一種套管水力居中器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種套管水力居中器，其包括中心管、通過階梯柱面與中心管外側(cè)套接的活塞、設(shè)于中心管與活塞大/小內(nèi)徑段之間的上/下密封件、開設(shè)于中心管管壁的傳壓孔、固裝于活塞大內(nèi)徑端的鎖環(huán)、與活塞小內(nèi)徑端斜面抵接的墊環(huán)、套設(shè)于活塞及墊環(huán)外側(cè)并沿軸向開設(shè)槽縫的支撐套，該支撐套設(shè)有抵接墊環(huán)端面的限位環(huán)，活塞小內(nèi)徑端設(shè)置向外的楔形斜面與墊環(huán)抵接，鎖環(huán)內(nèi)側(cè)設(shè)有內(nèi)逆止斜齒，中心管與鎖環(huán)位置對應(yīng)處設(shè)有外逆止斜齒，內(nèi)外逆止斜齒對接。施工時當所投堵塞器碰壓后，中心管內(nèi)液壓壓力通過傳壓孔驅(qū)動活塞軸向移動，對墊環(huán)產(chǎn)生推力，推動支撐套擴大變形以扶正套管，居中定位精確且居中力強大，鎖環(huán)在逆止齒組的限制下避免活塞后退。
【專利說明】一種套管水力居中器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及油氣開采領(lǐng)域鉆井套管安裝定位及固井，尤其涉及一種套管水力 居中器。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，在石油工業(yè)的鉆井工程中，完井固井技術(shù)是在已鉆好的裸眼井中下入套管， 然后將配置好的水泥漿注入到裸眼井與套管的環(huán)形空間，候凝，形成一堅固的水泥環(huán)。其主 要作用：一是封隔油、氣、水層，阻止地層間流體相互竄流，保護生產(chǎn)層；二是封隔嚴重漏失 層、高壓層或其它易坍塌等復雜地層；三是支撐套管和防止地下流體對套管的腐蝕。固井質(zhì) 量的好壞直接影響到后續(xù)采油工程以及油氣采收率。
[0003] 對一口井進行常規(guī)注水泥工藝施工，影響固井質(zhì)量的主要因素包括水泥漿配方、 頂替效率、地層因素、泥餅處理、套管居中度和工具輔助固井等。提高和優(yōu)化各施工工藝及 參數(shù)，可以大大提高固井質(zhì)量，達到滿足油氣開發(fā)及生產(chǎn)的需要。
[0004] 國內(nèi)外固井實踐證明，應(yīng)用套管居中扶正器可使套管在裸眼井中更好地居中，提 高套管居中度，從而提升固井質(zhì)量。
[0005] 目前，國內(nèi)用于提高套管居中度的工具，包括有彈性扶正器和剛性扶正器，且普遍 采用的是串套式結(jié)構(gòu)，即把居中工具套在套管的外周下入井中，利用工具的彈性或剛性來 支撐扶正套管居中以提升固井質(zhì)量。
[0006] 隨著石油科技的進步，大斜度井和水平井的鉆井數(shù)量逐年增多。由于在大斜度井 和水平井中，套管柱的重量主要集中在裸眼井下側(cè)，所以對套管居中工具的強度要求很高。 初步估算，在對水平井水平段套管進行的固井中，如果要實現(xiàn)套管周向形成一個完整的水 泥環(huán)，現(xiàn)有的各規(guī)格套管，每1?2根(約10m/根）就需要安裝一個扶正器。對于現(xiàn)有的彈 性扶正器，由于其支撐力有限，當然無法在套管柱的重量主要集中于裸眼井下側(cè)的情況下， 支撐套管并使套管居中；對于現(xiàn)有的剛性扶正器，由于其外徑尺寸小于裸眼井尺寸，再加上 套管外放置的剛性扶正器數(shù)量越多、下入難度越大、甚至無法下入，要想確保套管下入安全 順利，就必須限制套管外放置的剛性扶正器的數(shù)量，從而使其最大扶正能力也達不到完全 扶正套管居中的要求。
