CN113605852B - 一种多用途振动固井工具及其使用方法与试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多用途振动固井工具及其使用方法与试验装置。该多用途振动固井工具，包括信号发生球、电路控制组件和振动发生组件，信号发生球用于激活电路控制组件；电路控制组件用于实现对振动发生组件工作状态的控制；振动发生组件用于产生轴向振动冲击。本发明通过无线控制技术实现对振动发生组件工作状态的控制，振动发生组件受记忆合金推拉杆驱动产生轴向振动冲击波，其冲击能量大，传播距离远，有效解决水泥浆在水平井流动性差的问题，提高水泥浆的致密性和均匀性，保证界面胶结强度和固井质量；同时，本发明并未改变现有的固井设备和固井工艺，且操作方法简单，加工成本低，降低了工程成本。

Description

一种多用途振动固井工具及其使用方法与试验装置
技术领域
本发明属于油气井工程领域，尤其涉及一种多用途振动固井工具及其使用方法与试验装置。
背景技术
在石油开采过程中，固井作业下入套管后需要注入水泥浆，水泥浆的环面胶结强度和密封质量直接影响着固井质量。为保证固井质量，防止固井后油、气、水混窜，在固井作业过程中要采用振动固井装置来提高水泥浆的致密性和均匀性，保证界面胶结强度。目前国内外常用的振动固井装置有声频式振动固井、环空脉冲式振动固井、机械式振动固井和水力脉冲式振动固井等，其中水力脉冲式振动固井装置在石油开采中的应用最为广泛，但该振动固井装置只能产生轴向振动，且振幅不可控制，其余几种振动固井工具在使用过程中也存在诸多缺陷。随着振动固井技术的发展，对于振动参数精确度和振动波效果的要求不断提高，上述几种振动装置已经难以满足目前的振动固井要求。
综上所述，提供一种能够在水泥浆侯凝阶段时提供高频振动的振动固井装置，以解决水泥浆在水平井流动性差和水泥浆不均匀的问题，同时获得更精确的振动参数和更好的振动效果，已经成为亟需解决的问题。
发明内容
为了克服现有技术存在的一系列缺陷，本发明的目的在于针对上述问题，提供一种多用途振动固井工具，包括信号发生球2、电路控制组件5和振动发生组件9，其特征在于，所述信号发生球2用于激活电路控制组件5；所述电路控制组件5用于实现对振动发生组件9工作状态的控制；所述振动发生组件9用于产生轴向振动冲击。
优选的，所述多用途振动固井工具还包括上接头1、密封圈、端盖4、电池衬套6、耐高温电池7、垫块8、中心套管10、外套管11和下接头12，所述上接头1与外套管11通过螺纹连接，且通过密封圈密封；所述端盖4与上接头1通过销钉连接，且通过密封圈密封；所述电路控制组件5的上端与端盖4通过销钉连接，下端与电池衬套6和垫块8通过销轴Ⅰ连接；所述耐高温电池7两端分别与电池衬套6接触，通过电池衬套6限制其轴向运动；所述振动发生组件9上端与垫块8和电池衬套6通过销钉连接，下端与外套管11轴肩通过销钉连接；所述中心套管10上端与端盖4通过螺纹连接，下端与下接头12通过螺纹连接；所述下接头12与外套管11通过螺纹连接，且通过密封圈密封。
优选的，所述振动发生组件9包括记忆合金推拉杆固定板901、温度传感器902、记忆合金推拉杆903、加热电阻904、行程开关905、质量块906、压缩弹簧907、推拉端盖908、缸体909和加速度传感器910；所述记忆合金推拉杆固定板901上端与垫块8和电池衬套6通过销钉连接，下端通过加热电阻904实现轴向固定；所述温度传感器902和加速度传感器910通过螺钉安装在记忆合金推拉杆固定板901下表面，所述温度传感器902和加速度传感器910的安装直径与记忆合金推拉杆903的安装直径相等；所述记忆合金推拉杆903上端与记忆合金推拉杆固定板901固连，下端与推拉端盖908固连；所述加热电阻904的上端与记忆合金推拉杆固定板901压紧接触，下端与缸体909轴肩压紧接触；所述行程开关905通过螺钉安装在缸体909内部腔体；所述压缩弹簧907两端分别与质量块906固连；所述缸体909下端面与外套管11轴肩通过螺钉连接。
优选的，所述电路控制组件5包括信号接收天线501、销轴502、电路固定板503、信号处理模块504、数据分析模块505、电路控制模块506、电路保护模块507和电路板支柱508；所述信号接收天线501与电路固定板503的上端通过螺纹连接；所述电路固定板503的上端与端盖4通过销轴502连接；所述信号处理模块504和电路控制模块506分别与电路固定板503的上下两端通过螺钉连接；所述数据分析模块505通过电路板支柱508连接到信号处理模块504上；所述电路保护模块507通过电路板支柱508连接到电路控制模块506上。
