專利名稱：隨行振動固井方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油鉆井完井工程中固井工藝技術(shù)領(lǐng)域，目的是提高和改善固井質(zhì) 量，特別是隨行振動固井方法。
背景技術(shù)：
振動固井是完井工程中的一種質(zhì)量改善技術(shù)，用來提高頂水泥漿的頂替效率，提 高水泥石的強(qiáng)度，改善水泥的膠結(jié)質(zhì)量。上世紀(jì)六十年代，美國和蘇聯(lián)先后動用了高層科研機(jī)構(gòu)，進(jìn)行了室內(nèi)外試驗和機(jī) 理研究，使得該項技術(shù)蓬勃發(fā)展。前蘇聯(lián)5個油田近100 口井成功使用了自己的振動固井 技術(shù)，國內(nèi)系統(tǒng)研究從1990開始，1994年大慶鉆井院開發(fā)了水利脈沖式震動器，但是沒有 進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)。1998年遼河油田(石油科研單位)也開發(fā)出了水利脈沖震動發(fā)生器，試驗17 口井，合格率60%。這些技術(shù)或是井底流體機(jī)械式振動，或是井口機(jī)械式振動，或是井筒內(nèi)壓 電晶體激振，但是這些技術(shù)或者局部有效果，或者效果不明顯，或者施工不方便，或者成本 費(fèi)用居高不下。關(guān)于振動固井專利技術(shù)，中油集團(tuán)某鉆采工藝研究院提出使用振動波固井的 一項新技術(shù)《一種水力脈沖振動固井引鞋》(專利申請?zhí)?00620167280. 6 )，該振動固 井技術(shù)采用水力脈沖振動器。還有人提出《振動固井用壓力波發(fā)生裝置》(專利申請?zhí)?200920111659. 6)，是通過控制流體閥門的開關(guān)產(chǎn)生流體的壓力波動的一項技術(shù)。該技術(shù)與 本發(fā)明原理雖然相同，但是施工工藝、結(jié)構(gòu)類型和作用方式都存在極大的差異。另外，公知的碰壓膠塞構(gòu)造為膠翼、膠芯、密封圈、(卡簧)，在固井施工中，將膠塞 置于水泥頭中，向油井套管內(nèi)注壓膠塞液體，替漿頂替水泥漿時，膠塞受壓下行進(jìn)入油井套 管內(nèi)，膠翼刮削套管內(nèi)壁，除去附在內(nèi)壁上的水泥漿，鉆井液的殘余物，膠塞下行到達(dá)坐落 于承托環(huán)(或浮箍)處碰壓，但是一般的固井膠塞功能單一，只具備刮削套管內(nèi)壁和碰壓作 用，但是不能活動套管，與固井質(zhì)量沒有直接的相關(guān)性。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種隨行振動固井方法，在不改變現(xiàn)有的固井工藝基礎(chǔ)上，與 傳統(tǒng)固井膠塞具有相同的使用方法，需要一種能夠引起套管振動的隨行振動固井膠塞，能 夠在固井過程中隨著膠塞在套管中一邊下行一邊振動，當(dāng)隨行振動固井膠塞下行到井底碰 壓停止后，隨行振動固井膠塞繼續(xù)振動直到水泥漿初凝之前結(jié)束振動工作，該方法能夠?qū)?現(xiàn)從井口到井底全井段的隨行振動，既克服了膠塞的單一功能，又實現(xiàn)了活動全井段套管 的目標(biāo)，達(dá)到改善套管與水泥的界面膠結(jié)質(zhì)量，提高水泥石強(qiáng)度，使其具有更優(yōu)的應(yīng)用效果。