一种机械储能的振动固井装置及其使用方法与测试装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种机械储能的振动固井装置及其使用方法与测试装置,该振动固井装置包括换能装置、储能装置、振动轴、过载保护装置和放能触发装置，换能装置用于将流体动能转换成轴的动能并带动振动轴旋转以产生振动；储能装置用于将轴的动能转换成弹性势能并储存起来；过载保护装置对储能装置起过载保护作用；在候凝时，通过放能触发装置将储能装置储存的机械势能释放产生径向振动，以实现在注水泥、水泥浆顶替和候凝全过程中的振动。本发明专利技术实现了在注水泥和水泥浆顶替过程中将流体动能转换成机械势能储存起来同时产生偏心振动，进一步提高了水泥浆的致密性和均匀性，且不需要改变固井工艺、无需井下电力设备，设计简单，成本低。成本低。成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种机械储能的振动固井装置及其使用方法与测试装置


[0001]本专利技术属于油气井工程领域，尤其涉及一种机械储能的振动固井装置及其使用方法与测试装置。

技术介绍

[0002]固井是油气开采工程中最为关键的部分之一，而振动固井是提高固井质量的有效手段之一，实验证明，在注水泥、水泥浆顶替和水泥浆候凝过程中进行振动都是提高固井质量的关键步骤。目前国内外振动固井工具主要分为水力脉冲式振动固井工具、声频式振动固井工具、环空水力或空气振动固井工具、机械式振动固井工具等，其中水力脉冲式振动固井工具应用最为广泛。但是，水力脉冲式振动固井工具仅能在注水泥和水泥浆顶替过程中产生振动；机械式、声频式、振动固井工具虽能在水泥浆候凝中产生振动，但需要地面电缆或其他附属设备，其改变了常规固井工艺，造成固井现场施工复杂。
[0003]井下振动固井工具可以解决无需地面电缆和附属的设备的短板，无需改变常规固井工艺，目前的井下振动固井工具按能源来源主要分为电能式和水力式，电能式通过耐高温电池提供能量基于压电效应、磁致伸缩或电机轴上添加偏心块在候凝状态下产生振动，但电能式主要在候凝状态下产生振动，且电力设备在深井中的高温、高压的恶劣环境中易出现问题，而水力式仅在注水泥和水泥浆顶替过程中将流体动能转换成机械能进而产生振动。因此迫切需要一种简易的不改变固井工艺、无需井下电力设备且可以在注水泥、水泥浆顶替和候凝全过程中振动的井下固井工具。
[0004]综上所述，如何提供不需要改变固井工艺、无需井下电力设备且设计简单、成本低的固井装置，以实现在注水泥、水泥浆顶替和候凝全过程中振动，提高水泥浆的致密性和均匀性，已经成为亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术存在的一系列缺陷，本专利技术的目的在于针对上述问题，提供一种机械储能的振动固井装置，包括换能装置13、储能装置5、振动轴17、过载保护装置10和放能触发装置3，
[0006]所述换能装置13用于将流体动能转换成轴的动能并带动振动轴17旋转以产生振动；
[0007]所述储能装置5用于将轴的动能转换成弹性势能并储存起来；
[0008]所述过载保护装置10对储能装置5起过载保护作用；
[0009]在候凝时，通过放能触发装置3将储能装置5储存的机械势能释放产生径向振动，以实现在注水泥、水泥浆顶替和候凝全过程中的振动。
[0010]优选的，所述振动固井装置还包括套管1、胶塞座2、放能触发装置3、上支撑板4、棘轮棘爪机构6、下支撑板7、偏心块Ⅰ8、偏心块Ⅱ16、偏心块Ⅲ19、振动支撑板Ⅰ9、振动支撑板Ⅱ15、振动支撑板Ⅲ18、短传动轴11、传动齿轮Ⅰ12和传动齿轮Ⅱ14，其中，
[0011]上支撑板4与套管1通过螺钉连接；胶塞座2的下端面与上支撑板4的上端面接触；
[0012]放能触发装置3用于释放储能装置5中的弹性势能；
[0013]储能装置5通过螺钉与上支撑板4相连，储能装置5的下端与下支撑板7上端面接触并通过密封圈密封；
[0014]下支撑板7与套管1通过螺钉连接，偏心块Ⅰ8、偏心块Ⅱ16和偏心块Ⅲ19分别通过螺钉与振动轴17连接，通过轴的转动产生偏心振动进而通过振动支撑板Ⅰ9、振动支撑板Ⅱ15与振动支撑板Ⅲ18将振动传递到套管1以进一步传递到环空水泥浆中；
[0015]传动齿轮Ⅰ12和传动齿轮Ⅱ14通过轴肩和开口销轴向定位，通过键连接传递力矩；
[0016]换能装置13通过螺钉与套管1连接，一方面将流体动能转换成轴的动能，另一方面通过传动齿轮Ⅱ14带动振动轴17旋转并产生振动。
[0017]优选的，所述储能装置5包括上密封板501、密封管503、传动轴510、隔板511、末端传动轴516以及多节储能节，储能节包括卷簧上壳502、卷簧外筒504、卷簧下壳505、卷簧506，508和卷簧压板512，其中，
