阅读说明：本技术 一种新型机械结构套管扶正器及扶正方法 (A kind of novel mechanical structures casing stabbing board and righting method ) 是由 于洋 魏娟 陶亮 韩新龙 徐桂鹏 景卜卜 于 2019-07-25 设计创作，主要内容包括：本发明属于油田固井技术领域,公开了一种新型机械结构套管扶正器及扶正方法,含有加热丝的供电电路,通电以后给形状记忆合金加热,加热后形状记忆合金发生形变膨胀变大,将安装有两个断裂螺栓的环箍沿环箍切线方向施加一个切向力,进而给断裂螺栓施加一个轴向的拉力,当形状记忆合金膨胀到一定程度的是候,断裂螺栓被拉断,环箍给予扶正条的配合力消失,同是碟簧由压缩状态恢复形变给环箍一个轴向推力,环箍在碟簧的推力作用下沿轴向移动并将支撑弓沿径向撑开,随着支撑弓的撑开,支撑弓与井壁之间接触,给予扶正器一个向径向的支撑力,进而套管在支撑力的作用下被扶正器支撑起来,达到扶正的作用。本发明使得扶正器在碟簧的弹力下实现扶正的功能。(The invention belongs to reinforcing oil well technical fields, disclose a kind of novel mechanical structures casing stabbing board and righting method, power supply circuit containing heater strip, it is heated after being powered to marmem, after heating marmem deformation occurs expansion become larger, by installation, there are two the hoops of break bolt along hoop tangential direction one tangential force of application, and then apply the pulling force of an axial direction to break bolt, it is to wait when marmem is expanded into a degree of, break bolt is pulled off, the coordinate force that hoop gives righting strip disappears, to be both disc spring, which restore deformation by compressive state, gives hoop one axial thrust, hoop is axially moveable under the thrust of disc spring and radially struts branch arch support, with strutting for branch arch support, it is contacted between branch arch support and the borehole wall, give centralizer one support force to radial direction, and then casing is supporting It is supported under the action of power by centralizer, has the function that righting.The invention enables centralizers to realize the function of righting under the elastic force of disc spring.)

一种新型机械结构套管扶正器及扶正方法

技术领域

本发明属于油田固井技术领域，尤其涉及一种新型机械结构套管扶正器及扶正方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：随着石油开采力度的增大，油田类型也在不断增多，相继会出现许多单一油层、薄油层的油田，由于油田的多变与类型的增加，使用竖直井钻井就显得有些力不从心，因此水平井钻井技术也随之出现。在单一油层、薄油层的油田使用竖直井的话就会出现钻井数目多，消耗大且收益少，费是、费事、费力，而如果采用水平井采油气，会大大的提高钻井效率，也使套管在油层中增加地下油气资源与地上建筑物的接触面，从而能够实现流体抽取效率的提高，大大增加石油开采的效率。

虽然水平井可以解决这些问题，但是由于采油就必须要固井，因此水平井固井又是出现的新的一类问题，在固井过程中需要下套管，而套管下到水平井中在重力作用下套管外壁是贴着水平井井筒下边缘的，因此给固井带来很大的麻烦。

综上所述，现有技术存在的问题是：在固井过程中需要下套管，而套管下到水平井中在重力作用下套管外壁是贴着水平井井筒下边缘的，导致套管和裸眼井之间的间隙不均匀，上面间隙大，下面间隙小。在固井时，环空中的水泥分布不均匀，会导致原油或天然气沿薄弱处泄露，造成事故，给生产带来很大的麻烦。.

解决上述技术问题的难度：由于水平套管大都在地面3000-6000米的下面，再加上钻井的直径都比较小，放置专用的支撑设备的空间比较小，没有合适的动力源来驱动装置；另外就是由于比较深，控制信号无法传输到位，控制系统无法搭建，这都增加了技术难度。

解决上述技术问题的意义：此发明在工作时不用再携带动力源，只是利用碟簧压缩变形势能作为动力源，简化了实现方法。工作时，控制系统利用温升驱动形状记忆合金变形伸长，继而顶断固定碟簧的螺栓，碟簧变形释放，将套管位置中，使水平套管能居中在裸眼井中，环空中水泥厚度分布均匀、密实，保证原油或天然气不会沿薄弱处泄露，提高质量的固井，增加原油产量。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种新型机械结构套管扶正器及扶正方法。

