本發(fā)明屬于油氣井固井領(lǐng)域，具體涉及一種整體式套管扶正器及其制造方法，可用于水平井、定向井固井作業(yè)。

背景技術(shù)：

在油氣井完鉆后，需要下入套管，進(jìn)行固井作業(yè)，現(xiàn)在隨著定向鉆井技術(shù)、大斜度井鉆井技術(shù)的發(fā)展，提高定向井、大斜度井、水平井固井質(zhì)量已是影響定向井技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)問題之一，小間隙固井中套管扶正問題也是影響固井質(zhì)量的突出問題。在很大程度上，固井質(zhì)量取決于套管在井眼中的居中程度，而套管在井眼中的居中度又與扶正器的性能有著密切關(guān)系。

套管扶正器不僅能夠有效地防止水泥漿竄槽，還能夠減少套管受壓差卡鉆的危險(xiǎn)。此外套管扶正器能夠降低套管在井內(nèi)的彎曲程度尤其在大井眼井段，由于套管扶正器對(duì)套管的支撐，使套管與井壁的接觸面減少，降低了套管與井壁間摩擦力，利于套管下入井內(nèi)，利于固井注水泥作業(yè)時(shí)活動(dòng)套管和固井效果。目前現(xiàn)有的套管扶正器主要分彈性套管扶正器和剛性套管扶正器。彈性套管扶正器存在復(fù)位力低、下入困難的缺點(diǎn)，如果通過增加下入數(shù)量來提高對(duì)套管的復(fù)位力和居中效果，則會(huì)影響井眼安全性，因此已經(jīng)很難滿足大斜度定向井和水平井的需要；剛性套管扶正器由于外徑受上層套管內(nèi)徑限制，對(duì)于套管居中性作用有限，所以在井眼擴(kuò)大井段起不到扶正作用，而在井眼縮頸段則存在遇阻危險(xiǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的難題，提供一種整體式套管 扶正器及其制造方法，啟動(dòng)力小、復(fù)位力高、扶正居中效果好，并且能夠適應(yīng)小間隙固井情況的整體式套管扶正器。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種整體式套管扶正器，采用統(tǒng)一壁厚材質(zhì)管材或者板材加工而成，包括兩端的圓箍，以及位于兩端圓箍之間的弓片；

所述弓片在圓周上均布，每個(gè)弓片的兩端分別與兩端的圓箍連接；

每個(gè)弓片均向外拱起；

所有弓片構(gòu)成的扶正器外徑小于或者等于上層的套管的內(nèi)徑。

每個(gè)弓片與圓箍的連接處設(shè)有圓弧進(jìn)行過渡。

所述圓箍均為圓筒狀。

所述弓片的軸截面形狀為向外的弧形、等腰梯形、螺旋線形或者弧形與直線段組合而成。

所述弓片的橫截面形狀為弧形、彎折形或者矩形。

所述弓片與圓箍整體進(jìn)行過熱處理。

優(yōu)選地，在相鄰兩個(gè)弓片之間設(shè)有導(dǎo)流葉片，所述導(dǎo)流葉片的一端固定在所述圓箍上，自由端為具有螺旋形狀的空間葉片。

優(yōu)選地，在相鄰兩個(gè)弓片之間設(shè)有固定卡片，所述固定卡片與圓箍固定連接。

優(yōu)選地，在所述弓片的一端或兩端開有過流道。因?yàn)楣瑑啥说拿娣e較大，對(duì)于液體通過有一定阻擋，因此在弓片此處開一些近似三角形狀(不僅限于此形狀)的過流道；

