螺旋多翼式萬向輪套管扶正器及其應用
【專利說明】螺旋多翼式萬向輪套管扶正器及其應用
[0001]
技術領域
[0002]本發(fā)明涉及石油開發(fā)鉆井時下套管固井、完井領域，特別適合于大位移井、水平井等水平位移大的所有井型的固井、完井施工，保證套管順利下入和提高固井質(zhì)量的一種螺旋多翼式萬向輪套管扶正器及其應用。
[0003]
【背景技術】
[0004]隨著大位移井、長水平段水平井的應用越來越廣泛，隨著水平位移的不斷增加，下套管過程中的摩擦阻力值越來越大，同時，套管環(huán)空偏心越來越嚴重，致使注水泥頂替效率不高。為了改變這種狀況，下套管過程中采用套管外加剛性扶正器的方案。但不同的扶正器效果相差非常大，如“CN 202673180 U”剛性螺旋滾輪扶正器，套管下入過程與井壁為滾動摩擦，極大的減小了摩擦阻力，但對于復雜的井眼情況滾輪很容易卡死，從而導致起不到應有的效果，同時由于扶正體之間的空隙較大，水泥漿穿過相鄰扶正條之間空隙時形成一定的擾流，一定程度上提高了水泥漿的頂替效率，但水泥漿流過時其旋動力不足，流態(tài)紊亂，不利于水泥漿的充分替漿，因此對于后期固井階段水泥漿的頂替卻起不到很好的效果；再如“CN 202718638 U”超低阻滾珠套管扶正器，下套管過程中變滑動摩擦為滾動摩擦且為點接觸滾動摩擦，極大的減小了下套管過程中的摩擦阻力，但是該扶正器防脫擋板和鋼珠之間極容易被井壁上的泥餅或砂礫卡死而變?yōu)榛瑒幽Σ粒鸩坏綉械臏p小阻力的效果，同時，該扶正器在后期水泥漿頂替過程中無法提高頂替效率，無法提高后期固井質(zhì)量?？紤]到現(xiàn)有的剛性扶正器在處理大位移井下套管過程中摩擦阻力過大而導致套管無法下入到指定深度的問題和水泥漿頂替效率不高的問題的局限性，所以，為了更好地解決上述問題，能很好的解決減小摩擦阻力和提高頂替效率問題的新式套管扶正器的研制迫在眉睫。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在解決上述技術問題之一，提供一種螺旋多翼式萬向輪套管扶正器及其應用。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的實施例提出一種螺旋多翼式萬向輪套管扶正器，包括本體，所述本體外壁上均布設有若干個扶正體，每個扶正體上設有至少一個萬向輪，且萬向輪凸出于所述扶正體外表面，在所述本體的外壁的每兩個扶正體之間均設有至少一個導流片，所述導流片相對于本體的軸向方向呈斜向設置，且所述導流片與扶正體平行設置或存在夾角。
[0008]根據(jù)本發(fā)明實施例的螺旋多翼式萬向輪套管扶正器通過所述扶正器的萬向輪使得下套管過程中的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，且在不規(guī)則的井眼中萬向輪可自行選擇合理走向，極大程度的減小其摩擦阻力，使套管順利下到指定深度或有效延伸套管下入深度；通過采用本發(fā)明螺旋多翼式萬向輪套管扶正器，在水泥漿頂替過程中，所述扶正器的扶正體和導流片對水泥漿產(chǎn)生一個螺旋導流作用，使得注水泥排量在低于單純軸向流動臨界雷諾數(shù)的排量條件下即可形成紊流頂替的效果，既可以有效解決泥漿泵的負荷不能滿足大排量注替的問題，又能很好地解決低注替排量對水泥漿稠化時間要求太長難以調(diào)整的問題，從而使得該扶正器整體作用效果達到了降低摩擦阻力和提高固井質(zhì)量的雙重作用。
[0009]綜上可知，本發(fā)明的螺旋多翼式萬向輪套管扶正器既能極大地減小下套管過程中的摩擦阻力，保證套管的順利下入到指定深度或有效的延伸套管的下入深度，又能極大程度的提高水泥漿的頂替效率，從而使得該扶正器整體作用效果達到了降低摩擦阻力和提高固井質(zhì)量的雙重作用。
[0010]另外，根據(jù)本發(fā)明實施例的螺旋多翼式萬向輪套管扶正器還可以具有以下附加技術特征:
