CN201883999U - 一种新型涡轮式井下振动固井装置 - Google Patents

一种新型涡轮式井下振动固井装置 Download PDF

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刘金余
夏宏南
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Abstract

本实用新型涉及一种新型涡轮式井下振动固井装置,属石油工业钻井行业固井配套设备技术领域。它由外筒体、单作用涡轮节、双作用涡轮节和下承托盘构成。两种类型的涡轮节交替安装在外筒体内,单作用涡轮节由导流盘、心轴和涡轮叶片组成,双作用涡轮节由导流盘、心轴、偏心块和涡轮叶片组成;装置置于套管柱底端。该装置是高压流体流作用下,涡轮节带动偏心块旋转而产生横向周期性振动并沿套管柱轴向传播,使套管柱和环空内的水泥浆或钻井液产生振动,能显著提高水泥浆顶替效率和固化强度,改善第一、二界面胶结性能,提高固井质量。装置结构简单,工作性能安全可靠,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。

Description

一种新型涡轮式井下振动固井装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种新型涡轮式井下振动固井装置,属石油工业钻井行业固井配 套设备技术领域。
背景技术
[0002] 我国大中型含油气盆地,地质条件非常复杂,固井质量不高一直是影响油气生产 和油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,形成完好的水泥环,还可以缩短候凝时间,有 利于提高一、二界面的胶结强度,防止固井后的油、气、水混窜。振动是提高固井质量行之有 效的方法。
[0003] 目前国内外振动固井普遍采用的装置是地面机械敲击式套管柱振动装置,或井口 环空侯凝期间低频脉冲发生装置。采用这些装置需大量的地面配套设施和辅助工具,且改 善固井质量效果不明显。另外有一种置于套管柱浮箍以下的井下水力脉冲固井振动装置, 其性能优于上述两种振动装置,在固井作业洗井、替浆过程中能降低钻井液切力,可提高紊 流替浆效率。但该装置振动频率可控性差、压力波动幅度小,且侧流孔对井壁冲刷比较厉 害,在遇到大颗粒杂质容易出现堵塞注浆通道,导致振动装置失效,进而影响到固井作业的 进度和质量。
发明内容
[0004] 本实用新型的目的在于,提供一套置于套管鞋处、由若干涡轮节组成,通过对部分 涡轮节加装偏心块,在高压流体作用下,涡轮节带动偏心块旋转而产生横向周期性振动并 沿套管柱轴向传播,达到在套管下放、注前置液及替浆等固井全过程产生振动,能显著提高 水泥顶替效率和固井质量,且结构简单,工作安全可靠,便于制造和使用成本低的新型涡轮 式井下振动固井装置。
[0005] 本实用新型是通过如下技术方案来实现上述目的的:
[0006] 一种新型涡轮式井下振动固井装置,它由外筒体、单作用涡轮节、双作用涡轮节和 下承托盘构成,其特征在于:双作用涡轮节和单作用涡轮节交替安装在外筒体内,双作用涡 轮节和单作用涡轮节由心轴两端的公母接头串接,下承托盘安装在最下一个单作用涡轮节 的下端,双作用涡轮节、单作用涡轮节和下承托盘通过螺钉固装在外筒体内;所述的单作用 涡轮节由导流盘、心轴和涡轮叶片组成,涡轮叶片固装在心轴上,心轴与导流盘连接;所述 的双作用涡轮节由导流盘、心轴、偏心块和涡轮叶片组成,涡轮叶片固装在心轴上,涡轮叶 片上安装有偏心块,心轴与导流盘连接;所述的导流盘上制作有倾斜导流孔。
[0007] 本实用新型与现有技术相比的有益效果在于:
[0008] 该新型涡轮式井下振动固井装置由多个双作用涡轮节和单作用涡轮节两种基本 结构的单元节组成,二者按一定顺序交替安装在外筒体中,整个装置置于套管柱底端,随套管柱下到井底。高压流体通过涡轮节导流盘的导流倾斜孔,然后作用于两种涡轮节的叶片 上,驱动涡轮节产生旋转运动。单作用涡轮节只产生扭矩,双作用涡轮节同时产生扭矩和振 动。流体最终从振动装置下端的下承托盘导流孔流出。该装置采用两种类型涡轮节串接结 构,一方面有效分散了轴向载荷,大大降低涡轮节轴向摩阻产生的反扭矩,提高了振动装置 工作的可靠性;避免了现有固井振动装置可能遇到的大颗粒杂质卡转、堵塞流体通道进而 造成憋泵等井下固井事故及流体侧向流动对井壁的冲蚀作用,有效的保护了井壁。另一方 面可通过调整流量、单作用涡轮节和双作用涡轮节的数目,以及双作用涡轮节中偏心块的 质量来改变振动装置的工作性能。该新型涡轮式井下振动固井装置不受井深和井类型限 制,适宜在石油钻井领域的直井、大位移井、定向井及水平井下工作,且结构简单,使用寿命 长、工作可靠,能有效提高水泥浆顶替效率,明显改善固井质量。
