套管振動(dòng)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石油鉆井、固井裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種套管振動(dòng)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]利用水泥封隔油氣井壁與套管的環(huán)空時(shí)，對(duì)套管和水泥漿進(jìn)行振動(dòng)可以改善水泥石收縮，減少孔隙形成，提高水泥石自身以及第一、第二界面膠結(jié)強(qiáng)度，進(jìn)而改善固井質(zhì)量。
[0003]現(xiàn)有振動(dòng)固井裝置包括以下幾種:(I)井底水力脈沖式振動(dòng)器或隨行振動(dòng)固井方法，頂替過程中產(chǎn)生脈沖振動(dòng)，最終停留在套管底部，無法回收，會(huì)影響后續(xù)開鉆；而且頂替完畢后振動(dòng)深度固定，無法再調(diào)整。(2)井口振動(dòng)器，安裝在套管頂部，發(fā)出機(jī)械振動(dòng)。由于安放位置在井口，井下振動(dòng)效果受傳輸距離影響衰減大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種套管振動(dòng)裝置，對(duì)環(huán)空水泥漿實(shí)施振動(dòng)。本發(fā)明提供的套管振動(dòng)裝置克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，實(shí)現(xiàn)了在不影響常規(guī)固井工藝的情況下，在水泥候凝過程中通過傳遞振動(dòng)波和敲擊套管的方式對(duì)環(huán)空的水泥漿施加振動(dòng)，改善水泥漿流變特性，提高水泥石封固質(zhì)量。本發(fā)明能夠在全套管范圍內(nèi)邊走邊振動(dòng)套管和傳遞振動(dòng)波，可方便的施工和回收。
[0005]為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明是通過采用以下技術(shù)方案方式實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種套管振動(dòng)裝置，振動(dòng)器通過纜繩連接位于地面的滾筒；振動(dòng)器具有密封的管狀外殼；夕卜殼內(nèi)部有電池、電機(jī)和偏心塊，電池通過導(dǎo)線連接電機(jī)，偏心塊與電機(jī)的轉(zhuǎn)子固定連接，偏心塊通過軸承安裝在外殼內(nèi)部。套管振動(dòng)裝置還包括滑輪；纜繩穿過滑輪纏繞在滾筒上。
[0007]外殼內(nèi)還有控制器，控制器串接在電池和電機(jī)之間的導(dǎo)線上；控制器具有延時(shí)開關(guān)功能和電阻式調(diào)速開關(guān)。
[0008]振動(dòng)器底端外表面徑向安裝有減震塊。減震塊為橡膠材質(zhì)，鑲嵌或者硫化固定在外殼外表面上，數(shù)量為3-8個(gè)。振動(dòng)器通過接頭與纜繩連接；接頭上端與纜繩固連，下端通過螺紋與外殼連接?？刂破鲀?nèi)有纜繩上串聯(lián)多個(gè)振動(dòng)器；振動(dòng)器之間通過纜繩和接頭連接。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)中的套管諧振器和振動(dòng)膠塞相比，本發(fā)明裝置具有以下的優(yōu)點(diǎn):
[0010](I)能夠在套管范圍內(nèi)任意深度振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)懸停點(diǎn)振或者邊走邊振；
[0011](2)在水泥漿替漿完畢的侯凝階段實(shí)施振動(dòng)，可以控制振蕩器一直振動(dòng)至水泥漿初凝前；
[0012](3)振動(dòng)完畢回收，全部裝置可以重復(fù)利用，運(yùn)行成本?。?br>[0013](4)不影響常規(guī)固井工藝，振動(dòng)固井結(jié)束后也不影響在套管內(nèi)繼續(xù)開鉆。
[0014](5)采用內(nèi)置電池為偏心塊負(fù)載供電，無需井場(chǎng)接電，簡(jiǎn)化了裝備和程序，縮短了井口準(zhǔn)備時(shí)間。
[0015](6)由于無需采用電纜傳高壓電，比起測(cè)井用的絞車和電纜，本裝置中的纜繩直徑大幅減小，同時(shí)減少了滾筒和配套絞車的體積。