优选的，所述记忆合金推拉杆903设定形变温度以满足包括不同井深、不同水泥浆体系、不同井形在内的各种条件；所述电路控制模块506根据不同井段不同井矿调整电流、电压参数，以满足包括不同井深、不同水泥浆体系、不同井形在内的各种条件对于振动特性的要求。
优选的，所述缸体909与所述外套管11的轴肩相接触，所述外套管11受到冲击产生轴向振动波，振动波经界面进入水泥浆以提高水泥浆在水平井的流动性，同时为水泥浆在侯凝阶段时提供高频振动，提高水泥浆的致密性和均匀性，保证界面胶结强度和固井质量。
本发明的目的还在于提出一种多用途振动固井工具的使用方法，其特征在于包括以下步骤：
待多用途振动固井工具下入到预定位置后，将一定数量的所述信号发生球2从井口投入套管柱，信号发生球2持续发射微波信号，信号发生球2下落至上接头1内部时，所述电路控制组件5接收到信号发生球2发射出的微波信号开始工作，进而引起所述振动发生组件9开始工作；
所述加热电阻904通电后，振动发生组件9的内部温度逐渐升高，当温度达到记忆合金推拉杆903的形变温度时，处于伸展状态的记忆合金推拉杆903迅速收缩，处于被压缩状态的压缩弹簧907迅速得到释放，带动两端的质量块906在腔体内往复冲击产生振动，当记忆合金推拉杆903带动推拉端盖908经过行程开关905时，行程开关905切断加热电阻904供电电路，加热电阻904停止加热，随着中心套管10内钻井液的不断循环，高温的振动发生组件9迅速得到冷却，当温度低于记忆合金推拉杆903的形变温度时，记忆合金推拉杆903迅速伸展，带动推拉端盖908挤压压缩弹簧907，使压缩弹簧907处于压缩蓄能状态；
所述电路控制组件5根据温度传感器902和加速度传感器910反馈的数据实时调整振动发生组件9的工作状态，所述温度传感器902将实时温度数据反馈给数据分析模块505，所述加速度传感器910将实时振动频率反馈给数据分析模块505，电路控制模块506根据分析结果改变电路电流、电压等参数包括电流与电压在内的各项参数，所述加热电阻904在不同电流、电压等参数下加热到指定温度所需的时间不同，所述记忆合金推拉杆903的往复周期也不同，从而改变振动发生组件9的振动频率。
本发明的目的还在于提出一种多用途振动固井工具的实验装置，其特征在于，所述测试多用途振动固井工具的试验装置包括控制台13、液压泵站14和试验平台15，通过控制台13控制液压泵站14和试验平台15工作，其中，
所述控制台13包括操作按钮1301、电流表1302、电压表1303、显示器1304、压力表1305、温度计1306和控制组合1307；所述电流表1302、电压表1303和温度计1306用于显示试验平台15的具体参数；所述压力表1305和温度计1306用于显示液压泵站14为试验平台15提供的液体环境压力和温度；
所述液压泵站14包括液压阀1401、泵1402、电机1403、水箱1404和电阻丝1405；所述液压泵站14为试验平台15提供接近实际工况的外部环境；
所述试验平台15包括记忆合金推拉杆固定板Ⅰ1501、记忆合金推拉杆Ⅰ1502、推拉端盖Ⅰ1503、质量块Ⅰ1504、压缩弹簧Ⅰ1505、外套管Ⅰ1506、缸体Ⅰ1507、中心套管Ⅰ1508和加热电阻Ⅰ1509，所述试验平台15设有1～6号传感器布置点，其中1～3号位温度检测点，4～6号位加速度检测点。
优选的，所述控制台13控制液压泵站14向试验平台15的中心套管Ⅰ1508中注入接近实际工况条件的钻井液并保持循环，所述控制台13向试验平台15通电，使加热电阻1509开始工作，测试试验平台15在拟合实际工况条件下的机械性能和工作性能，通过控制台13改变输入条件，获取试验1～6号测试点传感器反馈的数据，通过计算机计算确定试验平台15振动的最佳参数值。
优选的，在拟合实际工况条件下，所要测试的试验平台15机械性能和工作性能包括记忆合金推拉杆Ⅰ1502完成一次形变周期所需的时间，以及压缩弹簧Ⅰ1505释放带动质量块Ⅰ1504对缸体Ⅰ1507冲击产生的振动频率；通过控制台13改变的输入条件包括输入电流、电压和钻井液温度。
与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：
1)本发明提出的一种多用途振动固井工具，不局限应用于石油钻井过程中的振动固井阶段，还可用于钻井阶段的振动解卡工具和其他工程领域的振动冲击等：
