專利名稱：井下旋流剪切發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油工程中的固井技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種在旋流頂替固井技術(shù)上的井下旋流剪切發(fā)生器。
背景技術(shù)：
旋流頂替技術(shù)中頂替液的螺旋運(yùn)動(dòng)，基周向流速給井壁增加了周向剪切驅(qū)動(dòng)力，形成周向流攜帶與沖刷和軸向流的軸向驅(qū)替聯(lián)動(dòng)作用，相比單純的軸向頂替可以有效清除巖屑，提高固井頂替效率界面膠結(jié)強(qiáng)度?，F(xiàn)有旋流頂替技術(shù)主要有以下幾種1、活動(dòng)套旋流頂替固井，通過(guò)頂替過(guò)程中旋轉(zhuǎn)套管實(shí)現(xiàn)固井流體的螺旋流動(dòng)，其缺陷是由于旋轉(zhuǎn)扭矩過(guò)大，轉(zhuǎn)速不能太快，導(dǎo)致效果不理想；加大轉(zhuǎn)速，則作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)加大，尤其是大斜度井、水平井固井，這一技術(shù)更是受到限制。
2、旋流套管技術(shù)，采用在鉆井套管外層纏繞不銹鋼絲的方式，將套管下入井內(nèi)，固井時(shí)，整個(gè)固井段產(chǎn)生旋流，提高了鉆井液的頂替效率，同時(shí)還能夠在一定程度上提高水泥與套管的膠結(jié)質(zhì)量，旋流套管缺點(diǎn)在于固井流體在通過(guò)流道時(shí)產(chǎn)生的摩阻力比正常情況會(huì)大很多，如果流道旋轉(zhuǎn)程度一般，固井流體通過(guò)時(shí)旋流程度不高；如果流道旋轉(zhuǎn)程度很高，固井流體受到的摩阻也會(huì)增大，旋流程度也會(huì)受到很大限制，總體來(lái)說(shuō)，這種固井旋流套管產(chǎn)生的旋流強(qiáng)度不會(huì)很高，效果不明顯。3、固井旋流器，該旋流器主要由外管、內(nèi)管和螺旋形流道組成、旋流器流道在內(nèi)管上設(shè)有進(jìn)液孔，在外管上設(shè)有出液孔，將內(nèi)管放外管中用外管與其他管相連的螺紋頂緊。這種固井旋流器在一定程度上可以提高水泥漿的頂替效果，固井旋游器缺點(diǎn)在于固井流體需要通過(guò)內(nèi)管進(jìn)入外管這個(gè)過(guò)程才能旋流，這一過(guò)程會(huì)消耗很多固井流體的動(dòng)能，降低了固井流體的流動(dòng)能力，也限制了產(chǎn)生的旋流強(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述已有技術(shù)的缺陷，提供一種新的設(shè)計(jì)裝置，在旋流頂替固井技術(shù)上的井下旋流剪切發(fā)生器。本發(fā)明采用通過(guò)外筒內(nèi)多組轉(zhuǎn)子葉柵的剪切、攪拌作用破壞循環(huán)液體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，降低鉆井液的粘度和動(dòng)力，鉆井液處于易于流動(dòng)的紊流狀態(tài)，利于強(qiáng)化紊流替漿效果，提高頂替效率。使水泥顆粒充分均勻地分散到液流中，提高水泥漿的流變性，獲得均勻分布的水泥漿，從而得到完全濕潤(rùn)和分散均勻的水泥石。本發(fā)明放于套管串下部，使鉆井液在環(huán)空中形成旋流場(chǎng)，改變流動(dòng)狀態(tài)，改變套管柱相對(duì)井眼軸線的位置，能夠沖洗井壁虛泥餅、殘留的固相顆粒，沖洗井陘變化率較大的滯留的鉆井液及拖泄窄邊的鉆井液，提高鉆井液的攜砂能力，降低巖屑在環(huán)空中的堆積程度，從而達(dá)到提高井眼清洗度。