[0007] 綜上所述，現(xiàn)有的居中工具彈性扶正器和剛性扶正器由于自身的不足，都不能完 全滿足現(xiàn)場對大斜度井、特別是水平井扶正套管居中固井、以保證固井質(zhì)量的需要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種可滿足大斜度 井、特別是水平井扶正套管居中固井要求的套管水力居中器。
[0009] 為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采用的技術(shù)方案是：一種套管水力居中器， 其包括中心管、通過階梯柱面與所述中心管外側(cè)套接的活塞、設(shè)于所述活塞大內(nèi)徑段與中 心管之間的上密封件、設(shè)于所述活塞小內(nèi)徑段與中心管之間的下密封件、開設(shè)于中心管中 部管壁并位于上密封件與下密封件之間的傳壓孔、固定安裝于所述活塞大內(nèi)徑端的鎖環(huán)、 與所述活塞小內(nèi)徑端斜面抵接的墊環(huán)、套設(shè)于活塞及墊環(huán)外側(cè)并沿軸向開設(shè)槽縫的支撐 套，所述支撐套設(shè)有抵接所述墊環(huán)端面的限位環(huán)，所述活塞小內(nèi)徑端設(shè)置向外的楔形斜面 與所述墊環(huán)上端斜面抵接，所述鎖環(huán)內(nèi)側(cè)設(shè)有內(nèi)逆止斜齒，所述中心管與所述鎖環(huán)位置對 應(yīng)處設(shè)有外逆止斜齒，所述內(nèi)逆止斜齒與所述外逆止斜齒對接。
[0010] 作為本實用新型套管水力居中器的技術(shù)方案的一種改進，所述中心管環(huán)抱式設(shè)置 剪釘套，所述剪釘套與活塞大內(nèi)徑端固定連接，所述剪釘套與活塞大內(nèi)徑端夾持所述鎖環(huán)， 所述剪釘套徑向設(shè)置有剪釘，剪釘部分插接于中心管的管體。
[0011] 作為本實用新型套管水力居中器的技術(shù)方案的一種改進，所述支撐套兩端均設(shè)置 有固定連接于所述中心管的護環(huán)，所述支撐套的兩端端部可軸向滑動地套設(shè)于對應(yīng)的所述 護環(huán)的局部，所述護環(huán)均設(shè)有抵接于支撐套端部的阻擋環(huán)。
[0012] 作為本實用新型套管水力居中器的技術(shù)方案的一種改進，所述中心管一個端部設(shè) 為連接絲扣母扣，該中心管的另一個端部設(shè)為與所述連接絲扣母扣適配的連接絲扣公扣。
[0013] 作為本實用新型套管水力居中器的技術(shù)方案的一種改進，所述支撐套開設(shè)的槽縫 的兩端部設(shè)有大于槽縫的圓弧形擴大頭。
[0014] 作為本實用新型套管水力居中器的技術(shù)方案的一種改進，所述支撐套開設(shè)的槽縫 的中部設(shè)有大于槽縫的圓弧形擴大部。
[0015] 本實用新型的有益效果在于：施工時當所投堵塞器碰壓于套管柱下端的碰壓座 后，中心管內(nèi)側(cè)的液壓壓力通過傳壓孔傳遞到活塞，驅(qū)動活塞軸向移動，向小內(nèi)徑一端移 動，活塞下端的斜端面對與其抵接的墊環(huán)上端斜面產(chǎn)生推動力，同時在墊環(huán)下端限位環(huán)的 軸向阻擋下，墊環(huán)只能向徑向變形擴大，推動軸向開縫的支撐套向外擴大變形以扶正套管 居中，且居中力強大。另外，鎖環(huán)隨活塞同步移動，在鎖環(huán)與中心管對接的逆止齒組的限制 作用下，可避免中心管內(nèi)側(cè)的液壓壓力減小后活塞后退，從而維持支撐套始終保持向外撐 起即扶正套管居中的狀態(tài)而不反彈。軸向截面為鋸齒狀的逆止齒可以定位于多個不同的軸 向位置，使得本實用新型的水力居中器可以適應(yīng)對不同直徑的裸眼井段中的套管進行居中 定位，且居中定位非常精確，并可確?；钊粫蚧笸?，能很好地抵抗裸眼井壁對支撐套 的反向壓力，從而確保固井質(zhì)量。
