一种旋流扶正装置
技术领域
本实用新型涉及一种套管用的定位装置，特别涉及一种旋流扶正装置，属于井下设备技术领域。
背景技术
钻井施工中，将井斜角在60°至86°之间的定向井称为大斜度井，井斜角在86°以上的称为水平井。随着石油天然气井开发技术的不断进步，大斜度井、水平井应用越来越多，而且水平段也越来越长，水平井完井技术先进，油气产量高，但是存在完井时套管难以下入到底，及固井时套管不易居中，固井质量不高的问题。由于水平井套管下入时，摩阻非常大，使用常规的弹性扶正器，支撑力不够，套管居中效果不理想。如果使用刚性扶正器，由于刚性扶正器的外径过大，套管难以下入。
为了顺利将套管串下入到井底，同时又能保证套管固井时的居中效果，越来越多的水平井开始使用液压式扶正器，现有的液压扶正器由弹性扶正器、液缸、中心管等部件组成，下入状态时扶正器是收缩的，最大外径明显小于井眼尺寸，保证套管能够更容易的下入到位。在套管下入到井底后，投球或通过胶塞碰压的方式，剪断销钉，液缸推动扶正器膨胀，起到使套管居中的作用。
传统的液压扶正器对入井后的安装位置要求较高，需要安装在井径规则、井斜较小的井段；但是固井施工一般都要求在井径比较大、井斜比较大的井段加装扶正器确保该井段的套管居中度，因此传统液压扶正器使用后很难发挥出其该有的作用。
此外，传统液压扶正器仅有使套管居中的功能，没有使流体经过扶正器后增加流体流速的功用，因此在小排量替浆时就无法满足紊流顶替的要求，不能有效提高水泥浆的顶替效率。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种旋流扶正装置，既可以在井斜比较大的井段使套管居中，又可以使流体经过后增加流速，呈现紊流状态，能够显著的提高大井斜、水平井及小排量替浆施工井的固井质量。
为解决以上技术问题，本实用新型的一种旋流扶正装置，包括中心管，中心管的中部外周固定有防转套，防转套的下端固定有扶正定位环，扶正定位环的下方连接有扶正器，扶正器的下端设有压缩扶正器的下液缸，下液缸的上腔通过下注液孔与中心管的内腔相通，下液缸的下端通过下剪钉固定在下连接环上，下连接环固定在中心管的下部圆周上；所述防转套的上端连接有旋流器，旋流器的上端设有压缩旋流器的上液缸，上液缸的下腔通过上注液孔与中心管的内腔相通，上液缸的上端通过上剪钉固定在上连接环上，上连接环固定在中心管的上部圆周上。
相对于现有技术，本实用新型取得了以下有益效果：中心管的两端分别通过接箍与套管相连，当扶正器与旋流器处于未被压缩状态时，外径较小，使得套管在水平井、大斜度井内容易下入到井底。将该导流定位器连接于水平段或大斜度井段的套管之间，投球憋压，或等注完水泥浆后胶塞碰压后憋压，压力液通过下注液孔进入下液缸的上腔，将下剪钉剪断，使下液缸上行，扶正器的上端固定在扶正定位环上保持不动，扶正器的下端受到下液缸的挤压而上行，使扶正器的中部膨胀并支撑在井眼壁上，使套管在井眼内居中。同时，压力液通过上注液孔进入上液缸的下腔，将上剪钉剪断，使上液缸下行，旋流器的下端固定在防转套上保持不动，旋流器的上端受到上液缸的挤压而下行，使旋流器的中部膨胀并扭曲，进入工作状态；由于旋流器可以使水泥浆绕套管轴线产生旋转，在流量相同的情况下，旋转流动的线速度更快，使流体呈现紊流状态，可以在小排量下使水泥浆实现紊流替浆，有效提高水泥浆的顶替效率，使套管在大斜度井及水平井段能够居中高效替浆，能够显著提高水平井、大斜度井的固井质量，为后期油气开采提供保障。