一種制造所述整體式套管扶正器的方法，包括：

(S1)對(duì)板材原料進(jìn)行切槽，形成均布的槽；

(S2)進(jìn)行退火熱處理；

(S3)對(duì)板材進(jìn)行卷制，形成圓筒形狀，并將對(duì)接處焊接固定；

(S4)對(duì)卷制好的板材進(jìn)行高頻淬火；

(S5)把成型工具放置于卷制的圓筒內(nèi)部，利用液壓機(jī)壓成弓片，得到成型后的扶正器；

(S6)對(duì)成型后的扶正器進(jìn)行熱處理；

(S7)噴漆。

所述(S1)中的切槽采用沖壓、水力切割、電火花加工或激光加工。

所述(S3)中對(duì)板材進(jìn)行卷制是采用雙輥卷板機(jī)或三輥卷板機(jī)進(jìn)行卷制成圓筒形狀，或采用液壓機(jī)或沖壓機(jī)壓制成圓筒形狀。

所述(S5)采用單個(gè)弓形片單獨(dú)壓制成型，或者采用所有弓形片整體壓制成型。

一種制造所述整體式套管扶正器的方法，包括：

(P1)對(duì)無縫管原料進(jìn)行切槽，形成在圓周上均布的槽；

(P2)進(jìn)行退火熱處理；

(P3)把成型工具放置于無縫管的內(nèi)部，利用液壓機(jī)壓成弓片，得到成型后的扶正器；

(P4)對(duì)成型后的扶正器進(jìn)行熱處理；

(P5)噴漆。

所述(P1)中的切槽采用水力切割或激光加工。

所述(P3)采用單個(gè)弓形片單獨(dú)壓制成型，或者采用所有弓形片整體壓制成型。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

(1)零起動(dòng)力或極小起動(dòng)力，高復(fù)位力、良好的套管居中性，扶正器弓片形狀通過特殊設(shè)計(jì)能夠增大其與井壁接觸面積，進(jìn)一步提高套管居中形。

(2)大過流面積，扶正器為統(tǒng)一壁厚材質(zhì)管材或者板材下料加工而且壁厚小，故較普通扶正器在圓箍處有更大的過流截面。

(3)扶正器弓片間可設(shè)有導(dǎo)流葉片，使流經(jīng)扶正器的液體形成旋流，提高固井效果；扶正器弓片間亦可設(shè)有固定卡片，可以實(shí)現(xiàn)軸向固定扶正器，免去 卡箍的使用。

(4)更廣的應(yīng)用范圍和良好的適應(yīng)性，由于較普通同外徑尺寸的彈性扶正器更高的復(fù)位力，故能夠應(yīng)用于小間隙套管居中情況，扶正器規(guī)格從5″至20″。而在井眼縮頸段也能夠順利通過，適用性能更強(qiáng)。

(5)本發(fā)明的整體式彈性扶正器加工工藝簡(jiǎn)單，加工精度高，成品率高，提高了生產(chǎn)效率，適合加工各種尺寸規(guī)格的整體式彈性扶正器，通用性較好。

附圖說明

圖1整體式扶正器配合卡箍應(yīng)用效果圖；

圖2整體式扶正器(鼓形弓片式)側(cè)視圖；

圖3圖2所示扶正器的A-A截面圖；

圖4一種變弓形片截面的整體式扶正器結(jié)構(gòu)圖；

圖5整體式扶正器(梯形弓片式)側(cè)視圖；

圖6圖5所示扶正器的A-A截面圖的局部視圖；

圖7一種變弓形片的整體式扶正器結(jié)構(gòu)圖；

圖8圖7所示扶正器弓的側(cè)視圖；

圖9整體式扶正器弓形片的第一種截面形狀圖

圖10整體式扶正器弓形片的第二種截面形狀圖

圖11整體式扶正器弓形片的第三種截面形狀圖；

圖12整體式扶正器弓形片的第一種結(jié)構(gòu)圖；

圖13整體式扶正器弓形片的第二種結(jié)構(gòu)圖；

圖14整體式扶正器(螺旋弓片式)側(cè)視圖；

圖15一種帶導(dǎo)流片的整體式扶正器結(jié)構(gòu)圖

圖16一種帶導(dǎo)流片的整體式扶正器的側(cè)視圖；

圖17一種可自我軸向定位的整體式扶正器結(jié)構(gòu)圖；

圖18一種可自我軸向定位的整體式扶正器的俯視圖；

圖19大過流截面整體式扶正器側(cè)視圖；

圖20大過流截面整體式扶正器俯視圖；

圖1～圖20中：1-卡箍；2-整體式扶正器；3-緊定螺釘；4-接箍(用于將兩個(gè)套管連接)；5-套管；6-圓箍；7-弓片；8-導(dǎo)流片；9-固定片；10-過流道。