本发明是这样实现的，一种机械结构套管扶正方法，所述机械结构套管扶正方法为含有加热丝的供电电路，通电以后给形状记忆合金加热，加热后形状记忆合金发生形变膨胀变大，将安装有两个断裂螺栓的环箍沿环箍切线方向施加一个切向力，进而给断裂螺栓施加一个轴向的拉力，当形状记忆合金膨胀到一定程度的是候，断裂螺栓被拉断，环箍给予扶正条的配合力消失，同是碟簧由压缩状态恢复形变给环箍一个轴向推力，环箍在碟簧的推力作用下沿轴向移动并将支撑弓沿径向撑开，随着支撑弓的撑开，支撑弓与井壁之间接触，给予扶正器一个向径向的支撑力，进而套管在支撑力的作用下被扶正器支撑起来，达到扶正的作用。

本发明的另一目的在于提供一种实现所述机械结构套管扶正方法的新型机械结构套管扶正器，所述新型机械结构套管扶正器设置有：

端箍；

端箍与支撑条螺栓连接，碟簧的矩形槽以支撑条为导轨滑移，环箍与支撑条之间螺栓连接和卡扣连接，支撑弓与端箍和环箍之间铰接，支撑弓之间铰接，端箍和环箍将碟簧压缩、断裂螺栓与环箍之间螺纹连接，形状记忆合金套在断裂螺栓上处于环箍径向开槽之间。

进一步，所述端箍材料60Mn；外径为Φ195mm，内径为140mm，与支撑条和支撑弓连接；端部有六只耳朵，每只耳朵上有一个直径为Φ6mm的通孔，用于铰接支撑弓，内部有开槽，开槽处有螺纹孔用于支撑条的连接，径向长度为55mm。端箍主要承受碟簧的反作用力，保证具有足够的强度和韧性。

进一步，所述碟簧材料为60Si2MnA；外径为Φ194mm，内径为140mm，厚度为4mm，带锥度，开3个矩形槽；在开槽处与支撑条之间以导轨方式滑移相连。能保证碟簧在压缩之后储存足够的势能，并进行多次使用而不发生疲劳破坏。

进一步，所述环箍材料60Mn；外径为Φ195mm，内径为140mm，与支撑条和支撑弓连接；端部有六只耳朵，每只耳朵上有一个直径为Φ6mm的通孔，用于铰接支撑弓，内部有开槽，开槽处有螺纹孔用于支撑条的连接，径向长度为75mm，内部开有导线安装槽、电池安装槽。环箍主要起连接碟簧和支撑弓的作用，保证具有一定强度和耐磨性要求。

进一步，所述支撑弓材料为60Mn；两端各有两个内径为6.4mm的铰接孔，其中一个的一端与环箍铰接，另一端与另一个支撑弓铰接，另一个支撑弓的另一端与端箍铰接；两支撑弓铰接后形成的最大角度为178°，最小角度为60°。支撑弓在开关打开之前最大角度178°主要是为了防止出现自锁情况；最小角度为60°保证具有足够的支撑刚度。

进一步，所述支撑条材料为60Mn；长度382mm，宽度35mm，开有3个槽，开除出分别开有一个沉头孔，用于连接两个端箍和一个的环箍。要求具有一定的强度和耐磨性。

进一步，所述断裂螺栓材料为65Mn；公称直径为Φ6mm，长度为53mm，中部开有环形槽，螺栓在环形槽处的直径为Φ4mm，与形状记忆合金配合使用。确保所有的断裂螺栓能在Φ4mm处集中断裂，使碟簧势能统一释放，驱动套管居中。

进一步，所述形状记忆合金材料为Ni-Ti合金，外径16mm，内径8mm；与断裂螺栓配合使用，在加热情况下膨胀拉断断裂螺栓。记忆合金变形温度设置为65℃，在此温度下加热一段时间，断裂螺栓突然间发生断裂，依次释放环箍、碟簧，使支撑弓打开，撑起水平套管。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述新型机械结构套管扶正器的油田固井平台。

现在用于水平井固井套管居中的方法不是很多，其中最为典型的是扩张式套管扶正器，将装好引鞋、球座和扩张式套管扶正器的套管串下入井内，投球打压，扩张式扶正器张开，支撑起井壁，继续打压，憋掉球座，套管内外建立循环，固井完井。该工艺需要用投球打压，且要破坏球座，具有一定的不确定性。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明在工作过程中，电源通电，形状记忆合金发生形变，断裂螺栓拉断，碟簧恢复形变，支撑弓将套管支撑起来，解决水平井固井难的问题；在工作过程中，支撑弓、碟簧、断裂螺栓、形状记忆合金等都是比较简易的结构，工艺简单，材质种类较少，浪费率低，制造成本低。

