自動灌漿浮箍浮鞋的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及石油工具技術領域，特別是一種石油、天然氣鉆探過程中用的自動灌 漿浮髓、浮鞋。
【背景技術】
[0002] 浮髓、浮鞋作為重要的套管附件，其可靠性直接影響到固井質量。目前，現有浮髓、 浮鞋主要由本體，限流板，截止閥座，合金球，導向帽等組成。
[0003] 中國專利號03269873.9的實用新型專利公開了一種自動灌漿反向限流的浮髓、浮 鞋，在浮髓本體上、下端或浮鞋上端加工有和石油套管聯接的套管螺紋，浮鞋本體下端裝有 半球狀圓帽（即導向帽），本體內壁上通過直螺紋聯接有止回閥座，止回閥座下方裝有止回 閥，止回閥下方在本體內壁上通過水泥砂漿固接密封著鎖銷內套、鎖銷外套W及限壓銷釘 組成的閥瓣鎖定機構和限流板，限流板上開設有導流孔。
[0004] 上述現有技術中，產品結構存在如下問題： 1.無法實現自動限流:限流板材料多為鋼制材料，導流孔尺寸在泥漿循環過程中無法 變形到所需要求，所W泥漿在環形空間的上返流量、上返速度、反向限流時間無法控制。
[0005] 2.材料多為鋼管和鋼板結構，可鉆性差，密封面暴露在酸性環境中易腐蝕從而造 成密封失效。
【發明內容】
[0006] 為解決現有浮髓、浮鞋存在的上述缺陷，本發明的目的是提供一種浮髓浮鞋，可W 自動灌漿，自動限流，密封性和可鉆性好，耐高溫，耐腐蝕，減少鉆井時間，本發明解決上述 技術問題是通過W下技術方案來實現的： 一種自動灌漿浮髓、浮鞋，所述浮髓和浮鞋通過石油套管連接，它包括浮髓本體和浮鞋 本體，在浮髓本體和浮鞋本體內壁上通過直螺紋聯接有截止閥座，所述截止閥座內孔加工 有斜面作為密封面，所述截止閥座下方裝有截止閥，閥體密封面為球面，所述截止閥座下方 在所述浮髓本體和浮鞋本體內壁上通過高強度混凝±固接密封著剪切機構和流量控制閥， 所述流量控制閥位于剪切機構下方，所述剪切機構分為內外套筒，內外套筒之間有銷釘，所 述剪切機構內投放有合金球，所述流量控制閥為中間開設有階梯狀導流孔的圓環，由下臘 橡膠和環形彈黃復合材料制成，其硬度為HS70 ± 5，拉伸強度^ 16Mpa，拉斷伸長率^ 400%， 壓縮永久變形7〇°C X 2地^ 30%，撕裂強度^ 30KN/m，脆性溫度^ -40°C，熱空氣老化70°C X 16化下硬度變化HS< ±6,拉伸強度M3Mpa，拉斷伸長率> 320%，臭氧老化50X 10-8:20%， (40±2)°CX4她無裂紋。
[0007] 進一步的，所述流量控制閥的制備方法為：（1)將氨化下臘70%，氧化鋒10%，硬脂酸 3%，防老劑2.5%，古馬隆樹脂6%，二下醋3%，填充劑3.5%混合密煉后停放24小時后做為膠料 待用；（2)膠料放入開煉機，加入促進劑:硫橫2%，開煉后進入過濾機后停放24小時待用；（3) 將開煉好的橡膠片分條進入擠出機擠出成型：與產品截面尺寸大致相同待用；（4)硫化:先 將擠出成型膠體用模具成型，并放入環形彈黃，硫化機升溫到16(TC后將成型好的半成品放 入定型模具內液壓合模，硫化18分鐘，出模待用；巧)二次硫化定型:烤箱升溫到130°C，硫化 8小時后自然冷卻；（6)產品去除飛邊、毛刺；（7)檢測外形尺寸及物理性能，合格后入庫。
[0008] 進一步的，所述浮髓本體上、下端加工有和石油套管聯接的套管螺紋。