圖21一種整體式套管扶正器下料圖；

圖22一種整體式套管扶正器卷板側(cè)視圖；

圖23一種整體式套管扶正器卷板立體圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：

為解決現(xiàn)有套管扶正器存在的不足，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：所述的整體式扶正器為統(tǒng)一壁厚材質(zhì)管材或者板材下料加工而成，本體兩端為圓筒狀的圓箍；兩端圓箍間在周向上均布有起支撐扶正作用的弓片，弓片構(gòu)成的扶正器外徑小于或者等于上層套管內(nèi)徑；弓片形狀及截面形狀根據(jù)使用功能具有多種變化結(jié)構(gòu)：弓片形狀有鼓形、等腰梯形、螺旋線形等，截面形狀有弧形、彎折形、矩形；所述弓片和圓箍為整體連接形式即同一件材料加工制作，連接處有圓弧進(jìn)行過渡，扶正器弓片與圓箍整體進(jìn)行過熱處理，整體剛性高。

圖2～圖3中，所述的整體式扶正器2為統(tǒng)一壁厚材質(zhì)管材或者板材下料加工而成，本體兩端為圓筒狀的圓箍6；上下兩圓箍6間在圓周向上均布有起支撐扶正作用的弓片7；弓片形狀及截面形狀根據(jù)使用功能具有多種變化結(jié)構(gòu)：弓片形狀有鼓形，如圖3所示、等腰梯形，如圖6所示、螺旋線形，如圖14所示等(圖7和圖8中每個(gè)弓片是一半為弧形，一半為直條狀)，截面形狀有弧形，如圖9所示、彎折形，如圖10所示、矩形，如圖11所示；所述弓片7和圓箍6為整體連接形式即同一件材料加工制作，連接處有圓弧進(jìn)行過渡。整體扶正器2的弓片7間可設(shè)有導(dǎo)流葉片8，使流經(jīng)扶正器的液體形成旋流，提高固井效果；整體扶正器2的弓片7間亦可設(shè)有固定卡片9，可以實(shí)現(xiàn)軸向固定扶正器，免去 卡箍1的使用。

結(jié)合圖1～圖20，具體說明本發(fā)明的施工使用和工作原理：本整體式扶正器2在套管串中可以通過使用上下兩個(gè)卡箍1以及緊固螺釘3固定于套管5上，或者在扶正器內(nèi)使用一個(gè)卡箍1固定于套管5上，如圖1所示，整體扶正器2亦可通過設(shè)置固定卡片9來實(shí)現(xiàn)固定于套管5上。整體扶正器2為統(tǒng)一壁厚材質(zhì)管材或者板材下料加工而成，兩端為圓筒狀的圓箍6；上下兩圓箍6間在圓周向上均布有起支撐扶正作用的弓片7。

在油田下套管過程中，套管外壁上要套有常規(guī)彈性套管扶正器或普通剛性扶正器，使套管能在井內(nèi)居中，提高固井質(zhì)量。在油氣田定向井，水平井下套管固井作業(yè)中，由于套管重力作用，套管在井眼內(nèi)緊靠在井壁上，很難使套管居中。嚴(yán)重影響注入水泥的固井質(zhì)量。常規(guī)套管彈性扶正器是編織式或焊接式，起動(dòng)力較大，在下入過程中容易散架甚至脫落，復(fù)位力低，難以保證套管居中，影響固井質(zhì)量及下步施工作業(yè)。普通剛性扶正器外徑受上層套管內(nèi)徑尺寸限制，難以保證套管的居中度，特別是在松軟地層或者井徑擴(kuò)大井段，剛性扶正器基本起不到扶正效果。因此，本發(fā)明提出一種整體式套管彈性扶正器的加工工藝，加工后的扶正器具備低起動(dòng)力，高復(fù)位力，保證套管居中，提高固井質(zhì)量。

