一种固井施工用套管扶正器及方法与流程

1.本发明涉及一种石油开采设备技术领域，特别涉及一种固井施工用套管扶正器及方法。


背景技术：

2.目前，在石油开采过程中，固井施工是油气开采过程中的重要工序之一，具体是钻井完成后，需要固井并下入套管，且需要下入封隔器来对多个油层进行分别密封封隔，其中套管的扶正居中是封隔器下入的关键，是各个油层间分别密封的有效保证，是最终保证固井质量和后期开发效果的最重要因素，否则，会严重影响后续的油气开采及油井寿命。
3.中国专利文献公开号为cn211115835u，专利名称为《一种套管外壁防腐用弹性骨架扶正器》，包括扶正器本体，及设置于扶正器本体两端的上扶正限位环和下扶正限位环，所述扶正器本体包括弹性骨架和牺牲阳极扶正肋条，所述牺牲阳极扶正肋条设置有多根，多根牺牲阳极扶正肋条均设置于弹性骨架内部的空腔中，并通过导电紧固螺钉与弹性骨架的扶正条一一对应连接。该实用新型的弹性骨架可保证固井施工中入井套管串的居中度，增加固井过程中水泥浆在扶正器处的局部紊流，从而提高固井质量，但是其存在的问题是：弹性骨架对固井的井壁磨损较大，井壁与扶正器为硬磨方式。
4.中国专利文献公开号为cn205422568u，专利名称为《一种套管滚轮扶正器》，该滚轮扶正器有扶正器主体，扶正器主体外侧和内侧均固定有多对滚轮，各对滚轮通过轴安装在扶正器主体上。内侧的滚轮通过扶正器主体上的孔凸出于扶正器内壁且滚轮平行于扶正器轴线；外侧的滚轮凸出于扶正器主体外端面且滚轮轴垂直于扶正器轴线。这种套管滚轮式扶正器使套管下入时与井壁的滑动配合，能有效减少下套管时的摩擦阻力。此外，内侧滚轮与套管之间也为滚动配合，当井径不规则时，能缓冲下套管过程中井壁对该扶正器产生的横向分力，从而能减轻遇阻冲击，保护套管不受磨损保证施工过程中的套管顺利下入。提高了石油、天然气固井质量。其存在的问题是：虽然采用了滚轮来进行扶正，实现了滚动配合，消除了硬磨的扶正方式，但是，该专利采用的滚轮为固定式结构，不能扩张或收缩，这样，在遇到斜井或水平井等情况下，滚轮就会失效，就仍然会是硬摩擦的扶正方式或者是没有扶正的功能。
5.随着技术的进一步发展，中国专利文献公开号为cn206917614u，专利名称为《一种全尺寸自动调节滚轮非旋扶正器》，包括：扶正器轴公端、扶正套、扶正器轴母端、滚轮座、变径组件及滚轮。该专利可通过变径组件改变外径尺寸，从而在进入套管前缩小尺寸，顺利通过井口最窄处，进入套管后增大尺寸，支撑于套管内壁。其存在的问题是：通过弹簧来实现变径，其幅度有限，可以实现小幅度的变径，在遇到斜井或水平井等情况下，还是不能满足要求。
6.近年来研究发现，固井界面胶结脆弱，在下入过程中可能会导致封隔器之间出现微孔道，进而在长时期的使用中，会可能引发层间的封隔器失效，导致不同层间窜流和管外冒，影响油气井生产效率和安全。因此，寻找一种可以将封隔器顺利扶正居中的下入的方法
以及更加有效的封隔装置，就可以解决上述存在的问题。


技术实现要素：

7.本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种固井施工用套管扶正器及方法，通过遇水和遇油膨胀橡胶带动四连杆结构的滚轮，从而实现了在井下滚轮展开，实现套管扶正的功能，且扶正装置的两侧分别设有封隔器装置，实现对多油层的分别封隔。
