CN114458228A - 一种弃置井井筒套管振动封堵工具及其封堵方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种弃置井井筒套管振动封堵工具及其封堵方法,套管扶正器的尾端通过上端转换器与周向振动模块的首端相连,周向振动模块的尾端与轴向振动模块的首端螺纹连接,轴向振动模块的尾端与下端转换器相连。该振动封堵工具在原井生产管柱不起出的情况下,增加了油套环空水泥的胶结强度,减少套管内封堵的水泥塞的微小裂隙,对于提高封堵质量及减小流体侵入隐患具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及石油、天然气开采井下工具技术领域,更具体地说涉及一种弃置井井筒套管振动封堵工具及其封堵方法。
背景技术
油田闲置井、废弃井存在许多安全隐患。一是敞口井,没有井口控制,极易发生重大井喷失控事故;二是直接在井口套管短节上焊盲板和井口封井器有问题的井,存在无法测压、放压等问题,一旦井筒压力发生变化,容易造成油气泄露或井喷失控事故;三是多数废弃井井场被占,井场周围50米内建有民房、学校、村庄等建筑物,四是海上的油气关停井则易造成生态污染,危及渔业,存在高风险井控安全隐患和环保事故隐患。
生产井弃井封堵中,井筒中无管柱时,套管内下入钻具至封堵层位,正替水泥至覆盖高度,完成封堵;井筒中存在生产管柱且回收有难度时,通常直接将水泥注入油管及油套环空中,同时进行封堵。以上两种情况封堵方式对于水泥的注入分布,属于自然沉降,易形成微裂隙。无法评估封固效果,若有微裂隙且气体较多,会造成油套环空带压等情况,存在安全隐患。
动态振动固井是在常规振动固井技术的基础上进行的改进,动态振动式相对于传统固定位置条件下的振动而言的,是指振动器一边在套管中自上而下运动,一边在套管中振动,并在一定范围内传动振动波。固井施工过程中,在注水泥,顶替和候凝时,采用自发振动的激振器让振动波对套管,钻井液和水泥浆产生作用,提高固井质量。通过激振器在全井阶段中的运动,实现整个套管柱的阻尼共振效应,全面激活界面、钻井液和水泥浆,改善流体流动性,提高顶替效率、水泥石强度和界面胶结质量,防止活跃地层流体侵入环空,从而达到提高固井质量的目的。
发明内容
本发明克服了现有技术中的不足,现有技术中油田闲置井、废弃井存在许多安全隐患,提供了一种弃置井井筒套管振动封堵工具及其封堵方法,该振动封堵工具在原井生产管柱不起出的情况下,增加了油套环空水泥的胶结强度,减少套管内封堵的水泥塞的微小裂隙,对于提高封堵质量及减小流体侵入隐患具有重要意义。
本发明的目的通过下述技术方案予以实现。
一种弃置井井筒套管振动封堵工具,包括套管扶正器、所述周向振动模块、所述轴向振动模块和下端转换器,所述套管扶正器的尾端通过上端转换器与所述周向振动模块的首端相连,所述周向振动模块的尾端与所述轴向振动模块的首端螺纹连接,所述轴向振动模块的尾端与所述下端转换器相连,下端转换器用于将套管振动封堵器与其它封堵管串相连接。
所述周向振动模块包括过滤接头、螺杆马达动力接头和液力脉冲发生器,过滤接头、螺杆马达动力接头和液力脉冲发生器由上至下依次连接;
所述过滤接头包括过滤筛、防掉连杆和过滤接头外壳,所述过滤接头外壳的首端与所述上端转换器的尾端螺纹连接,所述过滤接头外壳的尾端与所述螺杆马达动力接头中的螺杆马达外壳的首端螺纹连接,所述过滤筛和所述防掉连杆由上至下依次安装在所述过滤接头外壳内,所述防掉连杆采用横截面为T型的结构,在所述防掉连杆的上端面处开设有贯穿其上端面的圆孔,用来增加泥浆流入的流量,在所述过滤筛上均匀开设有过滤孔,以实现将泥浆中比较大的固体颗粒过滤掉的目的;
