液压式刚性扶正器
技术领域
本发明创造涉及一种液压式刚性扶正器，属于水平井套管固井射孔完井技术中配套设备。
背景技术
水平井钻探技术是提高勘探开发效果、单井产量和油藏采收率的一种全新工艺方式，推动了石油开采工艺的发展，已列为当今石油工业最重要的关键技术之一。水平井完井工艺中采用“套管固井射孔完井技术”为主要完井工艺。
在水平井套管固井射孔完井技术中，如何提高顶替效率、强化顶替效果是水平井固井中的重要环节之一，而“套管居中度”是提高顶替效率、强化顶替效果的主要原因。现有市场上采用弹性扶正器及刚性扶正器两种扶正器作为提高套管居中度的唯一手段。弹簧扶正器受弹簧片质量、井径等因素影响，仅能确保67％或更低的套管居中度；刚性扶正器虽然可以确保套管67％以上的套管居中度，但刚性扶正器的外径对井眼轨迹及井径要求较高，不能有缩径井段或在通过狗腿度较大的井段时增加管柱刚性，增大了管柱下入难度。
发明内容
本发明创造要解决的技术问题是提供一种液压式刚性扶正器，该液压式刚性扶正器采用液压控制外伸的棘爪结构，不仅实现了扶正器的原始外径小，入井时无任何阻力、不受井径变化影响，同时棘爪外伸锁定，保证了坐封性能。
为解决以上问题，本发明创造的具体技术方案如下：本发明提供一种液压式刚性扶正器，包括上接头、下接头、一级棘爪、二级棘爪和滑移锁定装置，上接头和下接头通过螺纹密封连接，形成管状结构；一级棘爪通过螺纹连接在下接头的外圆周下部；滑移锁定装置设置在下接头的外圆周中部，所述的二级棘爪设置在滑移锁定装置与一级棘爪之间，滑移锁定装置的下端与二级棘爪的上端通过楔面A配合，二级棘爪的下端与一级棘爪上端通过楔面B配合，滑移锁定装置向下滑移推动一级棘爪和二级棘爪张开，与井壁贴合实现坐封功能。
作为进一步的技术方案，所述的滑移锁定装置主要由进液套和坐封活塞组成，进液套的上端与上接头的下端滑动插接并密封，进液套通过锁定剪钉与上接头固定连接，进液套的下端滑动安装在下接头的外侧并在滑动配合面处密封，下接头上设有进液孔，进液孔位于进液套与下接头之间的密封点以上，所述的坐封活塞通过螺纹连接在进液套的下端，所述的楔面A位于坐封活塞的下端，坐封活塞与进液套的连接处设有用于将滑移锁定装置锁定在下接头上的锁定装置。
作为进一步的技术方案，所述的锁定装置为锁环，锁环夹在进液套和坐封活塞之间，锁环的内侧和下接头的外侧均设置有起逆止作用的单向爬牙。
作为进一步的技术方案，所述的一级棘爪和二级棘爪均由棘爪和延长杆组成，且棘爪和延长杆为圆周均布的切割式结构；其中一级棘爪的延长杆与下接头之间形成环形腔，环形腔下端部形成限位台，二级棘爪的延长杆插入环形腔内。
作为进一步的技术方案，所述的一级棘爪的棘爪内圆周分别设有防转柱，在二级棘爪的楔面B上设有位置对应的防转槽，防转柱与防转槽滑动连接。
本发明的有益效果为：本申请的液压式刚性扶正器创造性地采用两级棘爪和两个楔面的结构，通过液压推进楔面下移，使两级棘爪向外扩张后，便可实现与井壁压紧坐封的功能。与现有技术相比，这种刚性支撑方式不但可最大程度上保证套管的居中度，而且降低了管柱的下入难度。
附图说明
图1为液压式刚性扶正器的结构示意图。
图2为图1的A-A剖视图。
图3为图1的B-B剖视图。
图4为液压式刚性扶正器的工作状态图。
图5为图4的C-C剖视图。
图中：1-上接头，2-进液套，3-坐封活塞，4-锁环，5-一级棘爪，6-二级棘爪，7-下接头，8-锁定剪钉，9-进液孔，10-防转柱，11-防转槽，12-单向爬牙，13-限位台，14-楔面A，15-楔面B。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步描述：