[0009] 進一步的，所述浮鞋本體上端加工有和石油套管聯接的套管螺紋，下端裝有導向 帽。
[0010] 進一步的，所述流量控制閥的外邊緣設有一定錐度。
[0011] 進一步的，所述流量控制閥底部設有一圈凸起。
[0012] 進一步的，所述高強度混凝±的主要成分包括:G級高抗油井水泥25wt%、膨脹劑 0.5wt%、娃粉3wt%、早強劑0.5wt%、石英砂25wt%、花崗巖石屑38wt%和水8wt〇/〇。
[0013] 本發明的特點與有益效果： a.自動灌漿設計：自動灌漿過程由截止閥和流量控制閥控制。截止閥在下套管過程中 處于開啟狀態，下套管過程中泥漿通過截止閥和流量控制閥進入套管內?？蓽p少泥漿在環 形空間的上返量及上返速度，減小套管在下放過程中對井底的沖擊壓力，有效避免下套管 過程中由于激動壓力而造成的井漏。無需下套管中途灌泥漿，可連續進行下套管作業，節省 施工時間，避免由于灌漿過程中套管停頓而發生卡套管事故。
[0014] b.采用自動限流設計:流量控制閥出口有彈性，出口直徑會隨壓力變化而變大或 縮小，從而控制壓力平衡。通過流量控制閥根據井下壓力變化自動調整灌泥漿量，使井底保 持壓力平衡、穩定。套管下至預定深度后，通過投放合金球可W自動形成密封，防止水泥漿 倒流，操作方便可靠。
[0015] C.可鉆性好，耐腐蝕:除浮髓、浮鞋本體外主要配件均為非金屬材質，可鉆性設計， 可使用普通牙輪鉆頭直接鉆進，提高施工效率。和酸堿接觸所用材料為侶合金、下臘橡膠 等，耐腐蝕，從而密封性好。
[0016] d.高強度混凝±使得浮髓、浮鞋密封性能好、抗壓強度高、抗滲透性好。
[0017] e.W下臘橡膠為主要原料制成的流量控制閥，耐水、耐油、耐熱、耐磨，粘結力強， 氣密性能良好，可在高溫、高壓和高油的極端條件下使用。
[0018] 自動化設計為產品的顯著特點。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發明浮髓結構示意圖； 圖2為本發明浮鞋結構示意圖； 圖3為本發明流量控制閥的剖面結構示意圖； 1.浮髓本體;2.截止閥座;3.截止閥;4.剪切機構;5.合金球;6.流量控制閥；7.高強度 混凝±; 8.導向帽；11.浮鞋本體。
【具體實施方式】
[0020] 下面結合附圖對本發明浮髓、浮鞋作出詳細說明。
[0021] 如圖1和圖2所示，本發明浮髓包括浮髓本體1，截止閥座2、截止閥3、剪切機構4、合 金球5和流量控制閥6,本發明浮鞋包括浮鞋本體11，截止閥座2、截止閥3、剪切機構4、合金 球5、流量控制閥6和導向帽8,本發明在浮髓本體1上、下端和浮鞋本體11上端加工有和石油 套管聯接的套管圓螺紋或套管偏梯形螺紋，浮鞋本體11下端裝有導向帽8,浮髓本體1、浮鞋 本體11內壁上通過直螺紋聯接有截止閥座2,截止閥座2內孔加工有斜面作為密封面，截止 閥座2下方裝有截止閥3,截止閥主要由閥體、回轉軸、扭黃等組成，閥體密封面為球面，在截 止閥座2下方浮髓本體1、浮鞋本體11內壁上通過高強度混凝±7固接密封著剪切機構4和流 量控制閥6，流量控制閥6用W調節液體流量，隨著井下套管內外壓力變化，流量控制閥6的 出口直徑會隨著變化，從而控制壓力平衡和流量。剪切機構4分為內外套筒，內外套筒之間 有銷釘。合金球可在適當的時間通過井口套管投放到剪切機構座內，在外力作用下合金球5 可向下移動，剪切機構4發揮作用，截止閥3自動關閉，可有效控制管外流體倒流到管內。
