[发明专利]一种机械式振动固井工具

说明书

本发明涉及一种机械式振动固井工具，包括受冲壳体、振击锤、启振体、传动轴、涡轮马达、弹簧挡套、弹性元件和滚轮。涡轮马达通过传动轴驱动启振体转动，启振体上端的凸轮副通过滚轮，推动振击锤轴向往复运动，振击锤同时受到弹性元件压力和水击节流压力，在凸轮副推动振击锤向上运动时，振击锤蓄积能量，在凸轮副突变时，振击锤释放能量向下冲击受冲壳体，冲击产生能量大，传播距离远，能有效提高水泥顶替效率和固井质量，可用于直井、大位移井、定向井及水平井振动固井，装置结构简单，运转可靠，施工风险小。

技术领域

本发明涉及油气井下套管固井工程领域，具体涉及一种机械式振动固井工具。

背景技术

在油气井下套管固井工程领域，理论和实践均表明，在注水泥过程中套管柱或水泥浆的振动可以提高水泥石强度和水泥浆顶替效率，改善水泥环与管柱和井壁界面的胶结强度，是提高固井质量行之有效的方法。目前，国内外已发展了多种振动固井工具和技术，从技术原理上来看主要有水力脉冲式和机械偏心振动式。中国专利“一种振动固井工具（公开号CN203531840U）”和“振动固井用压力波发生装置（公开号CN201460783U）”采用了水力脉冲式振动固井技术原理，专利具体实施以水力结构或机械节流的方式，产生水泥浆压力波动，进而引起水泥浆振动，此种技术方式产生的振动压力波因为振幅和频率的特性，不能长距离传播，在实际应用中效果有限。中国专利“一种新型涡轮式井下振动固井装置（公开号CN201883999U）”和“一种井下振动固井装置（公开号CN201943619U）”采用了机械偏心振动式技术原理，专利具体实施以高压流体驱动水力装置产生旋转动力，进而驱动偏心体转动以产生振动，此种方式产生的振动能量偏小，在径向局部范围内能产生较好的效果，但沿套管轴向传播距离较短，对提高固井质量效果有限。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种机械式振动固井工具，置于套管柱套管鞋处，在套管下放、注前置液及替浆等固井过程中，受流体驱动工具产生轴向振动冲击，进而引起套管柱轴向振动，达到提高水泥顶替效率和固井质量的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种机械式振动固井工具，包括冲击机构和涡轮马达5，涡轮马达5包括与外壳固定的涡轮定子、与涡轮定子旋转配合的涡轮转子以及与转子连接的传动轴4，所述冲击机构包括受冲壳体1、振击锤2和启振体3。其中：

受冲壳体1是筒体结构，筒体上部设置弹性元件7，弹性元件7顶部由弹簧挡套6锁定在筒体内，筒体内部中段设置两个相互对称的凸台，凸台轴向相邻的侧面相互平行，构成振击锤的振动轨道102，凸台的上端面是冲击承冲面(104)，筒体下端与涡轮马达5的外壳连接。

振击锤2是柱体结构，柱体上端面与弹性元件7底部挤压配合，其下端设置有与振动轨道102轴向滑动配合的导轨结构(202)，在柱体内轴向设置有对称于导轨结构(202)的节流孔(203)，在导轨结构(202)两端面设置有滚轮轴(204)，滚轮轴(204)的两端安装滚轮8，导轨结构(202)两侧的柱体底面是与冲击承冲面(104)冲击配合的主冲击面(201)。

启振体3是与受冲壳体1旋转配合的园筒体结构，其上端面设置有与滚轮8旋转配合的凸轮副(301)，启振体3下端与涡轮马达5的传动轴4键槽配合。

上述方案进一步包括：

所述启振体3凸轮副(301)由低平面、连续升高的空间曲面、高平面和垂直面依次连接组成。

所述传动轴4上部是圆盘结构，圆盘上径向圆周分布多个键槽(401)；所述启振体3下端设有多个径向圆周分布的键结构(302)，启振体3与传动轴4通过键槽(401) 和键结构(302)构成键槽配合。

所述传动轴4圆盘结构上方设置有圆锥体。