CN111236888A - 一种超声波振动洗井装置和洗井方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于油气井工程领域的一种超声波振动洗井装置和洗井方法。所述超声波振动洗井装置是由上接头组件、电池组供电组件、电路控制系统组件、超声波发生装置组件、换能装置组件、振动洗井装置组件、套筒和下接头组件组成。将超声波振动洗井装置装配在油气井套管上，随套管下入深井达到预设位置；打开电源供电；超声波发生器换能器将高频信号转换为高频机械振动，该高频机械振动传递给振动洗井装置内的振动头；振动头使套筒外壁表面产生高频振动，产生空化效应；使附着在套筒外壁的泥饼脱落，减少泥块附着，防止淤泥二次粘附，减少沉淀和堵塞物，本发明整体结构简单，操作方便，提高洗井质量、提高清洗效果。
Description
技术领域
本发明属于油气井工程领域，特别涉及一种超声波振动洗井装置和洗井方法。
背景技术
洗井是石油开采工程中关键技术之一，优秀的洗井技术和方法，可以提高后续洗井工程的质量，有效延长油气井寿命。通过洗井可以减少套管上泥浆，使粘附的泥饼容易脱落，有效降低凝块在套管和井壁上的淤积，提高了套管和井壁的清洗效果，减少了套管和井壁内的沉淀物及堵塞物，有效提高后续固井的质量。然而，现有的洗井技术仍存在着清洗强度弱以及套管淤积难以去除的问题，常规的清洗方式难以解决。因此，现有技术迫切需要一种能够增强洗井效果、减少套管和井壁上泥浆淤积和泥饼附着的洗井技术，以克服现有技术中的种种缺陷。
本发明提出的一种超声波振动洗井装置和洗井方法：能够与常规洗井工艺相结合的情况下，利用超声波高频电信号产生高频振动，产生空化效应，以减少套管泥垢淤积，进而提高井道的清洗效果，以改善后续固井质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种超声波振动洗井装置和洗井方法，其特征在于，所述超声波振动洗井装置是由上接头组件、电池组供电组件、电路控制系统组件、超声波发生装置组件、换能装置组件、振动洗井装置组件、套筒和下接头组件组成；其中，上接头组件1、胶塞座2、电池组供电组件套管3、电池组供电组件4、电路控制系统组件5、电路控制系统组件套管6、套筒7、超声波发生器组件8、二合一套管9、换能器组件10、振动洗井装置振动组件11和下接头组件12从上至下依次连接成为超声波振动洗井装置。
所述超声波振动洗井装置的具体结构是套筒设置在超声波振动洗井装置的中间位置，上接头设置在套筒的上端，下接头设置在套筒的下端；电池组供电组件设置在电池组供电组件套管内，电池组供电组件套管上端通过胶塞座固定在套筒内上部位置，电路控制系统组件安装在电路控制系统组件套管内；其上部通过螺纹连接在电池组供电组件套管下端；下部与二合一套管上部连接；超声波发生装置组件和换能装置组件安装在二合一套管内，用螺纹连接于电路控制系统组件的下方位置；振动洗井装置振动组件连接于换能装置组件下方位置。
所述上接头组件包括上接头、胶塞座、胶塞座剪销和上接头密封圈；其胶塞座通过胶塞座剪销固定在上接头的内部，上接头和套筒的缝隙通过上接头密封圈密封。
所述电路控制系统组件包括：电路控制系统套管、I#电路板、II#电路板、电路板支架、电源开关、开关支架、功率电阻、限位垫片和减振垫片；其中电路控制系统套管通过螺纹与电池组供电套管连接，使用螺钉与套筒固定连接；所述I#电路板、II#电路板通过螺纹固定在电路板支架背面上部；电路板支架用螺纹连接在电路控制系统套管的内壁上；电源开关通过开关支架固定在电路板支架的正面，其电源开关接头与I#电路板、II#电路板连接；功率电阻通过螺钉固定在电路板支架背面下部；限位垫片和减振垫垫片固定在电路板支架背面上部。
所述I#电路板将电池组输出直流电转换为交流电，即直流电变为大小随时间变化的脉冲交流电，经隔直系统去掉直流分量，保留交变分量，再通过升压或降压变换，整形及稳压，得到交流电；II#电路板中嵌有斩波电路，利用斩波电路将交流电信号转换为超声波频率电信号，即通过斩波电路将信号“斩”为更小块的脉冲，实现电信号由低频向高频的转换。
