本發(fā)明涉及完井工具領(lǐng)域，特別是一種固井作業(yè)中提高固井效果的水輪式振動(dòng)固井工具。

背景技術(shù)：

振動(dòng)固井技術(shù)是鉆完井領(lǐng)域里一項(xiàng)新興技術(shù)，常見的振動(dòng)固井工具主要有渦輪式水力振動(dòng)工具、翻板式振動(dòng)工具和管內(nèi)振動(dòng)工具等幾種；渦輪式振動(dòng)工具主要利用水力驅(qū)動(dòng)渦輪帶動(dòng)偏振塊以實(shí)現(xiàn)振動(dòng)的目的，這種振動(dòng)工具產(chǎn)生振動(dòng)能量較大，但循環(huán)壓耗較高，提高了施工的整體風(fēng)險(xiǎn)，此外渦輪不能承受較高的水頭壓力，當(dāng)水頭壓力超過設(shè)計(jì)最大承載能力時(shí)會(huì)發(fā)生自鎖；翻板式振動(dòng)工具主要安裝在完井管柱下端，通過周期性改變循環(huán)壓力，在側(cè)面實(shí)現(xiàn)循環(huán)流體的振動(dòng)；管內(nèi)振動(dòng)工具通常采用電力作為動(dòng)力，使用電纜進(jìn)行輸送，這種振動(dòng)工具產(chǎn)生的振動(dòng)能力較強(qiáng)，但需要單獨(dú)進(jìn)行作業(yè)，而且這種工具開始工作時(shí)一般已完成固井作業(yè)，對(duì)固井效果的提升有限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，設(shè)計(jì)了一種水輪式振動(dòng)固井工具，以克服渦輪結(jié)構(gòu)壓耗高和無法承受較高水頭壓力的問題，同時(shí)還可以獲得較好的振動(dòng)效果；此外，水輪式振動(dòng)固井工具可以在固井施工中的全部時(shí)間起到作用，且不像管內(nèi)振動(dòng)工具需要在固井作業(yè)完成后單獨(dú)下入，因此具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種水輪式振動(dòng)固井工具，包括外套和設(shè)置在外套內(nèi)的導(dǎo)流槽、上蓋、下蓋及葉輪，其中：導(dǎo)流槽被固定在外套中上部，葉輪軸周邊設(shè)有數(shù)個(gè)葉片，葉輪周邊的葉片部分加重處理構(gòu)成重心偏離軸心結(jié)構(gòu)，葉輪通過上、下蓋夾持在導(dǎo)流槽下部的外套內(nèi)，葉輪與上、下蓋構(gòu)成旋轉(zhuǎn)配合，上、下蓋設(shè)有軸向過流通道。

上述方案進(jìn)一步包括：

上蓋的過流通道與下蓋的過流通道之間錯(cuò)開90°的夾角。

葉輪與上、下蓋通過軸承構(gòu)成旋轉(zhuǎn)配合。

導(dǎo)流槽、上蓋構(gòu)成周向插接限位配合，導(dǎo)流槽和下蓋外側(cè)分別通過上固定環(huán)和下固定環(huán)與外套固定連接。

工具工作時(shí)水流從工具上部進(jìn)入，進(jìn)入導(dǎo)流槽后，水流從軸向流轉(zhuǎn)變?yōu)槁菪蛳碌闹芟蛐?，?dāng)水流到達(dá)上蓋時(shí)，受到導(dǎo)流槽的約束和上蓋開孔位置的影響，水流將以較高的速度旋轉(zhuǎn)進(jìn)入上蓋和下蓋之間的空間；因?yàn)橄律w的開孔位置與上蓋錯(cuò)開了90度，所以上蓋和下蓋之間的液體需要周向旋轉(zhuǎn)一定位置才能流出；在導(dǎo)流槽、上蓋和下蓋的共同影響下，葉輪周圍的液體將以較高的速度發(fā)生旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，因?yàn)槿~輪的重心偏離其軸線位置，所以在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)能夠產(chǎn)生振動(dòng)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

工具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，水力利用率高；工具運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的循環(huán)磨阻小，降低了施工風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)可以在固井的各個(gè)環(huán)節(jié)起到作用，工具利用率高。水輪式振動(dòng)固井可以有效克服常規(guī)振動(dòng)固井工具的缺陷，可以在循環(huán)壓耗提高不大的情況下獲得較好的振動(dòng)效果，同時(shí)解決了渦輪式振動(dòng)工具受最大水頭壓力限制的問題。

