一种固井作业用振动胶塞的制作方法

1.本发明涉及一种油气井工程施工领域，具体提供一种固井用振动胶塞。


背景技术：

2.振动固井技术是在固井注入水泥浆、替浆和候凝过程中，采用振动设备或工具实现对对套管串的特有振动，从而改善管外环空水泥浆、钻井液的流态，提高顶替效率，消除环空气泡，促进水泥水化，提高水泥早期强度、改善水泥第一、第二界面胶结强度，最终达到提高固井质量的目的。
3.目前国内外在振动固井设备和工具方面，研发了井口水力振荡器、井底旋流振动固井短节等，其作用位置分别在井口套管头的和井底套管鞋上方，由于振动原理和工艺的限制，振动距离和效果有限，不能实现对全井段振动，只能在局部范围产生较好的振动效果，应用有一定的局限性。
4.为了突破现有技术的局限性，我们创造性的提出了动态振动固井理念，振动能排除固井水泥浆中的气泡，使水泥浆得到充分水化，而且密度均匀，有利于在油水井套管环空中形成坚硬而完整的水泥环。一方面实现全井段的振动固井效果，另一方面实现较好的工艺性、经济性和可操作性。这里的动态振动的概念是相对于传统固定位置条件下的振动而言的，其动态振动是指振动源在套管串中自上而下的运动，同时使套管产生谐振响应，并在一定范围内传递振动波。