如图1至图3所示，本实施例包括上接头1、下接头7、一级棘爪6、二级棘爪5和滑移锁定装置，上接头1和下接头7通过螺纹密封连接，形成管状结构，安装时，上接头1和下接头7分别与套管连接。一级棘爪6通过螺纹连接在下接头7的外圆周下部；滑移锁定装置设置在下接头7的外圆周中部，所述的二级棘爪5设置在滑移锁定装置与一级棘爪6之间，滑移锁定装置的下端与二级棘爪5的上端通过楔面A配合，二级棘爪5的下端与一级棘爪6上端通过楔面B配合。
在上述结构中，滑移锁定装置需要具备两个功能：一是通过楔面A14的作用迫使一级棘爪5和二级棘爪6向外扩张；二是使楔面A14到达下极限位置后自动锁定，不会复位。为了实现上述功能，本申请所述的滑移锁定装置主要由进液套2和坐封活塞3组成，进液套2的上端与上接头1的下端滑动插接并密封，进液套2通过锁定剪钉8与上接头1固定连接，进液套2的下端滑动安装在下接头7的外侧并在滑动配合面处密封，下接头7上设有进液孔9，进液孔9位于进液套2与下接头7之间的密封点以上，所述的坐封活塞3通过螺纹连接在进液套2的下端，所述的楔面A位于坐封活塞3的下端，坐封活塞3与进液套2的连接处设有用于将滑移锁定装置锁定在下接头7上的锁定装置。所述的锁定装置为侧面带有开口的锁环4，锁环4可采用弹簧钢制成，锁环4的内侧和下接头7的外侧均设置有起逆止作用的单向爬牙12(带有单向爬牙12的锁环在封隔器等常规井下工具中非常常见，实现的功能也相同，故其具体结构在此不再赘述)。
下井前，一级棘爪5和二级棘爪6的位置状态如图1所示，在该状态下，一级棘爪5和二级棘爪6的最大外径与扶正器整体的直径一致，且比现有扶正器的外径小，有利于降低套管的下井难度。扶正器下至井下预定位置后，向套管内打压注入高压水，压力经过进液孔9到达进液套2的上侧使进液套2具有向下滑动的运动趋势，锁定剪钉8在压力作用下剪断后，进液套2、坐封活塞3连同锁环4一同向下移动，继而推动进液套2和坐封活塞3一同向下滑动，最终使一级棘爪5和二级棘爪6在楔面A14和楔面B15的作用下向外扩张，达到如图4所示的工作状态。
如图1或图4所示，所述的一级棘爪6和二级棘爪5均由棘爪和延长杆组成，且棘爪和延长杆为圆周均布的切割式结构；其中一级棘爪6的延长杆与下接头7之间形成环形腔，环形腔下端部形成限位台13，二级棘爪5的延长杆插入环形腔内。延长杆的结构实现了两个棘爪的过渡连接，具有一定的滑移距离和伸缩半径。
所述的一级棘爪6的棘爪内圆周分别设有防转柱10，在二级棘爪5的楔面B上设有位置对应的防转槽11，防转柱10与防转槽11滑动连接。
本申请所述液压式刚性套管扶正器的使用过程如下：
步骤1，液压式刚性扶正器的上接头1和下接头7分别连接套管，并下放至设计位置；
步骤2，套管内加压，液体从进液孔9进入，进液套2受到向下的推力，当压力达到设定压力时，锁定剪钉8被剪断；
步骤3，进液套2开始向下运动，进液套2推动坐封活塞3和二级棘爪5向下接头7方向运动，受二级棘爪5推动挤压，一级棘爪5开始向外扩张，直至二级棘爪5的延长杆卡死在一级棘爪6内部的限位台13处；
继续加压，进液套2继续推动坐封活塞3向下接头7方向运动，受坐封活塞3推动挤压，二级棘爪5带动一级棘爪6同时继续向外扩张直至与井壁完全贴合，坐封活塞3停止运动；当坐封活塞3停止运动时，锁环4与爬牙12锁死，确保扶正器坐封后为锁死状态，形成永久坐封。