所述螺杆马达动力接头包括螺杆马达外壳、橡胶定子和转子,所述螺杆马达外壳的首端与所述过滤接头外壳的尾端螺纹连接,所述螺杆马达外壳的尾端与所述液力脉冲发生器中的发生器外壳的首端螺纹连接,所述橡胶定子均匀固定安装在所述螺杆马达外壳的内壁上,所述转子安装在所述螺杆马达外壳内,由于橡胶定子的内表面和转子的外表面具有螺旋线结构,故转子与橡胶定子能够实现配合的目的,所述转子的首端和所述防掉连杆的尾端螺纹连接,用于阻止转子在其轴向方向上的滑脱,所述转子采用单头结构,并且所述转子的外表面和所述橡胶定子的外表面之间形成密封腔结构,在泥浆流入时,密封腔结构沿转子的轴向方向具有一定的压力梯度,梯度性的压力推动转子旋转,并且形成偏心振动,进而实现转子在橡胶定子内作偏心转动的目的;
所述液力脉冲发生器包括发生器外壳、连接器、PDC轴承动环、PDC轴承静环和固定接头,所述发生器外壳的首端与所述螺杆马达外壳的尾端螺纹连接,所述发生器外壳的尾端与钻柱螺纹连接,所述连接器、所述PDC轴承动环、所述PDC轴承静环和所述固定接头均安装在所述发生器外壳内,所述连接器的首端与所述转子的尾端螺纹连接,所述连接器的尾端与所述PDC轴承动环螺纹连接,所述固定接头的首端安装所述PDC轴承静环,所述固定接头的尾端与所述发生器外壳的内壁螺纹连接,在所述PDC轴承静环的上表面开有过流孔,转子在旋转和偏心振动时,其运动通过连接器直接传递到PDC轴承动环上,从而使流经PDC轴承静环上过流孔的泥浆过流面积产生循环变化,从而产生圆周方向上的振动。
所述轴向振动模块包括轴向振动模块管道、轴向振动模块流体通道、内轴、副轴和提升阀,所述轴向振动模块管道的首端与所述周向振动外管的尾端相连通,在所述轴向振动模块管道内设置所述内轴,所述内轴的首端安装有正转马达,所述副轴自所述内轴的尾端伸入所述内轴的内腔中,所述副轴的尾端与提升阀座的首端相连,所述提升阀设置在所述提升阀座内,在位于提升阀座的下方的所述轴向振动模块管道的内壁上形成一节流孔,以实现利用提升阀座和提升阀部分阻塞节流孔,进而达到暂时限制通过节流孔的水泥泥浆流动使得管柱中出现压力峰值的目的,所述轴向振动模块管道的内壁与所述内轴的外壁形成一轴向振动模块流体通道,所述轴向振动模块管道的尾端与所述下端转换器相连。
在所述内轴的内壁上部和中部相对形成第一节轴向振动弹簧限位台,第一节轴向振动弹簧设置在所述第一节轴向振动弹簧限位台之间。
在所述副轴的外壁中部形成一凸轮轨道,在所述内轴的尾端一侧安装所述轴承。
在所述提升阀座的外壁与所述轴向振动模块管道的内壁之间设置有第二节轴向振动弹簧,所述第二节轴向振动弹簧的首端与所述提升阀座的首端外壁相接触,所述第二节轴向振动弹簧的尾端与所述节流孔的上表面相接触。
在所述轴向振动模块管道的中部开设有贯穿所述轴向振动模块管道的防旋转销孔,在所述防旋转销孔内设置有防旋转销,用于防止提升阀相对于内轴旋转。
在所述提升阀座的尾端连接护套,在所述护套内设置有塞子,自提升阀座的尾端能够被插入提升阀座内,护套用于保护提升阀以免受流体的侵蚀,在所述提升阀座的首端一侧设置有叶片,所述叶片的数量为一个以上,用于引导流体围绕提升阀的主体流动,减少轴向振动模块中的湍流。
一种弃置井井筒套管振动封堵方法,按照下述步骤进行:
步骤1,将套管扶正器、所述周向振动模块、轴向振动模块和下端转换器由上至下依次连接后,组装得到套管振动封堵器;
步骤2,将套管振动封堵器中的套管扶正器与钻柱连接后,使钻柱顺利下到待套管内振动封堵的底部,并促使钻柱及振动工具在井眼内居中;
步骤3,向钻柱内泵入水泥泥浆,钻柱内的水泥泥浆经由封隔器和上端转换器流入过滤接头,过滤接头内的过滤筛将泥浆中的比较大的固体颗粒过滤掉,泥浆经过防掉连杆流入螺杆马达外壳内,在泥浆流动的动力作用下,转子和橡胶定子配合,进而带动连接器和PDC轴承动环发生转动,使得PDC轴承静环上的过流孔出现有规律的变化,从而使流经PDC轴承静环上的过流孔的泥浆过流面积产生循环的变化,从而产生圆周方向上的振动,在一个或多个方向上产生振动或者脉冲,上述振动或者脉冲能够提高由水泥泥浆形成的水泥石强度,提高顶替效率,消除水泥泥浆中的气泡以形成完好的水泥环;
步骤4,轴向振动模块中的内轴与正转马达相连,由正转马达为内轴提供旋转动力驱动,提升阀受到内轴和副轴的反向斜面推动,使得提升阀的尾端进入节流孔内,进而使得提升阀部分阻塞节流孔,提升阀阻塞节流孔的大部分流通面积,提升阀对节流孔的部分堵塞暂时限制通过节流孔的水泥泥浆流动,导致轴向振动模块管道中出现压力峰值,由于提升阀没有完全阻塞节流孔,使得在提升阀的每个冲程期间,部分水泥泥浆始终能够继续流向节流孔,在提升阀的每个冲程中,由提升阀暂时限制节流孔而引起的压力峰值会产生水锤效应,进而在钻柱振动封堵器中产生机械冲击和振动载荷,由于钻柱振动封堵器具有一定的弹性,机械冲击和振动载荷会使油管振动封堵器在纵向上的长度发生轻微变化,对轴向水泥产生振动冲击,促使其分布均匀;
步骤5,最终经由未被完全阻塞的节流孔流出的部分水泥泥浆流入下端转换器内,经由下端转换器尾端形成的单个或者是多个分流孔流入钻柱内,并实现对水泥的均匀振动,排出气泡;
步骤6,缓慢上提钻柱,使振动工具缓慢提出水泥浆,工具周围的水泥浆缓慢填满工具所占具的套管内空间,实现套管内水泥塞封堵质量的提高。
本发明的有益效果为:本发明的振动封堵工具从钻井的套管固井领域,拓展到生产井的废弃井封堵中,在原井生产管柱不起出的情况下,增加了油套环空水泥的胶结强度;同样减少了套管内封堵的水泥塞的微小裂隙,对于提高封堵质量及减小流体侵入隐患具有重要意义,而且设备简单,成本低廉,其应用价值较大。
附图说明
图1是本发明中套管扶正器的结构示意图;
图2是本发明中周向振动模块的剖视图;
图3是本发明中轴向振动模块的剖视放大图;
图4是本发明中套管振动封堵器的剖视图;
200为周向振动模块:25为上端转换器,26为过滤筛,27为防掉连杆,28为过滤接头外壳,29为螺杆马达外壳,30为橡胶定子,31为转子,32为连接器,33为发生器外壳,34为PDC轴承动环,35为PDC轴承静环,36为固定接头;
300为轴向振动模块:37为轴向振动模块管道,38为轴向振动模块流体通道,39为第一节轴向振动弹簧,40为内轴,41为凸轮轨道,42为轴承,43为副轴,44为第二节轴向振动弹簧,45为提升阀,46为节流孔,47为分流器,其中,47-1为多孔分流器,47-2为单孔分流器,49为防旋转销,50为护套,51为叶片,52为纵向距离,53为塞子;
400为套管扶正器;
对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例一
一种弃置井井筒套管振动封堵工具,包括套管振动封堵器;
