CN109779555A - 一种阀式振动固井工具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种阀式振动固井工具，包括套管，以及在套管内自上而下依次设置的弹簧芯筒、弹簧、相向压缩机构、阀套和阀芯。它采用套管内外液体压差产生的压力与弹性元件的弹性势能相互转换，实现套管柱和环空内的水泥浆或钻井液产生振动的结构，只要固井作业开泵工作，有钻井液通过循环间歇截止阀，即可带动可循环间歇截止阀工作，使套管柱和环空内的水泥浆或钻井液产生振动，而无需电力作为动力，有效克服现有固井振动装置辅助设备复杂，可能造成多种井下固井事故的缺点，该发明便于制造，使用成本低，更适用于现场应用。该结构产生的振动效果良好并且稳定，显著提高水泥浆顶替效率和固化强度，因此具有较强的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及油气井固井工具领域，具体涉及固井作业过程中使用的一种阀式振动固井工具。
背景技术
我国大中型油气田，地质条件非常复杂，固井质量一直是影响油气生产和油气井寿命的一个主要因素，提高固井质量是保证油气井寿命、提高采收率及合理开发油气田的关键技术之一。实践和理论都表明，在注水泥的过程中套管柱的振动可以提高水泥石强度和水泥浆顶替效率，消除水泥中的气泡，提高一、二界面胶结性能，形成完好的水泥环，可以缩短候凝时间，有利于防止固井后的油、气、水乱窜。
目前振动固井工具主要有涡轮式井下振动固井工具、翻板式振动固井工具和管内振动固井工具等。涡轮式井下振动固井工具主要利用水力驱动涡轮带动偏振块以实现振动目的，这种振动工具产生振动能量较大，但循环压耗较高，提高了施工的整体风险，此外涡轮不能承受较高的水头压力，当水头压力超过设计最高承载能力时会发生自锁；翻板式振动固井工具主要安装在完井管柱下端，通过周期性改变循环压力，在侧面形成循环流体的振动；管内振动固井工具通常采用电力作为动力，使用电缆进行输送，这种振动工具产生的振动能量较高，但需要单独作业，而且这种工具开始作业时一般已完成固井作业，对固井效果提升有限。
发明内容
本发明的目的在于解决上述技术问题，提供一种阀式振动固井工具，将套管内外液体压差产生的压力与弹性元件的弹性势能转换，产生振动，提高固井质量。
为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种阀式振动固井工具，包括套管1，以及在套管1内自上而下依次设置的弹簧芯筒5、弹簧4、相向压缩机构、阀套9和阀芯10，其中：弹簧芯筒5上段设有弹簧定位块3、下段设置环状凸起、中段与套管1组成的封闭环形空腔，弹簧4套装在弹簧芯筒5外的封闭环形空腔内，弹簧芯筒5通过弹簧定位块3和环状凸起与套管1构成轴向滑动密封配合，弹簧芯筒5的环状凸起段下部设置有伞状液体流道17；阀芯10下部通过其环状凸起段与套管1密封固定连接，阀套9套装在阀芯10环状凸起段上部，阀套9和阀芯10上设有轴向间隔配合的导流孔；相向压缩机构主要由上滑柄12、压缩筒、下滑柄7依次铰链组成，上滑柄12与弹簧芯筒5底部相连，下滑柄7与阀套9顶部相连。
上述方案进一步包括：
所述压缩筒由滑动套接配合的滑动外筒13、滑动内筒6和弹性元件14组成，压缩筒与上滑柄12、下滑柄7通过销轴15铰链，并在铰链处设置辊轮。
在套管1上设有连通封闭环形空腔和套管1外部的平衡孔16。
弹簧芯筒5下部与阀套9上部均加工有安装定位槽，上滑柄12插在弹簧芯筒5下部的安装定位槽内进行连接，下滑柄7插在阀套9上部的安装定位槽进行连接。