2)本发明通过运用无线控制技术可以实现对振动发生组件工作状态的控制，振动发生组件受记忆合金推拉杆驱动产生轴向振动冲击波，其冲击能量大，传播距离远，有效解决水泥浆在水平井流动性差的问题，提高水泥浆的致密性和均匀性，保证界面胶结强度和固井质量；同时，在钻井阶段，由于地层特性及定向造斜等原因常常引起的井壁不稳，发生缩颈、坍塌等井下卡钻事故，本发明为解决该问题提供了一种新的解决方案；
3)本发明并未改变现有的固井设备和固井工艺，且操作方法简单，加工成本低，降低了工程成本。
附图说明
图1是多用途振动固井工具的结构示意图；
图2电路控制组件结构示意图；
图3是振动发生组件的结构示意图；
图4是振动发生组件的两种工作状态示意图；
图5是测试多用途振动固井工具试验装置的结构示意图；
图6是控制台的结构示意图；
图7是液压泵站的结构示意图；
图8是试验平台的结构示意图。。
图中附图标记为：
1-上接头，2-信号发生球，4-端盖，5-电路控制组件，6-电池衬套，7-耐高温电池，8-垫块，9-振动发生组件，10-中心套管，11-外套管，12-下接头；
501-信号接收天线，502-销轴，503-电路固定板，504-信号处理模块，505-数据分析模块，506-电路控制模块，507-电路保护模块，508-电路板支柱；
901-记忆合金推拉杆固定板，902-温度传感器，903-记忆合金推拉杆，904-加热电阻，905-行程开关，906-质量块，907-压缩弹簧，908-推拉端盖，909-缸体，910-加速度传感器；
13-控制台，14-液压泵站，15-试验平台；
1301-操作按钮，1302-电流表，1303-电压表，1304-显示器，1305-压力表，1306-温度计，1307-控制组合；
1401-液压阀，1402-泵，1403-电机，1404-水箱，1405-电阻丝；
1501-记忆合金推拉杆固定板Ⅰ，1502-记忆合金推拉杆Ⅰ，1503-推拉端盖Ⅰ，1504-质量块Ⅰ，1505-压缩弹簧Ⅰ，1506-外套管Ⅰ，1507-缸体Ⅰ，1508-中心套管Ⅰ，1509-加热电阻Ⅰ。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面通过参考附图描述的实施例以及方位性的词语均是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明的一个宽泛实施例中，一种多用途振动固井工具，包括信号发生球2、电路控制组件5和振动发生组件9，其特征在于，所述信号发生球2用于激活电路控制组件5；所述电路控制组件5用于实现对振动发生组件9工作状态的控制；所述振动发生组件9用于产生轴向振动冲击。
优选的，所述多用途振动固井工具还包括上接头1、密封圈、端盖4、电池衬套6、耐高温电池7、垫块8、中心套管10、外套管11和下接头12，所述上接头1与外套管11通过螺纹连接，且通过密封圈密封；所述端盖4与上接头1通过销钉连接，且通过密封圈密封；所述电路控制组件5的上端与端盖4通过销钉连接，下端与电池衬套6和垫块8通过销轴Ⅰ连接；所述耐高温电池7两端分别与电池衬套6接触，通过电池衬套6限制其轴向运动；所述振动发生组件9上端与垫块8和电池衬套6通过销钉连接，下端与外套管11轴肩通过销钉连接；所述中心套管10上端与端盖4通过螺纹连接，下端与下接头12通过螺纹连接；所述下接头12与外套管11通过螺纹连接，且通过密封圈密封。
优选的，所述振动发生组件9包括记忆合金推拉杆固定板901、温度传感器902、记忆合金推拉杆903、加热电阻904、行程开关905、质量块906、压缩弹簧907、推拉端盖908、缸体909和加速度传感器910；所述记忆合金推拉杆固定板901上端与垫块8和电池衬套6通过销钉连接，下端通过加热电阻904实现轴向固定；所述温度传感器902和加速度传感器910通过螺钉安装在记忆合金推拉杆固定板901下表面，所述温度传感器902和加速度传感器910的安装直径与记忆合金推拉杆903的安装直径相等；所述记忆合金推拉杆903上端与记忆合金推拉杆固定板901固连，下端与推拉端盖908固连；所述加热电阻904的上端与记忆合金推拉杆固定板901压紧接触，下端与缸体909轴肩压紧接触；所述行程开关905通过螺钉安装在缸体909内部腔体；所述压缩弹簧907两端分别与质量块906固连；所述缸体909下端面与外套管11轴肩通过螺钉连接。
