專利名稱：一種新型渦輪式井下振動(dòng)固井裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種新型渦輪式井下振動(dòng)固井裝置，屬石油工業(yè)鉆井行業(yè)固井配 套設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國(guó)大中型含油氣盆地，地質(zhì)條件非常復(fù)雜，固井質(zhì)量不高一直是影響油氣生產(chǎn) 和油井壽命的一個(gè)主要因素。提高固井質(zhì)量是保證油氣井壽命、提高采收率及合理開發(fā)油 氣田的關(guān)鍵技術(shù)之一。實(shí)踐和理論都表明，在注水泥過程中套管柱的振動(dòng)可以提高水泥石 強(qiáng)度和水泥漿頂替效率，消除水泥中的氣泡，形成完好的水泥環(huán)，還可以縮短候凝時(shí)間，有 利于提高一、二界面的膠結(jié)強(qiáng)度，防止固井后的油、氣、水混竄。振動(dòng)是提高固井質(zhì)量行之有 效的方法。目前國(guó)內(nèi)外振動(dòng)固井普遍采用的裝置是地面機(jī)械敲擊式套管柱振動(dòng)裝置，或井口 環(huán)空侯凝期間低頻脈沖發(fā)生裝置。采用這些裝置需大量的地面配套設(shè)施和輔助工具，且改 善固井質(zhì)量效果不明顯。另外有一種置于套管柱浮箍以下的井下水力脈沖固井振動(dòng)裝置， 其性能優(yōu)于上述兩種振動(dòng)裝置，在固井作業(yè)洗井、替漿過程中能降低鉆井液切力，可提高紊 流替漿效率。但該裝置振動(dòng)頻率可控性差、壓力波動(dòng)幅度小，且側(cè)流孔對(duì)井壁沖刷比較厲 害，在遇到大顆粒雜質(zhì)容易出現(xiàn)堵塞注漿通道，導(dǎo)致振動(dòng)裝置失效，進(jìn)而影響到固井作業(yè)的 進(jìn)度和質(zhì)量。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于，提供一套置于套管鞋處、由若干渦輪節(jié)組成，通過對(duì)部分 渦輪節(jié)加裝偏心塊，在高壓流體作用下，渦輪節(jié)帶動(dòng)偏心塊旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生橫向周期性振動(dòng)并 沿套管柱軸向傳播，達(dá)到在套管下放、注前置液及替漿等固井全過程產(chǎn)生振動(dòng)，能顯著提高 水泥頂替效率和固井質(zhì)量，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作安全可靠，便于制造和使用成本低的新型渦輪 式井下振動(dòng)固井裝置。本實(shí)用新型是通過如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的的一種新型渦輪式井下振動(dòng)固井裝置，它由外筒體、單作用渦輪節(jié)、雙作用渦輪節(jié)和 下承托盤構(gòu)成，其特征在于雙作用渦輪節(jié)和單作用渦輪節(jié)交替安裝在外筒體內(nèi)，雙作用渦 輪節(jié)和單作用渦輪節(jié)由心軸兩端的公母接頭串接，下承托盤安裝在最下一個(gè)單作用渦輪節(jié) 的下端，雙作用渦輪節(jié)、單作用渦輪節(jié)和下承托盤通過螺釘固裝在外筒體內(nèi)；所述的單作用 渦輪節(jié)由導(dǎo)流盤、心軸和渦輪葉片組成，渦輪葉片固裝在心軸上，心軸與導(dǎo)流盤連接；所述 的雙作用渦輪節(jié)由導(dǎo)流盤、心軸、偏心塊和渦輪葉片組成，渦輪葉片固裝在心軸上，渦輪葉 片上安裝有偏心塊，心軸與導(dǎo)流盤連接；所述的導(dǎo)流盤上制作有傾斜導(dǎo)流孔。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果在于該新型渦輪式井下振動(dòng)固井裝置由多個(gè)雙作用渦輪節(jié)和單作用渦輪節(jié)兩種基本 結(jié)構(gòu)的單元節(jié)組成，二者按一定順序交替安裝在外筒體中，整個(gè)裝置置于套管柱底端，隨套管柱下到井底。