多級渦輪脈沖振動固井裝置

多級渦輪脈沖振動固井裝置

1．簡介

在地下鉆井后，孔徑大于套管直徑，在套管外形成環空區域，在套管外環空指定范圍內，注以水泥或用其它材料充填的過程叫固井。具體為通過套管將水泥漿注入井底，進入套管與井壁之間的環空內，直至達到設計高度。固井的目的是將套管和井壁的環形空間封固起來，以封隔油氣水層，使套管成為油氣通向井中的通道。固井過程中需要在套管柱的最下方安裝渦輪式固井振動器，對水泥漿進行振動，以保證水泥自身密實且填實井壁上的凹陷處。

2．作用

振動固井技術可提高頂替效率，消除水泥石中的氣泡、形成完好的水泥環，縮短候凝時間，防止固井后候凝“失重”時油、氣、水竄，有利于提高兩個界面的膠結強度，是提高固井質量行之有效的方法之一。渦輪式固井振動器具有結構簡單、工作可靠的特點，在不同的固井注替排量下，具有振動頻率可調節。從江蘇油田現場試驗應用表明，采用渦輪式固井振動器注水泥固井技術能夠有效提高固井質量，為油氣井有效開發提供了重要保障。

1）振動對水泥漿固化強度的影響

給水泥漿漿體中建立振動場，無論振動場強弱都能使水泥漿的固化強度提高，這與建筑行業中普遍使用振動設備加工混凝土預制件的原理相同。因為，振動能排除固井水泥漿中的氣泡，使水泥漿得到充分水化，而且密度均勻，有利于在油水井套管環空中形成堅硬而完整的水泥環。前蘇聯烏發石油研究院科技人員通過室內試驗．證實了這樣一種結論，即對水泥漿建立振動場，不論振動場強或弱，均可提高水泥石的強度。當作用在水泥漿上的振動頻率為15Hz～175Hz，水泥石的強度能提高18%～20%。

2）振動降低鉆井液粘度提高固井頂替效率

在廣譜低頻振動作用下，鉆井液的切力降低20 %以上，利于提高頂替效率。試驗表明，在頻率為15～45Hz的振動場中，鉆井液的粘度將下降20～30%，有利于清除套管外壁的鉆井液膜和井壁的濾餅。在此振動頻率范圍內，只需5～15s就可以完全清除巖石試樣表面的濾餅。

3）振動增加界面的膠結強度   

振動固井可以使膠結面的鉆井液殘留減少、頂替效率提高，密封承壓能力大為提高，總體上界面膠結質量得到顯著提高。美國科學家Coke做了兩組試驗，把水泥漿放入不同尺寸的同心管之間，一組振動一組不振動，待水泥漿固化后，分別在二組試驗裝置的上部用水加壓。在未振動的一組中，當壓力加至2.07MPa時，水泥與管子的膠結面開始滲漏。在振動的一組中，當壓力加至16.5MPa時，膠結面才產生滲漏，說明振動確實增加了界面的膠結強度。

4）振動改變界面的膠結環境

振動固井可以改變水泥漿的頂替流態，其周向流速給井壁增加周向剪切驅動力，易于攜帶近井壁的泥漿和沖刷井壁上的泥餅，特別在不規則井徑處以及對因套管偏心造成的窄邊的泥漿頂替，效果將會更加明顯；結合軸向流的軸向驅替，形成周向流攜帶與沖刷和軸向流的軸向驅替聯動作用，可大幅提高頂替效率。因其增加了主流對井壁的接觸面積，有利于在較低流速下有效清除鉆屑和泥漿。

5）下套管時如遇砂卡，可接泵循環，振動可解卡。

3．工作原理

渦輪式固井振動器安放在套管柱最底部即引鞋的上方浮箍的下方，在注水泥前循環鉆井液，流體通過承托盤斜孔，作用于心軸上的葉柵，使葉片帶著偏心轉子旋轉，將產生作用在套管柱上的周期性載荷，套管柱在這個周期性載荷（激勵）作用下，產生振動，振動波從井底向上傳遞，進而在整個環形空間形成振動波場，在振動波的作用下，套管柱和鉆井液產生振動，振動波沖刷套管柱和井壁上的泥餅、改善鉆井液的流變性能，使鉆井液易于流動，從而提高頂替效率，利于水泥環與套管柱和井壁膠結，為提高固井膠結質量奠定基礎。

4．基本參數

139.7mm渦輪式固井振動器的各項特性基本參數如下表所示：

95mm、89mm側鉆井固井振動器的各項特性基本參數如下表所示：

177.8mm、168mm渦輪式固井振動器的各項特性基本參數如下表所示：

5．內部結構

2.渦輪葉片 4.承托盤 4a.承托盤上的固定槽 4b.傾斜孔5.偏心塊

6．總裝結構

7．規格型號

注：規格是套管直徑；型號中的6、4是渦輪的級數；139.7、177.8是套管直徑；95、89是小套管直徑；聯接形式是扣型。

8.操作方法：

1.使用前檢查連接絲扣有無損壞，包裝或護絲是否完好，確保振動器內無雜物落入。

2.渦輪式固井振動器必須安放在套管柱中浮箍的下部。

3.確保鉆井液中無長纖維狀物體，嚴防水、漿、灰有編制袋或者草等長纖維狀物體入內。

4.下井前在地面先試驗，確保轉子旋轉正常。（實驗時手摸套管振感明顯）。

5.在與套管連接時。杜絕用套管鉗打在振動器本體位置，必須是打在接箍處，負責將導致振動器的損壞和失效。