[0016](7)振動(dòng)器串聯(lián)多個(gè)一起入井，擴(kuò)大了振動(dòng)范圍。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的套管振動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明的振動(dòng)器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖中標(biāo)記:
[0020]1、滑輪，2、套管，3、振動(dòng)器，4、纜繩，5、滾筒，6、上接頭，7、電池，8、電機(jī)，9、偏心塊，10、減震塊，11.外殼，12、控制器，13、軸承，14、下接頭。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0022]實(shí)施例1
[0023]參照說明書附圖1，本發(fā)明的套管振動(dòng)裝置的構(gòu)成是:在地面，纜繩4纏繞在滾筒5上，滾筒5由配套的液壓或者電動(dòng)絞車驅(qū)動(dòng)。在井口，纜繩4穿過滑輪I。在井下，纜繩4連接在套管2中的振動(dòng)器3。纜繩4為內(nèi)外雙層反向編排的鋼纜，只承受拉力，內(nèi)部無導(dǎo)線。
[0024]參照說明書附圖2，振蕩器5具有管狀鋼制外殼11，外殼11上端通過螺紋連接接頭6，接頭6與電纜采用鉚接或者焊接方式固定連接。
[0025]在外殼11內(nèi)控制器12串接在電池和7和電機(jī)8之間的供電線路上，控制電機(jī)8的啟停和轉(zhuǎn)速?？刂破?2內(nèi)有延時(shí)開關(guān)，通過設(shè)定延時(shí)時(shí)長(zhǎng)來控制電機(jī)何時(shí)啟動(dòng)和停止。控制器12還通過電阻式調(diào)壓器來控制電機(jī)8的供電電流，來實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)12轉(zhuǎn)速的控制。偏心塊9與電機(jī)8的轉(zhuǎn)子采用法蘭或者鍵槽連接。偏心塊16截面呈扇形偏心形狀，采用鋼制結(jié)構(gòu)，偏心塊16通過軸承13安裝在外殼11內(nèi)部。
[0026]外殼11與套管2直接發(fā)生金屬碰撞會(huì)導(dǎo)致電機(jī)13電流突然升高和憋轉(zhuǎn)，偏心塊16轉(zhuǎn)速減低。在外殼11底端外表面周向均勻鑲嵌4個(gè)減震塊10，鑲嵌減震塊10后的外殼11外徑小于套管2內(nèi)徑。減震塊10為橡膠材質(zhì)，鑲嵌或者硫化固定在外殼外表面上。
[0027]參照說明書附圖1，本發(fā)明的套管振動(dòng)裝置在水泥漿替漿完畢拆掉水泥頭后，采用如下方式實(shí)施振動(dòng)作業(yè):
[0028](I)首先，確定水泥漿的初凝時(shí)間t0，記錄從水泥漿混漿至拆掉水泥頭的時(shí)間為tl ;從外殼11上卸下接頭6，對(duì)控制器12進(jìn)行延時(shí)設(shè)置，設(shè)置時(shí)間t2后啟動(dòng)電機(jī)8，t2設(shè)置為10分鐘，t2是振動(dòng)器3在井口準(zhǔn)備和下放時(shí)間；設(shè)定t3后電機(jī)8停止，并且t3 ^ t0_tl_t2，。
[0029](2)然后，根據(jù)井身結(jié)構(gòu)、套管尺寸和長(zhǎng)度計(jì)算出套管固有頻率，并調(diào)整控制器12對(duì)電機(jī)8的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，使電機(jī)8的轉(zhuǎn)速等于或者接近套管的固有頻率。
[0030](3)接著，連接接頭6與外殼11，將振動(dòng)器3下入至套管2內(nèi)，到達(dá)指定深度；控制器12在到達(dá)時(shí)間t2后,啟動(dòng)電機(jī)8,振動(dòng)器3開始振動(dòng)。
[0031](4)再接著，通過控制滾筒5的收放，來控制振動(dòng)器3在套管內(nèi)懸停點(diǎn)振或者邊振邊移動(dòng)；振動(dòng)器3的振動(dòng)會(huì)引起套管共振，振動(dòng)套管壁的同時(shí)向周圍釋放振動(dòng)波，作用給環(huán)空中候凝的水泥漿；振動(dòng)方式可具體為懸停振動(dòng)兩分鐘再上移兩米再懸停，或者邊振邊以一米每分鐘的速度上下移動(dòng)；振蕩器在一處停留振動(dòng)的時(shí)間小于9分鐘，以避免水泥漿滲出水層。