優(yōu)選的，所述扶正體相對本體的軸向方向也呈斜向設置，且相對于本體的軸向方向，所述扶正體與導流片斜向同一側(cè)。由此可知，由于扶正體傾斜方向與導流片一致，故能減少扶正體在水泥漿前進方向上對其的阻力。當導流片與扶正體平行設置時，扶正體對水泥漿的阻力最小，也可使水泥漿產(chǎn)生螺旋流；當導流片與扶正體存在夾角時，由于經(jīng)導流片導流的水泥漿流動方向與扶正體不一致，故可使水泥漿產(chǎn)生較好的紊流狀態(tài)，進而提高水泥漿的頂替效率，提高固井質(zhì)量。
[0011]優(yōu)選的，所述導流片與扶正體之間的夾角從上端到下端逐漸變大。由此可知，該夾角處于連接漸變中，能使水泥漿產(chǎn)生更好的旋流狀態(tài)，從而使水泥漿能夠充分替漿，提高頂替效率。進一步優(yōu)選的，所述導流片相對于扶正體之間的夾角由30°漸變?yōu)?0°。
[0012]優(yōu)選的，所述扶正體內(nèi)設有至少一個萬向輪安裝槽，萬向輪安裝槽內(nèi)設有定位螺孔，所述萬向輪通過銷軸安裝在所述定位螺孔內(nèi)。
[0013]優(yōu)選的，所述導流片的長度小于扶正體的長度，導流片的高度小于扶正體的高度，導流片的寬度小于扶正體的寬度。
[0014]優(yōu)選的，所述扶正體的數(shù)量為4?6個。
[0015]優(yōu)選的，所述每個扶正體上設置2?3個萬向輪。
[0016]優(yōu)選的，所述相鄰兩個扶正體之間的導流片數(shù)量為2?4個。
[0017]優(yōu)選的，所述導流片的表面呈弧線形，以減少導流片本身對流動水泥漿的阻力。
[0018]優(yōu)選的，扶正體的升角為30°?60°，扶正體和導流片的最佳組合角度要根據(jù)實際情況而定，在此不再贅述。
[0019]本發(fā)明還提供一種利用上述的螺旋多翼式萬向輪套管扶正器在鉆井施工中的應用，將扶正器裝在套管上，在下套管過程中，所述扶正器的萬向輪使得下套管過程中的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，且在不規(guī)則的井眼中萬向輪可自行選擇合理走向，極大程度的減小其摩擦阻力，使套管順利下到指定深度或有效延伸套管下入深度；在固井水泥漿頂替過程中，為了達到更好的頂替效果，理論上有兩種辦法:(1)高速層流來頂替-近似于紊流頂替，從而提高頂替效率，然而，該種頂替方法需要大功率的泥漿泵來支撐，泥漿泵負荷比較大，現(xiàn)場實際泥漿泵的負荷難以滿足要求；(2)低速塞流頂替，該種頂替方法可以滿足對水泥漿的頂替要求，但現(xiàn)場實際操作時由于頂替處于低速狀態(tài)，對水泥漿的稠化時間要求比較長，現(xiàn)場難以調(diào)整。針對上述的問題，通過采用本發(fā)明螺旋多翼式萬向輪套管扶正器，在水泥漿頂替過程中，所述扶正器的導流片對水泥漿產(chǎn)生一個螺旋導流作用，從而對水泥漿軸向流動產(chǎn)生較大的擾動，使得注水泥排量在低于單純軸向流動臨界雷諾數(shù)的排量條件下即可形成紊流頂替的效果，從而提高頂替效率，而且既可以有效解決泵的負荷不能滿足大排量注替的問題，又能很好地解決由于水泥漿稠化時間太長難以調(diào)整的問題。從而使得該扶正器整體作用效果達到了降低摩擦阻力和提高固井質(zhì)量的雙重作用。
[0020]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
[0021]
【附圖說明】
[0022]本發(fā)明的上述或附加的方面和優(yōu)點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
圖1為本發(fā)明螺旋多翼式萬向輪套管扶正器的結構示意圖；
圖2為本發(fā)明螺旋多翼式萬向輪套管扶正器的萬向輪的局部放大圖。
[0023]附圖標記說明:
1.本體；2.扶正體；3.圓形槽；4.導流片；5.萬向輪；5-1.滾動體；5-2.螺栓；5_3.支撐約束板；5-4.帶有螺紋的銷軸。
[0024]
【具體實施方式】
[0025]下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或