[0016] 本實用新型的套管水力居中器下入時最大外徑小于下入的裸眼井眼，并且外觀整 體為流線型，方便下入，同時居中力強、膨脹比高，能滿足30%井眼擴大率井徑，保證套管居 中，使其滿足在大斜度井、特別是水平井中扶正套管居中固井、以保證固井質(zhì)量的要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1為本實用新型一種套管水力居中器實施例的半剖結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖2為圖1中A區(qū)域局部放大圖。

【具體實施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖來進一步說明本實用新型的【具體實施方式】。
[0020] 如圖1、圖2所示，本實用新型一種套管水力居中器，其包括作為本體的中心管10、 通過階梯柱面與所述中心管10 (最佳為中上部位置）的外側(cè)套接的活塞15、設(shè)于所述活塞 15的大內(nèi)徑段與中心管10之間的上密封件16、設(shè)于所述活塞15小內(nèi)徑段與中心管10之 間的下密封件17、開設(shè)于中心管10中部(優(yōu)選中上部)管壁并位于上密封件16與下密封件 17之間的傳壓孔19、固定安裝于所述活塞15大內(nèi)徑端（即上端）的鎖環(huán)20、與所述活塞 15小內(nèi)徑端（即下端）的斜面抵接的墊環(huán)18、套設(shè)于上下兩個護環(huán)33/32之間并位于活塞 15及墊環(huán)18外側(cè)并沿軸向開設(shè)槽縫35的支撐套30,所述支撐套30設(shè)有抵接所述墊環(huán)18 對應(yīng)端面的限位環(huán)31，所述活塞15小內(nèi)徑端設(shè)置向外的楔形斜面與所述墊環(huán)18的上端斜 面抵接，所述鎖環(huán)20內(nèi)側(cè)設(shè)有內(nèi)逆止斜齒，所述中心管10與所述鎖環(huán)20位置對應(yīng)處設(shè)有 外逆止斜齒22,所述內(nèi)逆止斜齒與所述外逆止斜齒22對接。中心管10內(nèi)側(cè)的液壓壓力通 過傳壓孔19傳遞到活塞15,驅(qū)動活塞15軸向移動，向小內(nèi)徑一端移動，活塞15的斜端面對 與其斜面抵接的墊環(huán)18產(chǎn)生推動力，同時在限位環(huán)31的軸向阻擋下，墊環(huán)18只能向徑向 變形擴大，推動軸向開縫的支撐套30向外擴大變形以扶正套管居中，且居中力強大。另外， 鎖環(huán)20隨活塞15同步移動，在鎖環(huán)20與中心管10對接的逆止齒組的限制作用下，避免中 心管10內(nèi)側(cè)的液壓壓力減小后活塞15后退，從而維持支撐套30始終保持向外撐起即扶正 套管居中的狀態(tài)而不反彈。軸向截面為鋸齒狀的逆止齒可以定位于多個不同的軸向位置， 使得本實用新型的水力居中器可以適應(yīng)對不同直徑的裸眼井段中的套管進行居中定位，且 居中定位非常精確，并可確?；钊?5不會打滑后退，能很好地抵抗裸眼井壁對支撐套的反 向壓力，從而確保固井質(zhì)量。
[0021] 本實用新型的套管水力居中器不僅操作方便，而且可同時滿足下入通暢和提高套 管居中度的要求，解決上述彈性扶正器和剛性扶正器不能完全解決的注水泥固井套管貼邊 的問題，提高固井質(zhì)量。本實用新型的套管水力居中器的最大特點是，下入時最大外徑小于 下入的裸眼井眼，并且外觀整體為流線型，方便下入，同時居中力強、膨脹比高，能滿足30% 井眼擴大率井徑，保證套管居中，使其滿足在大斜度井、特別是水平井中扶正套管居中固 井、以保證固井質(zhì)量的要求。
