[發明專利]壓差往復式固井振動器及方法

有效

• 申請號: 201310452007.2
• 申請日: 2013-09-25
• 公開（公告）號: CN104453761B
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 張明昌;肖京男;周仕明
• 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: 北京聿宏知識產權代理有限公司11372
• 代理人: 吳大建,劉華聯

技術領域

本發明涉及一種用于石油固井作業的振動器及方法，特別涉及一種壓差往復式固井振動器及方法，屬于石油固井領域。

背景技術

所謂振動固井技術，是指在水泥漿凝固前，對水泥漿采用機械振動、液壓脈沖或水力沖擊等不同方式使其產生振動，以提高固井質量的技術。20世紀90年代末，為了防止固井后油氣水竄，借鑒建筑混凝土振動技術，美國哈勃曼(Haberman)等提出頂部水泥漿脈沖振動固井技術，即在注水泥結束后，從井口向環空中候凝階段的水泥漿實施脈沖振動，使水泥漿保持低速運動狀態，提高水泥漿交接后的抗壓強度，從而消除水泥漿在凝固過程中的膠凝失重現象，改善第一、第二界面的膠結質量，防止固井后的環空氣竄。

現階段振動固井主要采取三種形式：置于套管接箍以下的井下水力脈沖發生器、地面機械敲擊套管柱式振動裝置和環空水泥候凝期間地面井口低頻脈沖發生裝置。其中，井下振動固井不需要增加地面工具與設備，便于現場注水泥施工，但是目前現有技術中所應用的井下振動發生器頻率可控性差，對套管產生一定的扭矩作用，同時可能出現注漿通道堵塞失效等問題。

發明內容

針對現有技術中所應用的井下振動發生器頻率可控性差，對套管產生一定的扭矩作用，同時可能出現注漿通道堵塞失效等問題，本發明的目的在于提出一種壓差往復式固井振動器，其結構簡單、零部件少，因此安裝方便且性能穩定，大大提高了固井時效。

本文中所用的用語“上部”、“上游”、“上方”等指遠離井底的一側，同理，用語“下部”、“下游”、“下方”等指朝向井底的一側。

本發明提出了一種壓差往復式固井振動器，包括：筒狀本體，其端部與套管相連接；位于所述本體內并與其相連的筒狀隔離單元，所述隔離單元將所述本體內的空間分為處于徑向內側的第一腔體和處于徑向外側的第二腔體，所述隔離單元上設有第一通孔和相對于所述第一通孔處于下游的第二通孔；固定在所述隔離單元上的用于產生壓差的調壓機構，所述調壓機構具有能夠通斷的流體通道，所述第二腔體通過所述第二通孔連通至所述調壓機構下方的區域；沖擊體，所述沖擊體通過彈性件與所述隔離單元相連，其中，當所述調壓機構的流體通道開啟時，所述沖擊體處于第一位置，所述沖擊體擋住所述第一通孔而切斷了所述第一腔體和所述第二腔體之間的流體互通，水泥漿通過所述第一腔體和所述調壓機構的流體通道流出，當所述調壓機構的流體通道斷開時，所述沖擊體在水泥漿壓力的作用下運動到處于第一位置的下游的第二位置，所述第一通孔露出，使得來自所述第一腔體的一部分流體能夠經所述第一通孔、所述第二腔體以及所述第二通孔流出。

根據本發明的壓差往復式固井振動器，通過彈性件、沖擊體和第一通孔的相互配合實現了通斷流體的功能；再結合第三通孔和彈性件的彈力，有效利用流體的通斷不斷造成壓差和緩解壓差，反過來利用壓差和彈性件的彈力影響沖擊體的運動，使其不斷振動產生振動波。同時，由于沖擊體沿縱向運動，不會對套管產生扭矩作用，延長了套管的使用壽命，保證了井下施工安全。

在一個實施方案中，所述隔離單元包括隔壓筒和筒狀振動座，所述振動座流體密封式連接于所述隔壓筒下方，所述調壓機構包括與調壓球相適配的流體密封式連接于所述振動座之內的筒狀調壓球座。振動座具有徑向向內凸出的部分，可以限制沖擊體的向下行程。調壓機構可以通過下放調壓球堵塞調壓球座的流體通道來進行憋壓。

在一個實施方案中，所述調壓球座的上端頂靠所述振動座的徑向向內凸出的部分，并且所述調壓球座具有調壓閥，用于調節第一腔體和第二腔體之間的壓差，從而控制所述沖擊體的振動頻率和幅度。如此可以實現井下的可控式振動，解決了現有技術中的井下振動發生器頻率、振幅可控性差的缺陷。

在一個實施例中，所述彈性件位于所述沖擊體和所述隔壓筒之間的第三腔體內，所述隔壓筒上設置有位于所述第一通孔下游的第三通孔，所述第二腔體通過所述第三通孔與所述第三腔體連通。如此地，當水泥漿通過第二腔體時，會通過第三通孔進入第三腔體，這會平衡沖擊體兩側的水泥漿壓強。

在一個實施例中，所述第二通孔位于所述隔離單元的所述振動座上。如此布置可將第二腔體與調壓機構的下部區域連通。

在一個實施例中，當所述沖擊體處于第二位置時，所述沖擊體與所述振動座相互接觸。此時沖擊體位于振動的下死點位置。