优选的，所述电路控制组件5包括信号接收天线501、销轴502、电路固定板503、信号处理模块504、数据分析模块505、电路控制模块506、电路保护模块507和电路板支柱508；所述信号接收天线501与电路固定板503的上端通过螺纹连接；所述电路固定板503的上端与端盖4通过销轴502连接；所述信号处理模块504和电路控制模块506分别与电路固定板503的上下两端通过螺钉连接；所述数据分析模块505通过电路板支柱508连接到信号处理模块504上；所述电路保护模块507通过电路板支柱508连接到电路控制模块506上。
优选的，所述记忆合金推拉杆903设定形变温度以满足包括不同井深、不同水泥浆体系、不同井形在内的各种条件；所述电路控制模块506根据不同井段不同井矿调整电流、电压参数，以满足包括不同井深、不同水泥浆体系、不同井形在内的各种条件对于振动特性的要求。
优选的，所述缸体909与所述外套管11的轴肩相接触，所述外套管11受到冲击产生轴向振动波，振动波经界面进入水泥浆以提高水泥浆在水平井的流动性，同时为水泥浆在侯凝阶段时提供高频振动，提高水泥浆的致密性和均匀性，保证界面胶结强度和固井质量。
本发明的目的还在于提出一种多用途振动固井工具的使用方法，其特征在于包括以下步骤：
待多用途振动固井工具下入到预定位置后，将一定数量的所述信号发生球2从井口投入套管柱，信号发生球2持续发射微波信号，信号发生球2下落至上接头1内部时，所述电路控制组件5接收到信号发生球2发射出的微波信号开始工作，进而引起所述振动发生组件9开始工作；
所述加热电阻904通电后，振动发生组件9的内部温度逐渐升高，当温度达到记忆合金推拉杆903的形变温度时，处于伸展状态的记忆合金推拉杆903迅速收缩，处于被压缩状态的压缩弹簧907迅速得到释放，带动两端的质量块906在腔体内往复冲击产生振动，当记忆合金推拉杆903带动推拉端盖908经过行程开关905时，行程开关905切断加热电阻904供电电路，加热电阻904停止加热，随着中心套管10内钻井液的不断循环，高温的振动发生组件9迅速得到冷却，当温度低于记忆合金推拉杆903的形变温度时，记忆合金推拉杆903迅速伸展，带动推拉端盖908挤压压缩弹簧907，使压缩弹簧907处于压缩蓄能状态；
所述电路控制组件5根据温度传感器902和加速度传感器910反馈的数据实时调整振动发生组件9的工作状态，所述温度传感器902将实时温度数据反馈给数据分析模块505，所述加速度传感器910将实时振动频率反馈给数据分析模块505，电路控制模块506根据分析结果改变电路电流、电压等参数包括电流与电压在内的各项参数，所述加热电阻904在不同电流、电压等参数下加热到指定温度所需的时间不同，所述记忆合金推拉杆903的往复周期也不同，从而改变振动发生组件9的振动频率。
本发明的目的还在于提出一种多用途振动固井工具的实验装置，其特征在于，所述测试多用途振动固井工具的试验装置包括控制台13、液压泵站14和试验平台15，通过控制台13控制液压泵站14和试验平台15工作，其中，
所述控制台13包括操作按钮1301、电流表1302、电压表1303、显示器1304、压力表1305、温度计1306和控制组合1307；所述电流表1302、电压表1303和温度计1306用于显示试验平台15的具体参数；所述压力表1305和温度计1306用于显示液压泵站14为试验平台15提供的液体环境压力和温度；
所述液压泵站14包括液压阀1401、泵1402、电机1403、水箱1404和电阻丝1405；所述液压泵站14为试验平台15提供接近实际工况的外部环境；
所述试验平台15包括记忆合金推拉杆固定板Ⅰ1501、记忆合金推拉杆Ⅰ1502、推拉端盖Ⅰ1503、质量块Ⅰ1504、压缩弹簧Ⅰ1505、外套管Ⅰ1506、缸体Ⅰ1507、中心套管Ⅰ1508和加热电阻Ⅰ1509，所述试验平台15设有1～6号传感器布置点，其中1～3号位温度检测点，4～6号位加速度检测点。
优选的，所述控制台13控制液压泵站14向试验平台15的中心套管Ⅰ1508中注入接近实际工况条件的钻井液并保持循环，所述控制台13向试验平台15通电，使加热电阻1509开始工作，测试试验平台15在拟合实际工况条件下的机械性能和工作性能，通过控制台13改变输入条件，获取试验1～6号测试点传感器反馈的数据，通过计算机计算确定试验平台15振动的最佳参数值。
优选的，在拟合实际工况条件下，所要测试的试验平台15机械性能和工作性能包括记忆合金推拉杆Ⅰ1502完成一次形变周期所需的时间，以及压缩弹簧Ⅰ1505释放带动质量块Ⅰ1504对缸体Ⅰ1507冲击产生的振动频率；通过控制台13改变的输入条件包括输入电流、电压和钻井液温度。
