套管振动装置制造方法
【专利摘要】本实用新型给出了一种套管振动装置，涉及振动固井领域。振动器通过缆绳连接位于地面的滚筒；振动器具有密封的管状外壳；外壳内部有电池、电机和偏心块，电池通过导线连接电机，偏心块与电机的转子固定连接，偏心块通过轴承安装在外壳内部。套管振动装置还包括滑轮；缆绳穿过滑轮缠绕在滚筒上。套管振动装置在不影响常规固井工艺的情况下，在水泥候凝过程中在套管内释放振动波，对环空水泥浆实施振动，改善水泥浆流变特性，提高水泥固井质量。该装置具有组成简单，操作方便，可反复回收利用的特点。
【专利说明】套管振动装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及石油钻井、固井装置【技术领域】，尤其是一种套管振动装置。
【背景技术】
[0002]利用水泥封隔油气井壁与套管的环空时，对套管和水泥浆进行振动可以改善水泥石收缩，减少孔隙形成，提高水泥石自身以及第一、第二界面胶结强度，进而改善固井质量。
[0003]现有振动固井装置包括以下几种:(I)井底水力脉冲式振动器或随行振动固井方法，顶替过程中产生脉冲振动，最终停留在套管底部，无法回收，会影响后续开钻；而且顶替完毕后振动深度固定，无法再调整。(2)井口振动器，安装在套管顶部，发出机械振动。由于安放位置在井口，井下振动效果受传输距离影响衰减大。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的是提供一种套管振动装置，对环空水泥浆实施振动。本实用新型提供的套管振动装置克服了现有技术的不足，实现了在不影响常规固井工艺的情况下，在水泥候凝过程中通过传递振动波和敲击套管的方式对环空的水泥浆施加振动，改善水泥浆流变特性，提高水泥石封固质量。本实用新型能够在全套管范围内边走边振动套管和传递振动波，可方便的施工和回收。
[0005]为了解决以上技术问题，本实用新型是通过采用以下技术方案方式实现的:
[0006]一种套管振动装置，振动器通过缆绳连接位于地面的滚筒；振动器具有密封的管状外壳；外壳内部有电池、电机和偏心块，电池通过导线连接电机，偏心块与电机的转子固定连接，偏心块通过轴承安装在外壳内部。套管振动装置还包括滑轮；缆绳穿过滑轮缠绕在滚筒上。
[0007]外壳内还有控制器，控制器串接在电池和电机之间的导线上；控制器具有延时开关功能和电阻式调速开关。
[0008]振动器底端外表面径向安装有减震块。减震块为橡胶材质，镶嵌或者硫化固定在外壳外表面上，数量为3-8个。振动器通过接头与缆绳连接；接头上端与缆绳固连，下端通过螺纹与外壳连接。控制器内有缆绳上串联多个振动器；振动器之间通过缆绳和接头连接。
[0009]与现有技术中的套管谐振器和振动胶塞相比，本实用新型装置具有以下的优点:
[0010](I)能够在套管范围内任意深度振动，实现悬停点振或者边走边振；
[0011](2)在水泥浆替浆完毕的侯凝阶段实施振动，可以控制振荡器一直振动至水泥浆初凝前；
[0012](3)振动完毕回收，全部装置可以重复利用，运行成本小；
[0013](4)不影响常规固井工艺，振动固井结束后也不影响在套管内继续开钻。
[0014](5)采用内置电池为偏心块负载供电，无需井场接电，简化了装备和程序，缩短了井口准备时间。
[0015](6)由于无需采用电缆传高压电，比起测井用的绞车和电缆，本装置中的缆绳直径大幅减小，同时减少了滚筒和配套绞车的体积。
[0016](7)振动器串联多个一起入井，扩大了振动范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型的套管振动装置的结构示意图。
[0018]图2为本实用新型的振动器结构示意图。
[0019]图中标记:
[0020]1、滑轮，2、套管，3、振动器，4、缆绳，5、滚筒，6、上接头，7、电池，8、电机，9、偏心块，
