[发明专利]一种脉冲振动产生装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种脉冲振动产生装置及由该装置产生脉冲振动的方法，属于完成一般机械作业用的机械振动的产生设备，特别是用有往复运动物体的系统工作的设备。

背景技术

以前，在油气井固井作业后，总是被动地等待水泥浆候凝，对井内水泥浆分布状况和水泥浆强度发展没有施加任何影响，固井的后期作业处于一种被动的状态。

US5377753A公开了一种提高固井胶结质量的方法和装置，其中通过气动隔膜泵向井眼与套管环空中的水泥浆施加压力振动(见其附图5)。其存在的问题在于：由于隔膜材料及其弹性的限制，该装置的振幅不会很大，其频率变化范围也受到限制，并且能量传递有限，影响振动波的传递距离。另外，由于振动环境的恶劣性、复杂性，对隔膜材料的要求非常高，导致材料选取困难。由于存在这些问题，必然会影响水泥浆的固化效率，影响固井胶结质量，振动也不平稳。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种振幅和频率易控、可调、调节范围大，能够平稳连续地提供压力脉冲的脉冲振动产生装置及方法；并更进一步地提供一种将前述脉冲振动产生装置应用于固井施工中的井口脉冲振动固井施工装置及方法。

本发明的脉冲振动产生装置包括：空气压缩机1、储气罐2、控制显示采集系统3、余压调节装置4和加压罐5，所述加压罐5内充灌有一定量的液体，所述装置开始工作时，空气压缩机1启动，向储气罐2充气，再由控制显示采集系统3通过余压调节装置4控制储气罐2向加压罐5充气并控制加压罐5的放气，通过加压气体推动加压罐5中液体往复运动在加压罐5的出口实现脉冲振动。

本发明的产生脉冲振动的方法为由前述的脉冲振动产生装置产生脉冲振动的方法。

本发明的井口脉冲振动固井施工装置包括：空气压缩机1、储气罐2、控制显示采集系统3、余压调节装置4和加压罐5，所述加压罐5的出口连接井口，其内充灌有一定量的液体，所述装置开始工作时，空气压缩机1启动，向储气罐2充气，再由控制显示采集系统3通过余压调节装置4控制储气罐2向加压罐5充气并控制加压罐5的放气，通过加压气体推动加压罐5中液体往复运动在加压罐5的出口实现脉冲振动。

本发明的井口脉冲振动固井施工方法包括：在油气井固井结束后，将前述的井口脉冲振动固井施工装置连接到井口，对井眼与套管环空中的固井液施加压力脉冲。

在上述装置和方法中：

所述余压调节装置4位于连接储气罐2的出口和加压罐5进口的管线上，其通过电磁阀的开关控制加压罐5与储气罐2连通进行充气或者与余压调节口连通进行放气。

所述加压罐5带有液位计6，用于显示其内的液面变化。

所述储气罐2包括罐体11、顶盖9、底盖10、放气阀8、进气口13和出气口12。

所述控制显示采集系统3按设定的施工参数，分时间控制所述电磁阀的开关，对加压罐5进行充气和放气，进而实现脉冲振动，所述充气时间和放气时间均控制在0.1～50.0秒。

充气时间加放气时间为一个周期，控制振动频率范围为0.01～5.0Hz。

本发明人通过大量的试验数据证明：在油气井固井结束后，采用本发明的脉冲振动产生装置产生振动波对井眼与套管环空中的水泥浆柱施加压力脉冲，能够显著改善水泥浆的性能，有效提高水泥与套管及井眼的胶结质量，提高固井质量。

本发明的特点如下：

(一)使用储气罐可增强脉冲过程中的压力的平稳和连续性

储气罐的容积可根据需要设计，如1m³。为方便现场脉冲振动固井施工，提高施工的安全性，优选使用较大容积和能承受较大压力的储气罐供气，这样增大了储气量，增加了脉冲过程中的压力的平稳性和连续性。另外，可以选用单螺杆空气压缩机为储气罐供气，在压力为1.2MPa的条件下其向外供气速度可达到10m³/min，且供气过程平稳连续。

(二)控制系统设定控制施工参数

控制显示采集系统按设定的施工参数，分时间控制电磁阀的开通和关闭，控制高压空气向加压罐填充和释放，进而实现脉冲振动。充气时间和放气时间均可控制在50.0～0.1秒，充气时间和放气时间是由电磁阀的反应时间和变频器的反应时间确定的；充气时间加放气时间为一个周期，那么可控制振动频率范围为0.01[公式为1/(50.0+50.0)]～5.0[公式为1/(0.1+0.1)]Hz。

(三)采集储存系统给操作者提供直接的各种显示