本发明的结构设计合理，功能部件简单，易于加工生产，且操作方便有利于推广应用。

附图说明

图1是本发明实施例提供的新型机械结构套管扶正器的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的端箍的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的碟簧的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的断裂螺栓的结构示意图；

图中：1、端箍；2、碟簧；3、环箍；4、支撑弓；5、支撑条；6、断裂螺栓；7、形状记忆合金。

图5是本发明实施例提供的试验拉断后的螺栓示意图。

图6是本发明实施例提供的抗拉强度分布曲线示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的扶正器使得套管在水平井井筒中居中，以便固井用的水泥可以在套管周围形成一个薄厚均匀的水泥环，达到很好的固井作用。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的新型机械结构套管扶正器包括：端箍1、碟簧2、环箍3、支撑弓4、支撑条5、断裂螺栓6、形状记忆合金7。

端箍1与支撑条5螺栓连接，碟簧2的矩形槽以支撑条5为导轨滑移，环箍3与支撑条5之间是螺栓连接和卡扣连接，支撑弓4与端箍1和环箍3之间是铰接，支撑弓4之间是铰接，端箍1和环箍3将碟簧2压缩、断裂螺栓6与环箍3之间是螺纹连接，形状记忆合金7套在断裂螺栓上处于环箍径向开槽之间。

本发明实施例中，如图1所示，装配过程中，所有螺纹连接都不需要密封处理，但是与端箍1和环箍3相关的所有螺纹都必须做放松处理，装配过程中一定要按照工艺步骤安装，否则无法保证使用性。

本发明实施例中，如图2所示，端箍1强度必须足够，碟簧2给端箍1和环箍3施加的轴向弹力过大，保证端箍1的和环箍3的强度是保证使用性的基础。

本发明实施例中，如图3所示，碟簧2保证其强度与弹性力，大压缩量在足够长的是间下要保证可以恢复到原来形变之前的或者近似形变之前的样子。

本发明实施例中，如图4所示，断裂螺栓6安装在环箍3上需要保证扶正器未使用情况下螺栓不发生断裂，扶正器使用的情况下螺栓发生断裂，即保证扶正器的使用性与可靠性。

本发明含有加热丝的供电电路，通电以后给形状记忆合金加热，加热后形状记忆合金发生形变膨胀变大，将安装有两个断裂螺栓的环箍沿环箍切线方向施加一个切向力，进而给断裂螺栓施加一个轴向的拉力，当形状记忆合金膨胀到一定程度的是候，断裂螺栓被拉断，环箍给予扶正条的配合力消失，同是碟簧由压缩状态恢复形变给环箍一个轴向推力，环箍在碟簧的推力作用下沿轴向移动并将支撑弓沿径向撑开，随着支撑弓的撑开，支撑弓与井壁之间接触，给予扶正器一个向径向的支撑力，进而套管在支撑力的作用下被扶正器支撑起来，达到扶正的作用。本发明使得扶正器在碟簧的弹力下实现扶正的功能。

本发明最关键的部件就是断裂螺栓的结构，断裂螺栓的结构设计是否合理决定着整个装置的正常工作的成败，为此，对断裂螺栓进行拉断试验测试是非常必要的。断裂螺栓的试验选用的材料与设计时所选用的材料均65Mn。为了使试验的结果可靠性较高，因此试样是按照国家标准GB/T 711-88 137 0210 4496 做成的样件，并且在符合国家标准的试验仪器上对样件进行试验，试验是在室温(常温)、且缓慢加载(静载)的条件下完成的与选用的形状记忆合金对断裂螺栓的加载效果一样或者相似的，按照试样所受的载荷大小及相应的变形记录试验数据，直到试样被拉断。图5为试验拉断后的螺栓，其断裂处均在设计的环形槽处，并试样在断裂过程中断裂螺栓几乎没有位移，无塑性变形产生，螺栓断开处平齐，为典型刚性断裂。样件在试验过程中，断裂的发生是由于随着载荷的增加，其内部的孔隙迅速扩大转化成裂纹，直到螺栓在裂纹出发生断裂。为试验所用断裂螺栓样件的尺寸如图5所示。

如图6为抗拉强度分布曲线，可以看出，65Mn的材料强度较大，分散性较小，是非常适合这种在使用过程中要发生分离的断裂螺栓的设计中。螺栓受到较大的拉力时，材料环形槽部分的应力超出材料的屈服强度，证明了螺栓结构的合理性，确保了螺栓可在短时间内顺利被拉断。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。