一種用于漂浮下套管的高強度自溶式引鞋

本發明涉及石油鉆井，特別是一種用于漂浮下套管的高強度自溶式引鞋。

背景技術：

1、漂浮下套管技術是一種應用于長水平段水平井和大位移井的完井技術。該技術通過在套管串中加入漂浮接箍，并在漂浮接箍與套管鞋之間的套管內封閉空氣或低密度鉆井液，使得該段管串在井眼內產生一定的浮力，從而減小套管下入過程中與井壁的摩阻，達到套管安全下入的目的。這種技術解決了傳統套管下入過程中遇到的摩阻大、下入困難等問題，提高了套管的安全下入效率，同時也有助于提高固井質量，因為它允許在套管上安裝更多的扶正器，以保持套管在水平段/斜井段井眼內的居中。漂浮下套管技術的關鍵在于浮箍的可靠性，它是確保套管長期穩定運行的重要因素。此外，還需要注意套管的抗擠強度，這是漂浮下套管工藝技術的關鍵條件。

2、井下可溶式材料主要用于油氣井的壓裂、封堵等作業，其類型多樣，包括可溶金屬材料和可溶高分子材料兩大類。可溶金屬材料主要包括鎂合金、鋁合金等，這些材料在特定環境中可通過物理化學反應或生物同化作用在一定時間內自行降解，甚至完全消失。鎂合金因其密度小、比強度高等特點，被廣泛應用于可溶金屬材料中。可溶高分子材料則主要包括聚乙醇酸等，這些材料在液體環境中及一定溫度條件下會發生水解反應，最終降解為二氧化碳和水。

3、如今常見的可溶式材料有以下幾類。

4、可溶樹脂：這是近20年迅速發展起來的一種功能高分子材料，廣泛應用于農業、園藝、建筑、涂料、食品、醫藥衛生、環境保護、石油化工等方面。貝克休斯公司最早提出用可溶樹脂制備可溶工具，溶解介質為其開發的特殊溶解液。該材料具有很高強度(400mpa)和高硬度(hv180)，滿足作為壓裂球使用的基本性能。不過在使用時，需要加入配套的腐蝕溶液，與常規腐蝕介質有所不同。該材料的生產工藝復雜，制造成本較高，使得該材料并未得到更多的推廣；

5、可溶鎂基合金：鎂有著儲量豐富，密度低，比強度高，化學性質活潑，鑄造及加工性能良好等優點。可溶鎂合金是主要基于電偶腐蝕原理而溶解的。鎂合金的標準電極電位較低(-2.37v)，在合金中添加ni、fe、cu等元素，可與mg形成分布于合金晶界的化合物。由于它們較鎂基體的腐蝕電位高很多，在電解質溶液中與鎂晶粒之間形成了大量腐蝕原電池，導致mg快速腐蝕。油井內通常含有礦化度非常高的腐蝕性介質，該類合金在井內水介質的作用下可快速溶解。目前可溶鎂基合金在油氣田和醫療領域等都有著不錯的應用，但想要進一步發展還需解決以下問題：我國井下水環境復雜，水溫在50～120℃及氯離子濃度在3000～30000ppm范圍變化，而合金溶解速率對合金成分、水溫、氯離子濃度敏感。如果鎂合金選擇不合理，橋塞可能未溶，溶解緩慢，或者溶解過快，可能壓裂施工未開始，橋塞卻已失去封堵功能。此外，國內使用的大部分可溶鎂合金采油工具來源于外國公司，不符合我國實際發展現狀；

6、可溶金屬基增強顆粒復合材料：近幾年來，顆粒增強金屬基復合材料(p-mmc)的相關研究正逐漸趨于熱門。基于眾所周知的霍爾-佩奇關系，當增強顆粒(al2o3、sic、tib2、tic3等)作為增強粒子添加到合金中時，它們會基于位錯理論細化晶粒，從而改善合金的機械性能。以可溶金屬材料為基體材料時，該復合材料有望實現改善傳統可溶金屬材料強度不足的問題。此外，增強顆粒強烈影響合金與其工作環境的電化學、化學和物理相互作用，有研究表明增強顆粒的尺寸、含量、形狀等性質的不同都會引起合金腐蝕行為的變化。

