CN105064952A - 一种固井流体旋转流发生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种固井流体旋转流发生装置，属石油固井工具技术领域。该旋转流发生装置包括旋转流短节、外套管和连接头，外套管的一端装有连接头，另一端装有旋转流短节；外套管内扶正轴承两侧的旋转流短节上分别通过整流环安装有多组叶轮。该旋转流发生装置通过水泥浆流体冲击叶轮的方式带动旋转流短节旋转，从而产生旋转流更好地驱替井底封固段的钻井液，获得良好的固井顶替效率，并满足固井质量的要求。解决了目前在固井以直线流的方式驱替钻井液，驱替效率较低，导致固井水泥浆与套管外壁和井壁胶结不够紧密,形成油气水窜流通道后造成环空带压和引发生产事故的问题；特别适用于油井固井使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种固井流体旋转流发生装置，属石油固井工具技术领域。
背景技术
钻井作业完成后向井内下入套管，并向井眼和套管之间的环形空间注入水泥的施工作业称为固井。固井的主要目的是保护和支撑油气井内的套管，封隔油、气和水等地层。固井是石油天然气钻完井工程中的一个重要环节，要求水泥浆在套管与井壁之间的环空内充填较好，并与套管外壁和井壁胶结紧密，以获得良好的固井质量；因此固井流体如何将环空中的钻井液驱替（顶替）干净非常重要。
目前在注水泥作业过程中,固井流体大多是以直线流的方式驱替钻井液，这种方式的不足在于很难将套管外壁和井壁上的残留钻井液驱替干净,驱替效率较低，导致固井水泥浆与套管外壁和井壁胶结不够紧密,容易形成油气水窜流的通道,造成环空带压和引发生产事故。相比直线流，旋转流更有利于驱替套管外壁和井壁上的残留钻井液，因此研究一种固井流体旋转流发生装置改变固井流体流场，有助于提高驱替效率和固井质量，为油气井安全生产提供重要的技术保障。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种结构简单，可有效提高固井流体驱替效果，满足固井质量要求的固井流体旋转流发生装置。
本发明的技术方案是：
一种固井流体旋转流发生装置，包括旋转流短节、外套管和连接头，其特征在于：外套管的一端螺纹安装有连接头，外套管的另一端通过止推轴承和扶正轴承插入状安装有旋转流短节；外套管内扶正轴承两侧的旋转流短节上分别通过整流环安装有多组叶轮，叶轮与旋转流短节固定连接；止推轴承与外套管之间的旋转流短节上设置有止推轴承支撑套，其中一侧的整流环和叶轮外侧的旋转流短节安装有整流环锁紧套和叶轮锁紧套；整流环锁紧套和叶轮锁紧套与整流环和叶轮之间相互接触连接。
所述的旋转流短节由旋流杆和旋流叶片构成，旋流杆一端的圆周上螺旋状安装有旋流叶片，旋流叶片一侧的旋流杆端头设置有半球体的旋流杆头。
所述的叶轮共计为6组。
所述相邻两条旋流叶片之间的轴向距离相同，旋流叶片上任一点切线与旋流杆轴线之间的夹角为45°。
本发明专利与现有技术相比，具有如下有益效果：
该固井流体旋转流发生装置结构简单，实用可靠。工作过程中通过固井流体冲击叶轮的方式带动旋转流短节旋转，从而产生旋转流更好地驱替井底封固段的钻井液，以获得良好的固井顶替效率，并满足固井质量的要求。该旋转流发生装置通过整流环与6组叶轮的配合为旋转流短节提供了足够的旋转动力。解决了目前在固井过程中水泥浆大多是以直线流的方式驱替钻井液，导致驱替效率较低，导致固井水泥浆与套管外壁和井壁胶结不够紧密,形成油气水窜流通道后造成环空带压和引发生产事故的问题；特别适用于油气井固井使用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1.旋流杆、2.外套管、3.止推轴承支撑套、4.止推轴承、5.整流环、6.叶轮、7.扶正轴承、8.整流环锁紧套、9.叶轮锁紧套、10、连接头,11、旋流叶片，12、旋流杆头。
