75.进一步地，可以在环形盘的其表面涂低摩擦材料，进一步降低扶正器的旋转阻力。
76.优选地，第一止动环本体的外端部、第二止动环本体的外端部均为锥台结构设置；第一止动环本体的外端部的外径小于第一环形盘的外径；第二止动环本体的外端部的外径小于第二环形盘的外径，以减少钻进过程中的摩擦阻力，便于施工。
77.对与本发明公开的一种套管钻井用低摩阻随钻扶正器，先将一个止动环和低摩擦环形盘穿过套管；将对开内管放置在套管柱指定位置后，通过压接方式将其固定在套管上；减摩中心管和扶正器本体滑到对开内管上，再将低摩擦环形盘和一个止动环穿过套管，最后由扶正器本体两侧的止动环、低摩擦环形盘调整位置，拧紧紧固螺钉固定到位。在钻进过程中，扶正器本体可与套管柱之间产生相对旋转，其内部的低摩擦材料或涂层可以减少对套管柱自身的磨损，扶正器本体上的螺旋扶正条配合滚柱对井壁产生旋转力，降低套管柱与井壁间的摩擦，有效保证套管钻井施工的安全可靠性。
78.虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，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。本发明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。
79.在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
80.此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
81.术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。
82.至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。