所述振动洗井装置振动组件包括：振动头、振动头固定套管、滑盖。振动头置于振动头固定套管的孔洞中，孔洞用滑盖封闭；振动头固定套管与套筒相互嵌入，振动头固定套管与套筒用螺钉连接；所述振动头扩大换能器输出振幅，提高超声振动强度。
所述超声波振动洗井装置，最大外径为224mm，长度为1754mm；所述系统电路板、超声波发生器、换能器通过使用所述减振垫片进行减振；所述电池组供电组件套管是圆柱体；所述电路控制系统组件、所述电池供电组件、所述超声波发生器组件和所述换能器组件都处于密封的舱体内。
所述电路控制系统组件，供电电压220V直流电；所述超声波发生器，工作电压220V,输出超声波高频信号10kHz-20kHz，功率600W；所述振动头高频振动频率为10kHz-20kHz。
一种超声波振动洗井装置进行振动洗井的方法，其特征在于，包括以下步骤：所述超声波振动洗井装置装配在油气井套管上，随所述套管下入深井达到预设位置；下入空心胶塞，所述胶塞触碰装置电源开关打开电源，开始供电；通过所述电路控制系统将220V直流电源转化为工频交流电，再转换为高频交流电；并传递给所述超声波发生器，超声波发生器产生超声波高频信号通过换能器将高频信号转换为高频机械振动，该高频机械振动传递给振动洗井装置内的振动头；振动头将高频机械振动的振幅增强扩大，振动头使套筒外壁表面产生高频振动；高频振动引起套筒表面产生空化效应，使附着在套筒外壁的泥饼脱落，减少泥块附着，防止淤泥二次粘附，减少沉淀和堵塞物，提高洗井质量。
本发明的有益效果是超声波振动洗井装置整体结构简单，操作方便，产生的高频振动使套管外壁发生空化作用，进而减少淤积泥浆附着，提高清洗效果。相比于常规的水压清洗油气井方式，超声波振动洗井方式避免了因常规清洗时冲洗能力弱所导致清洗不干净、不彻底的问题，并且利用空化效应对套管壁泥垢淤积、泥饼附着进行有效去除，同时去除管内沉淀物和堵塞物；此外，持续的高频振动还能避免清洗时泥浆、泥饼的再次附着。有效提高洗井效果，为后续固井工程做好准备，保证了工程质量。同时，实际操作中，也可以依据实际工况，通过调整生成的超声波信号的频率来适应不同工况的深井，并且可以调整振动头的振动相关参数进而调整振动的剧烈程度，进而改善洗井效果。
附图说明
图1为超声波振动洗井装置的结构示意图。
图2为电路控制系统组件结构示意图；其中，a为正面图，b为侧面图，c为背面图。
图3为振动洗井装置振动组件示意图，
图4为振动洗井装置振动组件剖面图。
图5为超声波振动洗井的流程图。
具体实施方式
本发明提供一种超声波振动洗井装置和洗井方法，下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
图1所示为超声波振动洗井装置的结构示意图。图中所示超声波振动洗井装置是由上接头组件、电池组供电组件、电路控制系统组件、超声波发生装置组件、换能装置组件、振动洗井装置振动组件、套筒和下接头组件组成；其中，上接头组件1、胶塞座2、电池组供电组件套管3、电池组供电组件4、电路控制系统组件5、电路控制系统组件套管6、套筒7、超声波发生器组件8、二合一套管9、换能器组件10、振动洗井装置振动组件11和下接头组件12从上至下依次连接成为超声波振动洗井装置。其具体结构是套筒7设置在超声波振动洗井装置的中间位置，上接头组件1设置在套筒7的上端，下接头组件12设置在套筒7的下端；电池组供电组件4设置在电池组供电组件套管3内，电池组供电组件套管3上端通过胶塞座2固定在套筒7内上部位置，电路控制系统组件5安装在电路控制系统组件套管6内；电路控制系统组件套管6上部通过螺纹连接在电池组供电组件套管4下端；电路控制系统组件套管6下部与二合一套管9上部连接；超声波发生装置组件8和换能装置组件10安装在二合一套管9内，用螺纹连接于电路控制系统组件5的下方位置；振动洗井装置振动组件11连接于换能装置组件10下方位置，振动洗井装置振动组件11下端与下接头组件12上端固定。
