固井用振動短節的製作方法

2023-06-22 21:03:26

本發明涉及油井固定作業技術領域，是固井用振動短節。

背景技術：

在油井固定作業技術中，進行傳統固井作業時，當水泥漿由管內頂替到管外時，水泥漿可能發生沉降或管外鑽井液頂替不乾淨，導致水泥膠結質量差，不僅增加了施工後續的補救費用，又延長了完井時間，不利於後期施工，將帶來安全隱患。

技術實現要素：

本發明提供了固井用振動短節，克服了上述現有技術之不足，其能有效解決現有傳統回接插入工具固井時存在的費時費力、施工效率較低、存在安全隱患的問題。

本發明的技術方案是通過以下措施來實現的：固井用振動短節，包括管接頭、芯軸、上孔板、擋板、葉輪、偏心凸輪和引鞋頭，管接頭內部設有芯軸，芯軸中部外側設有第一環臺，在第一環臺下方設有直徑小於第一環臺的第二環臺；管接頭上部內壁設有上環臺，管接頭上部內側套裝有上孔板，上孔板上端外側抵於上環臺下端，上孔板的中部設有上中心孔，芯軸上端穿出上中心孔並位於上中心孔的上方，上中心孔與芯軸之間設有能使芯軸相對上孔板自由轉動且能限制上孔板下行的上限位部件，芯軸上部固定安裝有能隨芯軸轉動的並位於上限位部件下方的葉輪，葉輪的下端座在第一環臺上；管接頭中部內壁設有下環槽，管接頭中部內側設有套裝在第二環臺外側的擋板，擋板上端外側抵於下環槽上端，擋板中部設有下中心孔，芯軸下端穿出下中心孔並位於下中心孔下方，下中心孔與芯軸之間設有能使芯軸相對擋板自由轉動且能限制擋板上行的下限位部件，芯軸下部固定安裝有能隨芯軸轉動的偏心凸輪，偏心凸輪的上端抵於第二環臺的下端，芯軸的下端固定安裝有限制偏心凸輪下行的限位環；在上孔板上設有板循環孔，在管接頭中部設有位於上孔板與擋板之間的管循環孔；引鞋頭上部外側與管接頭下部內側固定安裝在一起，引鞋頭上端與擋板下端接觸限位。

下面是對上述發明技術方案的進一步優化或/和改進：

上述上限位部件可包括上壓帽、深溝球軸承和上墊環，芯軸的上端通過螺紋連接有上壓帽，上壓帽的下方有上墊環，對應上壓帽與上墊環之間位置的芯軸外側設有位於上孔板內側的深溝球軸承，上中心孔上部內側設有上中心孔環臺，深溝球軸承上端位於上中心孔環臺下方；下限位部件為推力軸承，推力軸承抵於第一環臺下方並套裝在第二環臺上，推力軸承下端與擋板安裝在一起。

上述擋板上端面可設有位於推力軸承與管接頭內壁之間的擋板臺階。

上述上孔板上可沿圓周均布有至少四個直徑不小於20mm的板循環孔，管接頭中部外側沿圓周均布有至少四個直徑不小於20mm的管循環孔。

上述葉輪可包括葉片和輪轂，葉片呈傾斜狀圓周均布在輪轂上且旋向一致，葉片至少有六個且葉片與水平面的夾角為30度到60度之間。

上述芯軸上部外側可設有上限位鍵，葉輪內側設有能與上限位鍵相配合的葉輪鍵槽，芯軸中部外側設有下限位鍵，偏心凸輪內側設有能與下限位鍵相配合固定的偏心凸輪鍵槽。

上述限位環可與芯軸下端通過螺紋連接在一起。

上述引鞋頭可與管接頭通過螺紋連接在一起。

本發明結構合理而緊湊，使用方便，通過將頂替液注入管接頭內，在頂替液的推動作用下，通過葉輪與偏心凸輪組合設計，使本發明發生振動並帶動下部管串發生振動，使水泥漿分布均勻，防止水泥漿發生沉降，有利於水泥漿膠結良好，對後續現場施工起到作用。

附圖說明

附圖1為本發明最佳實施例的主視局部剖視結構示意圖。

附圖2為附圖1中a-a處的剖視結構示意圖。

附圖3為附圖1中b-b處的剖視結構示意圖。

附圖中的編碼分別為：1為管接頭，2為芯軸，3為上孔板，4為擋板，5為葉輪，6為偏心凸輪，7為引鞋頭，8為第一環臺，9為第二環臺，10為上環臺，11為上中心孔，12為下環槽，13為下中心孔，14為限位環，15為板循環孔，16為管循環孔，17為上壓帽，18為深溝球軸承，19為上墊環，20為上中心孔環臺，21為推力軸承，22為擋板臺階，23為上限位鍵，24為葉輪鍵槽，25為下限位鍵，26為偏心凸輪鍵槽。

具體實施方式

本發明不受下述實施例的限制，可根據本發明的技術方案與實際情況來確定具體的實施方式。

在本發明中，為了便於描述，各部件的相對位置關係的描述均是根據說明書附圖1的布圖方式來進行描述的，如：前、後、上、下、左、右等的位置關係是依據說明書附圖的布圖方向來確定的。