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種隨行振動固井方法，包括油井套管、橡膠塞套、 自鎖端頭和水泥漿替漿工藝，本方法所使用的機(jī)械諧振器由金屬殼體、自鎖端頭、偏心轉(zhuǎn)子、調(diào)速電機(jī)、電源配置器、程控處理器和后端封頭構(gòu)成，自鎖端頭配合安裝在金屬殼體的 前端頭上，并與其前端頭焊接為一體；橡膠塞套套裝在金屬殼體上并與其硫化固定；在金 屬殼體后端口上固裝的后端封頭將金屬殼體的內(nèi)腔密封，金屬殼體的密封承壓壓力值大于 等于35MPa ；金屬殼體內(nèi)腔配合安裝著偏心轉(zhuǎn)子、調(diào)速電機(jī)、電源配置器和程控處理器；調(diào) 速電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)軸上固裝的偏心轉(zhuǎn)子由調(diào)速電機(jī)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)；調(diào)速電機(jī)由電源通過與其電源 輸入端口配合連接的電源配置器提供工作動力，并由程控處理器調(diào)控調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速以驅(qū)使 偏心轉(zhuǎn)子進(jìn)行機(jī)械振動，程控處理器通過無線電與遙控器相配合連接；
①事先根據(jù)所在地油田設(shè)計的井身結(jié)構(gòu)和與其配合所用的油井套管，通過現(xiàn)有振動力 學(xué)算法計算出油井套管的固有頻率f；作為本機(jī)械諧振器的偏心轉(zhuǎn)子在油井套管內(nèi)隨行振 動的基準(zhǔn)頻率fo，將前置液和水泥漿經(jīng)油井井口水泥頭注入油井套管內(nèi)所需時間T1設(shè)定為 本機(jī)械諧振器延時啟動的時間T1,使其在小于等于T1處于待機(jī)狀態(tài)，在大于等于T1之后，自 動開啟以驅(qū)動其偏心轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)振動，根據(jù)固井用水泥漿的初凝時間T，確定隨行振動的總時 間 Ttl 為 Tci = [T-T1- Δ T]，Δ T e [10，30] Min ；
②在固井之前，打開本機(jī)械諧振器的電源開關(guān)，使本機(jī)械諧振器處于待機(jī)狀態(tài)，利用傳 統(tǒng)膠塞與油井套管內(nèi)的相配合使用方法，先把待機(jī)狀態(tài)的金屬殼體上固裝有橡膠塞套的本 機(jī)械諧振器裝入水泥頭內(nèi)后，通過無線電將上述參數(shù)fo、!；和T1傳送、輸入至本機(jī)械諧振器 中的程控處理器，再采用傳統(tǒng)固井工藝，當(dāng)完成前置液和水泥漿擠入工藝所需時間到達(dá)T1 之時，本機(jī)械諧振器由程控處理器將其由待機(jī)狀態(tài)調(diào)控為啟動工作狀態(tài)，驅(qū)動偏心轉(zhuǎn)子旋 轉(zhuǎn)以使橡膠塞套開始振動；在完成水泥漿擠入工藝后，將安裝于水泥頭上的水泥漿入口上 的閥門關(guān)閉，停止向油井套管內(nèi)注入水泥漿，并且打開安裝于水泥頭上的頂替液入口上的 閥門，向油井套管內(nèi)注入頂替液，開始水泥漿替漿工藝，當(dāng)頂替液持續(xù)注入油井套管頂壓處 于裸井內(nèi)井壁與油井套管之間的鉆井液時，本機(jī)械諧振器按照頂替液注入油井套管內(nèi)的頂 替排量確定的速度下行，且由本機(jī)械諧振器的偏心轉(zhuǎn)子驅(qū)動振動的橡膠塞套以事先輸入程 控處理器的基準(zhǔn)頻率f；驅(qū)動偏心轉(zhuǎn)子在振動頻率&保持振動，當(dāng)本機(jī)械諧振器下行降至該 油井套管底端碰壓位于油井套管底端處的浮箍時，則停止移位，仍依照原先輸入程控處理 器的基準(zhǔn)頻率&使偏心轉(zhuǎn)子的振動頻率設(shè)定在fo進(jìn)行振動，直至偏心轉(zhuǎn)子保持在基準(zhǔn)頻率 f0連續(xù)振動所需總時間達(dá)到Ttl時，程控處理器調(diào)控本機(jī)械諧振器停機(jī)，并使本機(jī)械諧振器 最終留置固定于該油井套管底端。 本發(fā)明方法是利用隨行振動固井膠塞的頂替工藝和固井套管結(jié)構(gòu)共振原理，在固 井套管內(nèi)從井口振動到井底，并延續(xù)到水泥初凝前停止工作，其具體技術(shù)特征為