[0018]上密封板501与上支撑板4通过螺钉连接，并用密封圈密封；
[0019]密封管503的上部与上密封板501通过螺纹连接，下部与下支撑板7上端面配合接触并用密封圈密封；
[0020]卷簧上壳502与上密封板501之间、卷簧上壳502与卷簧外筒504之间以及卷簧外筒504与卷簧下壳505之间均通过螺钉连接；
[0021]卷簧506，508的内侧通过卷簧压板512压在传动轴510并用螺钉固连，外侧通过螺钉固连在卷簧外筒504上；
[0022]隔板511通过螺钉与密封管503固连；传动轴510与隔板511轴肩接触；
[0023]上密封板501、密封管503和下支撑板7将内部各储能节密封，避免其在水泥浆或顶替液中转动损失动能；
[0024]末端传动轴516转动带动最下端的卷簧506，508转动，当储存一定的能量带动卷簧外筒504转动进而上一节传动轴510转动，依次重复直至最后一节。
[0025]优选的，棘轮棘爪机构6包括棘爪复位板簧601、棘爪603和棘轮604，棘轮604的孔与末端传动轴516配合并通过键传递力矩，轴向由轴肩和开口销限位。
[0026]优选的，所述换能装置13包括齿轮轴Ⅰ1301、上密封盖1302、齿轮套1303、下密封盖1304、齿轮1305和齿轮轴Ⅱ1306，其中，
[0027]上密封盖1302与下密封盖1304通过螺钉与套管1固连；
[0028]齿轮套1303的上端面与上密封盖1302的下端面接触，下端面与下密封盖1304的上端面接触，并用密封圈密封；
[0029]齿轮1305周侧与齿轮套1303贴合，上下端面分别与上密封盖1302和下密封盖1304贴合。
[0030]优选的，所述放能触发装置3包括碰触杆301、牵引绳302、导块303、开关支撑架304、导架305、压紧弹簧307和棘爪垫块308，其中，
[0031]棘爪603的孔与开关支撑架304上的轴配合，棘爪603的下端面与棘爪垫块308上端面接触，棘爪603的上端面开口销限位，一侧与棘爪复位板簧601接触；
[0032]放能触发装置3的上端部分与胶塞座2接触并由牵引绳302拉紧固定；
[0033]碰触杆301上端面与胶塞座2接触，碰触杆301的下端面由牵引绳302拉紧限位；
[0034]牵引绳302上端固连在碰触杆301下端面，下端固连在棘爪垫块308的右端面；
[0035]导块303和导架305通过螺钉分别固连在胶塞座2和密封管503上，以对牵引绳302进行导向；
[0036]开关支撑架304通过螺钉固连在密封管503上；
[0037]压紧弹簧307限位于开关支撑架304的凹槽中，将棘爪垫块308压紧在开关支撑架304的轴上；
[0038]棘爪垫块308限位于开关支撑架304的凹槽中，一侧与开关支撑架304的轴接触；
[0039]所述过载保护装置10为一个剪断销轴，末端传动轴516与短传动轴11通过剪断销轴连接，剪断销轴起过载保护作用。
[004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机械储能的振动固井装置，包括换能装置(13)、储能装置(5)、振动轴(17)、过载保护装置(10)和放能触发装置(3)，其特征在于，所述换能装置(13)用于将流体动能转换成轴的动能并带动振动轴(17)旋转以产生振动；所述储能装置(5)用于将轴的动能转换成弹性势能并储存起来；所述过载保护装置(10)对储能装置(5)起过载保护作用；在候凝时，通过放能触发装置(3)将储能装置(5)储存的机械势能释放产生径向振动，以实现在注水泥、水泥浆顶替和候凝全过程中的振动。2.根据权利要求1所述的一种机械储能的振动固井装置，其特征在于，所述振动固井装置还包括套管(1)、胶塞座(2)、放能触发装置(3)、上支撑板(4)、棘轮棘爪机构(6)、下支撑板(7)、偏心块Ⅰ(8)、偏心块Ⅱ(16)、偏心块Ⅲ(19)、振动支撑板Ⅰ(9)、振动支撑板Ⅱ(15)、振动支撑板Ⅲ(18)、短传动轴(11)、传动齿轮Ⅰ(12)和传动齿轮Ⅱ(14)，其中，上支撑板(4)与套管(1)通过螺钉连接；胶塞座(2)的下端面与上支撑板(4)的上端面接触；放能触发装置(3)用于释放储能装置(5)中的弹性势能；储能装置(5)通过螺钉与上支撑板(4)相连，储能装置(5)的下端与下支撑板(7)上端面接触并通过密封圈密封；下支撑板(7)与套管(1)通过螺钉连接，偏心块Ⅰ(8)、偏心块Ⅱ(16)和偏心块Ⅲ(19)分别通过螺钉与振动轴(17)连接，通过轴的转动产生偏心振动进而通过振动支撑板Ⅰ(9)、振动支撑板Ⅱ(15)与振动支撑板Ⅲ(18)将振动传递到套管(1)以进一步传递到环空水泥浆中；传动齿轮Ⅰ(12)和传动齿轮Ⅱ(14)通过轴肩和开口销轴向定位，通过键连接传递力矩；换能装置(13)通过螺钉与套管(1)连接，一方面将流体动能转换成轴的动能，另一方面通过传动齿轮Ⅱ(14)带动振动轴(17)旋转并产生振动。