8.本发明提到的一种固井施工用套管扶正器，其技术方案是：包括连接接箍、基管、第一扶正装置，基管的下侧安设第一扶正装置，基管的上端安装连接接箍，其中，还包括上密封装置、下密封装置和第二扶正装置，所述的基管中部设有第二扶正装置，在第二扶正装置的两侧分别安设上密封装置和下密封装置，所述上密封装置包括上密封缸套、上密封活塞和上液压密封胶筒，上密封缸套固定在基管外壁，上密封活塞安设在上密封缸套内腔，且上密封活塞的下端与基管外壁设有的上液压密封胶筒配合；所述的下密封装置包括下液压密封胶筒、下密封活塞和下密封缸套，下密封缸套固定在基管外壁，下密封活塞安设在下密封缸套内腔，且下密封活塞与基管外壁设有的下液压密封胶筒配合；所述的第二扶正装置采用四连杆调节扶正器，在四连杆调节扶正器的上端设有遇水膨胀橡胶块和上扶正锁，所述遇水膨胀橡胶块在井筒内下行遇水时膨胀，在四连杆调节扶正器的下端设有下扶正锁和遇油膨胀橡胶，遇油膨胀橡胶在井筒内下行时遇油膨胀，遇水膨胀橡胶块或遇油膨胀橡胶膨胀时会推动四连杆调节扶正器变形调节，实现套管居中扶正。
9.优选的，上述的四连杆调节扶正器包括第一扶正器变径基座、第一基座连接销、第一曲柄连杆、第一过渡连接销、滚轮载体连杆、过渡滚轮、第二曲柄连杆、第二基座连接销和第二过渡连接销和第二扶正器变径基座，所述第一扶正器变径基座的上端与上扶正锁接触，第一扶正器变径基座的外侧通过第一基座连接销连接第一曲柄连杆，第一曲柄连杆的另一端通过第一过渡连接销连接滚轮载体连杆，滚轮载体连杆上安装两组过渡滚轮，所述滚轮载体连杆的另一端通过第二过渡连接销连接第二曲柄连杆，第二曲柄连杆的另一端通过第二基座连接销与第二扶正器变径基座连接；所述第一曲柄连杆、滚轮载体连杆、第二曲柄连杆和基管组成的四连杆调节扶正器。
10.优选的，上述的第一过渡连接销外安装第一辅助滚轮，第二过渡连接销外安装第二辅助滚轮，所述第一辅助滚轮和第二辅助滚轮的外径相等，且小于过渡滚轮的外径。
11.优选的，上述的上液压密封胶筒的下端与遇水膨胀橡胶块的上端之间设有上支撑座，且上支撑座通过上卡环固定在基管外壁；所述遇油膨胀橡胶的下端与下液压密封胶筒的上端之间设有下支撑座，且下支撑座通过下卡环固定在基管外壁。
12.优选的，上述的上密封装置还包括上锁簧套、上液压锁簧、上座封剪钉和上进液孔，所述上密封活塞的上端插入在上密封缸套内腔，且在基管开设有连通到上密封缸套内腔的上进液孔，上密封缸套的下端连接上锁簧套；所述上密封活塞下侧设有的上液压锁簧与上锁簧套连接配合，且上锁簧套与上密封活塞之间安装上座封剪钉。
13.优选的，上述的下密封装置还包括下座封剪钉、下液压锁簧、下锁簧套和下进液孔，所述下密封活塞的下端插入在下密封缸套内腔，且在基管开设有连通到下密封缸套内腔的下进液孔，下密封活塞的上端连接下锁簧套；所述下密封活塞上侧设有的下液压锁簧
与下锁簧套连接配合，且下锁簧套与下密封活塞之间安装下座封剪钉。
14.优选的，上述的第一扶正装置包括扶正本体、摩擦压帽、摩擦扶正块、压缩弹簧，所述扶正本体的中部外侧设有凸出的摩擦压帽，在摩擦压帽内安装多组摩擦扶正块，每组摩擦扶正块的内侧设有压缩弹簧。
15.本发明提到的固井施工用套管扶正器的使用方法，其技术方案是包括以下步骤：一、固井施工中，固井施工用套管扶正器通过连接接箍连接套管下入钻井完成的井筒中对油层进行封隔，在开始阶段时，通过第一扶正装置作为引导头，第一扶正装置中的摩擦扶正块会根据井壁的实际情况来对压缩弹簧进行挤压，实现小幅度的调整扶正；二、在正常的下入井筒的过程中，由于井筒内存在油水混合液体，上部的遇水膨胀橡胶块遇水会产生膨胀，由于上卡环与基管固定，所以遇水膨胀橡胶块会推动第一扶正器变径基座向下移动，并通过上扶正锁单向锁紧固定；下部的遇油膨胀橡胶遇油会产生膨胀，由于下卡环与基管固定，所以遇油膨胀橡胶会推动第二扶正器变径基座向上移动，并通过下扶正锁单向锁紧固定；其中，第一扶正器变径基座向下移动会推动第一曲柄连杆和滚轮载体连杆的上端向外联动，第二扶正器变径基座向上移动会推动第二曲柄连杆和滚轮载体连杆的下端向外联动