下面结合附图，列举本发明的优选实施例，对本发明作进一步的详细说明。
图1所示是多用途振动固井工具的结构示意图。该多用途振动固井工具包括：上接头1、信号发生球2、密封圈、端盖4、电路控制组件5、电池衬套6、耐高温电池7、垫块8、振动发生组件9、中心套管10、外套管11和下接头12。多用途振动固井工具的使用方法为：将该振动固井工具下入到油气井内预设位置，在地面井口向套管柱内部投入一定数量的信号发生球2，激活电路控制组件5，使得加热电阻904开始工作，随着加热电阻904的不断加热，当记忆合金推拉杆903达到形变温度时快速收缩，缸体909内被压缩的压缩弹簧907迅速得到释放，进而带动质量块906在腔体内部往复冲击；当记忆合金推拉杆903低于形变温度时快速恢复，得到释放的压缩弹簧907又处于压缩储能状态。
图2所示是电路控制组件的结构示意图。该电路控制组件5包括：信号接收天线501、销轴502、电路固定板503、信号处理模块504、数据分析模块505、电路控制模块506、电路保护模块507和电路板支柱508；所述信号接收天线501与电路固定板503通过螺纹连接；所述电路固定板503与端盖4通过销轴502连接；所述信号处理模块504和电路控制模块506与上下电路固定板503通过螺钉连接；所述数据分析模块505与信号处理模块504通过电路板支柱508连接；所述电路保护模块507与电路控制模块506通过电路板支柱508连接。
图3所示是振动发生组件的结构示意图。该振动发生组件9包括：记忆合金推拉杆固定板901、温度传感器902、记忆合金推拉杆903、加热电阻904、行程开关905、质量块906、压缩弹簧907、推拉端盖908、缸体909和加速度传感器910；所述记忆合金推拉杆固定板901上端与垫块8和电池衬套6通过销钉连接，下端通过加热电阻904实现轴向固定；所述温度传感器902和加速度传感器910通过螺钉安装在记忆合金推拉杆固定板901下表面，其安装直径与记忆合金推拉杆903安装直径相等；所述记忆合金推拉杆903上端与记忆合金推拉杆固定板901固连，下端与推拉端盖908固连；所述加热电阻904上端记忆合金推拉杆固定板901压紧接触，下端与缸体909轴肩压紧接触；所述行程开关905通过螺钉安装在缸体909内部腔体；所述压缩弹簧907两端与质量块906固连；所述缸体909下端面与外套管11轴肩通过螺钉连接。
图4所示是振动发生组件的两种工作状态示意图，左图为振动发生组件9的蓄能状态，右图为振动发生组件9的工作状态。
图5所示是测试多用途振动固井工具试验装置的结构示意图，该试验装置包括：控制台13、液压泵站14和试验平台15；一种测试多用途振动固井工具试验装置的使用方法为：通过控制台13控制液压泵站14和试验平台15工作，液压泵站14向中心套管Ⅰ1508内注入钻井液并保持循环，试验平台15内加热电阻Ⅰ1509不断加热，测试记忆合金推拉杆Ⅰ1502完成一次形变周期所需的时间，测试压缩弹簧Ⅰ1505释放带动质量块Ⅰ1504对缸体Ⅰ1507冲击产生的振动频率，改变输入电流、电压、钻井液温度，继续测试记忆合金推拉杆Ⅰ1502完成一次形变周期所需的时间，继续测试压缩弹簧Ⅰ1505释放带动质量块Ⅰ1504对缸体Ⅰ1507冲击产生的振动频率。
图6所示是控制台的结构示意图，该控制台包括：操作按钮1301、电流表1302、电压表1303、显示器1304、压力表1305、温度计1306和控制组合1307；所述电流表1302、电压表1303和温度计1306显示试验平台15的具体参数；所述压力表1305和温度计1306显示液压泵站14为试验平台15提供的液体环境压力和温度。
图7所示是液压泵站的结构示意图，该液压泵站14包括：液压阀1401、泵1402、电机1403、水箱1404和电阻丝1405；所述液压泵站14为试验平台15提供接近实际工况的外部环境。
图8所示是试验平台的结构示意图，该试验平台15包括：记忆合金推拉杆固定板Ⅰ1501、记忆合金推拉杆Ⅰ1502、推拉端盖Ⅰ1503、质量块Ⅰ1504、压缩弹簧Ⅰ1505、外套管Ⅰ1506、缸体Ⅰ1507、中心套管Ⅰ1508和加热电阻Ⅰ1509；所述试验平台15工作原理与振动发生组件9的工作原理相同，所述试验平台15设有1～6号传感器布置点，其中1～3号位温度检测点，4～6号位加速度检测点。
