压差往复式固井振动器及方法技术

本发明专利技术涉及石油固井领域。本发明专利技术提出了一种压差往复式固井振动器，包括：筒状本体，其端部与套管相连接；位于所述本体内并与其相连的筒状隔离单元；固定在所述隔离单元上的用于产生压差的调压机构；冲击体，所述冲击体通过弹性件与所述隔离单元相连，其中，当所述调压机构的流体通道开启时，所述冲击体处于第一位置，当所述调压机构的流体通道断开时，所述冲击体在水泥浆压力的作用下运动到处于第一位置的下游的第二位置。本发明专利技术还提出了一种使用固井振动器的方法。根据本发明专利技术的振动器和方法解决了井下振动可控性差、对套管产生扭矩作用，以及注浆通道堵塞失效等问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于石油固井作业的振动器及方法，特别涉及一种，属于石油固井领域。
技术介绍
所谓振动固井技术，是指在水泥浆凝固前，对水泥浆采用机械振动、液压脉冲或水力冲击等不同方式使其产生振动，以提高固井质量的技术。20世纪90年代末，为了防止固井后油气水窜，借鉴建筑混凝土振动技术，美国哈勃曼(Haberman)等提出顶部水泥浆脉冲振动固井技术，即在注水泥结束后，从井口向环空中候凝阶段的水泥浆实施脉冲振动，使水泥浆保持低速运动状态，提高水泥浆交接后的抗压强度，从而消除水泥浆在凝固过程中的胶凝失重现象，改善第一、第二界面的胶结质量，防止固井后的环空气窜。 现阶段振动固井主要采取三种形式:置于套管接箍以下的井下水力脉冲发生器、地面机械敲击套管柱式振动装置和环空水泥候凝期间地面井口低频脉冲发生装置。其中，井下振动固井不需要增加地面工具与设备，便于现场注水泥施工，但是目前现有技术中所应用的井下振动发生器频率可控性差，对套管产生一定的扭矩作用，同时可能出现注浆通道堵塞失效等问题。
技术实现思路
针对现有技术中所应用的井下振动发生器频率可控性差，对套管产生一定的扭矩作用，同时可能出现注浆通道堵塞失效等问题，本专利技术的目的在于提出一种压差往复式固井振动器，其结构简单、零部件少，因此安装方便且性能稳定，大大提高了固井时效。 本文中所用的用语“上部”、“上游”、“上方”等指远离井底的一侧，同理，用语“下部”、“下游”、“下方”等指朝向井底的一侧。 本专利技术提出了一种压差往复式固井振动器，包括:筒状本体，其端部与套管相连接；位于所述本体内并与其相连的筒状隔离单元，所述隔离单元将所述本体内的空间分为处于径向内侧的第一腔体和处于径向外侧的第二腔体，所述隔离单元上设有第一通孔和相对于所述第一通孔处于下游的第二通孔；固定在所述隔离单元上的用于产生压差的调压机构，所述调压机构具有能够通断的流体通道，所述第二腔体通过所述第二通孔连通至所述调压机构下方的区域；冲击体，所述冲击体通过弹性件与所述隔离单元相连，其中，当所述调压机构的流体通道开启时，所述冲击体处于第一位置，所述冲击体挡住所述第一通孔而切断了所述第一腔体和所述第二腔体之间的流体互通，水泥浆通过所述第一腔体和所述调压机构的流体通道流出，当所述调压机构的流体通道断开时，所述冲击体在水泥浆压力的作用下运动到处于第一位置的下游的第二位置，所述第一通孔露出，使得来自所述第一腔体的一部分流体能够经所述第一通孔、所述第二腔体以及所述第二通孔流出。 根据本专利技术的压差往复式固井振动器，通过弹性件、冲击体和第一通孔的相互配合实现了通断流体的功能；再结合第三通孔和弹性件的弹力，有效利用流体的通断不断造成压差和缓解压差，反过来利用压差和弹性件的弹力影响冲击体的运动，使其不断振动产生振动波。同时，由于冲击体沿纵向运动，不会对套管产生扭矩作用，延长了套管的使用寿命，保证了井下施工安全。 在一个实施方案中，所述隔离单元包括隔压筒和筒状振动座，所述振动座流体密封式连接于所述隔压筒下方，所述调压机构包括与调压球相适配的流体密封式连接于所述振动座之内的筒状调压球座。振动座具有径向向内凸出的部分，可以限制冲击体的向下行程。