作为本实用新型的改进，上液缸的上端旋接在上止退套的下端外周，上止退套的上端通过所述上剪钉与所述上连接环的下端相连；所述上止退套的内壁凹槽中嵌装有上止退环，所述上止退环设有贯通的纵向开口且通过内螺纹旋接在中心管上止退段的锯齿螺纹上，所述中心管上止退段向下延伸至上液缸的内腔。套管下井过程中，中心管未憋压，上剪钉将上止退套固定在上连接环上，上连接环固定在中心管的上部圆周上，旋流器处于收缩状态，保证套管顺利下井。当套管下到位且中心管憋压超过上剪钉的剪切强度时，上剪钉被剪断，上止退套脱离上连接环，跟随上液缸下行，使旋流器压缩张开实现导流功能。上止退套下行过程中，上止退套内壁凹槽中的上止退环沿中心管上止退段的锯齿螺纹向下滑动，由于上止退环卡在锯齿螺纹上只能单向前进，上止退套连同上液缸即实现了只能单向向下，旋流器张开后即不会收回，保证固井替浆过程中的导流功能不会发生变化。纵向开口使上止退环具有一定的弹性，便于嵌入上止退套的内壁凹槽且套装在中心管外周。
作为本实用新型的进一步改进，上液缸的下端通过旋流器螺钉与旋流器的上端相连，各旋流器螺钉的内端头分别嵌于中心管外壁的螺旋槽中，各螺旋槽的形状相同且旋向一致。上液缸下行过程中，各旋流器螺钉的内端头沿螺旋槽向下滑行，使旋流器的上端一边下行压缩，一边发生扭转，使旋流器一边膨胀一边进入导流工作状态。
作为本实用新型的进一步改进，上液缸的内壁与中心管外壁之间设有上密封环，上密封环位于所述上注液孔的上方，且上密封环的顶部抵靠在上定位环的下方，所述上定位环的内周嵌于中心管的凹槽中，上定位环的外周与上液缸的内壁间隙配合。当压力液从上注液孔进入上密封环下方时，由于上密封环被上定位环顶住不能上行，且上密封环的内周通过内周密封圈与中心管的外壁实现密封，上密封环的外周通过外周密封圈与上液缸的内壁实现密封，压力液只能推动上液缸下行，压缩旋流器一边膨胀一边扭转，直至上止退套的底部碰到上定位环的上端面，上液缸到达上极限位置。
作为本实用新型的进一步改进，所述上连接环的顶部抵靠在上卡环的下方，上卡环的内周嵌于中心管的凹槽中，上卡环的外周嵌于上扶正环的第一内台阶上，上扶正环的第二内台阶也压在上连接环的顶部，所述上扶正环的下端内螺纹与上连接环的上端外螺纹相旋接。上连接环套入中心管后，在其上方嵌装上卡环，然后上连接环抵靠在上卡环的下方后，再套入上扶正环并且与上连接环相旋接，旋接到位后，上扶正环的第一内台阶压在上卡环的上方，上扶正环的第二内台阶压在上连接环的上方，使三者成为整体且固定在中心管的上部圆周上，这样的结构既便于加工，又便于安装或拆卸。
作为本实用新型的进一步改进，所述旋流器的上下两端分别设有旋流器上环圈和设有旋流器下环圈，旋流器上环圈与旋流器下环圈之间对称连接有多道弓片，各弓片中段的同一侧边沿分别设有向内弯折形成的长条形旋流片，各长条形旋流片与相应的弓片连为一体且以旋流器的轴线为中心呈中心对称分布。当上液缸一边下行一边扭转时，旋流器上环圈跟随上液缸一边下行一边扭转；各弓片一边受压使中部向外膨胀均匀进入套管外的环空，一边跟随旋流器上环圈扭转，使各长条形旋流片跟随扭曲成螺旋状，同一圆周上的多个长条形旋流片对环空的水泥浆起到导流的作用，使水泥浆呈螺旋状紊流前进，且在流量相同即轴向速度相同的情况下，提高了水泥浆的线速度，可以实现大斜度井及水平井在小排量下的紊流替浆，且套管外周固井水泥层的厚度相同，可显著提高水平井、大斜度井的固井质量。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明，附图仅提供参考与说明用，非用以限制本实用新型。