所述上接头组件包括上接头1、胶塞座2、胶塞座剪销21和上接头密封圈22；其胶塞座2通过胶塞座剪销21固定在上接头的内部，上接头1和套筒3的缝隙通过上接头密封圈22密封。
所述电路控制系统组件(如图2)。包括：电路控制系统套管、I#电路板506、II#电路板507、电路板支架504、电源开关501、开关支架505、功率电阻508、限位垫片502和减振垫片503；其中电路控制系统套管通过螺纹与电池组供电套管4连接，使用螺钉与套筒3固定连接；所述I#电路板506、II#电路板507通过螺纹固定在电路板支架504背面上部；电路板支架504用螺纹连接在电路控制系统套管6的内壁上；电源开关501通过开关支架505固定在电路板支架504的正面，其电源开关接头与I#电路板506、II#电路板507连接；功率电阻508通过螺钉固定在电路板支架504背面下部；限位垫片502和减振垫垫片503固定在电路板支架504背面上部。
所述I#电路板将电池组输出直流电转换为交流电，即直流电变为大小随时间变化的脉冲交流电，经隔直系统去掉直流分量，保留交变分量，再通过升压或降压变换，整形及稳压，得到交流电；II#电路板中嵌有斩波电路，利用斩波电路将市电交流电信号转换为超声波频率电信号，即通过斩波电路将信号“斩”为更小块的脉冲，实现电信号由低频向高频的转换。
如图3所示为振动洗井装置振动组件示意图，图4所示为振动洗井装置振动组件剖面图；图中，振动头1101、振动头固定套管1102、滑盖1103。振动头置于振动头固定套管的孔洞中，孔洞用滑盖封闭；振动头固定套管与套筒相互嵌入，振动头固定套管与套筒用螺钉连接；所述振动头扩大换能器输出振幅，提高超声振动强度。
所述超声波振动洗井装置，最大外径为224mm，长度为1754mm；所述系统电路板、超声波发生器、换能器通过使用所述减振垫片进行减振；所述电池组供电组件套管是圆柱体；所述电路控制系统组件、所述电池供电组件、所述超声波发生器组件和所述换能器组件都处于密封的舱体内。
本发明的电源开关、功率电阻、高温电池、电路板支架、开关支架、电池组外壳、弹簧、螺钉等是外部购入器件；以及用于安装外部购入器件的等；所述高温电池要求150℃-200℃环境中正常工作，高温电池用于对超声波振动洗井装置的供电，电池组的总输出电压为220V。电池组型号为ER26765S-150型号的锂电池。
图5所示为超声波振动洗井装置进行振动洗井方法流程图，包括以下步骤：所述超声波振动洗井装置装配在油气井套管上，随所述套管下入深井达到预设位置；下入空心胶塞，所述胶塞触碰装置的电源开关501打开电源，开始供电；通过所述电路控制系统将220V直流电源转化为工频交流电，再转换为超高频交流电；并传递给所述超声波发生器、超声波发生器产生超声波高频信号通过换能器将高频信号转换为高频机械振动，该高频机械振动传递给振动洗井装置内的振动头；振动头将高频机械振动的振幅增强扩大，振动头使套筒外壁表面产生高频振动；高频振动引起套筒表面产生空化效应，使附着在套筒外壁的泥饼脱落，减少泥块附着，防止淤泥二次粘附，减少沉淀和堵塞物，提高洗井质量。
所述超声波发生器，输出超声波高频信号10kHz-20kHz；所述振动头高频振动频率为10kHz-20kHz。
实施例
所述超声波振动洗井装置装配在油气井套管上，随所述套管7下入深井达到预设位置；下入空心胶塞2，所述胶塞触碰装置开关打开电源，开始供电；通过电路控制系统5将直流电逆变为高频交流电，并传递给所述超声波发生器8、所述换能器10；通过所述超声波发生器8产生超声波高频信号，并传输给所述换能器10。通过所述换能器10将高频信号转换为高频机械振动，传递给所述振动洗井装置内的振动头1101；所述振动头110将所述换能器的输出振幅增强扩大，振动通所述套筒传递到所述套筒7外壁，使所述外壁表面产生高频振动；高频振动引起所述套筒表面产生空化效应，使所述套筒外壁泥饼脱落，减少泥块附着，防止淤泥二次粘附，减少沉淀和堵塞物，提高洗井质量。
