[实用新型]增速型套管弹性旋流扶正器

说明书

本实用新型涉及一种增速型套管弹性旋流扶正器，是一种依据固体壁面在套管柱上组合成渐缩形流道对流体流动的限制、导向与增速作用，在标准套管弹性扶正器中对称地加入6组特制的导流体，实现水泥浆在环空中以螺旋流流动方式顶替钻井液，提高固井顶替效率的特殊装置。

石油固井技术研究和现场施工经验表明，注水泥过程中，保证套管居中及使环空中水泥浆以螺旋流方式顶替钻井液，是提高固井顶替效率、固井质量的有效途径之一。参见张景富编著《钻井流体力学》，石油工业出版社，1994年。为此，笔者于1994年成功地完成了《套管弹性旋流扶正器》产品的专利设计工作。参见ZL942 03840.1。并投入生产和油田施工应用，取得了良好的施工效果。参见张景富等“套管弹性旋流扶正器的旋流规律及应用”，《石油学报》1997年第一期。

然而，由ZL 94 2 03840.1所提供的装置，由于导流片设计过于简单，只能为液流提供等径流道，从而使其所产生的旋流能力受到一定程度的限制。为此，笔者以改善和提高装置出口处流速为着眼点，以ZL 94 2 03840.1为基础，研制了一种能够提高装置旋流能力的新型装置。

本实用新型的目的是提供一种增速型套管弹性旋流扶正器，它是一种既能改善套管偏离井眼轴线程度又能够产生较强环空旋流的装置。

本实用新型的目的是通过以下过程实现的：首先用5片特定形状的2mm厚65Mn或60Si₂Mn弹簧钢板焊接成如图1所示的导流体，导流体的形状为楔形五面体，导流体参与形成流道的两个侧面分别垂直于套管柱面，可分别称为内侧面和外侧面。在圆柱坐标系下的该两侧面的迹线方程对于内侧面为一空间螺旋线，而对于外侧面则为由下部弧线与上部螺旋线相切连接构成的空间曲线。由此，内侧面为空间螺旋面，而外侧面则为由空间弧面与空间螺旋面平滑连接的空间曲面；导流体与套管柱面相接触的面为与套管外径相同的圆柱面，可称为内柱面，而相对应的另一面也是圆柱面，可称为外柱面，内、外柱面相互平行，两面距离为内、外柱面半径之差；导流体顶面为一扇形圆环平面，与内、外圆柱面的中心轴线相垂直，其与套管柱相接触的边界及对侧边界分别为与内、外柱面半径相吻合的内、外圆弧，该平面的另外两个边为分别与内侧面和外侧面边界相吻合且垂直于内、外柱面的直线，显然，二者与圆柱中心轴线的垂直交点即为该面上内、外圆弧的圆心。控制整个导流体制做的特征尺寸参数有：①导流体长度，以楔形五面体沿套管垂直轴线的纵向投影高度表征，用符号Lb表示。②旋流角，参与形成流道的内、外侧面的螺旋迹线与柱面中心垂直轴线的夹角定义为旋流角，以符号β表示。③导流体高度，导流体内、外柱面间的距离定义为导流体高度，为内、外柱面半径之差，以符号h表示。④导流体宽度，可用导流体顶面平面中的内、外圆弧的长度来定义。因为为了保证参与形成流道的内、外侧面与套管圆柱面相互垂直，加之导流体的内、外柱面的半径不同，因此反映在顶平面上的内、外圆弧长度是不同的，所以同时用内、外圆弧弧长来表征，可分别以符号S1、S2表示。当导流体的长度、旋流角及导流体高度确定后可通过公式计算出该两弧长度S1、S2，因此，通常可只用导流体长度、旋流角、导流体高度三个参数作为导流体的特征参数。若以Ri表示套管外半径，以Rt表示导流体外柱面半径，则上述各参数可按如下方式设计：导流体长度Lb=1.05Ricosβ+Δ(Δ可取5～15mm)，导流体高度h=Rt-Ri=标准弹性扶正器闭合最大内径-Δh(Δh可取5～10mm)，旋流角在35°～60°之间取值。

按以上技术方案作出6组导流体部件，然后将焊接好的导流体整体焊接在固定筋上(如图2)，制成6组焊接组装件。固定筋采用3～4mm厚65Mn或60Si₂Mn弹簧钢板加工成，其形状如图2所示为喇叭形平板，筋板最窄部宽度6～10mm，最宽部宽度12～20mm，由中间部位即L/2处起采用斜直线使板宽逐渐增加，喇叭口宽端面形状能保持与焊接部位的图1导流体外侧面吻合接触。斜直线与原直边过渡点磨圆以防产生应力集中。在进行固定筋宽端面与导流体外侧面接触部位的形状设计以及固定筋与导流体焊接时，均应充分考虑固定筋板面与导流体的方向和位置的相互对应关系。固定筋板平面的焊接方向和位置为：选取固定筋板面中线与按导流体长度在外侧面上所获得的水平中分线即Lb/2处对准，并以该中分线与小半径内圆柱面交点对应的圆柱半径方向为固定筋板面法线方向，再以固定筋板面中心线沿法线方向距内柱面距离约2～5mm进行定位；此方向和位置处固定筋板平面与导流体外侧面的相交曲面即为宽端部应具有的形状。