图1为本实用新型旋流扶正装置下井状态的主视图。
图2为图1上半部的放大图。
图3为图1下半部的放大图。
图4为中心管的主视图。
图5为图4的立体图。
图6为本实用新型中旋流器初始状态的立体图。
图7为本实用新型旋流扶正装置工作状态的主视图。
图8为本实用新型中旋流器工作状态的立体图。
图中：1.中心管；1a.螺旋槽；1b.上注液孔；1c.下注液孔；1d.中心管上止退段；1e.中心管下止退段；2a.上扶正环；2b.上卡环；2c.上连接环；2d.上剪钉；2e.上止退套；2f.上止退环；2g.上液缸；2h.上定位环；2j.上密封环；2k.旋流器螺钉；3.旋流器；3a.旋流器上环圈；3a1.上环圈凸榫；3b.弓片；3b1.长条形旋流片；3c.旋流器下环圈；3c1.下环圈凸榫；4.防转套；5.螺纹套；6.中卡环；7.扶正定位环；8.扶正器；9a.下扶正环；9b.下卡环；9c.下连接环；9d.下剪钉；9e.下止退套；9f.下止退环；9g.下液缸；9h.下定位环；9j.下密封环；10.接箍。
具体实施方式
如图1至图8所示，本实用新型的旋流扶正装置包括中心管1，中心管1的上端旋接有接箍10，中心管1的中部外周固定有防转套4，防转套4的下端固定有扶正定位环7，扶正定位环7的下方连接有扶正器8，扶正器8的下端设有压缩扶正器8的下液缸9g，下液缸9g的上腔通过下注液孔1c与中心管1的内腔相通，下液缸9g的下端通过下剪钉9d固定在下连接环9c上，下连接环9c固定在中心管1的下部圆周上；防转套4的上端连接有旋流器3，旋流器3的上端设有压缩旋流器3的上液缸2g，上液缸2g的下腔通过上注液孔1b与中心管1的内腔相通，上液缸2g的上端通过上剪钉2d固定在上连接环2c上，上连接环2c固定在中心管1的上部圆周上。
中心管1的两端分别通过接箍10与套管相连，当扶正器8与旋流器3处于未被压缩状态时，外径较小，使得套管在水平井、大斜度井内容易下入到井底。将该导流定位器连接于水平段或大斜度井段的套管之间，投球憋压，或等注完水泥浆后胶塞碰压后憋压，压力液通过下注液孔1c进入下液缸9g的上腔，将下剪钉9d剪断，使下液缸9g上行，扶正器8的上端固定在扶正定位环7上保持不动，扶正器8的下端受到下液缸9g的挤压而上行，使扶正器8的中部膨胀并支撑在井眼壁上，使套管在井眼内居中。
同时，压力液通过上注液孔1b进入上液缸2g的下腔，将上剪钉2d剪断，使上液缸2g下行，旋流器3的下端固定在防转套4上保持不动，旋流器3的上端受到上液缸2g的挤压而下行，使旋流器3的中部膨胀并扭曲，进入工作状态；由于旋流器3可以使水泥浆绕套管轴线产生旋转，在流量相同的情况下，旋转流动的线速度更快，使流体呈现紊流状态，可以在小排量下使水泥浆实现紊流替浆，有效提高水泥浆的顶替效率，使套管在大斜度井及水平井段能够居中高效替浆。
下液缸9g的下端旋接在下止退套9e的上端外周，下止退套9e的下端通过下剪钉9d与下连接环9c的上部相连；下止退套9e的内壁凹槽中嵌装有下止退环9f，下止退环9f设有贯通的纵向开口且通过内螺纹旋接在中心管下止退段1e的锯齿螺纹上，中心管下止退段1e向上延伸至下液缸9g的内腔。
套管下井过程中，中心管1未憋压，下剪钉9d将下止退套9e固定在下连接环9c上，下连接环9c固定在中心管1的下部圆周上，扶正器8处于收缩状态，保证套管顺利下井。当套管下到位且中心管憋压超过下剪钉9d的剪切强度时，下剪钉9d被剪断，下止退套9e脱离下连接环9c，跟随下液缸9g上行，使扶正器8压缩张开实现扶正功能。