套管振动封堵器包括套管扶正器400、周向振动模块200、轴向振动模块300和下端转换器48,套管扶正器400的尾端通过上端转换器25与周向振动模块200的首端相连,周向振动模块200的尾端与轴向振动模块300的首端螺纹连接,轴向振动模块300的尾端与下端转换器48相连,下端转换器48用于将套管振动封堵器与其它封堵管串相连接。
实施例二
在实施例一的基础上,周向振动模块200包括过滤接头、螺杆马达动力接头和液力脉冲发生器,过滤接头、螺杆马达动力接头和液力脉冲发生器由上至下依次连接;
过滤接头包括过滤筛26、防掉连杆27和过滤接头外壳28,过滤接头外壳28的首端与上端转换器25的尾端螺纹连接,过滤接头外壳28的尾端与螺杆马达动力接头中的螺杆马达外壳29的首端螺纹连接,过滤筛26和防掉连杆27由上至下依次安装在过滤接头外壳28内,防掉连杆27采用横截面为T型的结构,在防掉连杆27的上端面处开设有贯穿其上端面的圆孔,用来增加泥浆流入的流量,在过滤筛26上均匀开设有过滤孔,以实现将泥浆中比较大的固体颗粒过滤掉的目的;
螺杆马达动力接头包括螺杆马达外壳29、橡胶定子30和转子31,螺杆马达外壳29的首端与过滤接头外壳28的尾端螺纹连接,螺杆马达外壳29的尾端与液力脉冲发生器中的发生器外壳33的首端螺纹连接,橡胶定子30均匀固定安装在螺杆马达外壳29的内壁上,转子31安装在螺杆马达外壳29内,由于橡胶定子30的内表面和转子31的外表面具有螺旋线结构,故转子31与橡胶定子30能够实现配合的目的,转子31的首端和防掉连杆27的尾端螺纹连接,用于阻止转子31在其轴向方向上的滑脱,转子31采用单头结构,并且转子31的外表面和橡胶定子30的外表面之间形成密封腔结构,在泥浆流入时,密封腔结构沿转子31的轴向方向具有一定的压力梯度,梯度性的压力推动转子31旋转,并且形成偏心振动,进而实现转子31在橡胶定子30内作偏心转动的目的;
液力脉冲发生器包括发生器外壳33、连接器32、PDC轴承动环34、PDC轴承静环35和固定接头36,发生器外壳33的首端与螺杆马达外壳29的尾端螺纹连接,发生器外壳33的尾端与钻柱螺纹连接,连接器32、PDC轴承动环34、PDC轴承静环35和固定接头36均安装在发生器外壳33内,连接器32的首端与转子31的尾端螺纹连接,连接器32的尾端与PDC轴承动环34螺纹连接,固定接头36的首端安装PDC轴承静环35,固定接头36的尾端与发生器外壳33的内壁螺纹连接,在PDC轴承静环35的上表面开有过流孔,转子31在旋转和偏心振动时,其运动通过连接器32直接传递到PDC轴承动环34上,从而使流经PDC轴承静环35上过流孔的泥浆过流面积产生循环变化,从而产生圆周方向上的振动。
实施例三
在实施例三的基础上,轴向振动模块300包括轴向振动模块管道37、轴向振动模块流体通道38、内轴40、副轴43和提升阀45,轴向振动模块管道37的首端与周向振动外管的尾端相连通,在轴向振动模块管道37内设置内轴40,内轴40的首端安装有正转马达,副轴43自内轴40的尾端伸入内轴40的内腔中,副轴43的尾端与提升阀座的首端相连,提升阀45设置在提升阀座内,在位于提升阀座的下方的轴向振动模块管道37的内壁上形成一节流孔46,以实现利用提升阀座和提升阀45部分阻塞节流孔46,进而达到暂时限制通过节流孔46的水泥泥浆流动使得管柱中出现压力峰值的目的,轴向振动模块管道37的内壁与内轴40的外壁形成一轴向振动模块流体通道38,轴向振动模块管道37的尾端与下端转换器48相连。