，最终将第一辅助滚轮、过渡滚轮和第二辅助滚轮向外展开，与井筒内壁实现多个滚轮的滚动配合，实现大幅度调整扶正功能；三、当下入到井筒的设计位置时，在地面向套管内打入高压液体，高压液体沿着套管进入到基管内，上侧通过上进液孔进入上密封缸套内腔，高压液体推动上密封活塞向下移动，并剪断上座封剪钉，上密封活塞固定的上液压锁簧与上锁簧套内的齿条配合，上液压密封胶筒的下端与上支撑座接触，高压液体使上密封活塞推动上液压密封胶筒胀开，与井筒内壁接触形成封隔；另外，高压液体通过基管下侧的下进液孔进入下密封缸套内腔，高压液体推动下密封活塞向上移动，并剪断下座封剪钉，下密封活塞固定的下液压锁簧与下锁簧套内的齿条配合，下液压密封胶筒的上端与下支撑座接触，高压液体使下密封活塞推动下液压密封胶筒胀开，与井筒内壁接触形成封隔，形成对油层的封隔作用。
16.优选的，本发明的第一扶正装置的使用方法包括：扶正本体的上端通过上接头连接到基管的下端，扶正本体的下端为下接头，可以实现引导作用，扶正本体的中部的摩擦压帽内安装多组摩擦扶正块，在刚下入井筒时，通过摩擦扶正块来实现扶正，由于摩擦扶正块的内侧设有压缩弹簧，也可以实现小幅度的调整扶正。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果具体如下：一、由于本发明是在第一扶正装置的小幅调节扶正的基础上增加了第二扶正装置，也就是采用了机械的四连杆调节扶正器来实现大幅度的变形调节，更好的实现套管和封隔器等下入井筒时的居中扶正作用，同时也可以更好的保护自身的遇水膨胀橡胶和遇油膨胀橡胶，使整个固井施工时下入井筒的装置得到更好的保护，实现安全的下入井筒；二、另外，井筒内存在的混合油液由于密度不同导致分层，也就是石油位于下层，水位于上层，为了能更好发挥居中扶正的作用，装置的上侧设置了遇水膨胀橡胶，下侧设置了遇油膨胀橡胶，可以更好的驱动四连杆调节扶正器展开，起到调节变形的作用，更好的实现下井过程中的扶正；三、本发明进入井筒的设计位置后，在井口打入高压液体，使上液压密封胶筒和下
液压密封胶筒胀开，与井筒内壁接触形成封隔，形成对油层的封隔作用；此时由于上液压密封胶筒和下液压密封胶筒之间还存在遇水膨胀橡胶和遇油膨胀橡胶，这就可以共同作用于井筒，更好的实现密封封隔的作用；四、另外，第一辅助滚轮和第二辅助滚轮的外径相等，且小于过渡滚轮的外径，这样的优点是一方面过渡滚轮可以保证一直起到与井筒内壁的滚动配合；另一方面，可以使第一曲柄连杆保持一个向外侧倾斜的角度，作为启动角度，进而在遇水膨胀橡胶推动下，可以实现滚轮载体连杆向外侧移动，进而实现大幅度的调节居中扶正功能。
附图说明
18.图1是本发明的上半部分的结构示意图；图2是本发明的下半部分的结构示意图；图3是本发明的四连杆调节扶正器展开时的结构示意图；图4是上扶正锁的锁止原理结构示意图；上图中：连接接箍1、基管2、上密封缸套3、上密封活塞4、上锁簧套5、上液压锁簧6、上座封剪钉7、上液压密封胶筒8、上支撑座9、上卡环10、遇水膨胀橡胶块11、上扶正锁12、第一扶正器变径基座13、第一基座连接销14、第一曲柄连杆15、第一过渡连接销16、滚轮载体连杆17、过渡滚轮18、遇油膨胀橡胶19、下卡环20、下液压密封胶筒21、下密封活塞22、下座封剪钉23、下液压锁簧24、下锁簧套25、下密封缸套26、扶正本体27、摩擦压帽28、摩擦扶正块29、压缩弹簧30、下扶正锁31、第二曲柄连杆32、第二基座连接销33、第二过渡连接销34、第二扶正器变径基座35、第一辅助滚轮36、第二辅助滚轮37、下支撑座38、上进液孔2.1、下进液孔2.2。
具体实施方式
19.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