10、减震块，11.外壳，12、控制器，13、轴承，14、下接头。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型做进一步的详细说明。
[0022]实施例1
[0023]参照说明书附图1，本实用新型的套管振动装置的构成是:在地面，缆绳4缠绕在滚筒5上，滚筒5由配套的液压或者电动绞车驱动。在井口，缆绳4穿过滑轮I。在井下，缆绳4连接在套管2中的振动器3。缆绳4为内外双层反向编排的钢缆，只承受拉力，内部无导线。
[0024]参照说明书附图2，振荡器5具有管状钢制外壳11，外壳11上端通过螺纹连接接头6，接头6与电缆采用铆接或者焊接方式固定连接。
[0025]在外壳11内控制器12串接在电池和7和电机8之间的供电线路上，控制电机8的启停和转速。控制器12内有延时开关，通过设定延时时长来控制电机何时启动和停止。控制器12还通过电阻式调压器来控制电机8的供电电流，来实现对电机12转速的控制。偏心块9与电机8的转子采用法兰或者键槽连接。偏心块16截面呈扇形偏心形状，采用钢制结构，偏心块16通过轴承13安装在外壳11内部。
[0026]外壳11与套管2直接发生金属碰撞会导致电机13电流突然升高和憋转，偏心块16转速减低。在外壳11底端外表面周向均匀镶嵌4个减震块10，镶嵌减震块10后的外壳11外径小于套管2内径。减震块10为橡胶材质，镶嵌或者硫化固定在外壳外表面上。
[0027]参照说明书附图1，本实用新型的套管振动装置在水泥浆替浆完毕拆掉水泥头后，采用如下方式实施振动作业:
[0028](I)首先，确定水泥浆的初凝时间t0，记录从水泥浆混浆至拆掉水泥头的时间为tl ;从外壳11上卸下接头6，对控制器12进行延时设置，设置时间t2后启动电机8，t2设置为10分钟，t2是振动器3在井口准备和下放时间；设定t3后电机8停止，并且t3 ^ t0_tl_t2，。
[0029](2)然后，根据井身结构、套管尺寸和长度计算出套管固有频率，并调整控制器12对电机8的转速进行调整，使电机8的转速等于或者接近套管的固有频率。
[0030](3)接着，连接接头6与外壳11，将振动器3下入至套管2内，到达指定深度；控制器12在到达时间t2后,启动电机8,振动器3开始振动。
[0031](4)再接着，通过控制滚筒5的收放，来控制振动器3在套管内悬停点振或者边振边移动；振动器3的振动会引起套管共振，振动套管壁的同时向周围释放振动波，作用给环空中候凝的水泥浆；振动方式可具体为悬停振动两分钟再上移两米再悬停，或者边振边以一米每分钟的速度上下移动；振荡器在一处停留振动的时间小于9分钟，以避免水泥浆渗出水层O
[0032](5)最后，在时间到达t3时，控制器12控制电机8停止，在水泥浆开始初凝前振动结束，起出振动器3。
[0033]与在顶替水泥浆时使用的套管谐振器和振动胶塞相比，本实用新型的振动器3在拆掉水泥头后水泥浆侯凝的3?5个小时内实施，不影响常规固井工艺，振动后回收不会有任何仪器滞留在井底，不影响继续开钻。能够实现振动井深可调，可以悬停也可以边走边振；通过调整电机8的转速控制振动频率，发出与套管2固有频率相近的振动波，引起套管共振，实现振动效率最大化。本实用新型的电池7为可充电电池，易于维护和拆装。由于无需地面供电设备，简化了准备工作，而且相比测井用电缆，缆绳4的直径大幅减小。
[0034]实施例2
[0035]参照附图2，在实施例1的基础上，缆绳4上串接两个振动器3，上方的振动器3底端设有与外壳11下端通过螺纹连接的下接头14，上下两个振动器3之间通过上接头6、下接头14和缆绳连接。与此同理，缆绳4上可以串接2个以上的振动器3，可以扩大振动影响范围，在水泥浆候凝前的有限时间里振动更多的井段。