[0032](5)最后，在時(shí)間到達(dá)t3時(shí)，控制器12控制電機(jī)8停止，在水泥漿開始初凝前振動(dòng)結(jié)束，起出振動(dòng)器3。
[0033]與在頂替水泥漿時(shí)使用的套管諧振器和振動(dòng)膠塞相比，本發(fā)明的振動(dòng)器3在拆掉水泥頭后水泥漿侯凝的3?5個(gè)小時(shí)內(nèi)實(shí)施，不影響常規(guī)固井工藝，振動(dòng)后回收不會(huì)有任何儀器滯留在井底，不影響繼續(xù)開鉆。能夠?qū)崿F(xiàn)振動(dòng)井深可調(diào)，可以懸停也可以邊走邊振；通過調(diào)整電機(jī)8的轉(zhuǎn)速控制振動(dòng)頻率，發(fā)出與套管2固有頻率相近的振動(dòng)波，引起套管共振，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)效率最大化。本發(fā)明的電池7為可充電電池，易于維護(hù)和拆裝。由于無需地面供電設(shè)備，簡(jiǎn)化了準(zhǔn)備工作，而且相比測(cè)井用電纜，纜繩4的直徑大幅減小。
[0034]實(shí)施例2
[0035]參照附圖2，在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，纜繩4上串接兩個(gè)振動(dòng)器3，上方的振動(dòng)器3底端設(shè)有與外殼11下端通過螺紋連接的下接頭14，上下兩個(gè)振動(dòng)器3之間通過上接頭6、下接頭14和纜繩連接。與此同理，纜繩4上可以串接2個(gè)以上的振動(dòng)器3，可以擴(kuò)大振動(dòng)影響范圍，在水泥漿候凝前的有限時(shí)間里振動(dòng)更多的井段。
[0036]對(duì)控制器12設(shè)定延時(shí)啟動(dòng)時(shí)間t2的目的是:這樣既能減少振動(dòng)器3入井時(shí)與套管壁的碰撞，保持較高的下放速度，又能避免在井口裝配時(shí)就振動(dòng)，把電能浪費(fèi)在上部非目的井段上。尤其是當(dāng)纜繩4上串接多個(gè)振動(dòng)器3時(shí)，與套管壁的碰撞會(huì)導(dǎo)致摩擦力顯著增大，影響下放速度。
[0037]實(shí)施例3
[0038]應(yīng)用實(shí)施例1的裝置和工藝方法，對(duì)某井固井后的套管實(shí)施振動(dòng)。井深2000m，套管內(nèi)徑159mm,水泥衆(zhòng)密度1.9g/cm3,水泥衆(zhòng)初凝時(shí)間150min。
[0039](I)確定水泥漿的初凝時(shí)間t0 = 150min,記錄從水泥漿混漿至拆掉水泥頭的時(shí)間為tl = 80 ;從外殼11上卸下接頭6，對(duì)控制器12進(jìn)行延時(shí)設(shè)置，設(shè)置時(shí)間t2 = 1min后啟動(dòng)電機(jī)8 ;設(shè)定t3 < t0-tl-t2 = 60min后關(guān)閉電機(jī)8。
[0040](2)根據(jù)井身結(jié)構(gòu)、套管尺寸和長(zhǎng)度計(jì)算出套管固有頻率，并調(diào)整控制器12對(duì)電機(jī)8的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，使電機(jī)8的轉(zhuǎn)速等于或者接近套管的固有頻率。
[0041](3)連接接頭6與外殼11，將振動(dòng)器3下入至套管2內(nèi)，到達(dá)指定深度；控制器12在到達(dá)時(shí)間t2 = 10后,啟動(dòng)電機(jī)8,振動(dòng)器3開始振動(dòng)。
[0042](4)控制振動(dòng)器3邊振邊以一米每分鐘的速度上下移動(dòng)。
[0043](5)在時(shí)間到達(dá)t3 = 60min時(shí)電機(jī)8停止,起出振動(dòng)器3,實(shí)際振動(dòng)持續(xù)時(shí)長(zhǎng)60min,振動(dòng)井段長(zhǎng)度60m。
[0044]實(shí)施例4
[0045]與實(shí)施例1相比，振動(dòng)器3內(nèi)沒有控制器12，采用如下工藝步驟:
[0046](I)首先，確定水泥漿的初凝時(shí)間t0，并開始計(jì)時(shí)。