下止退套9e上行过程中，下止退套9e内壁凹槽中的下止退环9f沿中心管下止退段1e的锯齿螺纹向上滑动，由于下止退环9f卡在锯齿螺纹上不能下行，下止退套9e连同下液缸9g即实现了只能单向向上，扶正器8张开后即不会收回，保证固井过程中的居中不会发生变化。纵向开口使下止退环9f具有一定的弹性，便于嵌入下止退套9e的内壁凹槽且套装在中心管1外周。
下液缸9g的内壁与中心管外壁之间设有下密封环9j，下密封环9j位于下注液孔1c的下方，且下密封环9j的底部抵靠在下定位环9h的顶部，下定位环9h的内周嵌于中心管1的凹槽中，下定位环9h的外周与下液缸9g的内壁间隙配合。当压力液从下注液孔1c进入下密封环9j上方时，由于下密封环9j被下定位环9h顶住不能下行，且下密封环9j的内周通过内周密封圈与中心管1的外壁实现密封，下密封环9j的外周通过外周密封圈与下液缸9g的内壁实现密封，压力液即推动下液缸9g上行，使扶正器8受压扩张，直至下止退套9e的顶部碰到下定位环9h的下端面，下液缸9g到达上极限位置。
下连接环9c的底部内周抵靠在下卡环9b的上方，下卡环9b的内周嵌于中心管1的凹槽中，下卡环9b的外周嵌于下扶正环9a的第一内台阶中，下扶正环9a的第二内台阶抵靠在下连接环9c底部外周的下方，下扶正环9a的上端内螺纹与下连接环9c的下端外螺纹相旋接。下连接环9c套入中心管1后，在其下方嵌装下卡环9b，然后下连接环9c落在下卡环9b的顶部后，再套入下扶正环9a并且与下连接环9c相旋接，旋接到位后，下扶正环9a的第一内台阶抵靠在下卡环9b的下方，下扶正环9a的第二内台阶抵靠在下连接环9c的下方，使三者成为整体且固定在中心管1的下部圆周上，这样的结构既便于加工，又便于安装或拆卸。
防转套4的中部内壁旋接有螺纹套5，螺纹套5的内壁旋接在中心管1的外壁，且螺纹套5设有贯通的纵向破口，螺纹套5的下端抵靠在中卡环6上，中卡环6嵌于中心管1的凹槽及扶正定位环7的上端口内台阶上。纵向破口使螺纹套5具有一定的弹性，便于与中心管1及防转套4的旋接为一体，扶正定位环7与防转套4旋接固定，中卡环6对中部定位装置实现整体轴向定位，为旋流器3的下端及扶正器8的上端提供固定支撑。
上液缸2g的上端旋接在上止退套2e的下端外周，上止退套2e的上端通过上剪钉2d与上连接环2c的下端相连；上止退套2e的内壁凹槽中嵌装有上止退环2f，上止退环2f设有贯通的纵向开口且通过内螺纹旋接在中心管上止退段1d的锯齿螺纹上，中心管上止退段1d向下延伸至上液缸2g的内腔。
套管下井过程中，中心管1未憋压，上剪钉2d将上止退套2e固定在上连接环2c上，上连接环2c固定在中心管1的上部圆周上，旋流器3处于收缩状态，保证套管顺利下井。当套管下到位且中心管憋压超过上剪钉2d的剪切强度时，上剪钉2d被剪断，上止退套2e脱离上连接环2c，跟随上液缸2g下行，使旋流器3压缩张开实现导流功能。
上止退套2e下行过程中，上止退套2e内壁凹槽中的上止退环2f沿中心管上止退段1d的锯齿螺纹向下滑动，由于上止退环2f卡在锯齿螺纹上只能单向前进，上止退套2e连同上液缸2g即实现了只能单向向下，旋流器3张开后即不会收回，保证固井替浆过程中的导流功能不会发生变化。纵向开口使上止退环2f具有一定的弹性，便于嵌入上止退套2e的内壁凹槽且套装在中心管1外周。
