井下渦輪水力振動(dòng)固井裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種井下渦輪水力振動(dòng)固井裝置，由渦輪機(jī)械振動(dòng)節(jié)、水力機(jī)械振動(dòng)節(jié)和引鞋三部分組成，其特征在于支座（2）、渦輪定子（3）、常規(guī)渦輪轉(zhuǎn)子（4）、偏心渦輪轉(zhuǎn)子（5）從上往下依次位于渦輪節(jié)筒體（1）內(nèi)；支座（2）和渦輪定子（3）通過(guò)螺釘（7）固定在渦輪節(jié)筒體（1）上，偏心套（6）通過(guò)鍵連接固定在偏心渦輪轉(zhuǎn)子（5）上；在水力節(jié)筒體（8）上開(kāi)有循環(huán)孔（9）；在中空活塞（10）的外圈套裝有壓縮彈簧（11）；中空活塞（10）的上部由水力節(jié)筒體（8）的內(nèi)上臺(tái)階約束，壓縮彈簧（11）的下端安裝在水力節(jié)筒體（8）的內(nèi)下臺(tái)階上。本發(fā)明通過(guò)調(diào)整渦輪的級(jí)數(shù)和中空活塞的尺寸，可以得到理想的徑向和軸向振動(dòng)疊加，使機(jī)械振動(dòng)裝置的振幅可調(diào)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、易于制造、使用方便、應(yīng)用效果好的特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】井下渦輪水力振動(dòng)固井裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及一種井下渦輪水力振動(dòng)固井裝置，屬石油鉆井工具設(shè)計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
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[0002]在石油鉆井工程中，固井質(zhì)量是一項(xiàng)重要的施工質(zhì)量指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)證明，在固井的過(guò)程中引入振動(dòng)，可以提高水泥石強(qiáng)度和水泥漿頂替效率，消除水泥中的氣泡，縮短候凝時(shí)間，從而提聞固井質(zhì)量。
[0003]國(guó)內(nèi)對(duì)振動(dòng)固井裝置的研究較多，主要可分為水力脈沖式振動(dòng)裝置、機(jī)械式振動(dòng)固井裝置、磁致伸縮式振動(dòng)裝置、壓電陶瓷式振動(dòng)裝置、聲頻振動(dòng)固井裝置以及地面環(huán)空水力或空氣脈沖振動(dòng)固井裝置，其中以水力脈沖振動(dòng)固井裝置應(yīng)用最為廣泛。
[0004]井下機(jī)械振動(dòng)固井裝置主要以渦輪振動(dòng)固井為主，利用鉆井液提供動(dòng)力，在渦輪轉(zhuǎn)子上配上環(huán)形的偏心塊以達(dá)到振動(dòng)的目的，結(jié)構(gòu)可靠簡(jiǎn)單。它分為兩個(gè)單元，一個(gè)單元由正常的定子和轉(zhuǎn)子組成，使裝置產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，另一個(gè)單元的轉(zhuǎn)子上帶有偏心塊，轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中由于偏心塊的作用使裝置發(fā)生振動(dòng)。裝置的核心在偏心塊上，但目前的偏心塊的結(jié)構(gòu)都相當(dāng)簡(jiǎn)單，大多為環(huán)形或者Π形，可以達(dá)到的振動(dòng)功能依然有限。
[0005]隨著固井精確度的提高，將要求振動(dòng)波更為復(fù)雜可控。現(xiàn)有的渦輪振動(dòng)固井裝置中，其偏心塊結(jié)構(gòu)單一，可控性差，主要以生成徑向振動(dòng)為主，水力脈沖固井裝置只產(chǎn)生軸向振動(dòng)，且振動(dòng)幅值大多不可控制。當(dāng)要獲得精確的振動(dòng)效果時(shí)，目前的振動(dòng)裝置還存在著很大的局限性。


【發(fā)明內(nèi)容】

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[0006]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種井下渦輪水力振動(dòng)固井裝置，通過(guò)設(shè)置偏心渦輪和中空活塞，可以得到理想的徑向和軸向振動(dòng)疊加，使機(jī)械振動(dòng)裝置的振幅可調(diào)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、易于制造、使用方便、應(yīng)用效果好的特點(diǎn)。