[0047](2)接著，連接接頭6與外殼11，將振動(dòng)器3下入至套管2內(nèi)，到達(dá)指定深度。
[0048](3)再接著，通過控制滾筒5的收放，來控制振動(dòng)器3在套管內(nèi)懸停點(diǎn)振或者邊振邊移動(dòng)；振動(dòng)器3的振動(dòng)會(huì)引起套管共振，振動(dòng)套管壁的同時(shí)向周圍釋放振動(dòng)波，作用給環(huán)空中候凝的水泥漿；振動(dòng)方式可具體為懸停振動(dòng)兩分鐘再上移兩米再懸停，或者邊振邊以一米每分鐘的速度上下移動(dòng)；振蕩器在一處停留振動(dòng)的時(shí)間小于9分鐘，以避免水泥漿滲出水層。
[0049](4)最后，當(dāng)總計(jì)時(shí)到達(dá)t0時(shí)，起出振動(dòng)器3，振動(dòng)結(jié)束。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種套管振動(dòng)裝置，其特征在于振動(dòng)器(3)通過纜繩(4)和滑輪(I)連接于滾筒(5);振動(dòng)器⑶具有密封的管狀外殼(11);外殼(11)內(nèi)部有電池(7)、電機(jī)⑶和偏心塊(9)，電池(7)通過導(dǎo)線連接電機(jī)(8)，偏心塊(9)與電機(jī)⑶的轉(zhuǎn)子固定連接，偏心塊(16)通過軸承(13)安裝在外殼(11)內(nèi)部。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的套管振動(dòng)裝置，其特征在于:所述外殼(11)內(nèi)還有控制器(12)，控制器(12)串接在電池(7)和電機(jī)⑶之間的導(dǎo)線上；控制器(12)具有延時(shí)開關(guān)電路。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的套管振動(dòng)裝置，其特征在于:所述控制器(12)內(nèi)有電阻式調(diào)速開關(guān)。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2、3所述的套管振動(dòng)裝置，其特征在于:所述振動(dòng)器(3)底端外表面安裝有減震塊(10)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的套管振動(dòng)裝置，其特征在于:所述減震塊(10)為橡膠材質(zhì)，鑲嵌或者硫化固定在外殼(11)外表面上，數(shù)量為3-8個(gè)。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的套管振動(dòng)裝置，其特征在于:所述振動(dòng)器(3)由多個(gè)相互串聯(lián)在纜繩(4)上；每個(gè)振動(dòng)器(3)外殼(11)上下端通過接頭(6)密封并與纜繩(4)連接。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種套管振動(dòng)裝置，涉及振動(dòng)固井領(lǐng)域。振動(dòng)器通過纜繩連接位于地面的滾筒；振動(dòng)器具有密封的管狀外殼；外殼內(nèi)部有電池、電機(jī)和偏心塊，電池通過導(dǎo)線連接電機(jī)，偏心塊與電機(jī)的轉(zhuǎn)子固定連接，偏心塊通過軸承安裝在外殼內(nèi)部。套管振動(dòng)裝置還包括滑輪；纜繩穿過滑輪纏繞在滾筒上。套管振動(dòng)裝置在不影響常規(guī)固井工藝的情況下，在水泥候凝過程中在套管內(nèi)釋放振動(dòng)波，對(duì)環(huán)空水泥漿實(shí)施振動(dòng)，改善水泥漿流變特性，提高水泥固井質(zhì)量。該裝置具有組成簡(jiǎn)單，操作方便，可反復(fù)回收利用的特點(diǎn)。
【IPC分類】E21B33/14
【公開號(hào)】CN105525892
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410505762
【發(fā)明人】曲剛, 尹文波, 宿振國(guó), 王新峰, 李亞偉, 王威
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油化工集團(tuán)公司, 中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院
【公開日】2016年4月27日
【申請(qǐng)日】2014年9月28日