(1)固井用橡膠塞套與本機(jī)械諧振器合而為一，振動隨膠塞在套管中行走和碰壓井底 的浮箍；
(2)隨行振動橡膠塞套其橡膠裙邊在套管內(nèi)壁上的壓力大于lOOKg，金屬殼體所承受外 壓(密封承壓)的壓力值要達(dá)到35MPa以上；
(3)由偏心轉(zhuǎn)子驅(qū)動振動的橡膠塞套所產(chǎn)生的振動加速度大于3g，頻率在20Hz 200Hz范圍內(nèi)可調(diào)；
(4)載荷幅度通過調(diào)速電機(jī)帶動大質(zhì)量的偏心轉(zhuǎn)子實現(xiàn)，偏心轉(zhuǎn)子要求應(yīng)用高密度材 料制作，如鎢合金、鉛、銅、鋼等金屬或現(xiàn)有其它合金金屬；
(5)本發(fā)明的程控系統(tǒng)使用前處于關(guān)閉狀態(tài)，該系統(tǒng)通過機(jī)械方式上電、啟動以達(dá)到待機(jī)狀態(tài)。(6)本發(fā)明的機(jī)械諧振器待機(jī)后，遙控器將相關(guān)所接受的工作參數(shù)通過無線傳輸 信號傳送、輸入至程控處理器。因此，本發(fā)明在不改變現(xiàn)有的固井工藝基礎(chǔ)上，橡膠塞套與傳統(tǒng)固井膠塞具有相 同的使用方法，需要一種能夠引起套管振動的機(jī)械諧振器，該機(jī)械諧振器能夠在固井過程 中隨著橡膠塞套在套管中一邊下行一邊振動，當(dāng)隨行振動用橡膠塞套下行到井底碰壓停止 后，隨行振動固井用橡膠塞套繼續(xù)振動直到水泥漿初凝之前再結(jié)束振動的工作，該方法能 夠?qū)崿F(xiàn)從井口到井底全井段的隨行振動，既克服了膠塞的單一功能，又實現(xiàn)了活動全井段 套管的目標(biāo)，達(dá)到改善套管與水泥的界面膠結(jié)質(zhì)量，提高水泥石強(qiáng)度，使其具有更優(yōu)的應(yīng)用 效果；在不改變現(xiàn)有生產(chǎn)和施工工藝的基礎(chǔ)上，沿用膠塞的頂替功能，應(yīng)用套管共振原理， 隨著膠塞在套管中行走，實現(xiàn)從井口振動到井底全井段的隨行振動，既克服了膠塞功能單 一，又能產(chǎn)生與油井套管固有頻率相同的振動波，使得油井套管與其共振，有效、明顯提高 固井質(zhì)量。


下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明 圖1為本發(fā)明機(jī)械諧振器的剖視結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明機(jī)械諧振器偏心轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為圖2的側(cè)視剖視結(jié)構(gòu)示意圖4為本發(fā)明程控處理器執(zhí)行本發(fā)明方法的具體程序流程框圖； 圖5為本發(fā)明隨行振動固井方法的固井工藝示意圖。
具體實施例方式一種隨行振動固井方法，結(jié)合圖1、圖2、圖3和圖5所示，包括油井套管29、橡膠 塞套2、自鎖端頭1和水泥漿替漿工藝，本方法所使用的機(jī)械諧振器由金屬殼體4、自鎖端頭 1、偏心轉(zhuǎn)子3、調(diào)速電機(jī)5、電源配置器6、程控處理器7和后端封頭8構(gòu)成，自鎖端頭1配 合安裝在金屬殼體4的前端頭上，并與其前端頭焊接為一體；橡膠塞套2套裝在金屬殼體4 上并與其硫化固定；在金屬殼體4后端口上固裝的后端封頭8將金屬殼體4的內(nèi)腔密封，金 屬殼體4的密封承壓壓力值大于等于35MPa ；金屬殼體4內(nèi)腔配合安裝著偏心轉(zhuǎn)子3、調(diào)速 電機(jī)5、電源配置器6和程控處理器7 ；調(diào)速電機(jī)5的輸出轉(zhuǎn)軸上固裝的偏心轉(zhuǎn)子3由調(diào)速 電機(jī)5驅(qū)動旋轉(zhuǎn)；調(diào)速電機(jī)5由電源通過與其電源輸入端口配合連接的電源配置器6提供 工作動力，并由程控處理器7調(diào)控調(diào)速電機(jī)5轉(zhuǎn)速以驅(qū)使偏心轉(zhuǎn)子3進(jìn)行機(jī)械振動，程控處 理器(7)通過無線電與遙控器相配合連接；