具体实施方式
该固井流体旋转流发生装置包括旋转流短节、外套管2和连接头10。外套管2的一端螺纹安装有连接头10，外套管2的另一端通过止推轴承4和扶正轴承7插入状安装有旋转流短节。旋转流短节由旋流杆1和旋流叶片11构成，旋流杆1一端的圆周上螺旋状安装有旋流叶片11，旋流叶片11一侧的旋流杆1端头设置有半球体的旋流杆头12。相邻两条旋流叶片11之间的轴向距离相同，旋流叶片11上任一点切线与旋流杆1轴线之间的夹角为45°。
外套管2内扶正轴承7两侧的旋转流短节上分别通过整流环5安装有3组叶轮6，叶轮6与旋转流短节固定连接。其中一侧的整流环5和叶轮6外侧的旋转流短节安装有整流环锁紧套8和叶轮锁紧套9；整流环锁紧套8和叶轮锁紧套9与整流环5和叶轮6之间相互接触连接。止推轴承4与外套管2之间的旋转流短节上设置有止推轴承支撑套3，止推轴承支撑套3对止推轴承4起到支撑防脱的作用。
该旋转流发生装置的整流环5装配在外套管2的内壁上。扶正轴承7可对旋转流短节起到扶正的作用。整流环锁紧套8螺纹连接在外套管2上，以对整流环5进行压紧止退。叶轮锁紧套9螺纹连接在旋转流短节上，并以对叶轮6进行压紧止退。
该旋转流发生装置工作时通过连接头10安装在套管串底部，工作过程中，固井流体由连接头10进入至外套管2，并通过外套管2与旋转流短节之间的环形空间穿过各部件后，由外套管2的另一端端口流出；在这一过程中，固井流体在高压作用下冲击叶轮6旋转，从而带动旋转流短节并带动旋流叶片11转动，此时套管与井壁之间的环形空间内的固井流体在叶轮6的作用下形成旋转流（即在井底封固段形成旋转流流场），由此实现水泥浆对钻井液快速高效的驱替，并满足固井质量的要求。
该旋转流发生装置通过整流环5与6组叶轮6的配合为旋转流短节提供了足够的旋转动力；从而解决了目前在固井过程中水泥浆大多是以直线流的方式驱替钻井液，驱替效率较低，导致固井水泥浆与套管外壁和井壁胶结不够紧密,形成油气水窜流通道后造成环空带压和引发生产事故的问题；该旋转流发生装置具有结构简单，实用可靠的特点；特别适用于油井固井使用；对提高水泥浆驱替效果和固井质量都具有重要的实际意义。
Claims (4)
1.一种固井流体旋转流发生装置，包括旋转流短节、外套管（2）和连接头（10），其特征在于：外套管（2）的一端螺纹安装有连接头（10），外套管（2）的另一端通过止推轴承（4）和扶正轴承（7）插入状安装有旋转流短节；外套管（2）内扶正轴承（7）两侧的旋转流短节上分别通过整流环（5）安装有多组叶轮（6），叶轮（6）与旋转流短节固定连接；止推轴承（4）与外套管（2）之间的旋转流短节上设置有止推轴承支撑套（3），其中一侧的整流环（5）和叶轮（6）外侧的旋转流短节上安装有整流环锁紧套（8）和叶轮锁紧套（9）；整流环锁紧套（8）和叶轮锁紧套（9）与整流环（5）和叶轮（6）之间相互接触连接。
2.根据权利要求1所述的一种固井流体旋转流发生装置，其特征在于：所述的旋转流短节由旋流杆（1）和旋流叶片（11）构成，旋流杆（1）一端的圆周上螺旋状安装有旋流叶片（11），旋流叶片（11）一侧的旋流杆（1）端头设置有半球体的旋流杆头（12）。
3.根据权利要求1所述的一种固井流体旋转流发生装置，其特征在于：所述的叶轮（6）共计为6组。
4.根据权利要求2所述的一种固井流体旋转流发生装置，其特征在于：所述相邻两条旋流叶片（11）之间的轴向距离相同，旋流叶片（11）上任一点切线与旋流杆（1）轴线之间的夹角为45°。
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