调压机构可以通过下放调压球堵塞调压球座的流体通道来进行憋压。 在一个实施方案中，所述调压球座的上端顶靠所述振动座的径向向内凸出的部分，并且所述调压球座具有调压阀，用于调节第一腔体和第二腔体之间的压差，从而控制所述冲击体的振动频率和幅度。如此可以实现井下的可控式振动，解决了现有技术中的井下振动发生器频率、振幅可控性差的缺陷。 在一个实施例中，所述弹性件位于所述冲击体和所述隔压筒之间的第三腔体内，所述隔压筒上设置有位于所述第一通孔下游的第三通孔，所述第二腔体通过所述第三通孔与所述第三腔体连通。如此地，当水泥浆通过第二腔体时，会通过第三通孔进入第三腔体，这会平衡冲击体两侧的水泥浆压强。 在一个实施例中，所述第二通孔位于所述隔离单元的所述振动座上。如此布置可将第二腔体与调压机构的下部区域连通。 在一个实施例中，当所述冲击体处于第二位置时，所述冲击体与所述振动座相互接触。此时冲击体位于振动的下死点位置。 在一个实施例中，所述弹性件包括纵向设置的弹簧，所述弹簧下部连接于所述隔压筒的径向向内凸出的部分，上部连接于所述冲击体的径向向外凸出的部分。弹簧的压缩形变复原弹力提供冲击体上行运动的推动力。冲击体上返时，第三通孔将弹簧所在的第三腔体与第二腔体连通，保证了冲击体两侧的压差平衡，使得冲击体能够顺利上返。 在一个实施例中，所述隔离单元上部设置有环状的压环，所述压环相邻地连接于所述本体的轴向内侧，所述压环能够限制所述冲击体的向上行程。冲击体因此在压环和振动体之间往复运动。 在一个实施例中，所述调压球座通过剪切件与所述振动座相互固定，当所述剪切件承受的压力大于临界值时所述剪切件被剪断，从而使所述调压球座脱落。如此设计，在注浆通道堵塞失效时，可通过憋压保证通道通畅，避免事故灾难。 本专利技术还提出了一种使用所述固井振动器的方法，至少包括: 步骤1:将所述振动器的本体连接于浮箍上部，随同套管一同下入井内； 步骤2:在注水泥浆前或注水泥浆过程中，投入调压球； 步骤3:当调压球落入所述调压球座后，在压差和弹性件弹力的作用下，冲击体上下往复运动，产生振动波； 步骤4:注水泥结束，释放胶塞，替浆作业，完成碰压，结束固井作业。 根据本专利技术的压差往复式固井振动器，在投入调压球后，在冲击体上、下端面产生压差，通过导压孔(第一通孔)的开、关和弹性件的共同作用，实现冲击体的上下往复运动，在注水泥和替浆过程中产生振荡波，实现现场振动固井的目的。 同时，通过投球实现了振动时机和振动频率的可控，冲击器的运动方向使得避免了对套管的扭矩作用，达到井下产生振动波固井的目的。 同时，在调压球座和振动座之间设置剪切件，可以在通道阻塞时通过憋压切断剪切件，致使调压球座脱落，保证水泥浆通道顺畅，确保施工安全。 上述技术特征可以各种技术上可行的方式组合以产生新的实施方案，只要能够实现本专利技术的目的。 【附图说明】 在下文中将基于仅为非限定性的实施例并参考附图来对本专利技术进行更详细的描述。其中: 图1示意性显示了根据本专利技术的压差往复式固井振动器50。 在图中，相同的构件由相同的附图标记标示。附图并未按照实际的比例绘制。 【具体实施方式】 下面将参照附图来详细地介绍本专利技术。 图1显示了根据本专利技术的压差往复式固井振动器50，用于产生井下振动波，固井振动器50的内腔为钻井液、水泥浆流动通道。 压差往复式固井振动器50包括筒状本体I。在一个实施例中，筒状本体I的端部与套管相连接。筒状本体I的两端可以设置有丝扣，通过丝扣直接与套管连接。 固井振动器50还包括位于所述本体I内并与其相连的筒状隔离单元，隔离单元将本体I内的空间分为处于径向内侧的第一腔体12和处于径向外侧的第二腔体13，隔离单元上设有第一通孔11和相对于第一通孔11处于下游的第二通孔10。 固井振动器50还包括固定在隔离单元上的用于产生压差的调压机构，调压机构具有能够通断的流体通道，第二腔体13通过第二通孔10连通至本文档来自技高网...