①事先根據(jù)所在地油田設(shè)計的井身結(jié)構(gòu)和與其配合所用的油井套管29，通過現(xiàn)有振動 力學(xué)算法計算出油井套管29的固有頻率f；作為本機(jī)械諧振器的偏心轉(zhuǎn)子3在油井套管29 內(nèi)隨行振動的基準(zhǔn)頻率&，將前置液31和水泥漿30經(jīng)油井井口水泥頭28注入油井套管29 內(nèi)所需時間T1設(shè)定為本機(jī)械諧振器延時啟動的時間T1，使其在小于等于T1處于待機(jī)狀態(tài)， 在大于等于T1之后，自動開啟以驅(qū)動其偏心轉(zhuǎn)子3旋轉(zhuǎn)振動，根據(jù)固井用水泥漿30的初凝 時間T，確定隨行振動的總時間Ttl為Ttl = [T 一 T1 一 ΔΤ]，ΔΤ e [10,30] Min ；②在固井之前，打開本機(jī)械諧振器的電源開關(guān)，使本機(jī)械諧振器處于待機(jī)狀態(tài)，利用傳 統(tǒng)膠塞與油井套管29內(nèi)的相配合使用方法，先把待機(jī)狀態(tài)的金屬殼體4上固裝有橡膠塞套 2的本機(jī)械諧振器裝入水泥頭28內(nèi)后，通過無線電將上述參數(shù)&、T0和T1傳送、輸入至本 機(jī)械諧振器中的程控處理器7，再采用傳統(tǒng)固井工藝，當(dāng)完成前置液31和水泥漿30擠入工 藝所需時間到達(dá)T1之時，本機(jī)械諧振器由程控處理器7將其由待機(jī)狀態(tài)調(diào)控為啟動工作狀 態(tài)，驅(qū)動偏心轉(zhuǎn)子3旋轉(zhuǎn)以使橡膠塞套2開始振動；在完成水泥漿30擠入工藝后，將安裝于 水泥頭28上的水泥漿入口 27上的閥門關(guān)閉，停止向油井套管29內(nèi)注入水泥漿30，并且打 開安裝于水泥頭28上的頂替液入口 25上的閥門，向油井套管29內(nèi)注入頂替液，開始水泥 漿替漿工藝，當(dāng)頂替液持續(xù)注入油井套管29頂壓處于裸井26內(nèi)井壁與油井套管29之間的 鉆井液32時，本機(jī)械諧振器按照頂替液注入油井套管29內(nèi)的頂替排量確定的速度下行，且 由本機(jī)械諧振器的偏心轉(zhuǎn)子3驅(qū)動振動的橡膠塞套2以事先輸入程控處理器7的基準(zhǔn)頻率 f0驅(qū)動偏心轉(zhuǎn)子3在振動頻率&保持振動，當(dāng)本機(jī)械諧振器下行降至該油井套管29底端 碰壓位于油井套管29底端處的浮箍33時，則停止移位，仍依照原先輸入程控處理器7的基 準(zhǔn)頻率&使偏心轉(zhuǎn)子3的振動頻率設(shè)定在&進(jìn)行振動，直至偏心轉(zhuǎn)子3保持在基準(zhǔn)頻率& 連續(xù)振動所需總時間達(dá)到Ttl時，程控處理器7調(diào)控本機(jī)械諧振器停機(jī)，并使本機(jī)械諧振器 最終留置固定于該油井套管29底端。 本發(fā)明所使用的橡膠塞套是傳統(tǒng)固井膠塞與機(jī)械諧振器的有機(jī)合成體，在本機(jī)械 諧振器的振動過程中采用水泥漿頂替工藝使本機(jī)械諧振器在油井套管內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)一邊下 行一邊振動的功能，本機(jī)械諧振器金屬殼體上固裝的橡膠塞套可與油井套管內(nèi)管壁緊密接 觸，橡膠塞套最外周壁面與該油井套管內(nèi)管壁之間相配合擠壓接觸且該擠壓接觸的壓力大 于100 Kg ；金屬殼體的密封腔內(nèi)由調(diào)速電機(jī)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)偏心轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的振動加速度大于3g， g為重力加速度(常數(shù))，產(chǎn)生振動的頻率在20Hz-200Hz范圍內(nèi)。