附圖說明

圖1為該水輪式振動(dòng)固井工具的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為葉輪結(jié)構(gòu)放大示意圖。

圖3為圖1的半剖結(jié)構(gòu)及工作方式示意圖。

圖4為上蓋在俯視情況下的過流通道位置示意圖。

圖5為下蓋在俯視情況下的過流通道位置示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

本發(fā)明主要由外套1-1、上固定環(huán)1-2、導(dǎo)流槽1-3、上蓋1-4、葉輪1-5、下蓋1-6、下固定環(huán)1-7等幾個(gè)部分組成。

外套1-1主要起到固定內(nèi)部結(jié)構(gòu)及規(guī)整水流的作用，上固定環(huán)1-2和下固定環(huán)1-7通過螺紋與外套1-1連接，同時(shí)將其余部件限定在工具中部；導(dǎo)流槽1-3被上固定環(huán)1-2采用內(nèi)嵌及點(diǎn)焊的方式固定在外套1-1中部，導(dǎo)流槽1-3的主要功能是調(diào)整水的流動(dòng)狀態(tài)，水流通過導(dǎo)流槽1-3時(shí)流向發(fā)生改變，由直向下的軸向流轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)向下的旋流；上蓋1-4安裝在導(dǎo)流槽下部，兩個(gè)部件之間通過插槽連接，上蓋1-4主要起到限定葉輪1-5位置的作用，同時(shí)上蓋1-4留有過流通道，可以配合導(dǎo)流槽1-3和下蓋1-6規(guī)整水流，提高工具整體的水力利用率；葉輪1-5是工具的活動(dòng)部件，負(fù)責(zé)將水流的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為振動(dòng)能量，葉輪1-5被上蓋1-4和下蓋1-6限定在兩個(gè)部件之間，可以進(jìn)行周向運(yùn)動(dòng)；下蓋1-6通過下固定環(huán)1-7固定在工具下部，起到對(duì)葉輪1-5提供限位的作用。

葉輪1-5上有7個(gè)葉片（如圖2），其中有三片相連的葉片尺寸加厚并使用重質(zhì)金屬，即如鋼等密度較高的金屬作為材質(zhì)，其余四個(gè)葉片的材質(zhì)為鋁合金等輕質(zhì)金屬，這樣葉輪在旋轉(zhuǎn)的時(shí)候就可以產(chǎn)生偏心振動(dòng)的效果。

當(dāng)水流通過上固定環(huán)1-2的通孔后進(jìn)入導(dǎo)流槽1-3和外套1-1形成的螺旋流道，從軸向流轉(zhuǎn)變?yōu)樾毕蛳碌闹芟蛄鳎笏鲝纳仙w1-4的過流通道a進(jìn)入，再從下蓋1-6的過流通道b流出，期間帶動(dòng)葉輪1-5旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，水流最后從下固定環(huán)1-7的通孔流出。

上蓋1-4的流動(dòng)通道和下蓋1-6的過流通道位置相差90°，該結(jié)構(gòu)可以配合導(dǎo)流槽1-3提高葉輪對(duì)水流周向運(yùn)動(dòng)能量的利用率，提高振動(dòng)效果。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種水輪式振動(dòng)固井工具，包括外套和設(shè)置在外套內(nèi)的導(dǎo)流槽、上蓋、下蓋及葉輪，其中：導(dǎo)流槽被固定在外套中上部，葉輪軸周邊設(shè)有數(shù)個(gè)葉片，葉輪周邊的葉片部分加重處理構(gòu)成重心偏離軸心結(jié)構(gòu)，葉輪通過上、下蓋夾持在導(dǎo)流槽下部的外套內(nèi)，葉輪與上、下蓋構(gòu)成旋轉(zhuǎn)配合，上、下蓋設(shè)有軸向過流通道。本發(fā)明的水輪式振動(dòng)固井工具可以有效克服常規(guī)振動(dòng)固井工具的缺陷，可以在循環(huán)壓耗提高不大的情況下獲得較好的振動(dòng)效果，同時(shí)解決了渦輪式振動(dòng)工具受最大水頭壓力限制的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：唐明;董恩博;趙勇;徐鑫;馬明新;鄒曉敏;王毅;陶劍;曹會(huì)蓮;路志平;劉陽
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中石化石油工程技術(shù)服務(wù)有限公司;中石化勝利石油工程有限公司;中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院
技術(shù)研發(fā)日：2016.02.19
技術(shù)公布日：2017.08.29