一种多用途振动固井工具及使用方法，该多用途振动固井工具应用于石油钻井过程中的振动固井阶段，使用时先将多用途振动固井工具下入到预定位置；在地面井口投入信号发生球2，所述信号发生球2在下落过程中不断发射微波信号，当信号发生球2下入到上接头1内部时，所述电路控制组件5上的信号接收天线501接收到信号发生球2发射出的微波信号，所述信号处理模块504开始工作，进而通过电路控制模块506控制加热电阻904开始工作；所述加热电阻904加热使得振动发生组件9内部温度迅速升高，当温度达到记忆合金推拉杆903的形变温度时，处于伸展状态的记忆合金推拉杆903迅速收缩，处于被压缩状态的压缩弹簧907迅速得到释放，带动两端质量块906在腔体内往复冲击产生振动，当记忆合金推拉杆903带动推拉端盖908经过行程开关905时，行程开关905切断加热电阻904供电电路，加热电阻904停止加热，随着中心套管10内钻井液的不断循环，高温的振动发生组件9迅速得到冷却，当温度低于记忆合金推拉杆903的形变温度时，记忆合金推拉杆903迅速伸展，带动推拉端盖908挤压压缩弹簧907，使压缩弹簧907处于压缩蓄能状态；所述温度传感器902将实时温度数据反馈给数据分析模块505，所述加速度传感器910将实时振动频率反馈给数据分析模块505，电路控制模块506根据分析结果改变电路电流、电压等参数，所述加热电阻904在不同电流、电压等参数下加热到指定温度所需的时间不同，所述记忆合金推拉杆903的往复周期也不同，从而改变振动发生组件9的振动频率；所述缸体909与所述外套管11的轴肩相接触，所述外套管11受到冲击产生轴向振动波。振动波经界面进入水泥浆，提高了水泥浆在水平井的流动性，同时为水泥浆在侯凝阶段时提供高频振动，提高水泥浆的致密性和均匀性，保证界面胶结强度和固井质量。
一种测试多用途振动固井工具试验装置及使用方法，主要目的在于测试试验平台15在拟合实际工况条件下的机械性能和工作性能。所述控制台13控制液压泵站14向试验平台15的中心套管Ⅰ1508中注入接近实际工况条件的钻井液并保持循环，试验平台15内加热电阻Ⅰ1509不断加热，测试记忆合金推拉杆Ⅰ1502完成一次形变周期所需的时间，测试压缩弹簧Ⅰ1505释放带动质量块Ⅰ1504对缸体Ⅰ1507冲击产生的振动频率，改变输入电流、电压、钻井液温度，继续测试记忆合金推拉杆Ⅰ1502完成一次形变周期所需的时间，继续测试压缩弹簧Ⅰ1505释放带动质量块Ⅰ1504对缸体Ⅰ1507冲击产生的振动频率，通过控制台13改变输入条件，获取试验1～6号测试点传感器反馈的数据，通过计算机计算确定试验平台15振动的最佳参数值。
作为信号触发装置的信号发生球2不局限于RFID信号发生球，还包括基于其他无线传输技术形成的信号发生球及其他机械触发装置等。
本发明的多用途振动固井工具不局限于振动固井阶段，还可用于钻井阶段的振动解卡工具和其他工程领域的振动冲击等。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种多用途振动固井工具，包括信号发生球(2)、电路控制组件(5)和振动发生组件(9)，其特征在于，所述信号发生球(2)用于激活电路控制组件(5)；所述电路控制组件(5)用于实现对振动发生组件(9)工作状态的控制；所述振动发生组件(9)用于产生轴向振动冲击；
所述多用途振动固井工具还包括上接头(1)、密封圈、端盖(4)、电池衬套(6)、耐高温电池(7)、垫块(8)、中心套管(10)、外套管(11)和下接头(12)，所述上接头(1)与外套管(11)通过螺纹连接，且通过密封圈密封；所述端盖(4)与上接头(1)通过销钉连接，且通过密封圈密封；所述电路控制组件(5)的上端与端盖(4)通过销钉连接，下端与电池衬套(6)和垫块(8)通过销轴Ⅰ连接；所述耐高温电池(7)两端分别与电池衬套(6)接触，并通过电池衬套(6)限制其轴向运动；所述振动发生组件(9)的上端与垫块(8)以及电池衬套(6)通过销钉连接，下端与外套管(11)的轴肩通过销钉连接；所述中心套管(10)的上端与端盖(4)通过螺纹连接，下端与下接头(12)通过螺纹连接；所述下接头(12)与外套管(11)通过螺纹连接，且通过密封圈密封；
