CN2693945Y - 水力脉冲振动器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种钻井完井阶段用的水力脉冲振动器，主要用于提高石油钻井中直井、定向井和大位移井的固井质量。目前机械方法不能较全面提高固井质量，本实用新型利用产生振动波调节水泥浆和钻井液的工艺性能。水力脉冲振动器由壳体和壳体内腔的振动构件构成，振动构件由分流罩、涡轮、复位弹簧、上振动片、滑柱和下振动片构成。液体流动带动涡轮旋转，弹簧将上振动片向下压紧，上振动片产生周期性的轴向移动，振荡转化为波场。利用本实用新型，可使得水泥浆失水量减少，凝固时间缩短，提高水泥石的强度性能，增强水泥石与岩石和套管的胶结接触力，降低了水泥石的渗透能力。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种钻井完井阶段用的水力脉冲振动器，主要用于提高石油钻井中直井、定向井和大位移井的固井质量，属于石油机械设备。
技术背景
目前，在固井施工中提高水泥胶结质量主要有两种方法，一种是采用化学方法，如在水泥基浆中加入化学添加剂形成不同体系的水泥浆；另一种是采用机械物理方法，如采用在套管柱加放扶正器，利用机泵设备提高顶替排量。采用机械物理方法只能影响某些固井指标，在部分固井指标改善的同时(如缩短固井周期)，会使另一部分指标下降(如固井质量下降)。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种操作简便能整体提高固井质量的新型固井工具，可有效克服目前机械方法中不能较全面提高固井质量的难题，依靠机械能转化为振动波，部分达到化学方法才能产生的固井效果，有利于全面提高固井质量，且实现的成本低。
本实用新型的水力脉冲振动器利用产生振动波提高固井质量，它能同时调节水泥浆和钻井液的工艺性能。振动产生的能量可以使套管柱中产生横向振荡，横向振荡转化为波场，水力脉冲使水泥浆在环空上返时带有波及能量，对井壁和套管外壁产生高速冲洗，可以提高水泥浆第一界面(套管与水泥浆)和第二界面(水泥浆与井壁)的固井质量。本实用新型采用如下的技术方案：
一种水力脉冲振动器由圆柱状壳体和置于壳体内腔的振动构件构成，壳体的两端分别车有套管扣，可连接套管或其它固井设备，其特征在于振动构件由卡簧固定在壳体内，振动构件由分流罩、涡轮、复位弹簧、上振动片、滑柱和下振动片构成，分流罩开有进液孔，分流罩中心的上轴承和下振动片中心的下轴承分别连接涡轮轴的两端，复位弹簧和上振动片从上至下以涡轮轴为中心安装在涡轮下部的涡轮轴上，棱面或滑柱分别设置在上振动片的底面或下振动片的顶面，棱面与滑柱紧密接触，上振动片和下振动片分别开有通孔。
上述结构中，上振动片底面设有棱面，滑柱安装在下振动片的上部圆周边上并高出下振动片顶面。振动构件与壳体的内壁之间采用密封圈密封，即分流罩与壳体的内壁之间，下振动片和壳体的内壁之间都采用密封圈密封。棱面上的棱呈中心放射状。上振动片和下振动片分别开有4个通孔。
上述结构中，上振动片底面周边也可安装滑柱，则对应的其下振动片的顶面可设置成棱面，同样可起到振动效果。
本实用新型的工作原理。将水力脉冲振动器放在套管鞋上方，用套管柱下入井内。在循环、注灰和顶替等过程中，钻井液、水泥浆沿套管通过分流罩上的进液孔注入到振动器的振动构件内，液体流动带动涡轮轴上的涡轮旋转，上振动片可以上下滑动和传递扭矩，此时受涡流带动，上振动片也开始旋转，弹簧将上振动片向下压紧，上振动片的棱面与滑柱紧密接触，使上振动片产生周期性的轴向移动。当上振动片处于上位时，下振动片的通孔和上振动片的通孔对准，此时水泥浆流动通畅，而当上振动片处于下位时，上下发生孔眼移位，从而产生脉动液力冲击。