高壓流體通過渦輪節(jié)導(dǎo)流盤的導(dǎo)流傾斜孔，然后作用于兩種渦輪節(jié)的葉片 上，驅(qū)動(dòng)渦輪節(jié)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。單作用渦輪節(jié)只產(chǎn)生扭矩，雙作用渦輪節(jié)同時(shí)產(chǎn)生扭矩和振 動(dòng)。流體最終從振動(dòng)裝置下端的下承托盤導(dǎo)流孔流出。該裝置采用兩種類型渦輪節(jié)串接結(jié) 構(gòu)，一方面有效分散了軸向載荷，大大降低渦輪節(jié)軸向摩阻產(chǎn)生的反扭矩，提高了振動(dòng)裝置 工作的可靠性；避免了現(xiàn)有固井振動(dòng)裝置可能遇到的大顆粒雜質(zhì)卡轉(zhuǎn)、堵塞流體通道進(jìn)而 造成憋泵等井下固井事故及流體側(cè)向流動(dòng)對(duì)井壁的沖蝕作用，有效的保護(hù)了井壁。另一方 面可通過調(diào)整流量、單作用渦輪節(jié)和雙作用渦輪節(jié)的數(shù)目，以及雙作用渦輪節(jié)中偏心塊的 質(zhì)量來改變振動(dòng)裝置的工作性能。該新型渦輪式井下振動(dòng)固井裝置不受井深和井類型限 制，適宜在石油鉆井領(lǐng)域的直井、大位移井、定向井及水平井下工作，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用壽命 長(zhǎng)、工作可靠，能有效提高水泥漿頂替效率，明顯改善固井質(zhì)量。


圖1為一種新型渦輪式井下振動(dòng)固井裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為一種新型渦輪式井下振動(dòng)固井裝置的剖視圖；圖3為圖2中k—k處的雙作用渦輪節(jié)的截面剖視圖；圖4為圖2中B—B處的單作用渦輪節(jié)的截面剖視圖；圖中1、外筒體，2、導(dǎo)流盤，3、傾斜導(dǎo)流孔，4、心軸，5、偏心塊，6、渦輪葉片，7、螺 釘，8、下承托盤，9、單作用渦輪節(jié)，10、雙作用渦輪節(jié)，11、公母接頭。
具體實(shí)施方式
該新型渦輪式井下振動(dòng)固井裝置由外筒體1、多組單作用渦輪節(jié)9和雙作用渦輪 節(jié)10、下承托盤8構(gòu)成，多組單作用渦輪節(jié)9、雙作用渦輪節(jié)10和下承托盤8安裝在外筒體 1內(nèi)，單作用渦輪節(jié)9和雙作用渦輪節(jié)10在外筒體1內(nèi)交替安裝，即按一個(gè)雙作用渦輪節(jié)10 連接一個(gè)單作用渦輪節(jié)9的交替方式連接安裝，單作用渦輪節(jié)9和雙作用渦輪節(jié)10至少間 隔安裝兩組。其中單作用渦輪節(jié)9無偏心塊，只能產(chǎn)生扭矩。雙作用渦輪節(jié)10安裝有偏心 塊，能同時(shí)產(chǎn)生扭矩和振動(dòng)。單作用渦輪節(jié)9和雙作用渦輪節(jié)10由心軸4兩端的公母接頭 11串接，最下面一個(gè)單作用渦輪節(jié)9的下端安裝有下承托盤8，下承托盤8上制作有較大過 流面積的導(dǎo)流孔。單作用渦輪節(jié)9、雙作用渦輪節(jié)10和下承托盤8通過螺釘7固裝在外筒 體1上，公母接頭11的這種連接只傳遞扭矩，不傳遞軸向載荷。所述的單作用渦輪節(jié)9由導(dǎo)流盤2、心軸4和渦輪葉片6組成，渦輪葉片6固裝在 心軸4上，心軸4與導(dǎo)流盤2連接。所述的雙作用渦輪節(jié)10由導(dǎo)流盤2、心軸4、偏心塊5 和渦輪葉片6組成，渦輪葉片6固裝在心軸4上，渦輪葉片6上固裝有偏心塊5，一般在三片 渦輪葉片6上固裝偏心塊5，心軸4與導(dǎo)流盤2連接；所述的導(dǎo)流盤2上制作有六個(gè)傾斜導(dǎo) 流孔3。實(shí)際工作時(shí)，該新型渦輪式井下振動(dòng)固井裝置根據(jù)需要，通過調(diào)節(jié)單作用渦輪節(jié)9 和雙作用渦輪節(jié)10的數(shù)目以及偏心塊5的質(zhì)量，來改變振動(dòng)裝置的工作性能，使其工作頻 率保持在最佳振動(dòng)頻率范圍內(nèi)，工作頻率范圍在5 15Hz時(shí)，固井質(zhì)量的綜合效果最好。 