在内轴40的内壁上部和中部相对形成第一节轴向振动弹簧限位台,第一节轴向振动弹簧39设置在第一节轴向振动弹簧限位台之间。
在副轴43的外壁中部形成一凸轮轨道41,在内轴40的尾端一侧安装轴承42。
在提升阀座的外壁与轴向振动模块管道37的内壁之间设置有第二节轴向振动弹簧44,第二节轴向振动弹簧44的首端与提升阀座的首端外壁相接触,第二节轴向振动弹簧44的尾端与节流孔46的上表面相接触。
在轴向振动模块管道37的中部开设有贯穿轴向振动模块管道37的防旋转销孔,在防旋转销孔内设置有防旋转销49,用于防止提升阀45相对于内轴40旋转。
在提升阀座的尾端连接护套50,在护套内设置有塞子53,自提升阀座的尾端能够被插入提升阀座内,护套50用于保护提升阀45以免受流体的侵蚀,在提升阀座的首端一侧设置有叶片51,叶片51的数量为一个以上,用于引导流体围绕提升阀45的主体流动,减少轴向振动模块300中的湍流。
第二节轴向振动弹簧44设置在轴向振动模块流体通道38内并且在井上方向推动提升阀45,允许副轴43在井上方向上移动的内轴40旋转的一半期间,第二节轴向振动弹簧44沿着图3纵向轴线A-A在井上方向上推动提升阀45和副轴43,内轴40的每次完整旋转都会使提升阀45沿图3纵向轴线A-A在两个方向上移动预定纵向距离52的位移,使节流孔46打开以便流体在井下流动。
提升阀45被内轴40和副轴43的反向倾斜表面推动,使得提升阀45的尾端进入节流孔46内,此时,提升阀45部分堵塞节流孔46,节流孔46被提升阀45部分阻塞,暂时限制通过节流孔46的流体流动,导致钻柱中的压力出现尖峰,提升阀45不完全闭塞节流孔46,允许一些流体流在提升阀45的每个冲程期间始终继续流向节流孔46,由提升阀45对节流孔46的临时限制引起的压力峰值在提升阀45的每个行程期间产生水锤效应,这继而在工具串中产生机械冲击和振动载荷。
封堵管串具有一定的弹性,机械冲击和振动载荷会略微改变封堵管串在纵向上的长度,机械冲击和由此产生的纵向振动降低了水平钻孔中工具串和钻孔壁之间的摩擦系数,降低的摩擦系数允许钻孔比传统工具串更深,从而减少了在与钻孔接触的工具串上的阻力引起的在水平方向上可钻的钻孔长度的限制,综上所述,内轴40的进一步旋转允许副轴43和提升阀45在弹簧44的推动下沿图3轴线A-A在井上方向上移动,返回到原来的位置。
护套50由碳化钨材料或者金刚石包覆材料制成,也可以根据需要使用适合于保护提升阀45免受侵蚀的其他材料,以防止或者减少由提升阀45周围的流体流动而引起的提升阀45的侵蚀的情况,特别是在发生在提升阀45的每个冲程上的流体流动减少的时间期间,当提升阀45部分地堵塞孔口46时,轴向振动模块300被触发,一个或多个叶片51能够在提升阀45的井上方向形成,以引导流体围绕提升阀45的主体流动,减少轴向振动模块300中的湍流,进一步减少由围绕提升阀45的湍流流体流动引起的侵蚀。
实施例四
一种弃置井井筒套管振动封堵方法,按照下述步骤进行:
步骤1,将套管扶正器400、周向振动模块200、轴向振动模块300和下端转换器25由上至下依次连接后,组装得到套管振动封堵器;
步骤2,将套管振动封堵器中的套管扶正器400与钻柱连接后,使钻柱顺利下到待套管内振动封堵的底部,并促使钻柱及振动工具在井眼内居中;