下面結合實施例及附圖對本發明作進一步描述：

如附圖1、2、3所示，該固井用振動短節包括管接頭1、芯軸2、上孔板3、擋板4、葉輪5、偏心凸輪6和引鞋頭7，管接頭1內部設有芯軸2，芯軸2中部外側設有第一環臺8，在第一環臺8下方設有直徑小於第一環臺8的第二環臺9；管接頭1上部內壁設有上環臺10，管接頭1上部內側套裝有上孔板3，上孔板3上端外側抵於上環臺10下端，上孔板3的中部設有上中心孔11，芯軸2上端穿出上中心孔11並位於上中心孔11的上方，上中心孔11與芯軸2之間設有能使芯軸2相對上孔板3自由轉動且能限制上孔板3下行的上限位部件，芯軸2上部固定安裝有能隨芯軸2轉動的並位於上限位部件下方的葉輪5，葉輪5的下端座在第一環臺8上；管接頭1中部內壁設有下環槽12，管接頭1中部內側設有套裝在第二環臺9外側的擋板4，擋板4上端外側抵於下環槽12上端，擋板4中部設有下中心孔13，芯軸2下端穿出下中心孔13並位於下中心孔13下方，下中心孔13與芯軸2之間設有能使芯軸2相對擋板4自由轉動且能限制擋板4上行的下限位部件，芯軸2下部固定安裝有能隨芯軸2轉動的偏心凸輪6，偏心凸輪6的上端抵於第二環臺9的下端，芯軸2的下端固定安裝有限制偏心凸輪6下行的限位環14；在上孔板3上設有板循環孔15，在管接頭1中部設有位於上孔板3與擋板4之間的管循環孔16；引鞋頭7上部外側與管接頭1下部內側固定安裝在一起，引鞋頭7上端與擋板4下端接觸限位。在固井過程中，管接頭1上端注入頂替液，頂替液流經上孔板3，通過上孔板3上設有的板循環孔15流向葉輪5，葉輪5在頂替液的推動作用下旋轉，葉輪5使芯軸2旋轉，芯軸2旋轉帶動下方偏心凸輪6，由於偏心凸輪6質量分布不均勻，使本發明發生高頻低幅的振動，頂替液從管接頭1中部設有的管循環孔16流入，經過葉輪5，由於管循環孔16位於擋板4的上方，從而頂替液因擋板4的封堵，可使頂替液加速從管循環孔16流出。本發明結構合理而緊湊，使用方便，通過葉輪5轉動使芯軸2旋轉，通過芯軸2旋轉帶動偏心凸輪6，通過偏心凸輪6使振動裝置發生高頻低幅的振動，通過振動裝置的振動帶動管串發生振動，使水泥漿分布均勻，提高水泥漿膠結質量，可以達到良好的固井質量。

可根據實際需要，對上述固井用振動短節作進一步優化或/和改進：

如附圖1所示，上限位部件包括上壓帽17、深溝球軸18承和上墊環19，芯軸2的上端通過螺紋連接有上壓帽17，上壓帽17的下方有上墊環19，對應上壓帽17與上墊環19之間位置的芯軸2外側設有位於上孔板3內側的深溝球軸承18，上中心孔11上部內側設有上中心孔環臺20，深溝球軸承18上端位於上中心孔環臺20下方；下限位部件為推力軸承21，推力軸承21抵於第一環臺8下方並套裝在第二環臺9上，推力軸承21下端與擋板4安裝在一起。通過上限位部件對上孔板3、葉輪5和芯軸2的限位，下限位部件對擋板4和芯軸2的限位，可使本發明工作時更加穩定。

如附圖1所示，擋板4上端面設有位於推力軸承21與管接頭1內壁之間的擋板臺階22。在固井過程中，通過擋板臺階可使旋轉且被頂替液衝擊的擋板4進行限位，以及避免推力軸承21左右劇烈晃動，從而使本發明工作時更加穩定。

如附圖1、3所示，上孔板3上沿圓周均布有至少四個直徑不小於20mm的板循環孔15，管接頭1中部外側沿圓周均布有至少四個直徑不小於20mm的管循環孔16。板循環孔15和管循環孔16可使控制頂替液流量，板循環孔15使頂替液流向葉輪5後，葉輪5轉動的更加平穩，管循環孔16使頂替液流出更加平穩，增加管循環孔16的數量，通過擋板4對頂替液的向管接頭1下部流動的封堵，可加快頂替液從管接頭1內排出，從而使葉輪5和偏心凸輪6的轉動更快，因此增強管串的振動，提高水泥漿膠結質量。

如附圖1、2所示，葉輪5包括葉片和輪轂，葉片呈傾斜狀圓周均布在輪轂上且旋向一致，葉片數量至少為六個且葉片與水平面的夾角為30度到60度之間。在使用過程中葉片可控制頂替液的流速，使葉輪5轉動的更加平穩，在葉輪5旋轉的過程中，管接頭1內頂替液發生紊流，紊流態的頂替液在頂替鑽井液過程中有很好的衝刷作用，有利於更好地清洗環形空間，從而使水泥漿膠結良好，有助於後續現場施工。

如附圖1、2、3所示，芯軸2上部外側設有上限位鍵23，葉輪5內側設有能與上限位鍵23相配合的葉輪鍵槽24，芯軸2中部外側設有下限位鍵25，偏心凸輪6內側設有能與下限位鍵25相配合固定的偏心凸輪鍵槽26。通過上限位鍵23與葉輪鍵槽24的配合，使葉輪5與芯軸2旋轉時更加穩定，通過下限位鍵25與偏心凸輪鍵槽26的配合，使偏心凸輪6與芯軸2旋轉時更加穩定。

如附圖1所示，限位環14與芯軸2下端通過螺紋連接在一起。通過螺紋連接便於限位環14從芯軸2下端拆卸。

如附圖1所示，引鞋頭7與管接頭1通過螺紋連接在一起。通過螺紋連接便於引鞋頭7從管接頭1上拆卸。

以上技術特徵構成了本發明的最佳實施例，其具有較強的適應性和最佳實施效果，可根據實際需要增減非必要的技術特徵，來滿足不同情況的需求。