[發明專利]固井頻率可控式振動器及其使用方法

有效

• 申請號: 201210167358.4
• 申請日: 2012-05-25
• 公開（公告）號: CN103422825A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 張明昌;姚輝前;吳姬昊;郭朝輝;張國安
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院
• 主分類號: E21B28/00
• 分類號: E21B28/00;E21B33/13
• 代理公司: 北京思創畢升專利事務所 11218
• 代理人: 劉明華

技術領域

本發明涉及油田固井施工領域中的一種固井振動器，尤其涉及一種液體振動頻率可控的固井振動器。

背景技術

振動固井技術是利用振動器產生振動波在井下環空中傳播，提高泥漿頂替效率，震實固井水泥漿，消除水泥漿中的氣泡，形成完好的水泥環，提高水泥膠結強度與質量，進而提高固井質量的有效方法之一。

目前，振動固井發生裝置以安放位置可分兩類，一是井口脈沖振動固井裝置，另一是井下脈沖振動固井裝置。井下水力脈沖振動器相對井口脈沖振動器結構簡單，容易實現，因而是使用最為廣泛的一種振動固井裝置。

如圖1所示，CN200820065070.5專利提供了一種井下水力自激振動脈沖發生器。該發明是一種通過液體流過不同孔徑的流道和自激反射錐形體，使流體產生自激震蕩，形成振動脈沖波的裝置。其工作原理是施工時放置在套管接箍內，流體經過安全護罩流出，通過自激蕩腔的過流孔產生高速射流束進入容腔，產生自激震蕩，然后通過自激座的過流孔流出。

由于其結構組成和工作原理，使其存在以下不足：

1）脈沖震蕩波頻率可控性差。

2）自激震蕩結構產生的脈沖波振幅小，頻率高，衰減快，能量不足，傳輸距離有限。

如圖2所示，CN98238548.X專利提供了一種固井用井下水力振動脈沖發生器。該發明是一種固井用井下水力脈沖發生器，由進、出口接頭、本體、轉子、主軸、軸承組成。其工作原理是直接連接在套管柱下端，流體通過本體通道時，沖擊轉子轉動，帶動流體截面周期性改變，產生周期性脈沖震蕩波。

由于其結構組成和工作原理，使其存在以下不足：

1）脈沖震蕩波頻率可控性差。

2）只靠轉子旋轉產生的脈沖波沒有經過放大器放大，振幅小，衰減快，能量不足，無法遠距離傳輸。

如圖3所示，CN200610081406.2專利提供了一種脈沖振動產生裝置及方法。該發明是一種地面脈沖振動產生裝置，由空氣壓縮機、儲氣罐、控制顯示采集系統、余壓調節裝置和加壓灌組成。其工作原理是通過壓縮機加壓氣體流過余壓調節裝置與控制顯示采集系統，推動加壓灌中液體往復運動，在加壓灌的出口實現脈沖振動。

由于其結構組成和工作原理，使其存在以下不足：

結構復雜，需要獨立的脈沖發生動力源。

如圖4所示，CN200620167280.6專利提供了一種水力脈沖振動固井引鞋。該發明是一種通過液體流過多級串聯的孔徑和自激反射錐形體，使流體產生自激震蕩，并沖擊壓縮振動滑塊，共同形成振動脈沖波的裝置。其工作原理是直接連接在套管柱底部，流體流過不同孔徑與腔室，自激振動，沖擊帶有彈簧振動滑塊，共同產生振動脈沖波。

由于其結構組成和工作原理，使其存在以下不足：

1）激蕩孔徑串聯，易發生堵塞。

2）孔徑變化與激蕩腔產生的脈沖波振幅小，衰減快，能量不足，無法遠距離傳輸。

3）脈沖波振幅與振動頻率可控性差。

如圖5所示，CN200920110259.6專利提供了一種振動固井用壓力波發生裝置。該發明是一種井下水力脈沖振動發生器，主要由缸體、導流體、主動輪、連接軸、閥輪、閥座、支撐環、噴嘴、反射引斜體組成。其工作原理是流體經過主動輪進入常開流道，主動輪在水力沖擊下旋轉，帶動閥輪旋轉，使閥控通道處于周期性開關狀態，產生水擊作用，經過反射引斜體反射后，形成脈沖振動波。

由于其結構組成和工作原理，使其存在以下不足：

1）結構復雜，流通孔徑小，易堵塞，可靠性差。

2）脈沖波振幅與振動頻率可控性差。

如圖6所示，CN200320129576.5專利提供了一種水力脈沖振動器。該發明是一種通過液體流過孔徑，使流體沖擊葉輪旋轉，帶動液體旋轉，并上下振動，共同形成振動脈沖波的裝置，由分流罩、渦輪、復位彈簧、上振動偏、滑柱、下振動片和殼體組成。其工作原理是直接連接在套管柱上，流體經分流罩孔徑沖擊葉輪，使之旋轉，同時軸向移動，共同產生振動脈沖波。

由于其結構組成和工作原理，使其存在以下不足：

1）脈沖波振幅與振動頻率可控性差。

2）渦輪軸向旋轉是均勻的，不利于水力脈沖振動波的振幅增加。

如圖7a、圖7b所示，US005152342A專利提供了一種固井振動裝置及方法。該發明是一種通過液體流過孔徑，帶動芯體偏轉轉同，使流體產生自激震蕩，在偏轉轉動與孔徑紊流的共同作用形成振動脈沖波的裝置。其工作原理是直接連接在套管柱底部，流體流過不同孔徑帶動芯體作偏心旋轉，自激振動，形成脈沖。