利用本方法加工后的扶正器外徑略小于或等于上層套管內(nèi)徑，保證扶正器極小的起動(dòng)力，復(fù)位力達(dá)到API標(biāo)準(zhǔn)。特別適用于深井、超深井、小間隙井和水平井等套管固井作業(yè)，保證套管居中度，提高固井質(zhì)量。

本發(fā)明介紹了一種整體式套管彈性扶正器加工工藝，以原料類型的不同分為兩類。一類針對(duì)于板材原料，加工工藝是：下料→切槽→退火熱處理→卷板→焊接→高頻淬火→成型→熱處理→噴漆。另一類針對(duì)于無縫管原料，加工工藝是：下料→切槽→退火熱處理→成型→熱處理→噴漆。

下料工藝：板材下料可以采用沖壓、水力切割、電火花加工、線切割，可以與切槽工藝合并；無縫管下料可以采用鋸床、水力切割和激光加工，后兩種方法也可與切槽工藝合并一起完成。

切槽工藝：板材切槽可以采用沖壓、水力切割、電火花加工和激光加工。無縫管下料可以采用水力切割和激光加工。

卷板工藝：針對(duì)于板材原料，需要進(jìn)行卷制。可采用雙輥卷板機(jī)或三輥卷板機(jī)進(jìn)行卷制成圓形，或采用液壓機(jī)或沖壓機(jī)壓制成圓形。

成型工藝：把成型工具放置于卷制的圓筒內(nèi)部，利用液壓機(jī)壓成弓形片。成型工藝可以采用單個(gè)弓形片單獨(dú)壓制成型，也可以采用所有弓形片整體壓制成型。

以板材原料加工整體式套管彈性扶正器為例，首先將下好的板料用激光切割機(jī)進(jìn)行切槽，如圖21所示。

然后經(jīng)過退火處理，利用卷板機(jī)卷制成圓形，并將對(duì)接部位焊接，如圖22和圖23所示。

隨后進(jìn)行高頻淬火，利用液壓機(jī)和成型模具將整體扶正器最終壓制成型，如圖2和圖3所示。

最后熱處理，提高扶正器的彈性，得到產(chǎn)品。

本發(fā)明涉及一種油氣井固井用扶正器裝置及其制造方法。扶正器為統(tǒng)一壁厚材質(zhì)管材或者板材下料加工而成，本體兩端為圓筒狀的圓箍；兩端圓箍間在周向上均布有起支撐扶正作用的弓片，弓片構(gòu)成的扶正器外徑小于或者等于上層套管內(nèi)徑；弓片形狀及截面形狀根據(jù)使用功能具有多種變化結(jié)構(gòu)，弓片和圓箍為整體連接形式即同一件材料加工制作，連接處有圓弧進(jìn)行過渡，扶正器弓片與圓箍整體進(jìn)行過熱處理，整體剛性高。本發(fā)明具有極小的起動(dòng)力或者零起動(dòng)力、較高的復(fù)位力、更大的過流面積、與套管和井壁間較小的摩擦力，并且能夠適應(yīng)小間隙井眼和井眼縮頸等各種復(fù)雜情況。本發(fā)明公開了一種由板材或無縫管材料經(jīng)特殊處理工藝制作的整體式套管彈性扶正器加工工藝。

上述技術(shù)方案只是本發(fā)明的一種實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員而言，在本發(fā)明公開了應(yīng)用方法和原理的基礎(chǔ)上，很容易做出各種類型的改進(jìn)或變形，而不僅限于本發(fā)明上述具體實(shí)施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是 優(yōu)選的，而并不具有限制性的意義。