所述振动发生组件(9)包括记忆合金推拉杆固定板(901)、温度传感器(902)、记忆合金推拉杆(903)、加热电阻(904)、行程开关(905)、质量块(906)、压缩弹簧(907)、推拉端盖(908)、缸体(909)和加速度传感器(910)；所述记忆合金推拉杆固定板(901)上端与垫块(8)和电池衬套(6)通过销钉连接，下端通过加热电阻(904)实现轴向固定；所述温度传感器(902)和加速度传感器(910)通过螺钉安装在记忆合金推拉杆固定板(901)下表面，所述温度传感器(902)和加速度传感器(910)的安装直径与记忆合金推拉杆(903)的安装直径相等；所述记忆合金推拉杆(903)上端与记忆合金推拉杆固定板(901)固连，下端与推拉端盖(908)固连；所述加热电阻(904)的上端与记忆合金推拉杆固定板(901)压紧接触，下端与缸体(909)轴肩压紧接触；所述行程开关(905)通过螺钉安装在缸体(909)内部腔体；所述压缩弹簧(907)两端分别与质量块(906)固连；所述缸体(909)下端面与外套管(11)轴肩通过螺钉连接。
2.根据权利要求1所述的一种多用途振动固井工具，其特征在于，所述电路控制组件(5)包括信号接收天线(501)、销轴(502)、电路固定板(503)、信号处理模块(504)、数据分析模块(505)、电路控制模块(506)、电路保护模块(507)和电路板支柱(508)；所述信号接收天线(501)与电路固定板(503)的上端通过螺纹连接；所述电路固定板(503)的上端与端盖(4)通过销轴(502)连接；所述信号处理模块(504)和电路控制模块(506)分别与电路固定板(503)的上下两端通过螺钉连接；所述数据分析模块(505)通过电路板支柱(508)连接到信号处理模块(504)上；所述电路保护模块(507)通过电路板支柱(508)连接到电路控制模块(506)上。
3.根据权利要求2所述的一种多用途振动固井工具，其特征在于，所述记忆合金推拉杆(903)设定形变温度以满足不同井深、不同水泥浆体系、不同井形的需求；所述电路控制模块(506)根据不同井段、不同井矿调整电流、电压参数，以满足不同井深、不同水泥浆体系、不同井形对于振动特性的要求。
4.根据权利要求3所述的一种多用途振动固井工具，其特征在于，所述缸体(909)与所述外套管(11)的轴肩相接触，所述外套管(11)受到冲击产生轴向振动波，振动波经界面进入水泥浆以提高水泥浆在水平井的流动性，同时为水泥浆在侯凝阶段时提供高频振动，提高水泥浆的致密性和均匀性，保证界面胶结强度和固井质量。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种多用途振动固井工具的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
待多用途振动固井工具下入到预定位置后，将一定数量的所述信号发生球(2)从井口投入套管柱，信号发生球(2)持续发射微波信号，信号发生球(2)下落至上接头(1)内部时，所述电路控制组件(5)接收到信号发生球(2)发射出的微波信号开始工作，进而引起所述振动发生组件(9)开始工作；
加热电阻(904)通电后，振动发生组件(9)的内部温度逐渐升高，当温度达到记忆合金推拉杆(903)的形变温度时，处于伸展状态的记忆合金推拉杆(903)迅速收缩，处于被压缩状态的压缩弹簧(907)迅速得到释放，带动两端的质量块(906)在腔体内往复冲击产生振动，当记忆合金推拉杆(903)带动推拉端盖(908)经过行程开关(905)时，行程开关(905)切断加热电阻(904)供电电路，加热电阻(904)停止加热，随着中心套管(10)内钻井液的不断循环，高温的振动发生组件(9)迅速得到冷却，当温度低于记忆合金推拉杆(903)的形变温度时，记忆合金推拉杆(903)迅速伸展，带动推拉端盖(908)挤压压缩弹簧(907)，使压缩弹簧(907)处于压缩蓄能状态；
所述电路控制组件(5)根据温度传感器(902)和加速度传感器(910)反馈的数据实时调整振动发生组件(9)的工作状态，所述温度传感器(902)将实时温度数据反馈给数据分析模块(505)，所述加速度传感器(910)将实时振动频率反馈给数据分析模块(505)，电路控制模块(506)根据分析结果改变电路电流、电压参数，所述加热电阻(904)在不同电流、电压参数下加热到指定温度所需的时间不同，所述记忆合金推拉杆(903)的往复周期也不同，从而改变振动发生组件(9)的振动频率。
6.根据权利要求1-4任一所述的一种多用途振动固井工具的试验装置，其特征在于，所述试验装置包括控制台(13)、液压泵站(14)和试验平台(15)，通过控制台(13)控制液压泵站(14)和试验平台(15)工作，其中，