[0022] 施工時，本實用新型的套管水力居中器連接在套管柱上下入井中，當所投堵塞器 碰壓于套管柱下端的碰壓座后，如上所述從通過套管內(nèi)經(jīng)傳壓孔19向活塞15加壓的方式， 將支撐套30向外撐出，支撐套30外徑增大。由于鎖環(huán)20的鎖定作用，支撐套30不會收 縮。通過支撐套30的直徑膨大，帶動與其連接的套管居中，使套管柱中軸線和井眼中軸線 重合，達到提高套管居中度、以保證固井質(zhì)量的目的。
[0023] 更佳地，所述中心管10 (優(yōu)選上部位置）環(huán)抱式設(shè)置剪釘套25,所述剪釘套25與 活塞15大內(nèi)徑端固定連接，剪釘套25與活塞15大內(nèi)徑端夾持所述鎖環(huán)20,所述剪釘套25 徑向設(shè)置有剪釘26,剪釘26部分插接于中心管10的管體，在中心管10內(nèi)側(cè)通過傳壓孔19 向活塞15施加壓力前，通過剪釘26的定位作用使剪釘套25、鎖環(huán)20、活塞15等可以穩(wěn)定 安裝于各自在中心管10的初始位置；在中心管10內(nèi)側(cè)通過傳壓孔19向活塞15施加一定 壓力后，推動活塞15產(chǎn)生軸向移動的驅(qū)動力拉動剪釘套25下行，剪釘套25上的剪釘26被 剪斷，使剪釘套25及鎖環(huán)20隨活塞15可以軸向向下移動，從而通過與活塞15下端斜面抵 接的墊環(huán)18使支撐套30的直徑膨大以扶正套管居中。
[0024] 更佳地，所述支撐套30兩端均設(shè)置有固定連接于所述中心管的上下兩個護環(huán) 32/33,所述支撐套30的兩端部可軸向滑動地套設(shè)于所述上下兩個護環(huán)32/33的局部，所述 上下兩個護環(huán)設(shè)有抵接于支撐套30端部的阻擋環(huán)，使得支撐套30穩(wěn)定安裝于中心管，避免 竄動。
[0025] 更佳地，所述中心管10其中一個端部設(shè)為連接絲扣母扣12,該中心管的另一個端 部設(shè)為與所述連接絲扣母扣12適配的連接絲扣公扣11，從而可以在一個井眼連續(xù)串接至 少兩個依次首尾連接的本實用新型的套管水力居中器，提高居中定位的可靠性和穩(wěn)定性。
[0026] 更佳地，所述支撐套30開設(shè)的槽縫35的兩端部設(shè)有大于槽縫35的圓弧形擴大頭 36,避免應(yīng)力集中撕裂支撐套30,有效保證支撐套30的變形過程的整體完整性，維持居中 定位的有效性以提高固井質(zhì)量。
[0027] 更佳地，所述槽縫35的中部設(shè)有大于槽縫35的圓弧形擴大部38,降低支撐套30 的槽縫35之間部分的整體剛度，使得支撐套30更易于向外彎曲變形。
[0028] 具體地，本實用新型的一種套管水力居中器，其本體是一個中心管10,貫穿整個工 具，中心管10上下兩端部分別為連接絲扣母扣12和連接絲扣公扣11，下井時與套管柱連 接；最外側(cè)貫穿整個工具的是支撐套30,支撐套30沿軸向方向加工有封閉的條形槽縫35 ; 支撐套30上下兩端設(shè)有護環(huán)32/33,兩護環(huán)32/33內(nèi)表面通過絲扣與中心管10連接在一 起，兩護環(huán)32/33外表面和支撐套30為滑動組合，支撐套30可在上下兩個護環(huán)32/33外表 面做軸向滑動；支撐套30內(nèi)側(cè)中間焊接有墊環(huán)18 ;墊環(huán)18與上護環(huán)33之間，即中心管10 和支撐套30之間的環(huán)形空間安裝有活塞15、鎖環(huán)20和定壓開啟部分，定壓開啟部分包括剪 釘26和剪釘套25,剪釘26安裝在剪釘套25上，并和中心管10通過凹槽連接，剪釘套25通 過絲扣和活塞15連接在一起；活塞15靠近中心管10 -側(cè)設(shè)計有上下兩組密封件16/17， 這兩組密封件16/17中間對應(yīng)中心管10上開有傳壓孔19。
[0029] 該一種套管水力居中器具有以下有益效果：
[0030] 1)具有自保護和流線設(shè)計，可以在井眼內(nèi)上下拖動，不會發(fā)生提前膨脹的問題。