水力脉冲振动器在高压流体作用下产生振动波。引起三种振动包括套管径向水击振动、套管纵向振动、井底环空液体的压力脉冲。由于振动改变流体的性质(流态、流变性)，提高了水泥界面的胶结强度，缩短了水泥浆的胶凝时间而易于早强，减弱或消除水泥浆的静切力，提高顶替效率，提高了固井质量。
附图说明
图1、水力脉冲振动器结构示意图。
图1中，壳体1、下振动片2、滑柱3、上振动片4、复位弹簧5、涡轮6、分流罩7、卡簧8、上轴承9、下轴承10、密封圈11、涡轮轴12、进液孔13、通孔14、棱面15。
图2、图1中水力脉冲振动器的A-A剖面图
图3、图1中水力脉冲振动器的B-B剖面图
具体实施方式
结合附图对实际采用的水力脉冲振动器结构予以说明。一种水力脉冲振动器由圆柱状壳体1和置于壳体内腔的振动构件构成，壳体的两端分别车有套管扣，上部可连接套管，下部可连接其它固井设备，振动构件由卡簧8固定在壳体1内，振动构件由分流罩7、涡轮6、复位弹簧5、上振动片4、滑柱3和下振动片2构成，分流罩7开有进液孔13，分流罩13中心的上轴承9和下振动片2中心的下轴承10分别连接涡轮轴12的两端，复位弹簧5和上振动片2从上至下以涡轮轴12为中心安装在涡轮6下部的涡轮轴12上，上振动片2底面设有棱面15，滑柱3安装在下振动片4的上部圆周边上并高出下振动片顶面，棱面与滑柱紧密接触，上振动片和下振动片分别四个通孔14，分流罩7与壳体1的内壁之间，下振动片2和壳体1的内壁之间都采用密封圈11密封，棱面15上的棱呈中心放射状。
本实用新型振动器的振动方向和水力脉冲的传播与井轴一致，从而在水泥浆流中产生剧烈的高频水力脉冲，脉冲带动水泥颗粒做振动运动。水泥浆失水量减少，凝固时间缩短，提高水泥石的强度性能及与岩石和套管的胶结接触力，降低了水泥石的渗透能力。
Claims (6)
1、一种水力脉冲振动器由圆柱状壳体(1)和置于壳体(1)内腔的振动构件构成，壳体的两端分别车有套管扣，其特征在于振动构件由卡簧(8)固定在壳体(1)内，振动构件由分流罩(7)、涡轮(6)、复位弹簧(5)、上振动片(4)、滑柱(3)和下振动片(2)构成，分流罩(7)开有进液孔(13)，分流罩(7)中心的上轴承(9)和下振动片(2)中心的下轴承(10)分别连接涡轮轴(12)的两端，复位弹簧(5)和上振动片(2)从上至下以涡轮轴(12)为中心安装在涡轮(6)下部的涡轮轴(12)上，棱面(15)或滑柱(3)分别设置在上振动片(4)的底面或下振动片(2)的顶面，棱面(15)与滑柱(3)紧密接触，上振动片(2)和下振动片(4)分别开有通孔(14)，振动构件与壳体(1)的内壁之间采用密封圈(11)密封。
2、如权利要求1所述振动构件与壳体(1)的内壁之间采用密封圈(11)密封，其特征在于分流罩(7)与壳体(1)的内壁之间，下振动片(2)和壳体(1)的内壁之间均采用密封圈(11)密封。
3、如权利要求1所述的棱面(15)或滑柱(3)分别设置在上振动片(4)的底面或下振动片(2)的顶面，其特征在于上振动片(4)底面设有棱面(15)，滑柱(3)安装在下振动片(2)的顶面圆周上并高出下振动片(2)顶面。
4、如权利要求1所述的棱面(15)或滑柱(3)分别设置在上振动片(4)的底面或下振动片(2)的顶面，其特征在于上振动片(4)底面周边安装滑柱(3)，下振动片(4)的顶面设有棱面(15)。
5、如权利要求1所述的棱面(15)，其特征在于棱面上的棱呈中心放射状。
6、如权利要求1所述的上振动片(4)和下振动片(2)分别开有通孔(14)，其特征在于上、下振动片分别开有四个相互对应的通孔(14)。
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