[發明專利]一種強旋流套管扶正器

無效

• 申請號: 201110382974.7
• 申請日: 2011-11-28
• 公開（公告）號: CN102434115A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 祝效華;孫超
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B17/10
• 分類號: E21B17/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種用于石油、天然氣油田油氣井固井作業工具，特別涉及水平井、定向井固井作業的一種強旋流套管扶正器。

背景技術

套管扶正器是油氣田固井作業中必不可少的工具之一。常規套管扶正器能夠給套管提供扶正作用，但其一維軸向層流頂替方式對上返水泥漿的旋流作用較小，水泥漿頂替效率較低，造成上返水泥漿并不能均勻的稠化在套管與井壁的環空中，稠化后水泥內的孔隙度較大，固井作業質量差。為提高水泥漿頂替效率和降低水泥漿稠化后的孔隙度，需尋求一種具有強旋流性能的新型套管扶正器。

中國專利說明書CN201377296Y(2010年1月6日公布)描述了一種整體式剛性低阻力套管扶正器，該套管扶正器有一定有益效果，但經流體數值模擬仿真發現，其出口處水泥漿旋流作用較小且旋流衰減區段長度較短，水泥漿頂替效率較低，水泥漿稠化后孔隙度大。

發明內容

本發明的目的是，在保證常規套管扶正器工具性能的基礎上，有效解決或大幅緩解環空上返水泥漿頂替效率低以及稠化后孔隙度大的問題，提供一種強旋流套管扶正器。軸向雙排、周向等間距型分布的異型螺旋棱結構可以提高水泥漿頂替效率和降低水泥漿稠化后的孔隙度，使上返水泥漿均勻稠化在環空中，改善固井作業質量。

為了達到上述目的，本發明解決此問題所采用的技術方案是：一種強旋流套管扶正器，主要由扶正筒本體、螺旋棱、頂弧、螺旋槽和導向端面組成，其特征在于：扶正筒本體內徑比套管本體外徑大0.1～3mm，扶正筒本體能在套管本體外壁上轉動和滑動；異型螺旋棱在軸向上為雙排、周向呈等間距型分布,其頂部采用頂弧結構；異型螺旋棱下、上端口分別加工有入、出口導流坡面；扶正筒本體和異型螺旋棱采用鑄鐵、合金鋼或工程塑料制成。該結構可為水泥漿提供較高雷諾數的螺旋狀紊態旋流作用和切向分力，提高水泥漿頂替效率和降低水泥漿稠化后的孔隙度，使上返水泥漿均勻稠化在環空中，改善固井作業質量。

本發明與現有技術相比，其有益效果是：1）具有頂弧結構特征軸向雙排、周向等間距排列的螺旋槽可產生螺旋狀紊態強旋流流動(常規套管扶正器切向速度約為0m/s，本發明強旋流區段水泥漿切向速度可達1.6m/s)及較長的旋流衰減區段(本發明旋流衰減區段長度約為現有套管扶正器旋流衰減區段長度的1倍)，提高水泥漿頂替效率和降低水泥漿稠化后的孔隙度，使上返水泥漿均勻稠化在環空中，改善固井作業質量；2）由于扶正筒本體與套管本體之間存在圓周間隙，扶正筒本體能在套管本體外壁上轉動和滑動，從而降低套管入井過程中與井壁之間的摩擦阻力，提高套管串的下入深度。

本發明是涉及石油、天然氣油田油氣井固井作業工具，特別涉及水平井、定向井固井作業的一種強旋流套管扶正器。本發明是在保證常規套管扶正器工具性能的基礎上，能有效解決或大幅緩解環空上返水泥漿頂替效率低以及稠化后孔隙度大問題的強旋流套管扶正器，其本體尺寸完全按照相應API套管尺寸進行設計，使用時直接安裝于套管外壁上，具有結構簡單、操作方便、適用性強、安全性高等優點。

?附圖說明

圖1是本發明的整體結構示意圖；

圖2是常規套管扶正器及其使用工況示意圖；

圖3是CN201377296Y披露的套管扶正器及其使用工況示意圖；

圖4是本發明強旋流套管扶正器及其使用工況示意圖；

圖5是本發明的扶正筒的半剖面結構示意圖；

圖6是本發明的扶正筒的結構參數設計示意圖；

圖7是本發明強旋流套管扶正器工作時上返水泥漿的運移軌跡流示意圖。

圖中，1導向坡面，2扶正筒本體，3螺旋槽，4出口導流坡面，5頂弧，6異型螺旋棱,7入口導流坡面。

具體實施方式

結合圖1對其發明做進一步的描述，本發明所述的用于油氣田固井作業的強旋流套管扶正器主要由扶正筒本體2、異型螺旋棱6、頂弧5、螺旋槽3和導向端面1組成，扶正筒本體2內徑比套管本體外徑大0.1～3mm，扶正筒本體2能在套管本體外壁上轉動和滑動；異型螺旋棱6在軸向上為雙排、周向呈等間距型分布,其頂部采用頂弧5結構；異型螺旋棱6下、上端口分別加工有入口導流坡面7和出口導流坡面4；扶正筒本體2和異型螺旋棱6采用鑄鐵、合金鋼或工程塑料制成。