[0007]本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的的。
[0008]在井下渦輪水力振動(dòng)固井裝置的結(jié)構(gòu)中，設(shè)置有渦輪機(jī)械振動(dòng)節(jié)、水力機(jī)械振動(dòng)節(jié)和引鞋三部分；所述的渦輪機(jī)械振動(dòng)節(jié)由渦輪節(jié)筒體、支座、渦輪定子、常規(guī)渦輪轉(zhuǎn)子、偏心渦輪轉(zhuǎn)子、偏心套、螺釘組成；支座、渦輪定子、常規(guī)渦輪轉(zhuǎn)子、偏心渦輪轉(zhuǎn)子從上往下依次位于渦輪節(jié)筒體內(nèi)；支座和渦輪定子通過(guò)螺釘固定在渦輪節(jié)筒體上，常規(guī)渦輪轉(zhuǎn)子和偏心渦輪轉(zhuǎn)子安裝在中軸上；偏心套通過(guò)鍵連接固定在偏心渦輪轉(zhuǎn)子上；偏心渦輪轉(zhuǎn)子的外輪偏心加工，其上至少開(kāi)有2個(gè)鍵槽，偏心渦輪轉(zhuǎn)子上至少套有一個(gè)偏心套；渦輪節(jié)筒體的下端與水力節(jié)筒體的上端通過(guò)螺紋相連接；所述的水力機(jī)械振動(dòng)節(jié)由水力節(jié)筒體、中空活塞和壓縮彈簧組成；在水力節(jié)筒體上開(kāi)有循環(huán)孔；在中空活塞的外圈套裝有壓縮彈簧；中空活塞的上部由水力節(jié)筒體的內(nèi)上臺(tái)階約束，壓縮彈簧的下端安裝在水力節(jié)筒體的內(nèi)下臺(tái)階上；水力節(jié)筒體的下端與引鞋的上端通過(guò)螺紋相連接；所述的引鞋位于水力節(jié)筒體的下端，在引鞋的流體通道中設(shè)有單向閥。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比，通過(guò)設(shè)置偏心渦輪和中空活塞，可以得到理想的徑向和軸向振動(dòng)疊加，使機(jī)械振動(dòng)裝置的振幅可調(diào)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、易于制造、使用方便、應(yīng)用效果好的特點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
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[0010]圖1為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]在圖中:1.渦輪節(jié)筒體、2.支座、3.渦輪定子、4.常規(guī)渦輪轉(zhuǎn)子、5.偏心渦輪轉(zhuǎn)子、6.偏心套、7.螺釘、8.水力節(jié)筒體、9.循環(huán)孔、10.中空活塞、11.壓縮彈簧、12.引鞋、13.單向閥、14.中軸。

【具體實(shí)施方式】
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[0012]本發(fā)明井下渦輪水力振動(dòng)固井裝置由渦輪機(jī)械振動(dòng)節(jié)、水力機(jī)械振動(dòng)節(jié)和引鞋三部分構(gòu)成；所述的渦輪機(jī)械振動(dòng)節(jié)由渦輪節(jié)筒體1、支座2、渦輪定子3、常規(guī)渦輪轉(zhuǎn)子4、偏心渦輪轉(zhuǎn)子5、偏心套6、螺釘7組成；支座2、渦輪定子3、常規(guī)渦輪轉(zhuǎn)子4、偏心渦輪轉(zhuǎn)子5從上往下依次位于渦輪節(jié)筒體1內(nèi)；支座2和渦輪定子3通過(guò)螺釘7固定在渦輪節(jié)筒體1上，常規(guī)渦輪轉(zhuǎn)子4和偏心渦輪轉(zhuǎn)子5安裝在中軸14上；偏心套6通過(guò)鍵連接固定在偏心渦輪轉(zhuǎn)子5上；偏心渦輪轉(zhuǎn)子5的外輪偏心加工，其上至少開(kāi)有2個(gè)鍵槽，偏心渦輪轉(zhuǎn)子5上至少套有一個(gè)偏心套6 ;渦輪節(jié)筒體1的下端與水力節(jié)筒體8的上端通過(guò)螺紋相連接；所述的水力機(jī)械振動(dòng)節(jié)由水力節(jié)筒體8、中空活塞10和壓縮彈簧11組成；在水力節(jié)筒體8上開(kāi)有循環(huán)孔9 ;在中空活塞10的外圈套裝有壓縮彈簧11 ;中空活塞10的上部由水力節(jié)筒體8的內(nèi)上臺(tái)階約束，壓縮彈簧11的下端安裝在水力節(jié)筒體8的內(nèi)下臺(tái)階上；水力節(jié)筒體8的下端與引鞋12的上端通過(guò)螺紋相連接；所述的引鞋12位于水力節(jié)筒體8的下端，在引鞋12的流體通道中設(shè)有單向閥13。