所述控制台(13)包括操作按钮(1301)、电流表(1302)、电压表(1303)、显示器(1304)、压力表(1305)、温度计(1306)和控制组合(1307)；所述电流表(1302)、电压表(1303)和温度计(1306)用于显示试验平台(15)的具体参数；所述压力表(1305)和温度计(1306)用于显示液压泵站(14)为试验平台(15)提供的液体环境压力和温度；
所述液压泵站(14)包括液压阀(1401)、泵(1402)、电机(1403)、水箱(1404)和电阻丝(1405)；所述液压泵站(14)为试验平台(15)提供接近实际工况的外部环境；
所述试验平台(15)包括记忆合金推拉杆固定板Ⅰ(1501)、记忆合金推拉杆Ⅰ(1502)、推拉端盖Ⅰ(1503)、质量块Ⅰ(1504)、压缩弹簧Ⅰ(1505)、外套管Ⅰ(1506)、缸体Ⅰ(1507)、中心套管Ⅰ(1508)和加热电阻Ⅰ(1509)，所述试验平台(15)设有1～6号传感器布置点，其中1～3号为温度检测点，4～6号为加速度检测点。
7.根据权利要求6所述的一种多用途振动固井工具的试验装置，其特征在于，所述控制台(13)控制液压泵站(14)向试验平台(15)的中心套管Ⅰ(1508)中注入接近实际工况条件的钻井液并保持循环，所述控制台(13)向试验平台(15)通电，使加热电阻(1509)开始工作，测试试验平台(15)在拟合实际工况条件下的机械性能和工作性能，通过控制台(13)改变输入条件，获取试验1～6号测试点传感器反馈的数据，通过计算机计算确定试验平台(15)振动的最佳参数值。
8.根据权利要求7所述的一种多用途振动固井工具的试验装置，其特征在于，在拟合实际工况条件下，所要测试的试验平台(15)的机械性能和工作性能包括记忆合金推拉杆Ⅰ(1502)完成一次形变周期所需的时间，以及压缩弹簧Ⅰ(1505)释放带动质量块Ⅰ(1504)对缸体Ⅰ(1507)冲击产生的振动频率；通过控制台(13)改变的输入条件包括输入电流、电压和钻井液温度。
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CN114251069B (zh) * 2021-12-30 2022-08-30 中国农业大学 一种机械储能的振动固井装置及其使用方法与测试装置
CN114412401B (zh) * 2022-01-19 2023-01-03 中国农业大学 一种振动固井工具和其性能测试室内试验装置及使用方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NO334300B1 (no) * 2011-08-31 2014-02-03 Perigon Handel As Bølgeinduserende innretning, fôringsrørsystem og fremgangsmåte for sementering i en hydrokarbonbrønn, samt anvendelse av den bølgeinduserende innretningen, fôringsrørsystemet og fremgangsmåten for sementering av et fôringsrør i en hydrokarbonbrønn
CN102889067B (zh) * 2012-10-31 2016-01-13 中国海洋石油总公司 可多向振动的固井装置
RU169384U1 (ru) * 2016-12-28 2017-03-16 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие ЭНЕРГИЯ" Скважинный электромеханический вибратор
CN207131370U (zh) * 2017-09-06 2018-03-23 陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院 一种振动固井短节
CN109779555B (zh) * 2017-11-13 2024-06-28 中石化石油工程技术服务有限公司 一种阀式振动固井工具
CN112901109B (zh) * 2021-01-20 2022-03-08 中国农业大学 基于rfid控制的直线电机振动固井装置及固井方法

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