7、其他高分子材料：有研究者將聚乙交酯(pga)用作可溶材料，其溶解機理為酯鍵水解。當水分子進入聚合物大分子鏈間隙，聚合物的無定型結構部分先水解，而結晶結構部分隨后水解，最終材料完全降解。這類高分子材料容易發生嚴重塑性變形，溶解后會在套管上產生殘留物，且難以去除。由于其制造成本問題過高的問題始終沒有得到解決，這類材料很少被用來制備橋塞等大型工具。

8、影響可溶鋁合金材料溶解速率的因素主要包括合金元素的種類和含量、微觀組織結構、熱處理狀態以及外部環境條件等。合金元素的種類和含量對可溶鋁合金材料的溶解速率有直接影響。例如，在al-zn-mg-cu鋁合金中，通過調整ga和in的含量，可以控制合金的溶解速率。當ga、in的含量增加時，鋁合金的溶解速率顯著提升。

9、外部環境條件，如溫度和溶液成分，也會影響可溶鋁合金材料的溶解速率。例如，升高溶液溫度可以顯著提高合金的活性，從而提高溶解速率。

技術實現思路

1、本部分的目的在于概述本發明的實施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施例。在本部分以及本技術的說明書摘要和發明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發明的范圍。

2、鑒于上述或現有技術中存在的問題，提出了本發明。

3、因此，本發明的目的是提供一種用于漂浮下套管的高強度自溶式引鞋，其能夠提供一種高強度、耐高溫的引鞋，能夠在漂浮下套管過程中有效引導套管下沉，提高鉆井作業效率。

4、為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：一種用于漂浮下套管的高強度自溶式引鞋，其包括接單元，包括公頭組件、設置于公頭組件底部的母頭組件，以及設置于母頭組件底部的固定組件；

5、母頭組件中部設置有小臺階。

6、作為本發明用于漂浮下套管的高強度自溶式引鞋的一種優選方案，其中：公頭組件包括套管、與套管底部固定連接的公接頭，以及環繞設置于公接頭外側壁的外螺紋。

7、作為本發明用于漂浮下套管的高強度自溶式引鞋的一種優選方案，其中：母頭組件包括設置于公接頭底部的母接頭、設置于母接頭內側壁的內螺紋，以及設置于母接頭頂部的安裝槽。

8、作為本發明用于漂浮下套管的高強度自溶式引鞋的一種優選方案，其中：固定組件包括保徑齒、設置于保徑齒內部的固定齒，以及設置于固定齒底部的導向頭。

9、作為本發明用于漂浮下套管的高強度自溶式引鞋的一種優選方案，其中：導向頭設置為向下收口的45°錐形。

10、作為本發明用于漂浮下套管的高強度自溶式引鞋的一種優選方案，其中：小臺階設置為梯形狀態，頂部設置為傾斜面。

11、作為本發明用于漂浮下套管的高強度自溶式引鞋的一種優選方案，其中：公接頭與安裝槽適配，外螺紋與內螺紋適配。

12、作為本發明用于漂浮下套管的高強度自溶式引鞋的一種優選方案，其中：導向頭設置為可溶鋁合金材料，公接頭和母接頭均采用碳鋼材料。

13、作為本發明用于漂浮下套管的高強度自溶式引鞋的一種優選方案，其中：保徑齒環繞設置于母接頭外側壁的底部。

14、作為本發明用于漂浮下套管的高強度自溶式引鞋的一種優選方案，其中：固定齒環繞設置于導向頭外側壁，導向頭通過固定齒與母接頭底部固定連接。

15、本發明的有益效果：本發明通過設置連接單元，積小、殘渣少，可溶引鞋的設計使得其體積小巧，使用后殘留的固體殘渣較少，這有助于減少清理工作量和環境影響。可溶鋁合金可以應用于室溫至85攝氏度各種溫度的地層，這使得它在多種地質條件下都能發揮作用。盡管可溶鋁合金可以溶解，但它在未溶解前具有足夠高的強度和一定的塑性，這使得它在作為結構件使用時能夠滿足一定的力學性能要求，通過向下收口的45°錐形設計，在管串下入過程中提供有效引導，防止底端鍥入井壁，保徑齒的設計減少引鞋與井壁之間的摩擦，降低引鞋磨損概率和破壞井壁的可能性，確保套管順利下入，小臺階的設計提高引鞋安裝的效率和安全性，防止安裝過程中因壓力過大損壞引鞋結構。固定齒的設計提高了安裝和操作的安全性和穩定性。