[0036]对控制器12设定延时启动时间t2的目的是:这样既能减少振动器3入井时与套管壁的碰撞，保持较高的下放速度，又能避免在井口装配时就振动，把电能浪费在上部非目的井段上。尤其是当缆绳4上串接多个振动器3时，与套管壁的碰撞会导致摩擦力显著增大，影响下放速度。
[0037]实施例3
[0038]应用实施例1的装置和工艺方法，对某井固井后的套管实施振动。井深2000m，套管内径159mm,水泥衆密度1.9g/cm3,水泥衆初凝时间150min。
[0039](I)确定水泥浆的初凝时间t0 = 150min,记录从水泥浆混浆至拆掉水泥头的时间为tl = 80 ;从外壳11上卸下接头6，对控制器12进行延时设置，设置时间t2 = 1min后启动电机8 ;设定t3 < t0-tl-t2 = 60min后关闭电机8。
[0040](2)根据井身结构、套管尺寸和长度计算出套管固有频率，并调整控制器12对电机8的转速进行调整，使电机8的转速等于或者接近套管的固有频率。
[0041](3)连接接头6与外壳11，将振动器3下入至套管2内，到达指定深度；控制器12在到达时间t2 = 10后,启动电机8,振动器3开始振动。
[0042](4)控制振动器3边振边以一米每分钟的速度上下移动。
[0043](5)在时间到达t3 = 60min时电机8停止,起出振动器3,实际振动持续时长60min,振动井段长度60m。
[0044]实施例4
[0045]与实施例1相比，振动器3内没有控制器12，采用如下工艺步骤:
[0046](I)首先，确定水泥浆的初凝时间t0，并开始计时。
[0047](2)接着，连接接头6与外壳11，将振动器3下入至套管2内，到达指定深度。
[0048](3)再接着，通过控制滚筒5的收放，来控制振动器3在套管内悬停点振或者边振边移动；振动器3的振动会引起套管共振，振动套管壁的同时向周围释放振动波，作用给环空中候凝的水泥浆；振动方式可具体为悬停振动两分钟再上移两米再悬停，或者边振边以一米每分钟的速度上下移动；振荡器在一处停留振动的时间小于9分钟，以避免水泥浆渗出水层ο
[0049](4)最后，当总计时到达t0时，起出振动器3，振动结束。
【权利要求】
1.一种套管振动装置，其特征在于振动器(3)通过缆绳(4)和滑轮(I)连接于滚筒(5);振动器⑶具有密封的管状外壳(11);外壳(11)内部有电池(7)、电机⑶和偏心块(9)，电池(7)通过导线连接电机(8)，偏心块(9)与电机⑶的转子固定连接，偏心块(16)通过轴承(13)安装在外壳(11)内部。
2.根据权利要求1所述的套管振动装置，其特征在于:所述外壳(11)内还有控制器(12)，控制器(12)串接在电池(7)和电机⑶之间的导线上；控制器(12)具有延时开关电路。
3.根据权利要求2所述的套管振动装置，其特征在于:所述控制器(12)内有电阻式调速开关。
4.根据权利要求1或2、3所述的套管振动装置，其特征在于:所述振动器(3)底端外表面安装有减震块(10)。
5.根据权利要求4所述的套管振动装置，其特征在于:所述减震块(10)为橡胶材质，镶嵌或者硫化固定在外壳(11)外表面上，数量为3-8个。
6.根据权利要求4所述的套管振动装置，其特征在于:所述振动器(3)由多个相互串联在缆绳(4)上；每个振动器(3)外壳(11)上下端通过接头(6)密封并与缆绳(4)连接。
【文档编号】E21B33/14GK204200164SQ201420564508
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年9月28日 优先权日:2014年9月28日
【发明者】曲刚, 尹文波, 宿振国, 王新峰, 周金柱, 金建民, 徐海乐, 李亚伟, 王威 申请人:中国石油化工集团公司, 中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院