[0013]本發(fā)明井下渦輪水力振動(dòng)固井裝置主要實(shí)現(xiàn)渦輪機(jī)械振動(dòng)和水力機(jī)械振動(dòng)的疊力口。在尾管固井作業(yè)中，可以將本發(fā)明的裝置連接在套管串的底端。當(dāng)流體經(jīng)支座2進(jìn)入渦輪機(jī)械振動(dòng)節(jié)時(shí)，渦輪節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)偏心渦輪轉(zhuǎn)子5和偏心套6組成的振動(dòng)體發(fā)生振動(dòng)；渦輪定子與渦輪轉(zhuǎn)子成對(duì)使用，常規(guī)渦輪轉(zhuǎn)子4與偏心渦輪轉(zhuǎn)子5交替，根據(jù)需要可設(shè)置多級(jí)渦輪節(jié)；流體流過(guò)渦輪機(jī)械振動(dòng)節(jié)之后進(jìn)入水力機(jī)械振動(dòng)節(jié)，在進(jìn)入中空活塞10的過(guò)流孔的過(guò)程中存在節(jié)流壓差，當(dāng)節(jié)流壓差大于壓縮彈簧11的支撐力時(shí)，推動(dòng)中空活塞10下行，彈簧被壓縮；當(dāng)其支撐力大于節(jié)流壓差之后，中空活塞10又被推上行；又因?yàn)橹锌栈钊?0以上的壓力和壓縮彈簧11腔中的壓力是不同的，因此在中空活塞10上下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，產(chǎn)生流體的軸向振動(dòng)，同時(shí)，流體流量的周期變化，形成脈沖波；另外可以通過(guò)改變中空活塞10的軸向尺寸來(lái)控制軸向振動(dòng)波的大小，最終可以得到需要的疊加振動(dòng)波。
[0014]實(shí)際應(yīng)用工作中，根據(jù)具體需要，可對(duì)裝置進(jìn)行調(diào)整?？烧{(diào)節(jié)偏心渦輪轉(zhuǎn)子5外輪的偏心距，外輪上的鍵槽可在2 - 10之間進(jìn)行選取，同時(shí)與一個(gè)偏心渦輪轉(zhuǎn)子5組合的偏心套6的個(gè)數(shù)也需要視情況進(jìn)行選擇，從而可以最大程度的得到滿意的振幅。
[0015]使用本發(fā)明井下渦輪水力振動(dòng)固井裝置，具體操作時(shí)將振動(dòng)固井裝置接在套管串的最下端，將套管下入到合適位置進(jìn)行固井操作。水泥漿經(jīng)過(guò)渦輪機(jī)械振動(dòng)節(jié)產(chǎn)生的剪切作用有利于消除水泥漿中的氣泡，出來(lái)的水泥漿進(jìn)入水力機(jī)械振動(dòng)節(jié)，再次產(chǎn)生振動(dòng)波，此時(shí)為軸向振動(dòng)。水泥漿液體流出引鞋12后，由于單向閥13的作用，環(huán)空流體不會(huì)返回井筒。
【權(quán)利要求】
1.井下渦輪水力振動(dòng)固井裝置，由渦輪機(jī)械振動(dòng)節(jié)、水力機(jī)械振動(dòng)節(jié)和引鞋三部分組成，其特征在于所述的渦輪機(jī)械振動(dòng)節(jié)由渦輪節(jié)筒體(I)、支座(2)、渦輪定子(3)、常規(guī)渦輪轉(zhuǎn)子(4)、偏心渦輪轉(zhuǎn)子(5)、偏心套(6)、螺釘(7)組成；支座(2)、渦輪定子(3)、常規(guī)渦輪轉(zhuǎn)子(4)、偏心渦輪轉(zhuǎn)子(5)從上往下依次位于渦輪節(jié)筒體(I)內(nèi)；支座(2)和渦輪定子(3)通過(guò)螺釘(7)固定在渦輪節(jié)筒體(I)上，常規(guī)渦輪轉(zhuǎn)子(4)和偏心渦輪轉(zhuǎn)子(5)安裝在中軸(14)上；偏心套(6)通過(guò)鍵連接固定在偏心渦輪轉(zhuǎn)子(5)上；渦輪節(jié)筒體(I)的下端與水力節(jié)筒體(8)的上端通過(guò)螺紋相連接；所述的水力機(jī)械振動(dòng)節(jié)由水力節(jié)筒體(8)、中空活塞(10 )和壓縮彈簧(11)組成；在水力節(jié)筒體(8 )上開(kāi)有循環(huán)孔(9 );在中空活塞(10 )的外圈套裝有壓縮彈簧(11);中空活塞(10)的上部由水力節(jié)筒體(8)的內(nèi)上臺(tái)階約束，壓縮彈簧(11)的下端安裝在水力節(jié)筒體(8)的內(nèi)下臺(tái)階上；水力節(jié)筒體(8)的下端與引鞋(12)的上端通過(guò)螺紋相連接；所述的引鞋(12)位于水力節(jié)筒體(8)的下端，在引鞋(12)的流體通道中設(shè)有單向閥(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下渦輪水力振動(dòng)固井裝置，其特征在于偏心渦輪轉(zhuǎn)子(5)的外輪偏心加工，其上至少開(kāi)有2個(gè)鍵槽，偏心渦輪轉(zhuǎn)子(5)上至少套有一個(gè)偏心套(6)。
【文檔編號(hào)】E21B28/00GK104278964SQ201310272650
【公開(kāi)日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2013年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月1日
【發(fā)明者】易先中, 萬(wàn)文妮, 高德利 申請(qǐng)人:長(zhǎng)江大學(xué)