[0009] 附图说明:
[0010] 图1为一种新型涡轮式井下振动固井装置的结构示意图;
[0011] 图2为一种新型涡轮式井下振动固井装置的剖视图;
[0012] 图3为图2中k—k处的双作用涡轮节的截面剖视图;
[0013] 图4为图2中B—B处的单作用涡轮节的截面剖视图;
[0014] 图中:1、外筒体,2、导流盘,3、倾斜导流孔,4、心轴,5、偏心块,6、涡轮叶片,7、螺 钉,8、下承托盘,9、单作用涡轮节,10、双作用涡轮节,11、公母接头。
[0015] 具体实施方式:
[0016] 该新型涡轮式井下振动固井装置由外筒体1、多组单作用涡轮节9和双作用涡轮 节10、下承托盘8构成,多组单作用涡轮节9、双作用涡轮节10和下承托盘8安装在外筒体 1内,单作用涡轮节9和双作用涡轮节10在外筒体1内交替安装,即按一个双作用涡轮节10 连接一个单作用涡轮节9的交替方式连接安装,单作用涡轮节9和双作用涡轮节10至少间 隔安装两组。其中单作用涡轮节9无偏心块,只能产生扭矩。双作用涡轮节10安装有偏心 块,能同时产生扭矩和振动。单作用涡轮节9和双作用涡轮节10由心轴4两端的公母接头 11串接,最下面一个单作用涡轮节9的下端安装有下承托盘8,下承托盘8上制作有较大过 流面积的导流孔。单作用涡轮节9、双作用涡轮节10和下承托盘8通过螺钉7固装在外筒 体1上,公母接头11的这种连接只传递扭矩,不传递轴向载荷。
[0017] 所述的单作用涡轮节9由导流盘2、心轴4和涡轮叶片6组成,涡轮叶片6固装在 心轴4上,心轴4与导流盘2连接。所述的双作用涡轮节10由导流盘2、心轴4、偏心块5 和涡轮叶片6组成,涡轮叶片6固装在心轴4上,涡轮叶片6上固装有偏心块5,一般在三片 涡轮叶片6上固装偏心块5,心轴4与导流盘2连接;所述的导流盘2上制作有六个倾斜导 流孔3。
[0018] 实际工作时,该新型涡轮式井下振动固井装置根据需要,通过调节单作用涡轮节9 和双作用涡轮节10的数目以及偏心块5的质量,来改变振动装置的工作性能,使其工作频 率保持在最佳振动频率范围内,工作频率范围在5〜15Hz时,固井质量的综合效果最好。 该新型涡轮式井下振动固井装置通过外筒体1与油井套管的套管柱底端连接,随套管柱入 井。
[0019] 该新型涡轮式井下振动固井装置的工作原理是:固井注水泥过程中高压流体通过 倾斜导流孔3,以一定的倾斜角作用于涡轮节的涡轮叶片上6,驱使涡轮节转动。对于双作用涡轮节10,旋转的涡轮叶片6带着偏心块5 —起高速转动,从而产生周期性的横向振动 并沿套管柱轴向传播。在振动波的作用下,套管柱和环空内的水泥浆或钻井液产生振动,钻 井液的切力降低20 %以上,有利于清除套管外壁的钻井液膜及井壁的滤饼,提高顶替效率。 在振动作用下水泥浆固化强度可提高18%〜20%,能加快水泥浆的充分水化,使水泥浆的初 凝时间缩短10%〜15%,终凝时间缩短30%〜40%。同时能减小或消除静切力,避免窜槽和 降低胶结质量。振动可以使胶结面的钻井液残留减少,密封承压能力大为提高,两个界面胶 结质量得到显著提高。

Claims (1)

1. 一种新型涡轮式井下振动固井装置,它由外筒体(1)、单作用涡轮节(9)、双作用涡 轮节(10)和下承托盘(8)构成,其特征在于:双作用涡轮节(10)和单作用涡轮节(9)交替 安装在外筒体(1)内,双作用涡轮节(10)和单作用涡轮节(9)由心轴(4)两端的公母接头 (11)串接,下承托盘(8)安装在最下一个单作用涡轮节(9)的下端,双作用涡轮节(10)、单 作用涡轮节(9)和下承托盘(8)通过螺钉(7)固装在外筒体(1)内;所述的单作用涡轮节 (9 )由导流盘(2 )、心轴(4 )和涡轮叶片(6 )组成,涡轮叶片(6 )固装在心轴(4 )上,心轴(4 ) 与导流盘(2)连接;所述的双作用涡轮节(10)由导流盘(2)、心轴(4)、偏心块(5)和涡轮叶 片(6)组成,涡轮叶片(6)固装在心轴(4)上,涡轮叶片(6)上固装有偏心块(5),心轴(4) 与导流盘(2 )连接;所述的导流盘(2 )上制作有倾斜导流孔(3 )。
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