步骤3,向钻柱内泵入水泥泥浆,钻柱内的水泥泥浆经由封隔器和上端转换器25流入过滤接头,过滤接头内的过滤筛26将泥浆中的比较大的固体颗粒过滤掉,泥浆经过防掉连杆27流入螺杆马达外壳29内,在泥浆流动的动力作用下,转子31和橡胶定子30配合,进而带动连接器32和PDC轴承动环34发生转动,使得PDC轴承静环35上的过流孔出现有规律的变化,从而使流经PDC轴承静环35上的过流孔的泥浆过流面积产生循环的变化,从而产生圆周方向上的振动,在一个或多个方向上产生振动或者脉冲,上述振动或者脉冲能够提高由水泥泥浆形成的水泥石强度,提高顶替效率,消除水泥泥浆中的气泡以形成完好的水泥环;
步骤4,轴向振动模块300中的内轴37与正转马达相连,由正转马达为内轴37提供旋转动力驱动,提升阀42受到内轴37和副轴40的反向斜面推动,使得提升阀42的尾端进入节流孔43内,进而使得提升阀42部分阻塞节流孔43,提升阀42阻塞节流孔43的大部分流通面积,提升阀42对节流孔43的部分堵塞暂时限制通过节流孔43的水泥泥浆流动,导致轴向振动模块管道34中出现压力峰值,由于提升阀42没有完全阻塞节流孔,使得在提升阀42的每个冲程期间,部分水泥泥浆始终能够继续流向节流孔43,在提升阀42的每个冲程中,由提升阀42暂时限制节流孔而引起的压力峰值会产生水锤效应,进而在油管振动封堵器中产生机械冲击和振动载荷,由于油管振动封堵器具有一定的弹性,机械冲击和振动载荷会使油管振动封堵器在纵向上的长度发生轻微变化,对轴向水泥产生振动冲击,促使其分布均匀;
步骤5,最终经由未被完全阻塞的节流孔流出的部分水泥泥浆流入下端转换器48内,经由下端转换器尾端流入钻柱内,并实现对水泥的均匀振动,排出气泡;
步骤6,缓慢上提钻柱,使振动工具缓慢提出水泥浆,工具周围的水泥浆缓慢填满工具所占具的套管内空间,实现套管内水泥塞封堵质量的提高。
为了易于说明,实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语,用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是,除了图中示出的方位之外,空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如,如果图中的装置被倒置,被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此,示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位),这里所用的空间相对说明可相应地解释。
而且,诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来,而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上对本发明进行了详细说明,但所述内容仅为本发明的较佳实施例,不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等,均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (11)
1.一种弃置井井筒套管振动封堵工具,其特征在于:包括套管扶正器、所述周向振动模块、所述轴向振动模块和下端转换器,所述套管扶正器的尾端通过上端转换器与所述周向振动模块的首端相连,所述周向振动模块的尾端与所述轴向振动模块的首端螺纹连接,所述轴向振动模块的尾端与所述下端转换器相连,下端转换器用于将套管振动封堵器与其它封堵管串相连接。