本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明由接箍、外筒、導(dǎo)向座組成，外筒內(nèi)設(shè)置多組轉(zhuǎn)子葉柵，從上到下設(shè)置了剪切轉(zhuǎn)子，剪切轉(zhuǎn)子上設(shè)有葉柵高速轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)流體產(chǎn)生剪切攪拌作用，同時(shí)流體沿著葉柵流道流動(dòng)，形成螺旋流動(dòng)，鎖絲用于固定導(dǎo)向定子，防止內(nèi)部裝置脫落，采用高速耐磨防水軸承提高轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度，防止軸磨損，導(dǎo)向定子起導(dǎo)流作用，導(dǎo)向定子上有多個(gè)導(dǎo)流傾斜孔，最佳為6個(gè)，流體通過(guò)該導(dǎo)流傾斜孔改變流動(dòng)方向，垂直打在旋流轉(zhuǎn)子葉柵上，提高能量轉(zhuǎn)換效率，旋流轉(zhuǎn)子產(chǎn)生高速轉(zhuǎn)動(dòng)，螺旋流體繼續(xù)受到剪切攪拌作用，最后以大強(qiáng)度螺旋流狀通過(guò)設(shè)置在外筒端部的導(dǎo)向座流出。當(dāng)流體流入本發(fā)明時(shí)，利用剪切轉(zhuǎn)子葉柵的轉(zhuǎn)動(dòng)和旋流轉(zhuǎn)子的高速轉(zhuǎn)動(dòng)，在井眼底部環(huán)空形成旋流場(chǎng)，這種旋流強(qiáng)度大大提高，更易于攜帶近井壁的鉆井液和沖刷井壁上的泥餅，形成周向流攜帶與沖刷和軸向流的軸向驅(qū)替聯(lián)動(dòng)作用，達(dá)到旋流環(huán)空頂替的目的提高固井頂替效率和界面膠結(jié)強(qiáng)度，利用轉(zhuǎn)子的高速轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)鉆井液和水泥漿進(jìn)行剪切攪拌，降低鉆井液的粘度，使水泥漿各組分的泥合均勻，提高水泥石抗壓強(qiáng)度。本發(fā)明的工作原理是一，鉆井液以一定功能沖擊剪切轉(zhuǎn)子葉珊，將能量轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能，從而產(chǎn)生升力使剪切轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)。鉆井液在通過(guò)剪切轉(zhuǎn)子的過(guò)程中就會(huì)受到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向?qū)ζ洚a(chǎn)生的剪切攪拌作用，從而有效稀釋了鉆井液，降低其粘度，使其流動(dòng)性增強(qiáng)，更有利于被頂替；二，鉆井液以一定角度沖擊旋流轉(zhuǎn)子葉柵后，不僅有隨旋流轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的環(huán)向速度，還有順著葉柵流道斜向流動(dòng)的相對(duì)速度，產(chǎn)生螺旋流動(dòng)，相比單純的軸向流固井，更易達(dá)到紊流頂替，增加環(huán)空替效率；三，通過(guò)本發(fā)明的螺旋流動(dòng)可以增加井壁的周向剪切驅(qū)動(dòng)力，可以更有效地?cái)y帶巖屑及沖刷井 壁，提高界面膠結(jié)強(qiáng)度。本發(fā)明的有益效果是結(jié)構(gòu)新穎合理，在固井過(guò)程中安裝本發(fā)明后，通過(guò)該裝置的旋流剪切的工作運(yùn)動(dòng)，水泥漿對(duì)鉆井液的頂替效果提高5% 7% ;水泥漿的初凝時(shí)間縮短10% 15%，固井二界面的膠結(jié)強(qiáng)度提高20% 30%，水泥石的抗壓強(qiáng)度提高15% 22%，第二界面膠結(jié)質(zhì)量明顯好于常規(guī)固井。


附圖I為本發(fā)明的剖面示意圖。其中⑴為接箍，⑵為外筒，⑶為剪切轉(zhuǎn)子，⑷為鎖絲，(5)為高速耐磨防水軸承，(6)為導(dǎo)向定子，(7)為旋流轉(zhuǎn)子，⑶為導(dǎo)向座，(9)為葉柵，(10)為導(dǎo)流傾斜孔。