所述的偏心轉(zhuǎn)子本體的密本發(fā)明的機(jī)械諧振器有本體、振子和無線傳輸與程控三部分。(1)本體其密封的隨行振動固井膠塞振動器結(jié)構(gòu)如附圖1所示1為自鎖端頭；2 為橡膠塞套；3為偏心轉(zhuǎn)子；4為金屬殼體；5為調(diào)速電機(jī)；6為配置電源；7為程控處理器；8 為后端封頭。自鎖端頭1與金屬殼體4焊接成為一體，用于與自鎖浮箍碰壓鎖死；橡膠塞套2通 過橡膠硫化實現(xiàn)，與套管壁擠緊，用于刮水泥漿和傳遞振動載荷；偏心轉(zhuǎn)子3與電機(jī)通過聯(lián) 軸器聯(lián)接，是提供振動載荷的部件；金屬殼體4是機(jī)械加工件，要求密封承壓75MPa以上； 調(diào)速電機(jī)5提供動力，通過螺栓緊固在金屬殼體4上；配置電源6提供能源，粘結(jié)在金屬殼 體4內(nèi)；控制電路板(即程控處理器7)通過螺栓安裝在上電開關(guān)端蓋(即后端封頭8)的 內(nèi)側(cè)，于用振動程序的控制實施；上電開關(guān)端蓋8通過密封條與金屬殼體4以螺紋連接固 定，提供電路上電和結(jié)構(gòu)密封。(2)振子偏心轉(zhuǎn)子3，如圖2和圖3所示9是質(zhì)量偏心孔；10是轉(zhuǎn)子聯(lián)軸孔。(3)無線傳輸與程控電路的工作程序原理，如圖4所示，11是上電開始，12是初始 化自檢待機(jī)，13是無線發(fā)送控制參數(shù)，14是無線接收控制參數(shù)，15是DSP /單片機(jī)程控芯片 (相當(dāng)于程控處理器7)，16是信號反饋確認(rèn)，17是蜂鳴提示，18是振動提示，19是基準(zhǔn)頻率計算，20是啟振延時控制，21是振動持續(xù)時間控制，22是振動驅(qū)動開始，23是末端時間的掃 頻振動，24是振動持續(xù)終止；無線輸入的參數(shù)主要有延時啟動時間、振動持續(xù)時間、基準(zhǔn)頻率。本發(fā)明的隨行振動固井方法與傳統(tǒng)固井工藝設(shè)備和鉆井井眼密切相關(guān)，如圖5所 示25是頂替液入口，26是裸井，27是水泥漿入口，28是水泥頭，29是套管，30是水泥漿，31 是前置液，32是鉆井液，33是浮箍。本發(fā)明的算法(1)延時啟動算法從循環(huán)洗井完成，水泥頭端蓋安裝之前開始計 算，延時啟動時間等于井口工具準(zhǔn)備時間，加上擠水泥漿的工藝周期。(2)振動持續(xù)時間算 法振動持續(xù)時間小于“水泥漿初凝時間與將前置液和水泥漿經(jīng)油井井口水泥頭注入固井 套管內(nèi)所需時間T/’的相減之差。(3)結(jié)構(gòu)基準(zhǔn)頻率算法根據(jù)套管尺寸、材料性能和排列 狀態(tài)，應(yīng)用振動力學(xué)算法進(jìn)行計算。本發(fā)明實際應(yīng)用的具體實施例
實施例1 某油田## 4測試井固井實施方法一根據(jù)套管完井的裸眼井鉆井資料和固 井任務(wù)書，考慮選用的水泥漿體系初凝時間lOOmin，以及設(shè)備的頂替排量8L/s。設(shè)定啟動 時間20min (根據(jù)套管長度與啟動時間的相關(guān)性自動設(shè)定基頻約為29Hz)，振動持續(xù)時間 30min。聲幅測井得到的應(yīng)用效果是封固段優(yōu)質(zhì)率達(dá)到86.5%，合格率100%，固井質(zhì)量評 價為優(yōu)良。實施例2 某油田# # 105勘探井固井實施方法一根據(jù)套管完井的裸眼井鉆井資 料和固井任務(wù)書，考慮選用的水泥漿體系初凝時間llOmin，以及設(shè)備的頂替排量8L/s。設(shè) 定啟動時間25min (根據(jù)套管長度與啟動時間的相關(guān)性自動設(shè)定基頻約為27Hz)，振動持續(xù) 時間40min。聲幅測井得到的應(yīng)用效果是封固段優(yōu)質(zhì)率達(dá)到97. 