Claims (7)
1.一种超声波振动洗井装置，其特征在于，所述超声波振动洗井装置是由上接头组件、电池组供电组件、电路控制系统组件、超声波发生装置组件、换能装置组件、振动洗井装置组件、套筒和下接头组件组成；其中，上接头组件、胶塞座、电池组供电组件套管、电池组供电组件、电路控制系统组件、电路控制系统组件套管、套筒、超声波发生器组件、二合一套管、换能器组件、振动洗井装置振动组件和下接头组件从上至下依次连接成为超声波振动洗井装置；
所述超声波振动洗井装置的具体结构是套筒设置在超声波振动洗井装置的中间位置，上接头设置在套筒的上端，下接头设置在套筒的下端；电池组供电组件设置在电池组供电组件套管内，电池组供电组件套管上端通过胶塞座固定在套筒内上部位置，电路控制系统组件安装在电路控制系统组件套管内；其上部通过螺纹连接在电池组供电组件套管下端；下部与二合一套管上部连接；超声波发生装置组件和换能装置组件安装在二合一套管内，用螺纹连接于电路控制系统组件的下方位置；振动洗井装置振动组件连接于换能装置组件下方位置。
2.根据权利要求1所述一种超声波振动洗井装置，其特征在于，所述上接头组件包括上接头、胶塞座、胶塞座剪销和上接头密封圈；其胶塞座通过胶塞座剪销固定在上接头的内部，上接头和套筒的缝隙通过上接头密封圈密封。
3.根据权利要求1所述一种超声波振动洗井装置，其特征在于，所述电路控制系统组件包括：电路控制系统套管、I#电路板、II#电路板、电路板支架、电源开关、开关支架、功率电阻、限位垫片和减振垫片；其中电路控制系统套管通过螺纹与电池组供电套管连接，使用螺钉与套筒固定连接；所述I#电路板、II#电路板通过螺纹固定在电路板支架背面上部；电路板支架用螺纹连接在电路控制系统套管的内壁上；电源开关通过开关支架固定在电路板支架的正面，其电源开关接头与I#电路板、II#电路板连接；功率电阻通过螺钉固定在电路板支架背面下部；限位垫片和减振垫垫片固定在电路板支架背面上部。
4.根据权利要求1所述一种超声波振动洗井装置，其特征在于，所述I#电路板通过逆变电路将电池组输出直流电转换为工频交流电；所述II#电路板中嵌有斩波电路，利用斩波电路将工频交流电信号转换为超声波频率电信号。
5.根据权利要求1所述一种超声波振动洗井装置，其特征在于，所述振动洗井装置振动组件包括：振动头、振动头固定套管、滑盖；振动头置于振动头固定套管的孔洞中，孔洞用滑盖封闭；振动头固定套管与套筒相互嵌入，振动头固定套管与套筒用螺钉连接；所述振动头扩大换能器输出振幅，提高超声振动强度。
6.根据权利要求1所述一种超声波振动洗井装置，其特征在于，所述超声波振动洗井装置，最大外径为224mm，长度为1754mm；所述系统电路板、超声波发生器、换能器通过使用所述减振垫片进行减振；所述电池组供电组件套管是圆柱体；所述电路控制系统组件、所述电池供电组件、所述超声波发生器组件和所述换能器组件都处于密封的舱体内。
7.一种权利要求1所述超声波振动洗井装置进行振动洗井的方法，其特征在于，包括以下步骤：所述超声波振动洗井装置装配在油气井套管上，随所述套管下入深井达到预设位置；下入空心胶塞，所述胶塞触碰装置开关打开电源，开始供电；通过所述电路控制系统将220V直流电源转化为工频交流电，再转换为超高频交流电；并传递给所述超声波发生器、超声波发生器产生超声波高频信号通过换能器将高频信号转换为10-20kHz的高频机械振动，该高频机械振动传递给振动洗井装置内的振动头；振动头将高频机械振动的振幅增强扩大，振动头使套筒外壁表面产生高频振动；高频振动引起套筒表面产生空化效应，使附着在套筒外壁的泥饼脱落，减少泥块附着，防止淤泥二次粘附，减少沉淀和堵塞物，提高洗井质量。
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