井下渦輪水力振動固井裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種井下渦輪水力振動固井裝置，由渦輪機械振動節(jié)、水力機械振動節(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)渦輪轉子（4）、偏心渦輪轉子（5）從上往下依次位于渦輪節(jié)筒體（1）內；支座（2）和渦輪定子（3）通過螺釘（7）固定在渦輪節(jié)筒體（1）上，偏心套（6）通過鍵連接固定在偏心渦輪轉子（5）上；在水力節(jié)筒體（8）上開有循環(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）的內上臺階約束，壓縮彈簧（11）的下端安裝在水力節(jié)筒體（8）的內下臺階上。本發(fā)明通過調整渦輪的級數(shù)和中空活塞的尺寸，可以得到理想的徑向和軸向振動疊加，使機械振動裝置的振幅可調，具有結構簡單、成本低廉、易于制造、使用方便、應用效果好的特點。
【專利說明】井下渦輪水力振動固井裝置
【技術領域】
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[0001]本發(fā)明涉及一種井下渦輪水力振動固井裝置，屬石油鉆井工具設計【技術領域】。
【背景技術】
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[0002]在石油鉆井工程中，固井質量是一項重要的施工質量指標。實驗證明，在固井的過程中引入振動，可以提高水泥石強度和水泥漿頂替效率，消除水泥中的氣泡，縮短候凝時間，從而提聞固井質量。
[0003]國內對振動固井裝置的研究較多，主要可分為水力脈沖式振動裝置、機械式振動固井裝置、磁致伸縮式振動裝置、壓電陶瓷式振動裝置、聲頻振動固井裝置以及地面環(huán)空水力或空氣脈沖振動固井裝置，其中以水力脈沖振動固井裝置應用最為廣泛。
[0004]井下機械振動固井裝置主要以渦輪振動固井為主，利用鉆井液提供動力，在渦輪轉子上配上環(huán)形的偏心塊以達到振動的目的，結構可靠簡單。它分為兩個單元，一個單元由正常的定子和轉子組成，使裝置產生轉動，另一個單元的轉子上帶有偏心塊，轉動過程中由于偏心塊的作用使裝置發(fā)生振動。裝置的核心在偏心塊上，但目前的偏心塊的結構都相當簡單，大多為環(huán)形或者Π形，可以達到的振動功能依然有限。
[0005]隨著固井精確度的提高，將要求振動波更為復雜可控?，F(xiàn)有的渦輪振動固井裝置中，其偏心塊結構單一，可控性差，主要以生成徑向振動為主，水力脈沖固井裝置只產生軸向振動，且振動幅值大多不可控制。當要獲得精確的振動效果時，目前的振動裝置還存在著很大的局限性。
【發(fā)明內容】
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[0006]為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種井下渦輪水力振動固井裝置，通過設置偏心渦輪和中空活塞，可以得到理想的徑向和軸向振動疊加，使機械振動裝置的振幅可調，具有結構簡單、成本低廉、易于制造、使用方便、應用效果好的特點。
[0007]本發(fā)明是通過如下技術方案來實現(xiàn)上述目的的。
[0008]在井下渦輪水力振動固井裝置的結構中，設置有渦輪機械振動節(jié)、水力機械振動節(jié)和引鞋三部分；所述的渦輪機械振動節(jié)由渦輪節(jié)筒體、支座、渦輪定子、常規(guī)渦輪轉子、偏心渦輪轉子、偏心套、螺釘組成；支座、渦輪定子、常規(guī)渦輪轉子、偏心渦輪轉子從上往下依次位于渦輪節(jié)筒體內；支座和渦輪定子通過螺釘固定在渦輪節(jié)筒體上，常規(guī)渦輪轉子和偏心渦輪轉子安裝在中軸上；偏心套通過鍵連接固定在偏心渦輪轉子上；偏心渦輪轉子的外輪偏心加工，其上至少開有2個鍵槽，偏心渦輪轉子上至少套有一個偏心套；渦輪節(jié)筒體的下端與水力節(jié)筒體的上端通過螺紋相連接；所述的水力機械振動節(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)筒體的內上臺階約束，壓縮彈簧的下端安裝在水力節(jié)筒體的內下臺階上；水力節(jié)筒體的下端與引鞋的上端通過螺紋相連接；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有單向閥。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有的技術相比，通過設置偏心渦輪和中空活塞，可以得到理想的徑向和軸向振動疊加，使機械振動裝置的振幅可調，具有結構簡單、成本低廉、易于制造、使用方便、應用效果好的特點。
【專利附圖】
【附圖說明】
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[0010]圖1為本發(fā)明的總體結構示意圖。
[0011]在圖中:1.渦輪節(jié)筒體、2.支座、3.渦輪定子、4.常規(guī)渦輪轉子、5.偏心渦輪轉子、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。