[0031] 2)工作方式采用液壓設(shè)計，可以根據(jù)要求，采取固井前將套管支撐居中，提高頂替 效率，提高固井質(zhì)量。
[0032] 3 )膨脹比大，滿足30%井眼擴大率井徑，保證套管居中。
[0033] 4)居中力大，中心管內(nèi)側(cè)的液壓壓力為lOMPa時，最小居中力不小于40kN。
[0034] 5)膨脹后，最小環(huán)空過流面積不小于當量直徑100mm。
[0035] 以上所揭露的僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，當然不能以此來限定本實用新 型之權(quán)利范圍，因此依本實用新型申請專利范圍所作的等同變化，仍屬本實用新型所涵蓋 的范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種套管水力居中器，其特征在于：包括中心管、通過階梯柱面與所述中心管外側(cè) 套接的活塞、設(shè)于所述活塞大內(nèi)徑段與中心管之間的上密封件、設(shè)于所述活塞小內(nèi)徑段與 中心管之間的下密封件、開設(shè)于中心管中部管壁并位于上密封件與下密封件之間的傳壓 孔、固定安裝于所述活塞大內(nèi)徑端的鎖環(huán)、與所述活塞小內(nèi)徑端斜面抵接的墊環(huán)、套設(shè)于活 塞及墊環(huán)外側(cè)并沿軸向開設(shè)槽縫的支撐套，所述支撐套設(shè)有抵接所述墊環(huán)端面的限位環(huán)， 所述活塞小內(nèi)徑端設(shè)置向外的楔形斜面與所述墊環(huán)上端斜面抵接，所述鎖環(huán)內(nèi)側(cè)設(shè)有內(nèi)逆 止斜齒，所述中心管與所述鎖環(huán)位置對應(yīng)處設(shè)有外逆止斜齒，所述內(nèi)逆止斜齒與所述外逆 止斜齒對接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的套管水力居中器，其特征在于：所述中心管環(huán)抱式設(shè)置剪釘 套，所述剪釘套與活塞大內(nèi)徑端固定連接，所述剪釘套與活塞大內(nèi)徑端夾持所述鎖環(huán)，所述 剪釘套徑向設(shè)置有剪釘，剪釘部分插接于中心管的管體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的套管水力居中器，其特征在于：所述支撐套兩端均設(shè)置有固 定連接于所述中心管的護環(huán)，所述支撐套的兩端端部可軸向滑動地套設(shè)于對應(yīng)的所述護環(huán) 的局部，所述護環(huán)均設(shè)有抵接于支撐套端部的阻擋環(huán)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的套管水力居中器，其特征在于：所述中心管一個端部設(shè)為連 接絲扣母扣，該中心管的另一個端部設(shè)為與所述連接絲扣母扣適配的連接絲扣公扣。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的套管水力居中器，其特征在于：所述支撐套開設(shè)的槽縫的兩 端部設(shè)有大于槽縫的圓弧形擴大頭。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的套管水力居中器，其特征在于：所述支撐套開設(shè)的槽縫的中 部設(shè)有大于槽縫的圓弧形擴大部。
【文檔編號】E21B17/10GK203879405SQ201420302315
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月9日
【發(fā)明者】謝玉洪, 馬勇新, 李雷祥, 馬文宏 申請人:中國海洋石油總公司, 中海石油(中國)有限公司湛江分公司