6%，合格率100%，固井質(zhì) 量評價為優(yōu)秀。實施例3 某油田# # 66開發(fā)井固井實施方法一根據(jù)套管完井的裸眼井鉆井資料 和固井任務(wù)書，考慮選用的水泥漿體系初凝時間120min，以及設(shè)備的頂替排量8L/s，設(shè)定 啟動時間30min (根據(jù)套管長度與啟動時間的相關(guān)性自動設(shè)定基頻約為26Hz)，振動持續(xù)時 間50min。聲幅測井得到的應(yīng)用效果是封固段優(yōu)質(zhì)率達(dá)到65. 1%，合格率100%，固井質(zhì)量 評價為良。因此，本發(fā)明的優(yōu)點如下
(1)回避常規(guī)膠塞功能單一，增加了活動套管的功能；
(2)不改變現(xiàn)有的施工工藝，全井段實施隨行振動；
(3)結(jié)構(gòu)緊湊，工藝簡單，施工快捷；
(4)方法可靠，固井質(zhì)量改善效果明顯。
權(quán)利要求
1.一種隨行振動固井方法，包括油井套管(29)、橡膠塞套(2)、自鎖端頭(1)和水泥漿 替漿工藝，其特征是本方法所使用的機(jī)械諧振器由金屬殼體(4)、自鎖端頭(1)、偏心轉(zhuǎn)子(3)、調(diào)速電機(jī) (5)、電源配置器(6)、程控處理器(7)和后端封頭(8)構(gòu)成，自鎖端頭(1)配合安裝在金屬 殼體(4)的前端頭上，并與其前端頭焊接為一體；橡膠塞套(2)套裝在金屬殼體(4)上并與 其硫化固定；在金屬殼體(4)后端口上固裝的后端封頭(8)將金屬殼體(4)的內(nèi)腔密封， 金屬殼體(4)的密封承壓壓力值大于等于35MPa;金屬殼體(4)內(nèi)腔配合安裝著偏心轉(zhuǎn)子 (3)、調(diào)速電機(jī)(5)、電源配置器(6)和程控處理器(7)；調(diào)速電機(jī)(5)的輸出轉(zhuǎn)軸上固裝的 偏心轉(zhuǎn)子(3)由調(diào)速電機(jī)(5)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)；調(diào)速電機(jī)(5)由電源通過與其電源輸入端口配合 連接的電源配置器(6)提供工作動力，并由程控處理器(7)調(diào)控調(diào)速電機(jī)(5)轉(zhuǎn)速以驅(qū)使 偏心轉(zhuǎn)子(3)進(jìn)行機(jī)械振動，程控處理器(7)通過無線電與遙控器相配合連接；①事先根據(jù)所在地油田設(shè)計的井身結(jié)構(gòu)和與其配合所用的油井套管(29)，通過現(xiàn)有振 動力學(xué)算法計算出油井套管(29)的固有頻率&作為本機(jī)械諧振器的偏心轉(zhuǎn)子(3)在油 井套管(29)內(nèi)隨行振動的基準(zhǔn)頻率&，將前置液(31)和水泥漿(30)經(jīng)油井井口水泥頭 (28)注入油井套管(29)內(nèi)所需時間T1設(shè)定為本機(jī)械諧振器延時啟動的時間T1，使其在小 于等于T1處于待機(jī)狀態(tài)，在大于等于T1之后，自動開啟以驅(qū)動其偏心轉(zhuǎn)子(3)旋轉(zhuǎn)振動，根 據(jù)固井用水泥漿(30)的初凝時間T，確定隨行振動的總時間Ttl為Ttl = [T 一 T1 一 ΔΤ]， ATe [10，30] Min ；②在固井之前，打開本機(jī)械諧振器的電源開關(guān)，使本機(jī)械諧振器處于待機(jī)狀態(tài)，利用傳 統(tǒng)膠塞與油井套管(29)內(nèi)的相配合使用方法，先把待機(jī)狀態(tài)的金屬殼體(4)上固裝有橡膠 塞套(2)的本機(jī)械諧振器裝入水泥頭(28)內(nèi)后，通過無線電將上述參數(shù)&、Ttl和T1傳送、 輸入至本機(jī)械諧振器中的程控處理器(7)，再采用傳統(tǒng)固井工藝，當(dāng)完成前置液(31)和水 泥漿(30)擠入工藝所需時間到達(dá)T1之時，本機(jī)械諧振器由程控處理器(7)將其由待機(jī)狀 