CN103132940A

CN103132940A - 井下旋流剪切振动发生器装置

Info

Publication number: CN103132940A
Application number: CN2011103796194A
Authority: CN
Inventors: 李国庆; 郭金平; 齐玉龙
Original assignee: Daqing Petroleum Administration Bureau; China National Petroleum Corp
Current assignee: Daqing Petroleum Administration Bureau; China National Petroleum Corp
Priority date: 2011-11-25
Filing date: 2011-11-25
Publication date: 2013-06-05

Abstract

本发明涉及一种石油钻井工程中用于旋流顶替固井的井下旋流剪切振动发生器装置。主要目的是增加固井液的旋流强度，提高固井效果。该装置包括依次连接的接箍、外筒及导流座，所述外筒的上部外壁上固定旋流发生器，外筒内孔下部依次置有剪切转子、振动转子及旋流转子。该装置兼顾旋流、剪切和径向振动脉冲技术，形成井下旋流剪切振动，提高水泥石的强度性能，提高固井质量。

Description

井下旋流剪切振动发生器装置

技术领域

本发明涉及石油钻井工程中，用于旋流顶替固井的井下旋流剪切振动发生器装置。

背景技术

现有的旋流顶替固井一般采用螺旋流顶替技术，主要有以下几方面：①活动套管旋流顶替固井技术，原理是通过顶替过程中旋转套管实现固井流体的螺旋流动；缺点：由于旋转扭矩过大，转速不能太快，导致固井效果不理想；加大转速，则作业风险加大，尤其是大斜度井、水平井固井，这一技术更是受到限制。②采用固井旋流器，该旋流器主要由外管、内管和螺旋形流道组成，旋流器流道在内管上设有进液孔，在外管上设有出液孔，将内管放外管中用外管与其它管相连的螺纹顶紧，这种固井旋流器在一定程度上可以提高水泥浆的顶替效果；其缺点在于：固井流体需要通过内管进入外管这个过程才能旋流，这一过程会消耗很多固井流体的动能，降低了固井流体的流动能力，也限制了产生的旋流强度。

发明内容

为了增强固井液的旋流强度，提高固井效果，本发明提供一种井下旋流剪切振动发生器装置。该装置兼顾旋流、剪切和径向振动脉冲的综合效果，形成井下旋流剪切振动，从而提高水泥石的强度性能，提高固井质量。

本发明的技术方案是：一种井下旋流剪切振动发生器装置，包括依次连接的接箍、外筒及导流座，其中，所述外筒的上部外壁上固定旋流发生器，外筒内孔下部依次置有剪切转子、振动转子及旋流转子。

为了加强旋流效果，所述的旋流发生器、剪切转子、振动转子及旋流转子上均带有螺旋式叶片；所述的剪切转子、振动转子及旋流转子通过轴承固定在轴上，轴的两端固定在导流定子上，导流定子固定在外筒的内壁上；所述的导流定子上带有导流孔；所述的导流座上带有下导流孔。

本发明的有益效果是：由于采用上是技术方案，在外筒的内孔设置转动的剪切转子、振动转子及旋流转子，当水泥石通过剪切转子时，通过高速剪切分散，使水泥颗粒充分均匀地分散到液流中，提高液流的流变性，获得均匀分布的液体，从而得到完全湿润和分散均匀的水泥石；再经振动转子产生径向振动脉冲，可以冲刷套管柱和井壁上的泥饼、降低钻井液的粘度和切力，提高顶替效率，从而提高水泥石的强度性能，提高固井质量；旋流转子可以增加井壁的周向剪切驱动力，可以更有效地携带岩屑及冲刷井壁，提高界面胶结强度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中序号2旋流发生器的截面图；

图3为图1中序号4剪切转子、振动转子7及旋流转子9的截面图。

图中 1-接箍，2-旋流发生器，3-外筒，4-剪切转子，5-锁紧螺钉，6-轴承，7-振动转子，8-导流定子，9-旋流转子，10-导流座，11-下导流孔，12-导流孔，13-轴。

具体实施方式

下面结合附图对发明作进一步说明：

由图1至图3所示，该井下旋流剪切振动发生器装置包括依次螺纹连接的接箍1、外筒3及导流座10，其中，所述外筒3的上部外壁上由锁紧螺钉5固定旋流发生器2，外筒3内孔下部从上至下依次置有剪切转子4、振动转子7及旋流转子9；所述的旋流发生器2上带有均布的螺旋叶片且为塑料材质，如图2所示，而剪切转子4、振动转子7及旋流转子9为金属结构，其上均布有螺旋叶片，如图3所示，在此实施例中，螺旋叶片的数量均为4个。所述的剪切转子4、振动转子7及旋流转子9通过轴承6固定在轴13上，轴13的两端固定在导流定子8上，导流定子8由锁紧螺钉5固定在外筒3的内壁上；所述的导流定子8上带有导流孔12；上述的导流座10上带有下导流孔11。