3.根据权利要求2所述的一种机械储能的振动固井装置，其特征在于，所述储能装置(5)包括上密封板(501)、密封管(503)、传动轴(510)、隔板(511)、末端传动轴(516)以及多节储能节，储能节包括卷簧上壳(502)、卷簧外筒(504)、卷簧下壳(505)、卷簧(506)，(508)和卷簧压板(512)，其中，上密封板(501)与上支撑板(4)通过螺钉连接，并用密封圈密封；密封管(503)的上部与上密封板(501)通过螺纹连接，下部与下支撑板(7)上端面配合接触并用密封圈密封；卷簧上壳(502)与上密封板(501)之间、卷簧上壳(502)与卷簧外筒(504)之间以及卷簧外筒(504)与卷簧下壳(505)之间均通过螺钉连接；卷簧(506)，(508)的内侧通过卷簧压板(512)压在传动轴(510)并用螺钉固连，外侧通过螺钉固连在卷簧外筒(504)上；隔板(511)通过螺钉与密封管(503)固连；传动轴(510)与隔板(511)轴肩接触；上密封板(501)、密封管(503)和下支撑板(7)将内部各储能节密封，避免其在水泥浆或顶替液中转动损失动能；末端传动轴(516)转动带动最下端的卷簧(506)，(508)转动，当储存一定的能量带动卷
簧外筒(504)转动进而上一节传动轴(510)转动，依次重复直至最后一节。4.根据权利要求3所述的一种机械储能的振动固井装置，其特征在于，棘轮棘爪机构(6)包括棘爪复位板簧(601)、棘爪(603)和棘轮(604)，棘轮(604)的孔与末端传动轴(516)配合并通过键传递力矩，轴向由轴肩和开口销限位。5.根据权利要求4所述的一种机械储能的振动固井装置，其特征在于，所述换能装置(13)包括齿轮轴Ⅰ(1301)、上密封盖(1302)、齿轮套(1303)、下密封盖(1304)、齿轮(1305)和齿轮轴Ⅱ(1306)，其中，上密封盖(1302)与下密封盖(1304)通过螺钉与套管(1)固连；齿轮套(1303)的上端面与上密封盖(1302)的下端面接触，下端面与下密封盖(1304)的上端面接触，并用密封圈密封；齿轮(1305)周侧与齿轮套(1303)贴合，上下端面分别与上密封盖(1302)和下密封盖(1304)贴合。6.根据权利要求5所述的一种机械储能的振动固井装置，其特征在于，所述放能触发装置(3)包括碰触杆(301)、牵引绳(302)、导块(303)、开关支撑架(304)、导架(305)、压紧弹簧(307)和棘爪垫块(308)，其中，棘爪(603)的孔与开关支撑架(304)上的轴配合，棘爪(603)的下端面与棘爪垫块(308)上端面接触，棘爪(603)的上端面开口销限位，一侧与棘爪复位板簧(601)接触；放能触发装置(3)的上端部分与胶塞座(2)接触并由牵引绳(302)拉紧固定；碰触杆(301)上端面与胶塞座(2)接触，碰触杆(301)的下端面由牵引绳(302)拉紧限位；牵引绳(302)上端固连在碰触杆(301)下端面，下端固连在棘爪垫块(308)的右端面；导块(303)和导架(305)通过螺钉分别固连在胶塞座(2)和密封管(503)上，以对牵引绳(302)进行导向；开关支撑架(304)通过螺钉固连在密封管(503)上；压紧弹簧(307)限位于开关支撑架(304)的凹槽中，将棘爪垫块(308)压紧在开关支撑架(304)的轴上；棘爪垫块(308)限位于开关支撑架(304)的凹槽中，一侧与开关支撑架(304)的轴接触；所述过载保护装置(10)为一个剪断销轴，末端传动轴(516)与短传动轴(11)通过剪断销轴连接，剪断销轴起过载保护作用。7.根据权利要求5所述的一种机械储能的振动固井装置，其特征在于，放能触发装置(3)包括开关支撑架Ⅰ(301
″
)、遇水遇油膨胀材料(302
″
)和棘爪垫块Ⅰ(303
″
)，开关支撑架Ⅰ(301
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)通过螺钉与密封管(504)固连，遇水遇油膨胀材料(302
″
)置于开关支撑架Ⅰ(301
″
)的孔槽中，棘爪垫块Ⅰ(303
″
)限位于开关支撑架Ⅰ(301...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹宜勇，齐林山，张伯伦，曲从锋，李浩，丁雨焘，朱文佳，王立琰，刘斌辉，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：