2.根据权利要求1所述的一种弃置井井筒套管振动封堵工具,其特征在于:所述周向振动模块包括过滤接头、螺杆马达动力接头和液力脉冲发生器,过滤接头、螺杆马达动力接头和液力脉冲发生器由上至下依次连接;
所述过滤接头包括过滤筛、防掉连杆和过滤接头外壳,所述过滤接头外壳的首端与所述上端转换器的尾端螺纹连接,所述过滤接头外壳的尾端与所述螺杆马达动力接头中的螺杆马达外壳的首端螺纹连接,所述过滤筛和所述防掉连杆由上至下依次安装在所述过滤接头外壳内,所述防掉连杆采用横截面为T型的结构;
所述螺杆马达动力接头包括螺杆马达外壳、橡胶定子和转子,所述螺杆马达外壳的首端与所述过滤接头外壳的尾端螺纹连接,所述螺杆马达外壳的尾端与所述液力脉冲发生器中的发生器外壳的首端螺纹连接,所述橡胶定子均匀固定安装在所述螺杆马达外壳的内壁上,所述转子安装在所述螺杆马达外壳内,由于橡胶定子的内表面和转子的外表面具有螺旋线结构,故转子与橡胶定子能够实现配合的目的,所述转子的首端和所述防掉连杆的尾端螺纹连接,用于阻止转子在其轴向方向上的滑脱,所述转子采用单头结构,并且所述转子的外表面和所述橡胶定子的外表面之间形成密封腔结构,在泥浆流入时,密封腔结构沿转子的轴向方向具有一定的压力梯度,梯度性的压力推动转子旋转,并且形成偏心振动,进而实现转子在橡胶定子内作偏心转动的目的;
所述液力脉冲发生器包括发生器外壳、连接器、PDC轴承动环、PDC轴承静环和固定接头,所述发生器外壳的首端与所述螺杆马达外壳的尾端螺纹连接,所述发生器外壳的尾端与钻柱螺纹连接,所述连接器、所述PDC轴承动环、所述PDC轴承静环和所述固定接头均安装在所述发生器外壳内,所述连接器的首端与所述转子的尾端螺纹连接,所述连接器的尾端与所述PDC轴承动环螺纹连接,所述固定接头的首端安装所述PDC轴承静环,所述固定接头的尾端与所述发生器外壳的内壁螺纹连接。
3.根据权利要求2所述的一种弃置井井筒套管振动封堵工具,其特征在于:在所述防掉连杆的上端面处开设有贯穿其上端面的圆孔,用来增加泥浆流入的流量,在所述过滤筛上均匀开设有过滤孔,以实现将泥浆中比较大的固体颗粒过滤掉的目的。
4.根据权利要求3所述的一种弃置井井筒套管振动封堵工具,其特征在于:在所述PDC轴承静环的上表面开有过流孔,转子在旋转和偏心振动时,其运动通过连接器直接传递到PDC轴承动环上,从而使流经PDC轴承静环上过流孔的泥浆过流面积产生循环变化,从而产生圆周方向上的振动。
5.根据权利要求1所述的一种弃置井井筒套管振动封堵工具,其特征在于:所述轴向振动模块包括轴向振动模块管道、轴向振动模块流体通道、内轴、副轴和提升阀,所述轴向振动模块管道的首端与所述周向振动外管的尾端相连通,在所述轴向振动模块管道内设置所述内轴,所述内轴的首端安装有正转马达,所述副轴自所述内轴的尾端伸入所述内轴的内腔中,所述副轴的尾端与提升阀座的首端相连,所述提升阀设置在所述提升阀座内,在位于提升阀座的下方的所述轴向振动模块管道的内壁上形成一节流孔,以实现利用提升阀座和提升阀部分阻塞节流孔,进而达到暂时限制通过节流孔的水泥泥浆流动使得管柱中出现压力峰值的目的,所述轴向振动模块管道的内壁与所述内轴的外壁形成一轴向振动模块流体通道,所述轴向振动模块管道的尾端与所述下端转换器相连。
6.根据权利要求5所述的一种弃置井井筒套管振动封堵工具,其特征在于:在所述内轴的内壁上部和中部相对形成第一节轴向振动弹簧限位台,第一节轴向振动弹簧设置在所述第一节轴向振动弹簧限位台之间。
7.根据权利要求5所述的一种弃置井井筒套管振动封堵工具,其特征在于:在所述副轴的外壁中部形成一凸轮轨道,在所述内轴的尾端一侧安装所述轴承。