弹簧芯筒5顶部通过与套管1固定连接的挡块2限定在套管1内，阀芯10下部通过紧固套11与套管1固定连接；在套管1与弹簧芯筒5的环状凸起下行止点处设置内凸沿；在阀套9和阀芯10上部设置限位轴8，限位轴8与阀套9上部的限位槽构成轴向限位配合。
弹簧芯筒5下端的液体流道17与水平面成30度至45度角，流道有两条或者四条；所述弹性元件14包括弹簧或者牒簧。
本发明的优点在于：它采用套管内外液体压差产生的压力与弹性元件的弹性势能相互转换，只要固井作业开泵工作，有钻井液通过循环间歇截止阀，即可带动可循环间歇截止阀工作，使套管柱和环空内的水泥浆或钻井液产生振动，而无需电力作为动力，有效克服现有固井振动装置辅助设备复杂，可能造成多种井下固井事故的缺点；同时该发明装置结构简单，便于制造，使用成本低，更适用于现场应用；该结构产生的振动效果良好并且稳定，显著提高水泥浆顶替效率和固化强度，因此具有较强的实用性。
附图说明
图1是一种阀式振动固井工具初始状态的整体结构示意图；
图2是一种阀式振动固井工具压缩状态的整体结构示意图；
图中1.套管、2.挡块、3.弹簧定位块、4.弹簧、5.弹簧芯筒、6.滑动内筒、7.下滑柄、8.限位轴、9.阀套、10.阀芯、11.紧固套、12.上滑柄、13.滑动外筒、14.弹性元件、15.销轴、16.平衡孔、17.液体流道。
具体实施方式
下面结合附图说明中的图1、图2对本发明做进一步说明。
实施例1：参照附图1和2，一种阀式振动固井工具，包括套管1，以及在套管1内自上而下依次设置的弹簧芯筒5、弹簧4、相向压缩机构、阀套9和阀芯10，其中：弹簧芯筒5上段设有弹簧定位块3、下段设置环状凸起、中段与套管1组成的封闭环形空腔，弹簧4套装在弹簧芯筒5外的封闭环形空腔内，弹簧芯筒5通过弹簧定位块3和环状凸起与套管1构成轴向滑动密封配合，弹簧芯筒5的环状凸起段下部设置有伞状液体流道17；阀芯10下部通过其环状凸起段与套管1密封固定连接，阀套9套装在阀芯10环状凸起段上部，阀套9和阀芯10上设有轴向间隔配合的导流孔；相向压缩机构主要由上滑柄12、压缩筒、下滑柄7依次铰链组成，上滑柄12与弹簧芯筒5底部相连，下滑柄7与阀套9顶部相连。
上述实施例进一步的：所述压缩筒由滑动套接配合的滑动外筒13、滑动内筒6和弹性元件14组成，压缩筒与上滑柄12、下滑柄7通过销轴15铰链，并在铰链处设置辊轮。
进一步的：在套管1上设有连通封闭环形空腔和套管1外部的平衡孔16。
进一步的：弹簧芯筒5下部与阀套9上部均加工有安装定位槽，上滑柄12插在弹簧芯筒5下部的安装定位槽内进行连接，下滑柄7插在阀套9上部的安装定位槽进行连接。
进一步的：弹簧芯筒5顶部通过与套管1固定连接的挡块2限定在套管1内，阀芯10下部通过紧固套11与套管1固定连接；在套管1与弹簧芯筒5的环状凸起下行止点处设置内凸沿；在阀套9和阀芯10上部设置限位轴8，限位轴8与阀套9上部的限位槽构成轴向限位配合。
进一步的：弹簧芯筒5下端的液体流道17与水平面成30度至45度角，流道有两条或者四条；所述弹性元件14包括弹簧或者牒簧。
典型实施例：结合附图1和2所示，一种阀式振动固井工具包括套管1、挡块2、弹簧定位块3、弹簧芯筒5、弹簧4、平衡孔16、液体流道17、上滑柄12、滑动外筒13、滑动内筒6、弹性元件14、下滑柄7、销轴15、限位轴8、阀套9、阀芯10、紧固套11等部件。