上液缸2g的下端通过旋流器螺钉2k与旋流器3的上端相连，各旋流器螺钉2k的内端头分别嵌于中心管外壁的螺旋槽1a中，各螺旋槽1a的形状相同且旋向一致。上液缸2g下行过程中，各旋流器螺钉2k的内端头沿螺旋槽1a向下滑行，使旋流器3的上端一边下行压缩，一边发生扭转，使旋流器3一边膨胀一边进入导流工作状态。
上液缸2g的内壁与中心管外壁之间设有上密封环2j，上密封环2j位于上注液孔1b的上方，且上密封环2j的顶部抵靠在上定位环2h的下方，上定位环2h的内周嵌于中心管1的凹槽中，上定位环2h的外周与上液缸2g的内壁间隙配合。当压力液从上注液孔1b进入上密封环2j下方时，由于上密封环2j被上定位环2h顶住不能上行，且上密封环2j的内周通过内周密封圈与中心管1的外壁实现密封，上密封环2j的外周通过外周密封圈与上液缸2g的内壁实现密封，压力液只能推动上液缸2g下行，压缩旋流器3一边膨胀一边扭转，直至上止退套2e的底部碰到上定位环2h的上端面，上液缸2g到达上极限位置。
上连接环2c的顶部抵靠在上卡环2b的下方，上卡环2b的内周嵌于中心管1的凹槽中，上卡环2b的外周嵌于上扶正环2a的第一内台阶上，上扶正环2a的第二内台阶也压在上连接环2c的顶部，上扶正环2a的下端内螺纹与上连接环2c的上端外螺纹相旋接。上连接环2c套入中心管1后，在其上方嵌装上卡环2b，然后上连接环2c抵靠在上卡环2b的下方后，再套入上扶正环2a并且与上连接环2c相旋接，旋接到位后，上扶正环2a的第一内台阶压在上卡环2b的上方，上扶正环2a的第二内台阶压在上连接环2c的上方，使三者成为整体且固定在中心管1的上部圆周上，这样的结构既便于加工，又便于安装或拆卸。
如图7、图8所示，旋流器3的上下两端分别设有旋流器上环圈3a和设有旋流器下环圈3c，旋流器上环圈3a与旋流器下环圈3c之间对称连接有多道弓片3b，各弓片3b中段的同一侧边沿分别设有向内弯折形成的长条形旋流片3b1，各长条形旋流片3b1与相应的弓片3b连为一体且以旋流器3的轴线为中心呈中心对称分布。
旋流器上环圈3a的上端口对称设有向上凸出的上环圈凸榫3a1，上环圈凸榫3a1对称插入上液缸2g的轴向凹槽中；旋流器下环圈3c的下端口对称设有向下凸出的下环圈凸榫3c1，下环圈凸榫3c1对称插入防转套4的轴向凹槽中。下环圈凸榫3c1对称插入防转套4的轴向凹槽中，使旋流器下环圈3c不仅实现了轴向固定，而且实现了径向固定，使旋流器3扭转时，旋流器下环圈3c不会跟随转动。上环圈凸榫3a1对称插入上液缸2g的轴向凹槽中，使旋流器上环圈3a与上液缸2g实现径向定位。
当上液缸2g一边下行一边扭转时，旋流器上环圈3a跟随上液缸2g一边下行一边扭转；各弓片3b一边受压使中部向外膨胀均匀进入套管外的环空，一边跟随旋流器上环圈3a扭转，使各长条形旋流片3b1跟随扭曲成螺旋状，同一圆周上的多个长条形旋流片3b1对环空的水泥浆起到导流的作用，使水泥浆呈螺旋状紊流前进，且在流量相同即轴向速度相同的情况下，提高了水泥浆的线速度，可以实现大斜度井及水平井在小排量下的紊流替浆，且套管外周固井水泥层的厚度相同，可显著提高水平井、大斜度井的固井质量。
以上所述仅为本实用新型之较佳可行实施例而已，非因此局限本实用新型的专利保护范围。除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围内。本实用新型未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述。