【具體實施方式】
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[0012]本發(fā)明井下渦輪水力振動固井裝置由渦輪機械振動節(jié)、水力機械振動節(jié)和引鞋三部分構成；所述的渦輪機械振動節(jié)由渦輪節(jié)筒體1、支座2、渦輪定子3、常規(guī)渦輪轉子4、偏心渦輪轉子5、偏心套6、螺釘7組成；支座2、渦輪定子3、常規(guī)渦輪轉子4、偏心渦輪轉子5從上往下依次位于渦輪節(jié)筒體1內；支座2和渦輪定子3通過螺釘7固定在渦輪節(jié)筒體1上，常規(guī)渦輪轉子4和偏心渦輪轉子5安裝在中軸14上；偏心套6通過鍵連接固定在偏心渦輪轉子5上；偏心渦輪轉子5的外輪偏心加工，其上至少開有2個鍵槽，偏心渦輪轉子5上至少套有一個偏心套6 ;渦輪節(jié)筒體1的下端與水力節(jié)筒體8的上端通過螺紋相連接；所述的水力機械振動節(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的內上臺階約束，壓縮彈簧11的下端安裝在水力節(jié)筒體8的內下臺階上；水力節(jié)筒體8的下端與引鞋12的上端通過螺紋相連接；所述的引鞋12位于水力節(jié)筒體8的下端，在引鞋12的流體通道中設有單向閥13。
[0013]本發(fā)明井下渦輪水力振動固井裝置主要實現(xiàn)渦輪機械振動和水力機械振動的疊力口。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。當流體經支座2進入渦輪機械振動節(jié)時，渦輪節(jié)轉動并帶動偏心渦輪轉子5和偏心套6組成的振動體發(fā)生振動；渦輪定子與渦輪轉子成對使用，常規(guī)渦輪轉子4與偏心渦輪轉子5交替，根據(jù)需要可設置多級渦輪節(jié)；流體流過渦輪機械振動節(jié)之后進入水力機械振動節(jié)，在進入中空活塞10的過流孔的過程中存在節(jié)流壓差，當節(jié)流壓差大于壓縮彈簧11的支撐力時，推動中空活塞10下行，彈簧被壓縮；當其支撐力大于節(jié)流壓差之后，中空活塞10又被推上行；又因為中空活塞10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上下運動的過程中，產生流體的軸向振動，同時，流體流量的周期變化，形成脈沖波；另外可以通過改變中空活塞10的軸向尺寸來控制軸向振動波的大小，最終可以得到需要的疊加振動波。
[0014]實際應用工作中，根據(jù)具體需要，可對裝置進行調整?？烧{節(jié)偏心渦輪轉子5外輪的偏心距，外輪上的鍵槽可在2 - 10之間進行選取，同時與一個偏心渦輪轉子5組合的偏心套6的個數(shù)也需要視情況進行選擇，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固井裝置，具體操作時將振動固井裝置接在套管串的最下端，將套管下入到合適位置進行固井操作。水泥漿經過渦輪機械振動節(jié)產生的剪切作用有利于消除水泥漿中的氣泡，出來的水泥漿進入水力機械振動節(jié)，再次產生振動波，此時為軸向振動。水泥漿液體流出引鞋12后，由于單向閥13的作用，環(huán)空流體不會返回井筒。
【權利要求】
1.井下渦輪水力振動固井裝置，由渦輪機械振動節(jié)、水力機械振動節(jié)和引鞋三部分組成，其特征在于所述的渦輪機械振動節(jié)由渦輪節(jié)筒體(I)、支座(2)、渦輪定子(3)、常規(guī)渦輪轉子(4)、偏心渦輪轉子(5)、偏心套(6)、螺釘(7)組成；支座(2)、渦輪定子(3)、常規(guī)渦輪轉子(4)、偏心渦輪轉子(5)從上往下依次位于渦輪節(jié)筒體(I)內；支座(2)和渦輪定子(3)通過螺釘(7)固定在渦輪節(jié)筒體(I)上，常規(guī)渦輪轉子(4)和偏心渦輪轉子(5)安裝在中軸(14)上；偏心套(6)通過鍵連接固定在偏心渦輪轉子(5)上；渦輪節(jié)筒體(I)的下端與水力節(jié)筒體(8)的上端通過螺紋相連接；所述的水力機械振動節(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)的內上臺階約束，壓縮彈簧(11)的下端安裝在水力節(jié)筒體(8)的內下臺階上；水力節(jié)筒體(8)的下端與引鞋(12)的上端通過螺紋相連接；所述的引鞋(12)位于水力節(jié)筒體(8)的下端，在引鞋(12)的流體通道中設有單向閥(13)。
2.根據(jù)權利要求1所述的井下渦輪水力振動固井裝置，其特征在于偏心渦輪轉子(5)的外輪偏心加工，其上至少開有2個鍵槽，偏心渦輪轉子(5)上至少套有一個偏心套(6)。
【文檔編號】E21B28/00GK104278964SQ201310272650
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年7月1日 優(yōu)先權日:2013年7月1日
【發(fā)明者】易先中, 萬文妮, 高德利 申請人:長江大學