挡块2通过螺纹固定于套管1内部，弹簧芯筒5位于套管1中心，且弹簧芯筒5直径小于套管1直径，通过螺纹与弹簧定位块3连接，弹簧4套在弹簧芯筒5外部，位于弹簧芯筒5与套管1环空内，可进行自由伸缩，平衡孔16为套管1上的通孔，弹簧芯筒5下部有液体流道17，上滑柄12通过安装定位槽插在弹簧芯筒5下部，滚轮、滑动外筒13通过销轴15与上滑柄12连接，滑动外筒13套在滑动内筒6外部，且滑动外筒13与滑动内筒6可以相互滑动，弹性元件14至于滑动内筒6内部，滑动内筒6、滚轮通过销轴15与下滑柄14连接，两个滚轮可以在套管1内壁上滑动，下滑柄7插在阀套9上部的定位插槽内进行连接，阀套9套在阀芯10外部，限位轴8同时插入在阀套9与阀芯10的通孔内，阀芯10通过下部的螺纹与紧固套11连接。
本发明的工作机理：进行固井作业时，由于套管1内部的压力大于套管1外部的压力，液体通过液体流道17由套管1内部流向套管1外部，液体流动同时推动弹簧定位块3带动弹簧芯筒5向下运动，压缩弹簧4，弹簧芯筒5的向下运动也带动了上滑柄12向下运动，上滑柄12推动滚轮在套管1内壁向下滑动，同时带动滑动外筒13与滑动内筒6相对滑动，压缩装在滑动内筒6内部的弹性元件14，由于滑动外筒13与滑动内筒6的相对滑动，致使安装在下滑柄7上的滚轮沿着套管1内壁向上运动，下滑柄7拉动阀套9向上运动，至阀套9与阀芯10上的导流孔对齐，阀门打开，此时压力回复平衡，由于被压缩的弹簧4与弹性元件14要恢复初始状态，所以弹性元件14推动阀套9向下运动，弹簧4推动弹簧芯筒5向上运动，如此往复可产生振动。
Claims (6)
1.一种阀式振动固井工具，包括套管（1），其特征是：还包括在套管（1）内自上而下依次设置的弹簧芯筒（5）、弹簧（4）、相向压缩机构、阀套（9）和阀芯（10），其中：弹簧芯筒（5）上段设有弹簧定位块（3）、下段设置环状凸起、中段与套管（1）组成的封闭环形空腔，弹簧（4）套装在弹簧芯筒（5）外的封闭环形空腔内，弹簧芯筒（5）通过弹簧定位块（3）和环状凸起与套管（1）构成轴向滑动密封配合，弹簧芯筒（5）的环状凸起段下部设置有伞状液体流道（17）；阀芯（10）下部通过其环状凸起段与套管（1）密封固定连接，阀套（9）套装在阀芯（10）环状凸起段上部，阀套（9）和阀芯（10）上设有轴向间隔配合的导流孔；相向压缩机构主要由上滑柄（12）、压缩筒、下滑柄（7）依次铰链组成，上滑柄（12）与弹簧芯筒（5）底部相连，下滑柄（7）与阀套（9）顶部相连。
2.根据权利要求1所述的阀式振动固井工具，其特征是：所述压缩筒由滑动套接配合的滑动外筒（13）、滑动内筒（6）和弹性元件（14）组成，压缩筒与上滑柄（12）、下滑柄（7）通过销轴（15）铰链，并在铰链处设置辊轮。
3.根据权利要求1或2所述的一种阀式振动固井工具，其特征是：在套管（1）上设有连通封闭环形空腔和套管（1）外部的平衡孔（16）。
4.根据权利要求3所述的阀式振动固井工具，其特征是：弹簧芯筒（5）下部与阀套（9）上部均加工有安装定位槽，上滑柄（12）插在弹簧芯筒（5）下部的安装定位槽内进行连接，下滑柄（7）插在阀套（9）上部的安装定位槽进行连接。
5.根据权利要求4所述的阀式振动固井工具，其特征是：弹簧芯筒（5）顶部通过与套管（1）固定连接的挡块（2）限定在套管（1）内，阀芯（10）下部通过紧固套（11）与套管（1）固定连接；在套管（1）与弹簧芯筒（5）的环状凸起下行止点处设置内凸沿；在阀套（9）和阀芯（10）上部设置限位轴（8），限位轴（8）与阀套（9）上部的限位槽构成轴向限位配合。
6.根据权利要求5所述的阀式振动固井工具，其特征是：弹簧芯筒（5）下端的液体流道（17）与水平面成30度至45度角，流道有两条或者四条；所述弹性元件（14）包括弹簧或者牒簧。
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