[发明专利]固井频率可控式振动器及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及油田固井施工领域中的一种固井振动器，尤其涉及一种液体振动频率可控的固井振动器。

背景技术

振动固井技术是利用振动器产生振动波在井下环空中传播，提高泥浆顶替效率，震实固井水泥浆，消除水泥浆中的气泡，形成完好的水泥环，提高水泥胶结强度与质量，进而提高固井质量的有效方法之一。

目前，振动固井发生装置以安放位置可分两类，一是井口脉冲振动固井装置，另一是井下脉冲振动固井装置。井下水力脉冲振动器相对井口脉冲振动器结构简单，容易实现，因而是使用最为广泛的一种振动固井装置。

如图1所示，CN200820065070.5专利提供了一种井下水力自激振动脉冲发生器。该发明是一种通过液体流过不同孔径的流道和自激反射锥形体，使流体产生自激震荡，形成振动脉冲波的装置。其工作原理是施工时放置在套管接箍内，流体经过安全护罩流出，通过自激荡腔的过流孔产生高速射流束进入容腔，产生自激震荡，然后通过自激座的过流孔流出。

由于其结构组成和工作原理，使其存在以下不足：

1）脉冲震荡波频率可控性差。

2）自激震荡结构产生的脉冲波振幅小，频率高，衰减快，能量不足，传输距离有限。

如图2所示，CN98238548.X专利提供了一种固井用井下水力振动脉冲发生器。该发明是一种固井用井下水力脉冲发生器，由进、出口接头、本体、转子、主轴、轴承组成。其工作原理是直接连接在套管柱下端，流体通过本体通道时，冲击转子转动，带动流体截面周期性改变，产生周期性脉冲震荡波。

由于其结构组成和工作原理，使其存在以下不足：

1）脉冲震荡波频率可控性差。

2）只靠转子旋转产生的脉冲波没有经过放大器放大，振幅小，衰减快，能量不足，无法远距离传输。

如图3所示，CN200610081406.2专利提供了一种脉冲振动产生装置及方法。该发明是一种地面脉冲振动产生装置，由空气压缩机、储气罐、控制显示采集系统、余压调节装置和加压灌组成。其工作原理是通过压缩机加压气体流过余压调节装置与控制显示采集系统，推动加压灌中液体往复运动，在加压灌的出口实现脉冲振动。

由于其结构组成和工作原理，使其存在以下不足：

结构复杂，需要独立的脉冲发生动力源。

如图4所示，CN200620167280.6专利提供了一种水力脉冲振动固井引鞋。该发明是一种通过液体流过多级串联的孔径和自激反射锥形体，使流体产生自激震荡，并冲击压缩振动滑块，共同形成振动脉冲波的装置。其工作原理是直接连接在套管柱底部，流体流过不同孔径与腔室，自激振动，冲击带有弹簧振动滑块，共同产生振动脉冲波。

由于其结构组成和工作原理，使其存在以下不足：

1）激荡孔径串联，易发生堵塞。

2）孔径变化与激荡腔产生的脉冲波振幅小，衰减快，能量不足，无法远距离传输。

3）脉冲波振幅与振动频率可控性差。

如图5所示，CN200920110259.6专利提供了一种振动固井用压力波发生装置。该发明是一种井下水力脉冲振动发生器，主要由缸体、导流体、主动轮、连接轴、阀轮、阀座、支撑环、喷嘴、反射引斜体组成。其工作原理是流体经过主动轮进入常开流道，主动轮在水力冲击下旋转，带动阀轮旋转，使阀控通道处于周期性开关状态，产生水击作用，经过反射引斜体反射后，形成脉冲振动波。

由于其结构组成和工作原理，使其存在以下不足：

1）结构复杂，流通孔径小，易堵塞，可靠性差。

2）脉冲波振幅与振动频率可控性差。

如图6所示，CN200320129576.5专利提供了一种水力脉冲振动器。该发明是一种通过液体流过孔径，使流体冲击叶轮旋转，带动液体旋转，并上下振动，共同形成振动脉冲波的装置，由分流罩、涡轮、复位弹簧、上振动偏、滑柱、下振动片和壳体组成。其工作原理是直接连接在套管柱上，流体经分流罩孔径冲击叶轮，使之旋转，同时轴向移动，共同产生振动脉冲波。

由于其结构组成和工作原理，使其存在以下不足：

1）脉冲波振幅与振动频率可控性差。

2）涡轮轴向旋转是均匀的，不利于水力脉冲振动波的振幅增加。

如图7a、图7b所示，US005152342A专利提供了一种固井振动装置及方法。该发明是一种通过液体流过孔径，带动芯体偏转转同，使流体产生自激震荡，在偏转转动与孔径紊流的共同作用形成振动脉冲波的装置。其工作原理是直接连接在套管柱底部，流体流过不同孔径带动芯体作偏心旋转，自激振动，形成脉冲。