[0022] 本發明浮髓本體1、浮鞋的本體11為35化Mo材料，經調質處理，調質加熱溫度840- 860°C，保溫時間1.2-1.5小時。截止閥座2為高強度侶合金，截止閥3為高強度侶合金，剪切 機構4主要材料為高強度侶合金，合金球5為侶合金，浮鞋專用導向帽8為HT200材料。
[0023] 由于是在極端條件下，高溫高壓和高油的條件下使用，本發明流量控制閥6為了確 保其出口直徑的變化，需要很高的性能才能滿足浮髓浮鞋流量閥的要求，本發明浮髓浮鞋 的流量控制閥6為中間開設有階梯狀導流孔的圓環，其外邊緣設有一定錐度，作用是為了使 流量控制閥6外圓和混凝±更好的結合，防止其在工作時從混凝±上剝離失效;其底部設有 一圈凸起，作用是把橡膠的變形量控制在該凸起的內圈，凸起外圈盡量減小變形，同樣是為 了防止其在工作時從混凝±上剝離失效。
[0024] 流量控制閥6由下臘橡膠和環形彈黃復合材料制成，環形彈黃環繞在流量控制閥 的導流孔處，環形彈黃的加入增加了橡膠的彈性和抗疲勞性。具體制備工藝步驟如下： (1) 將氨化下臘70%，氧化鋒10%，硬脂酸3%，防老劑2.5%，古馬隆樹脂6%，二下醋3%，填充 劑3.5%混合密煉后停放24小時后做為膠料待用； (2) 膠料放入開煉機，加入促進劑:硫橫2%，開煉后進入過濾機過濾24小時待用； (3) 將開煉好的橡膠片分條進入擠出機擠出成型:與產品截面尺寸大致相同待用； (4) 硫化:先將擠出成型膠體用模具成型，并放入環形彈黃，硫化機升溫到160°C后將成 型好的半成品放入定型模具內液壓合模，硫化18分鐘，出模待用； (5) 二次硫化定型:烤箱升溫到130°C，硫化8小時后自然冷卻； (6) 產品去除飛邊、毛刺； (7) 檢測外形尺寸及物理性能，合格后入庫。
[0025] 所需檢測的流量控制閥的物理性能包括硬度(邵爾A)/度、拉伸強度/M化、拉斷伸 長率/%、壓縮永久變形、撕裂強度AKN/m)、脆性溫度/°C、熱空氣老化、臭氧老化等項目，各 項目所用測試方法如下： 1. 硬度測試所用設備為邵氏A型硬度計，將試樣放置在該硬度計下，根據產品的伸出長 度L來計算邵氏A硬度的大小，邵氏A硬度計算公式:HA=100-L/0.025; 2. 拉伸強度測試所用設備為橡膠拉伸強度測試儀，選擇溫度、濕度、試驗速度，測試試 樣的拉伸強度/MPa; 3. 拉斷伸長率測試所用設備為橡膠拉斷伸長率測試機，選擇荷重元、力量放大倍數、速 度等參數，記錄試樣的拉斷伸長率/%; 4. 壓縮永久變形測試所用設備為橡膠壓縮永久變形測試儀，試樣在溫度為70°C、濕度 為25%的條件下壓縮24h，測試其壓縮永久變形率； 5. 撕裂強度測試所用設備為撕裂強度測試儀，將試樣裝夾在夾具的兩個夾頭之間，兩 夾頭做相對運動，通過位于動夾頭上的力值傳感器和機器內置的位移傳感器，采集到試驗 過程中的力值變化和位移變化，從而計算出試樣的撕裂強度AKN/m); 6. 脆性溫度測試所用設備為橡膠低溫脆性溫度測試儀，選擇-4〇°c-(rc溫度區間，將試 樣用夾持器夾住，放在試驗基座上，保持3min，啟動沖頭，沖擊試樣，測試產品的脆性溫度/ V; 7. 熱空氣老化測試所用設備為熱空氣老化試驗箱，試樣在溫度為7(TC的條件下放置 168h，測試產品的硬度變化(