技术实现要素：

5.本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种固井用振动胶塞。能够促进水泥水化，提高水泥早期强度、改善水泥第一、第二界面胶结强度，直至达到预设振动时间，共振完成，实现固井全井段振动效果。
6.其技术方案如下：一种固井用振动胶塞，包括胶塞、激振装置，所述胶塞包裹于激振装置外部。
7.所述激振装置设置有无线遥控模块。
8.所述激振装置还包括封闭腔体和设置于封闭腔体内的驱动电路板、电池、电动机、偏心块；所述驱动电路板与电池电连接；所述电动机与驱动电路板连接；所述偏心块设置于所述电机的转动轴上；所述无线数据收发模块与所述驱动电路板通讯连接。
9.所述封闭腔体由上端盖、骨架、电机座、下端盖顺次螺纹密封连接组成；所述上端盖、下端盖为设有外螺纹的盖体；所述骨架为两端设有内螺纹的管体；所述电机座为一端设有外螺纹，另一端设有内螺纹的管体。
10.所述骨架上端设有第一沉孔，所述驱动电路板设置于上端盖与所述第一沉孔的沉孔台阶之间；所述骨架下端设有第二沉孔，所述第二沉孔设有内螺纹，所述电机座与所述第二沉孔螺纹密封连接。
11.所述电池套设于骨架内。
12.所述电动机设置于电机座内。
13.所述电机座内设有限位槽；所述电动机的外表面设有凸起；所述凸起与限位槽限位配合，用于固定电动机轴向位置，防止电动机自转。
14.上述固井用振动胶塞适用于提高水泥浆固化后的强度或用于清理套管外壁：当设定所述固井用振动胶塞的振动频率为170～175hz，用于提高水泥浆固化后的强度。
15.当设定所述固井用振动胶塞的振动频率为20～45hz，用于清除套管外壁的钻井液膜和井壁上的虚滤饼。
16.本发明的有益效果是：(1)振动装置安装在固井胶塞本体上，不改变现有的固井工艺。
17.(2)根据相应的固井工艺流程，设计延迟振动时间、振动持续时间。
18.(3)振动胶塞下行时，可激发套管串、环空流体共振，改善管外环空水泥浆、钻井液的流态，提高顶替效率。
19.(4)振动胶塞碰压后可持续振动，促进水泥水化，提高水泥早期强度、改善水泥第一、第二界面胶结强度，提高固井质量。
20.(5)该振动胶塞有望改善二次开发调整井固井质量。
附图说明
21.图1为振动胶塞的结构简图；图2是a-a剖面结构示意图；图3是b-b剖面结构示意图；图中：1上端盖，2驱动电路板，3电池，4骨架，5多级橡胶皮碗，6电动机，7电机座，8偏心块，9下端盖，10、13-密封圈， 11挡圈，12转动轴，13第一沉孔，14沉孔台阶，15第二沉孔，16限位槽，17凸起。
具体实施方式
22.为使本发明实施例的目的、技术方案更加清楚，下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件，功能相同的元件只出现一次标号，下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
23.实施例一：请参阅图1-3所示，一种固井用振动胶塞，包括胶塞、激振装置；所述激振装置包括封闭腔体、电动机、偏心块、驱动电路板、电池。
24.所述胶塞为多级橡胶皮碗，套设于所述封闭腔体外部；所述封闭腔体是由上端盖、骨架、电机座、下端盖依次螺纹密封连接组成；所述骨架是外壁设有若干环形台阶的管体。
25.所述驱动电路板、电池、电动机、偏心块均设置与封闭腔体内，其中，驱动电路板位于骨架上部，电池位于骨架内，电动机位于电机座内，偏心块装设于电机的转动轴上，电机座下部留空，作为偏心块的运转空间；电池与驱动电路板电连接，驱动电路板与电动机电连
接。
26.所述电池插装于骨架内，电池上下两端直径略大于其余部分直径，与骨架内壁过盈配合，防止电池在骨架内发生位移或晃动，电池外壁与骨架内壁间隙配合；该电池用于提供电动机所需电源。
27.所述驱动电路板是一种集成有无线遥控模块和电机驱动电路的电机驱动电路板，所述无线遥控模块是射频、红外、蓝牙遥控中的一种，配套有配对的遥控器，能够远程遥控所述电动机的启停、转速。
28.实施例二：一种固井用振动胶塞，包括胶塞、激振装置；所述激振装置包括封闭腔体、电动机、偏心块、驱动电路板、电池；所述封闭腔体是由上端盖、骨架、电机座、下端盖依次螺纹密封连接组成。
29.其中，下端盖左端设有正六边形沉孔，右端设有螺纹；电机座两端设有螺纹，内孔沿轴向对称设有两个矩形槽；骨架为中空管状结构，外表面设有若干环状凸起；上端盖左端设有螺纹，右端设有正六边形沉孔；上端盖、骨架、电机座及下端盖依次通过螺纹连接在一起；下端盖与电机座螺纹连接处设有密封圈，电机座与骨架螺纹连接处设有密封圈；骨架和上端盖之外硫化多级橡胶皮碗；驱动电路板设置于骨架右端，通过上端盖左端面压紧；驱动电路包含信号接收模块，可接受红外或蓝牙信号，控制电机启停、调节转速；电池设置于骨架内，通过电机座右端面压紧，电池为电动机旋转和驱动电路板提供能量；电动机设置于电机座内，电动机的外表面对称设有两个矩形凸起，矩形凸起插入电机座内孔的矩形槽内；偏心块由直径不用的两个圆柱体相交构成，直径较小的圆柱体沿轴线设有键槽和通孔；偏心块以键连接的方式插接在电动机输出轴上，通过螺母固定。
30.实施例三：请参阅图1，一种固井用振动胶塞，通过在常规固井胶塞上夹装一振动装置，在固井时随固井胶塞一起装入水泥头内，通过定时设置该振动装置振动延迟振动时间、振动持续时间，在固井胶塞通过全井段完井管串的同时对管串进行实时振动，固井胶塞碰压后，在水泥浆候凝期内振动装置还可以继续振动，从而促进水泥水化，提高水泥早期强度、改善水泥第一、第二界面胶结强度，直至达到预设振动时间，共振完成，实现固井全井段振动效果。该固井用振动胶塞可以广泛应用于水平井、直斜井中，用于提高固井质量。
31.实施例四：一种固井用振动胶塞，能够应用于缩短水泥浆凝固时间、提高水泥浆固化强度、清理套管和井壁，具体技术参数如下：激振幅值＞0.38g；调整频率0.1～500hz；耐压指标＞70 mpa；耐温指标≥125℃，当振动额率在20～170hz范围内变化时，水泥浆的初凝时间缩短10-15min，终凝时间缩短30-40min。
32.试验表明：当作用在水泥环上的振动频率为170～175hz时，水泥浆固化后的强度能提高18～2096。
33.在频率为20～45hz的振动场中，钻井液的粘度将下降20～30％。有利于清除套管外壁的钻井液膜和井壁上的虚滤饼，使顶替效率得到极大的提高。
34.当模拟装置处在20～150hz的振动频率范围内，只需5～15s就可完全消除岩石试
样表面的滤饼。
35.本实施例中对振动器具有以下特征：激振器的设计原则有三方面：首先在狭小空间设计足够的激振载荷，保证套管串在振源附近能够响应振动；第二是需要建造套管串共振的频谱段，使套管串的响应能够放大：第三是需要控制共振频率不要过高，因为阻尼条件下的高频振动衰减很快。
36.激振器除了提供振动能量的基本功能以外，还要发挥水泥胶塞功用，集两者为一体，不增加施工作业的辅助劳动强度。因激振激振胶塞的橡胶裙边的振动位移约为0.25mm，因此设计橡胶裙边最大外径的公差带上移 0.25m，就能够满足胶塞密封的作用。具体结构外形设计如图所示，内装激振器(电机、电源、偏心轮和控制电路)。
37.本发明的工作原理是：一种固井作业用振动胶塞，是振动固井的一项新技术。通过在常规固井胶塞上夹装一振动装置，通过定时设置该振动装置振动延迟振动时间、振动持续时间，在固井时随固井胶塞一起装入水泥头内，振动的激振器随着固井胶塞自上而下的运动，对管串进行实时振动，使得套管串产生谐振响应，振动波作用于入井流体，从而达到提高水泥浆顶替效率的目的。同时固井胶塞碰压后，在水泥浆候凝期内振动装置还可以继续振动，从而促进水泥水化，使水泥浆的初凝时间和终凝时间缩短，提高水泥早期强度、改善水泥第一、第二界面胶结强度，直至达到预设振动时间，共振完成，实现固井全井段振动效果。
38.动态振动固井一方面实现全井段的振动固井效果，另一方面实现较好的工艺性、经济性和可操作性。该固井用振动胶塞可以广泛应用于水平井、直斜井中，用于提高固井质量。
39.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。