態(tài)調(diào)控為啟動工作狀態(tài)，驅(qū)動偏心轉(zhuǎn)子(3)旋轉(zhuǎn)以使橡膠塞套(2)開始振動；在完成水泥漿 (30)擠入工藝后，將安裝于水泥頭(28)上的水泥漿入口(27)上的閥門關(guān)閉，停止向油井套 管(29)內(nèi)注入水泥漿(30)，并且打開安裝于水泥頭(28)上的頂替液入口(25)上的閥門， 向油井套管(29)內(nèi)注入頂替液，開始水泥漿替漿工藝，當(dāng)頂替液持續(xù)注入油井套管(29)頂 壓處于裸井(26)內(nèi)井壁與油井套管(29)之間的鉆井液(32)時，本機(jī)械諧振器按照頂替液 注入油井套管(29)內(nèi)的頂替排量確定的速度下行，且由本機(jī)械諧振器的偏心轉(zhuǎn)子(3)驅(qū)動 振動的橡膠塞套(2)以事先輸入程控處理器(7)的基準(zhǔn)頻率&驅(qū)動偏心轉(zhuǎn)子(3)在振動頻 率fo保持振動，當(dāng)本機(jī)械諧振器下行降至該油井套管(29)底端碰壓位于油井套管(29)底 端處的浮箍(33)時，則停止移位，仍依照原先輸入程控處理器(7)的基準(zhǔn)頻率f；使偏心轉(zhuǎn) 子(3)的振動頻率設(shè)定在&進(jìn)行振動，直至偏心轉(zhuǎn)子(3)保持在基準(zhǔn)頻率&連續(xù)振動所需 總時間達(dá)到Ttl時，程控處理器(7)調(diào)控本機(jī)械諧振器停機(jī)，并使本機(jī)械諧振器最終留置固 定于該油井套管(29)底端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隨行振動固井方法，其特征是本機(jī)械諧振器的橡膠塞套(2) 可與油井套管(29)內(nèi)管壁都能接觸的最外周壁面與該油井套管(29)內(nèi)管壁之間相配合擠 壓接觸且該擠壓接觸的壓力大于lOOKg。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隨行振動固井方法，其特征是由調(diào)速電機(jī)5驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的偏心轉(zhuǎn)子(3)其振動加速度大于3g，產(chǎn)生振動的頻率為20Hz 200Hz之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隨行振動固井方法，其特征是偏心轉(zhuǎn)子(3)本體由鎢合金、 鋼、鉛銻合金、鉛銅合金或鋅銅合金構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種隨行振動固井方法，該方法能夠在固井過程中隨著橡膠塞套在套管中一邊下行一邊振動，當(dāng)橡膠塞套下行到井底碰壓浮箍停止后，橡膠塞套繼續(xù)振動直至水泥漿初凝之前再停止其振動的工作。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)從井口到井底全井段的隨行振動，既克服了膠塞的單一功能，又實現(xiàn)了活動全井段套管的目標(biāo)，達(dá)到改善套管與水泥的界面膠結(jié)質(zhì)量，提高水泥石強(qiáng)度，使其具有更優(yōu)的應(yīng)用效果；在不改變現(xiàn)有生產(chǎn)和施工工藝的基礎(chǔ)上，沿用傳統(tǒng)膠塞的頂替功能，應(yīng)用套管共振原理，隨著橡膠塞套在套管中行走，實現(xiàn)從井口振動到井底全井段的隨行振動，既克服了膠塞功能單一，又能產(chǎn)生與油井套管固有頻率相同的振動波，有效、明顯提高固井質(zhì)量。
文檔編號E21B28/00GK102108846SQ20111003568
公開日2011年6月29日 申請日期2011年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月10日
發(fā)明者曹鳳英 申請人:曹鳳英