[发明专利]一种水力驱动径向振动固井短节及使用方法

说明书

本发明公开了一种水力驱动径向振动固井短节及使用方法，该短节至少包括本体，本体是两端开口的管状柱体且两端设有螺纹，本体一端开口处固定有过滤装置，本体远离过滤装置一端的内壁上有限位机构，过滤装置和限位机构之间设有多个依次首尾相连的振动单元，振动单元的直径和本体的直径相匹配；过滤装置、振动单元的轴线和本体的轴线重合且过滤装置和振动单元的内径形成过流通道。多组振动单元的振动形式为径向周期性运动，在现场作业时可以产生叠加的振动效果，强振动波传递的更远，套管串有效振动范围更广，有效冲刷套管柱和井壁上的泥饼、改善钻井液的流变性能，使钻井液易于流动，从而提高顶替效率，利于水泥环与套管柱和井壁胶结。

技术领域

本发明属于油田开发技术领域，尤其是涉及一种用于固井作业的水力驱动径向振动固井短节及使用方法。

背景技术

固井是油气田建井施工的一个重要环节，固井质量对保持井眼的稳定性和油气田的平稳生产都有着重要影响。固井工程受到多种因素影响，增加了施工难度。在固井时，当油气井注入水泥后，因地层压力不平衡等因素，使得地层中流体流入油气井环形空间，造成环空窜流，其中最易出现气体窜流。

在固井过程中，振动水泥浆是提高固井质量的有效技术手段之一。振动固井技术是通过在在固井过程中产生振动来改善水泥的均匀度和密实性，实践证明，振动产生的波可以把振动的能量作用到其邻近的介质中，破坏介质的颗粒间以及分子间的结构，改变其原有的性能，提高液体的流动性和水泥石的抗压强度，提高顶替效率，消除水泥中的气泡，形成完好的水泥环，还可以缩短侯凝时间，防止固井后的油、气、水混窜，有利于提高一、二界面的胶结强度。

振动固井是在循环钻井液、注水泥、顶替水泥浆以及在水泥浆候凝过程中，采用机械振动、声波、水力冲击等手段,产生振动波作用于套管、钻井液、固井液和井壁来提高固井质量。现有的振动固井技术配套的工具大致分为以下三类：机械式振动工具、声频振动式装置和水力脉冲振动工具，从振动效果、可靠性及施工成本上考虑，水力脉冲振动固井工具是提高固井质量的一项经济而又行之有效的先进固井技术。现有技术的水力脉冲振动固井工具为水力驱动偏心涡轮，偏心涡轮沿轴向做周期性圆周运动，从而带动整个套管柱圆周型振动，但仍存在缺陷：管柱的圆周型振动容易触碰井壁，导致地层中的松软介质掉落或坍塌，从而堵死环空，造成井筒不安全事故。

发明内容

本发明的目的是提供一种水力驱动径向振动固井短节及使用方法，其内部振动单元的旋转机构在过流液体的作用下产生周期性的径向振动，在振动波的作用下，套管柱和钻井液产生振动，振动波冲刷套管柱和井壁上的泥饼、降低钻井液的粘度，使钻井液易于流动，从而提高顶替效率，利于水泥环与套管柱和井壁胶结，从而有效提高固井质量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种水力驱动径向振动固井短节，至少包括本体，其特征在于：所述本体是两端开口的管状柱体且两端设有与配套套管串相连接的螺纹，本体位于一端开口的内部固定有过滤装置，本体远离过滤装置一端的内壁上固定有限位机构，本体内部位于过滤装置和限位机构之间设置有多个依次首尾相连的振动单元，振动单元的直径和本体的直径相匹配；所述过滤装置、振动单元的轴线和本体的轴线重合且过滤装置和振动单元的内径形成过流通道。

所述过滤装置螺纹连接在本体内部一端开口处，过滤装置是过滤篮，过滤篮侧壁上沿其径向开设有若干个过滤孔。

所述过滤篮是两端开口的圆柱结构，其中过滤篮靠近振动单元的一端设置有凸沿，凸沿外壁上设置有与本体端部内螺纹固定连接的外螺纹；所述凸沿沿其长度方向也开设有若干个过滤孔，凸沿上的若干个过滤孔沿其周向布置。

所述振动单元包括支撑套和位于支撑套内部的导流筒、偏振水车球轮和轴承，所述支撑套、导流筒均是两端开口的圆筒状结构，导流筒固定在支撑套靠近过滤装置的一侧，支撑套远离过滤装置一侧的侧壁上沿径向开设有一组用于安装轴承的通孔，轴承通过通孔垂直固定在支撑套内部，偏振水车球轮固定在轴承的旋转轴上。