【技术保护点】
压差往复式固井振动器(50)，包括：筒状本体(1)，其端部与套管相连接；位于所述本体(1)内并与其相连的筒状隔离单元，所述隔离单元将所述本体内的空间分为处于径向内侧的第一腔体(12)和处于径向外侧的第二腔体(13)，所述隔离单元上设有第一通孔(11)和相对于所述第一通孔(11)处于下游的第二通孔(10)；固定在所述隔离单元上的用于产生压差的调压机构，所述调压机构具有能够通断的流体通道，所述第二腔体(13)通过所述第二通孔(10)连通至所述调压机构下方的区域；冲击体(3)，所述冲击体(3)通过弹性件(4)与所述隔离单元相连，其中，当所述调压机构的流体通道开启时，所述冲击体(3)处于第一位置，所述冲击体(3)挡住所述第一通孔(11)而切断了所述第一腔体(12)和所述第二腔体(13)之间的流体互通，水泥浆通过所述第一腔体(12)和所述调压机构的流体通道流出，当所述调压机构的流体通道断开时，所述冲击体(3)在水泥浆压力的作用下运动到处于第一位置的下游的第二位置，所述第一通孔(11)露出，使得来自所述第一腔体(12)的一部分流体能够经所述第一通孔(11)、所述第二腔体(13)以及所述第二通孔(10)流出。...

【技术特征摘要】
1.压差往复式固井振动器(50)，包括: 筒状本体(1)，其端部与套管相连接； 位于所述本体(1)内并与其相连的筒状隔离单元，所述隔离单元将所述本体内的空间分为处于径向内侧的第一腔体(12)和处于径向外侧的第二腔体(13)，所述隔离单元上设有第一通孔(11)和相对于所述第一通孔(11)处于下游的第二通孔(10)； 固定在所述隔离单元上的用于产生压差的调压机构，所述调压机构具有能够通断的流体通道，所述第二腔体(13)通过所述第二通孔(10)连通至所述调压机构下方的区域； 冲击体(3)，所述冲击体(3)通过弹性件⑷与所述隔离单元相连， 其中，当所述调压机构的流体通道开启时，所述冲击体(3)处于第一位置，所述冲击体(3)挡住所述第一通孔(11)而切断了所述第一腔体(12)和所述第二腔体(13)之间的流体互通，水泥浆通过所述第一腔体(12)和所述调压机构的流体通道流出，当所述调压机构的流体通道断开时，所述冲击体(3)在水泥浆压力的作用下运动到处于第一位置的下游的第二位置，所述第一通孔(11)露出，使得来自所述第一腔体(12)的一部分流体能够经所述第一通孔(11)、所述第二腔体(13)以及所述第二通孔(10)流出。2.根据权利要求1所述的固井振动器，其特征在于，所述隔离单元包括隔压筒(5)和筒状振动座￠)，所述振动座(6)流体密封式连接于所述隔压筒(5)下方，所述调压机构包括与调压球(9)相适配的流体密封式连接于所述振动座(6)之内的筒状调压球座(8)。3.根据权利要求2所述的固井振动器，其特征在于，所述调压球座(8)的上端顶靠所述振动座(6)的径向向内凸出的部分，并且所述调压球座(8)具有调压阀(14)，用于调节第一腔体(12)和第二腔体(13)之间的压差，从而控制所述冲击体(3)的振动频率和幅度。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：张明昌，肖京男，周仕明，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11