20.实施例1，参照图1-3，本发明提到的一种固井施工用套管扶正器，包括连接接箍1、基管2、第一扶正装置，基管2的下侧安设第一扶正装置，基管2的上端安装连接接箍1，其中，还包括上密封装置、下密封装置和第二扶正装置，所述的基管2中部设有第二扶正装置，在第二扶正装置的两侧分别安设上密封装置和下密封装置，所述上密封装置包括上密封缸套3、上密封活塞4和上液压密封胶筒8，上密封缸套3固定在基管2外壁，上密封活塞4安设在上密封缸套3内腔，且上密封活塞4的下端与基管2外壁设有的上液压密封胶筒8配合；所述的下密封装置包括下液压密封胶筒21、下密封活塞22和下密封缸套26，下密封缸套26固定在基管2外壁，下密封活塞22安设在下密封缸套26内腔，且下密封活塞22与基管2外壁设有的下液压密封胶筒21配合；所述的第二扶正装置采用四连杆调节扶正器，在四连杆调节扶正器的上端设有遇水膨胀橡胶块11和上扶正锁12，所述遇水膨胀橡胶块11在井筒内下行遇水时膨胀，在四连杆调节扶正器的下端设有下扶正锁31和遇油膨胀橡胶19，遇油膨胀橡胶19在井筒内下行时遇油膨胀，遇水膨胀橡胶块11或遇油膨胀橡胶19膨胀时会推动四连杆调节扶正器变形调节，实现套管居中扶正。参照图4，上扶正锁12的锁紧部分通过两组设有斜齿的齿条组成，斜
齿可以采用直角三角形结构或者梯形结构，右齿条连接第一扶正器变径基座13，左齿条连接遇水膨胀橡胶块11，这样，随着遇水膨胀橡胶块11的膨胀会带动左齿条向下运动，从而在斜齿的作用下防止倒退，实现锁止功能；同样的道理，下扶正锁31也采用相同的原理和结构；其中，本发明的四连杆调节扶正器包括第一扶正器变径基座13、第一基座连接销14、第一曲柄连杆15、第一过渡连接销16、滚轮载体连杆17、过渡滚轮18、第二曲柄连杆32、第二基座连接销33和第二过渡连接销34和第二扶正器变径基座35，所述第一扶正器变径基座13的上端与上扶正锁12接触，第一扶正器变径基座13的外侧通过第一基座连接销14连接第一曲柄连杆15，第一曲柄连杆15的另一端通过第一过渡连接销16连接滚轮载体连杆17，滚轮载体连杆17上安装两组过渡滚轮18，所述滚轮载体连杆17的另一端通过第二过渡连接销34连接第二曲柄连杆32，第二曲柄连杆32的另一端通过第二基座连接销33与第二扶正器变径基座35连接；所述第一曲柄连杆15、滚轮载体连杆17、第二曲柄连杆32和基管2组成的四连杆调节扶正器。
21.其中，上述的第一过渡连接销16外安装第一辅助滚轮36，第二过渡连接销34外安装第二辅助滚轮37，所述第一辅助滚轮36和第二辅助滚轮37的外径相等，且小于过渡滚轮18的外径。
22.另外，在装置刚下入井筒时，第一扶正器变径基座13与遇水膨胀橡胶块11之间，留有缝隙，遇水后，遇水膨胀橡胶块11开始膨胀，这样，水平方向留有的缝隙可以减少遇水膨胀橡胶块11在水平方向向外侧的膨胀，纵向方向则随着膨胀可以推动第一扶正器变径基座13向下移动；遇油膨胀橡胶19一侧的原理相同。
23.另外，上述的上液压密封胶筒8的下端与遇水膨胀橡胶块11的上端之间设有上支撑座9，且上支撑座9通过上卡环10固定在基管2外壁；所述遇油膨胀橡胶19的下端与下液压密封胶筒21的上端之间设有下支撑座38，且下支撑座38通过下卡环20固定在基管2外壁。
24.上述的上密封装置还包括上锁簧套5、上液压锁簧6、上座封剪钉7和上进液孔2.1，所述上密封活塞4的上端插入在上密封缸套3内腔，且在基管2开设有连通到上密封缸套3内腔的上进液孔2.1，上密封缸套3的下端连接上锁簧套5；所述上密封活塞4下侧设有的上液压锁簧6与上锁簧套5连接配合，且上锁簧套5与上密封活塞4之间安装上座封剪钉7。