当该装置上的接箍与套管连接后，水泥石从套管向下注入时，依次通过剪切转子4、振动转子7及旋流转子9，由下导流孔11流出，再上返经旋流发生器2喷出后固井；在此过程中，首先，利用转子叶片的转动，在井眼底部环空形成螺旋流场，达到旋流环空顶替的目的，易于携带近井壁的钻井液和冲刷井壁上的泥饼，形成周向流携带与冲刷和轴向流的轴向驱替联动作用，提高固井顶替效率和界面胶结强度；其次钻井液以一定动能冲击剪切转子叶片时，产生动力使剪切转子高速旋转，钻井液在通过剪切转子的过程中就会受到转子转动对其产生的剪切搅拌作用，从而有效稀释了钻井液，降低其粘度，使其流动性增强，更有利于被顶替；再有，流体通过振动转子时，产生周期性的径向振动，从而带动套管产生持续性振动波，在钻井液循环过程中，振动波可冲刷套管柱和井壁处的泥饼，降低钻井液粘度，提高顶替效率，注水泥开始后，振动波将带动水泥颗粒产生振动，优化水泥浆性能；以旋流的形式从下导流孔流出的水泥石钻井液上返经固定旋流发生器上的螺旋叶片后均匀的喷到井壁上，从而强化了的水泥石强度，提高固井质量。

下面为采用该井下旋流剪切振动发生器装置对水泥石抗压强度影响的具体实验数据：

实验场地：采用室内物理模拟实验

所用仪器及原材料：①水泥浆凝结测定仪；②水泥石抗压强度试验机；③水泥浆。

实验方法：

（1）将制备好的水泥浆装模，进行常温常压养护水浴，进行24小时养护后，置于抗压强度试验机下进行抗压强度试验。

（2）将水泥浆放于井下旋流剪切振动发生器装置中，让井下旋流剪切振动发生器装置对水泥浆搅拌2分钟，然后将水泥浆制模，进行常温养护水浴，进行24小时养护后，置于抗压强度试验机下进行抗压强度试验。

（3）将制备好的水泥浆装模，进行高温高压养护水浴，进行24小时养护后，置于抗压强度试验机下进行抗压强度试验。

（4）将水泥浆放于井下旋流剪切振动发生器装置中，让井下旋流剪切振动发生器装置对水泥浆搅拌2分钟，然后将水泥浆制模，进行高温高压养护水浴，进行24小时养护后，置于抗压强度试验机下进行抗压强度试验。

实验数据如下：

采用该井下旋流剪切振动发生器装置对水泥石抗压强度的影响

室内实验表明：通过应用该井下旋流剪切振动发生器装置，钻井液的粘度下降20～30%，携屑能力提高10～20%，水泥浆对钻井液的顶替效率提高5%～7%，水泥石的抗压强度提高15%～22%，第二界面胶结质量明显好于常规固井。

现场试验表明：采用该井下旋流剪切振动发生器装置在采油厂钻井区块进行了21口井的现场试验，固井质量优质率90.48%，固井质量合格率100%，与同区块非试验井相比优质率提高了12.70个百分点。

综上所述，普通的注水泥石固井过程无法实现套管下的水泥剪切搅拌和振动，这样水泥石的环空顶替效率不会达到理想的效果，环空顶替时的水泥石密度不均，致使水泥石的强度较低；而本发明利用转子的高速转动对钻井液和水泥浆石进行剪切搅拌和振动，降低钻井液的粘度，使水泥浆液各组分混合均匀，从而提高水泥石抗压强度，进一步提高了固井质量。

Claims

1.一种井下旋流剪切振动发生器装置，包括依次连接的接箍（1）、外筒（3）及导流座（10），其特征在于：所述外筒（3）的上部外壁上固定旋流发生器（2），外筒（3）内孔下部依次置有剪切转子（4）、振动转子（7）及旋流转子（9）。

2.根据权利要求1所述的井下旋流剪切振动发生器装置，其特征在于：所述的旋流发生器（2）、剪切转子（4）、振动转子（7）及旋流转子（9）上均带有螺旋叶片。

3.根据权利要求1所述的井下旋流剪切振动发生器装置，其特征在于：所述的剪切转子（4）、振动转子（7）及旋流转子（9）通过轴承（6）固定在轴（13）上，轴（13）的两端固定在导流定子（8）上，导流定子（8）固定在外筒（3）的内壁上。

4.根据权利要求1所述的井下旋流剪切振动发生器装置，其特征在于：所述的导流定子（8）上带有导流孔（12）。

5.根据权利要求1所述的井下旋流剪切振动发生器装置，其特征在于：所述的导流座（10）上带有下导流孔（11）。