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CN107100584A - 一种水轮式振动固井工具 - Google Patents

一种水轮式振动固井工具 Download PDF

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CN107100584A
CN107100584A CN201610092474.2A CN201610092474A CN107100584A CN 107100584 A CN107100584 A CN 107100584A CN 201610092474 A CN201610092474 A CN 201610092474A CN 107100584 A CN107100584 A CN 107100584A
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赵勇
徐鑫
马明新
邹晓敏
王毅
陶剑
曹会莲
路志平
刘阳
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Sinopec Oilfield Service Corp
Sinopec Shengli Petroleum Engineering Corp
Drilling Technology Research Institute of Sinopec Shengli Petroleum Engineering Corp
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
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Abstract

本发明涉及一种水轮式振动固井工具，包括外套和设置在外套内的导流槽、上盖、下盖及叶轮，其中：导流槽被固定在外套中上部，叶轮轴周边设有数个叶片，叶轮周边的叶片部分加重处理构成重心偏离轴心结构，叶轮通过上、下盖夹持在导流槽下部的外套内，叶轮与上、下盖构成旋转配合，上、下盖设有轴向过流通道。本发明的水轮式振动固井工具可以有效克服常规振动固井工具的缺陷，可以在循环压耗提高不大的情况下获得较好的振动效果，同时解决了涡轮式振动工具受最大水头压力限制的问题。

Description

一种水轮式振动固井工具
技术领域
本发明涉及完井工具领域，特别是一种固井作业中提高固井效果的水轮式振动固井工具。
背景技术
振动固井技术是钻完井领域里一项新兴技术，常见的振动固井工具主要有涡轮式水力振动工具、翻板式振动工具和管内振动工具等几种；涡轮式振动工具主要利用水力驱动涡轮带动偏振块以实现振动的目的，这种振动工具产生振动能量较大，但循环压耗较高，提高了施工的整体风险，此外涡轮不能承受较高的水头压力，当水头压力超过设计最大承载能力时会发生自锁；翻板式振动工具主要安装在完井管柱下端，通过周期性改变循环压力，在侧面实现循环流体的振动；管内振动工具通常采用电力作为动力，使用电缆进行输送，这种振动工具产生的振动能力较强，但需要单独进行作业，而且这种工具开始工作时一般已完成固井作业，对固井效果的提升有限。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，设计了一种水轮式振动固井工具，以克服涡轮结构压耗高和无法承受较高水头压力的问题，同时还可以获得较好的振动效果；此外，水轮式振动固井工具可以在固井施工中的全部时间起到作用，且不像管内振动工具需要在固井作业完成后单独下入，因此具有较强的实用性。
本发明的技术方案是：
一种水轮式振动固井工具，包括外套和设置在外套内的导流槽、上盖、下盖及叶轮，其中：导流槽被固定在外套中上部，叶轮轴周边设有数个叶片，叶轮周边的叶片部分加重处理构成重心偏离轴心结构，叶轮通过上、下盖夹持在导流槽下部的外套内，叶轮与上、下盖构成旋转配合，上、下盖设有轴向过流通道。
上述方案进一步包括：
上盖的过流通道与下盖的过流通道之间错开90°的夹角。
叶轮与上、下盖通过轴承构成旋转配合。
导流槽、上盖构成周向插接限位配合，导流槽和下盖外侧分别通过上固定环和下固定环与外套固定连接。
工具工作时水流从工具上部进入，进入导流槽后，水流从轴向流转变为螺旋向下的周向旋流，当水流到达上盖时，受到导流槽的约束和上盖开孔位置的影响，水流将以较高的速度旋转进入上盖和下盖之间的空间；因为下盖的开孔位置与上盖错开了90度，所以上盖和下盖之间的液体需要周向旋转一定位置才能流出；在导流槽、上盖和下盖的共同影响下，叶轮周围的液体将以较高的速度发生旋转，带动叶轮转动，因为叶轮的重心偏离其轴线位置，所以在转动时能够产生振动。
本发明的优点是：
工具结构简单，可靠性高，水力利用率高；工具运转时产生的循环磨阻小，降低了施工风险，同时可以在固井的各个环节起到作用，工具利用率高。水轮式振动固井可以有效克服常规振动固井工具的缺陷，可以在循环压耗提高不大的情况下获得较好的振动效果，同时解决了涡轮式振动工具受最大水头压力限制的问题。
附图说明
图1为该水轮式振动固井工具的结构示意图。
图2为叶轮结构放大示意图。
图3为图1的半剖结构及工作方式示意图。
图4为上盖在俯视情况下的过流通道位置示意图。
图5为下盖在俯视情况下的过流通道位置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
本发明主要由外套1-1、上固定环1-2、导流槽1-3、上盖1-4、叶轮1-5、下盖1-6、下固定环1-7等几个部分组成。
外套1-1主要起到固定内部结构及规整水流的作用，上固定环1-2和下固定环1-7通过螺纹与外套1-1连接，同时将其余部件限定在工具中部；导流槽1-3被上固定环1-2采用内嵌及点焊的方式固定在外套1-1中部，导流槽1-3的主要功能是调整水的流动状态，水流通过导流槽1-3时流向发生改变，由直向下的轴向流转变为旋转向下的旋流；上盖1-4安装在导流槽下部，两个部件之间通过插槽连接，上盖1-4主要起到限定叶轮1-5位置的作用，同时上盖1-4留有过流通道，可以配合导流槽1-3和下盖1-6规整水流，提高工具整体的水力利用率；叶轮1-5是工具的活动部件，负责将水流的动能转化为振动能量，叶轮1-5被上盖1-4和下盖1-6限定在两个部件之间，可以进行周向运动；下盖1-6通过下固定环1-7固定在工具下部，起到对叶轮1-5提供限位的作用。
叶轮1-5上有7个叶片（如图2），其中有三片相连的叶片尺寸加厚并使用重质金属，即如钢等密度较高的金属作为材质，其余四个叶片的材质为铝合金等轻质金属，这样叶轮在旋转的时候就可以产生偏心振动的效果。
当水流通过上固定环1-2的通孔后进入导流槽1-3和外套1-1形成的螺旋流道，从轴向流转变为斜向下的周向流，之后水流从上盖1-4的过流通道A进入，再从下盖1-6的过流通道B流出，期间带动叶轮1-5旋转，从而产生转动，水流最后从下固定环1-7的通孔流出。
上盖1-4的流动通道和下盖1-6的过流通道位置相差90°，该结构可以配合导流槽1-3提高叶轮对水流周向运动能量的利用率，提高振动效果。

Claims (4)

1.一种水轮式振动固井工具，包括外套和设置在外套内的导流槽、上盖、下盖及叶轮，其特征在于：导流槽被固定在外套中上部，叶轮轴周边设有数个叶片，叶轮周边的叶片部分加重处理构成重心偏离轴心结构，叶轮通过上、下盖夹持在导流槽下部的外套内，叶轮与上、下盖构成旋转配合，上、下盖设有轴向过流通道。
2.根据权利要求1所述的水轮式振动固井工具，其特征在于：上盖的过流通道与下盖的过流通道之间错开90°的夹角。
3. 根据权利要求1或2所述的水轮式振动固井工具，其特征在于：叶轮与上、下盖通过轴承构成旋转配合。
4. 根据权利要求3所述的水轮式振动固井工具，其特征在于：导流槽、上盖构成周向插接限位配合，导流槽和下盖外侧分别通过上固定环和下固定环与外套固定连接。
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