25.上述的下密封装置还包括下座封剪钉23、下液压锁簧24、下锁簧套25和下进液孔2.2，所述下密封活塞22的下端插入在下密封缸套26内腔，且在基管2开设有连通到下密封缸套26内腔的下进液孔2.2，下密封活塞22的上端连接下锁簧套25；所述下密封活塞22上侧设有的下液压锁簧24与下锁簧套25连接配合，且下锁簧套25与下密封活塞22之间安装下座封剪钉23。
26.需要说明的是：可以参照图4，下液压锁簧24与下锁簧套25连接配合采用的结构也是采用两组设有斜齿的齿条组成，斜齿可以采用直角三角形结构或者梯形结构，右齿条连接下液压锁簧24，左齿条连接下锁簧套25，这样，随着下液压锁簧24的膨胀会带动右齿条向上运动，从而在左齿条的作用下防止倒退，实现锁止功能；同样的道理，上锁簧套5、上液压锁簧6也采用相同的原理和结构。
27.再者，上述的第一扶正装置包括扶正本体27、摩擦压帽28、摩擦扶正块29、压缩弹簧30，所述扶正本体27的中部外侧设有凸出的摩擦压帽28，在摩擦压帽28内安装多组摩擦
扶正块29，每组摩擦扶正块29的内侧设有压缩弹簧30。
28.本发明提到的固井施工用套管扶正器的使用方法，其技术方案是包括以下步骤：一、固井施工中，固井施工用套管扶正器通过连接接箍1连接套管下入钻井完成的井筒中对油层进行封隔，在开始阶段时，通过第一扶正装置作为引导头，第一扶正装置中的摩擦扶正块29会根据井壁的实际情况来对压缩弹簧30进行挤压，实现小幅度的调整扶正；二、在正常的下入井筒的过程中，由于井筒内存在油水混合液体，上部的遇水膨胀橡胶块11遇水会产生膨胀，由于上卡环10与基管2固定，所以遇水膨胀橡胶块11会推动第一扶正器变径基座13向下移动，并通过上扶正锁12单向锁紧固定；下部的遇油膨胀橡胶19遇油会产生膨胀，由于下卡环20与基管2固定，所以遇油膨胀橡胶19会推动第二扶正器变径基座35向上移动，并通过下扶正锁31单向锁紧固定；其中，第一扶正器变径基座13向下移动会推动第一曲柄连杆15和滚轮载体连杆17的上端向外联动，第二扶正器变径基座35向上移动会推动第二曲柄连杆32和滚轮载体连杆17的下端向外联动，最终将第一辅助滚轮36、过渡滚轮18和第二辅助滚轮37向外展开，与井筒内壁实现多个滚轮的滚动配合，实现大幅度调整扶正功能，参照图3；三、当下入到井筒的设计位置时，在地面向套管内打入高压液体，高压液体沿着套管进入到基管2内，上侧通过上进液孔2.1进入上密封缸套3内腔，高压液体推动上密封活塞4向下移动，并剪断上座封剪钉7，上密封活塞4固定的上液压锁簧6与上锁簧套5内的齿条配合，上液压密封胶筒8的下端与上支撑座9接触，高压液体使上密封活塞4推动上液压密封胶筒8胀开，与井筒内壁接触形成封隔；另外，高压液体通过基管2下侧的下进液孔2.2进入下密封缸套26内腔，高压液体推动下密封活塞22向上移动，并剪断下座封剪钉23，下密封活塞22固定的下液压锁簧24与下锁簧套25内的齿条配合，下液压密封胶筒21的上端与下支撑座38接触，高压液体使下密封活塞22推动下液压密封胶筒21胀开，与井筒内壁接触形成封隔，形成对油层的封隔作用。
29.优选的，本发明的第一扶正装置的使用方法包括：扶正本体27的上端通过上接头连接到基管2的下端，扶正本体27的下端为下接头，可以实现引导作用，扶正本体27的中部的摩擦压帽28内安装多组摩擦扶正块29，在刚下入井筒时，通过摩擦扶正块29来实现扶正，由于摩擦扶正块29的内侧设有压缩弹簧30，也可以实现小幅度的调整扶正。
30.以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的相应简单修改或等同变换，尽属于本发明要求保护的范围。