8.根据权利要求5所述的一种弃置井井筒套管振动封堵工具,其特征在于:在所述提升阀座的外壁与所述轴向振动模块管道的内壁之间设置有第二节轴向振动弹簧,所述第二节轴向振动弹簧的首端与所述提升阀座的首端外壁相接触,所述第二节轴向振动弹簧的尾端与所述节流孔的上表面相接触。
9.根据权利要求5所述的一种弃置井井筒套管振动封堵工具,其特征在于:在所述轴向振动模块管道的中部开设有贯穿所述轴向振动模块管道的防旋转销孔,在所述防旋转销孔内设置有防旋转销,用于防止提升阀相对于内轴旋转。
10.根据权利要求5所述的一种弃置井井筒套管振动封堵工具,其特征在于:在所述提升阀座的尾端连接护套,在所述护套内设置有塞子,自提升阀座的尾端能够被插入提升阀座内,护套用于保护提升阀以免受流体的侵蚀,在所述提升阀座的首端一侧设置有叶片,所述叶片的数量为一个以上,用于引导流体围绕提升阀的主体流动,减少轴向振动模块中的湍流。
11.一种弃置井井筒套管振动封堵方法,其特征在于:按照下述步骤进行:
步骤1,将套管扶正器、所述周向振动模块、轴向振动模块和下端转换器由上至下依次连接后,组装得到套管振动封堵器;
步骤2,将套管振动封堵器中的套管扶正器与钻柱连接后,使钻柱顺利下到待套管内振动封堵的底部,并促使钻柱及振动工具在井眼内居中;
步骤3,向钻柱内泵入水泥泥浆,钻柱内的水泥泥浆经由封隔器和上端转换器流入过滤接头,过滤接头内的过滤筛将泥浆中的比较大的固体颗粒过滤掉,泥浆经过防掉连杆流入螺杆马达外壳内,在泥浆流动的动力作用下,转子和橡胶定子配合,进而带动连接器和PDC轴承动环发生转动,使得PDC轴承静环上的过流孔出现有规律的变化,从而使流经PDC轴承静环上的过流孔的泥浆过流面积产生循环的变化,从而产生圆周方向上的振动,在一个或多个方向上产生振动或者脉冲,上述振动或者脉冲能够提高由水泥泥浆形成的水泥石强度,提高顶替效率,消除水泥泥浆中的气泡以形成完好的水泥环;
步骤4,轴向振动模块中的内轴与正转马达相连,由正转马达为内轴提供旋转动力驱动,提升阀受到内轴和副轴的反向斜面推动,使得提升阀的尾端进入节流孔内,进而使得提升阀部分阻塞节流孔,提升阀阻塞节流孔的大部分流通面积,提升阀对节流孔的部分堵塞暂时限制通过节流孔的水泥泥浆流动,导致轴向振动模块管道中出现压力峰值,由于提升阀没有完全阻塞节流孔,使得在提升阀的每个冲程期间,部分水泥泥浆始终能够继续流向节流孔,在提升阀的每个冲程中,由提升阀暂时限制节流孔而引起的压力峰值会产生水锤效应,进而在钻柱振动封堵器中产生机械冲击和振动载荷,由于钻柱振动封堵器具有一定的弹性,机械冲击和振动载荷会使油管振动封堵器在纵向上的长度发生轻微变化,对轴向水泥产生振动冲击,促使其分布均匀;
步骤5,最终经由未被完全阻塞的节流孔流出的部分水泥泥浆流入下端转换器内,经由下端转换器尾端流入钻柱内,并实现对水泥的均匀振动,排出气泡;
步骤6,缓慢上提钻柱,使振动工具缓慢提出水泥浆,工具周围的水泥浆缓慢填满工具所占具的套管内空间,实现套管内水泥塞封堵质量的提高。
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- 2021-09-13 CN CN202111069983.0A patent/CN114458228B/zh active Active
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