該新型渦輪式井下振動(dòng)固井裝置通過外筒體1與油井套管的套管柱底端連接，隨套管柱入 井。該新型渦輪式井下振動(dòng)固井裝置的工作原理是固井注水泥過程中高壓流體通過 傾斜導(dǎo)流孔3，以一定的傾斜角作用于渦輪節(jié)的渦輪葉片上6，驅(qū)使渦輪節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)于雙作用渦輪節(jié)10，旋轉(zhuǎn)的渦輪葉片6帶著偏心塊5 —起高速轉(zhuǎn)動(dòng)，從而產(chǎn)生周期性的橫向振動(dòng) 并沿套管柱軸向傳播。在振動(dòng)波的作用下，套管柱和環(huán)空內(nèi)的水泥漿或鉆井液產(chǎn)生振動(dòng)，鉆 井液的切力降低20 %以上，有利于清除套管外壁的鉆井液膜及井壁的濾餅，提高頂替效率。 在振動(dòng)作用下水泥漿固化強(qiáng)度可提高18% 20%，能加快水泥漿的充分水化，使水泥漿的初 凝時(shí)間縮短10% 15%，終凝時(shí)間縮短30% 40%。同時(shí)能減小或消除靜切力，避免竄槽和 降低膠結(jié)質(zhì)量。振動(dòng)可以使膠結(jié)面的鉆井液殘留減少，密封承壓能力大為提高，兩個(gè)界面膠 結(jié)質(zhì)量得到顯著提高。
權(quán)利要求1. 一種新型渦輪式井下振動(dòng)固井裝置，它由外筒體(1)、單作用渦輪節(jié)(9)、雙作用渦 輪節(jié)(10)和下承托盤(8)構(gòu)成，其特征在于雙作用渦輪節(jié)(10)和單作用渦輪節(jié)(9)交替 安裝在外筒體(1)內(nèi)，雙作用渦輪節(jié)(10)和單作用渦輪節(jié)(9)由心軸(4)兩端的公母接頭 (11)串接，下承托盤(8)安裝在最下一個(gè)單作用渦輪節(jié)(9)的下端，雙作用渦輪節(jié)(10)、單 作用渦輪節(jié)(9)和下承托盤(8)通過螺釘(7)固裝在外筒體(1)內(nèi)；所述的單作用渦輪節(jié) (9 )由導(dǎo)流盤(2 )、心軸(4 )和渦輪葉片(6 )組成，渦輪葉片(6 )固裝在心軸(4 )上，心軸(4 ) 與導(dǎo)流盤(2)連接；所述的雙作用渦輪節(jié)(10)由導(dǎo)流盤(2)、心軸(4)、偏心塊(5)和渦輪葉 片(6)組成，渦輪葉片(6)固裝在心軸(4)上，渦輪葉片(6)上固裝有偏心塊(5)，心軸(4) 與導(dǎo)流盤(2 )連接；所述的導(dǎo)流盤(2 )上制作有傾斜導(dǎo)流孔(3 )。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種新型渦輪式井下振動(dòng)固井裝置，屬石油工業(yè)鉆井行業(yè)固井配套設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。它由外筒體、單作用渦輪節(jié)、雙作用渦輪節(jié)和下承托盤構(gòu)成。兩種類型的渦輪節(jié)交替安裝在外筒體內(nèi)，單作用渦輪節(jié)由導(dǎo)流盤、心軸和渦輪葉片組成，雙作用渦輪節(jié)由導(dǎo)流盤、心軸、偏心塊和渦輪葉片組成；裝置置于套管柱底端。該裝置是高壓流體流作用下，渦輪節(jié)帶動(dòng)偏心塊旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生橫向周期性振動(dòng)并沿套管柱軸向傳播，使套管柱和環(huán)空內(nèi)的水泥漿或鉆井液產(chǎn)生振動(dòng)，能顯著提高水泥漿頂替效率和固化強(qiáng)度，改善第一、二界面膠結(jié)性能，提高固井質(zhì)量。裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作性能安全可靠，有效克服現(xiàn)有固井振動(dòng)裝置輔助設(shè)備復(fù)雜、可能造成多種井下固井事故的缺點(diǎn)。
文檔編號(hào)E21B33/13GK201883999SQ201020653039
公開日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
發(fā)明者劉金余, 夏宏南, 楊明合, 蔡飛, 鄭章義 申請(qǐng)人:楊明合