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施例結(jié)合附圖作進(jìn)一步的描述見(jiàn)附圖所示，該裝置從上到下依次結(jié)構(gòu)及功能為接箍(I)帶有標(biāo)準(zhǔn)套管扣用于與套管連接，外筒(2)上部與套管直接通過(guò)螺紋絲扣連接下部與導(dǎo)向座(8)相連，中間用于容納導(dǎo)向定子(6)和多組轉(zhuǎn)子剪切轉(zhuǎn)子(3)、旋流轉(zhuǎn)子(7)，以及防止流體外漏，承擔(dān)周向壓力等，以固井液為動(dòng)力源，當(dāng)流體流入本發(fā)明時(shí)，剪切轉(zhuǎn)子(3)產(chǎn)生高速轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)流體產(chǎn)生剪切攪拌作用，同時(shí)流體沿著葉柵(9)流道流動(dòng)，形成螺旋流動(dòng)，鎖絲(4)用于固定導(dǎo)向定子￠)，防止內(nèi)部裝置脫落，高速耐磨防水軸承(5)提高了轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度，防止軸磨損，導(dǎo)向定子(6)起導(dǎo)流作用，導(dǎo)向定子(6)上有設(shè)有多個(gè)導(dǎo)流傾斜孔(10)，流體通過(guò)該設(shè)置改變流動(dòng)方向，垂直打在旋流轉(zhuǎn)子(7)上，提高能量轉(zhuǎn)換效率，旋流轉(zhuǎn)子(7)產(chǎn)生高速轉(zhuǎn)動(dòng)，螺旋流體繼續(xù)受到剪切攪拌作用，最后以大強(qiáng)度螺旋流狀通過(guò)外筒(2)端部的導(dǎo)向座(8)流出，導(dǎo)向座(8)下部略呈半球面環(huán)型，其上部直徑大于下部直徑，設(shè)置于外筒(2)底部，引導(dǎo)套管下入。
權(quán)利要求
1.一種井下旋流剪切發(fā)生器，包括接箍、外筒、導(dǎo)向座，其特征在于外筒內(nèi)設(shè)置了剪切轉(zhuǎn)子，剪切轉(zhuǎn)子上設(shè)有葉柵，鎖絲用于固定導(dǎo)向定子，導(dǎo)向定子起導(dǎo)流作用，導(dǎo)向定子上有多個(gè)導(dǎo)流傾斜孔，流體通過(guò)該導(dǎo)流傾斜孔改變流動(dòng)方向，垂直打在旋流轉(zhuǎn)子上，提高能量轉(zhuǎn)換效率，旋流轉(zhuǎn)子產(chǎn)生高速轉(zhuǎn)動(dòng)，螺旋流體繼續(xù)受到剪切攪拌作用，最后以大強(qiáng)度螺旋流狀通過(guò)設(shè)置在外筒端部的導(dǎo)向座流出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種井下旋流剪切發(fā)生器，其特征在于導(dǎo)向座下部略呈半球面環(huán)型，其上部直徑大于下部直徑，設(shè)置于外筒底部。
全文摘要
一種井下旋流剪切發(fā)生器，包括接箍、外筒、導(dǎo)向座，涉及石油工程中的固井技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于外筒內(nèi)設(shè)置了剪切轉(zhuǎn)子，剪切轉(zhuǎn)子上設(shè)有葉柵，鎖絲用于固定導(dǎo)向定子，導(dǎo)向定子起導(dǎo)流作用，導(dǎo)向定子上有多個(gè)導(dǎo)流傾斜孔，流體通過(guò)該導(dǎo)流傾斜孔改變流動(dòng)方向，垂直打在旋流轉(zhuǎn)子上，提高能量轉(zhuǎn)換效率，旋流轉(zhuǎn)子產(chǎn)生高速轉(zhuǎn)動(dòng)，螺旋流體繼續(xù)受到剪切攪拌作用，最后以大強(qiáng)度螺旋流狀通過(guò)設(shè)置在外筒端部的導(dǎo)向座流出。本發(fā)明的有益效果是結(jié)構(gòu)合理、強(qiáng)度高，在固井過(guò)程中安裝本發(fā)明后，通過(guò)本發(fā)明的螺旋流動(dòng)可以增加井壁的周向剪切驅(qū)動(dòng)力，可以更有效地?cái)y帶巖屑及沖刷井壁，提高界面膠結(jié)強(qiáng)度，水泥漿對(duì)鉆井液的頂替效果提高5％～7％；水泥漿的初凝時(shí)間縮短10％～15％，固井二界面的膠結(jié)強(qiáng)度提高20％～30％，水泥石的抗壓強(qiáng)度提高15％～22％，第二界面膠結(jié)質(zhì)量明顯好于常規(guī)固井。
文檔編號(hào)E21B33/13GK102787823SQ20111012534
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2011年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月16日
發(fā)明者李國(guó)慶, 王震 申請(qǐng)人:王震