随行振动固井方法

摘要

本发明公开了一种随行振动固井方法，该方法能够在固井过程中随着橡胶塞套在套管中一边下行一边振动，当橡胶塞套下行到井底碰压浮箍停止后，橡胶塞套继续振动直至水泥浆初凝之前再停止其振动的工作。本发明能够实现从井口到井底全井段的随行振动，既克服了胶塞的单一功能，又实现了活动全井段套管的目标，达到改善套管与水泥的界面胶结质量，提高水泥石强度，使其具有更优的应用效果；在不改变现有生产和施工工艺的基础上，沿用传统胶塞的顶替功能，应用套管共振原理，随着橡胶塞套在套管中行走，实现从井口振动到井底全井段的随行振动，既克服了胶塞功能单一，又能产生与油井套管固有频率相同的振动波，有效、明显提高固井质量。

主权项

一种随行振动固井方法，包括油井套管(29)、橡胶塞套(2)和自锁端头(1)，还包括水泥浆替浆工艺，其特征是： 本方法所使用的机械谐振器由金属壳体(4)、自锁端头(1)、偏心转子(3)、调速电机(5)、电源配置器(6)、程控处理器(7)和后端封头(8)构成，自锁端头(1)配合安装在金属壳体(4)的前端头上，并与其前端头焊接为一体；橡胶塞套(2)套装在金属壳体(4)上并与其硫化固定；在金属壳体(4)后端口上固装的后端封头(8)将金属壳体(4)的内腔密封，金属壳体(4)的密封承压压力值大于等于35MPa；金属壳体(4)内腔配合安装着偏心转子(3)、调速电机(5)、电源配置器(6)和程控处理器(7)；调速电机(5)的输出转轴上固装的偏心转子(3)由调速电机(5)驱动旋转；调速电机(5)由电源通过与其电源输入端口配合连接的电源配置器(6)提供工作动力，并由程控处理器(7)调控调速电机(5)转速以驱使偏心转子(3)进行机械振动，程控处理器(7)通过无线电与遥控器相配合连接；①事先根据所在地油田设计的井身结构和与其配合所用的油井套管(29)，通过现有振动力学算法计算出油井套管(29)的固有频率f0作为本机械谐振器的偏心转子(3)在油井套管(29)内随行振动的基准频率f0，将前置液(31)和水泥浆(30)经油井井口水泥头(28)注入油井套管(29)内所需时间T1设定为本机械谐振器延时启动的时间T1，使其在小于T1处于待机状态，在大于等于T1之后，自动开启以驱动其偏心转子(3)旋转振动，根据固井用水泥浆(30)的初凝时间T，确定随行振动的总时间T0 为T0＝[T－T1－ΔT]，ΔT∈[10，30] Min；②在固井之前，打开本机械谐振器的电源开关，使本机械谐振器处于待机状态，利用传统胶塞与油井套管(29)内的相配合使用方法，先把待机状态的金属壳体(4)上固装有橡胶塞套(2)的本机械谐振器装入水泥头(28)内后，通过无线电将上述参数f0、T0和T1传送、输入至本机械谐振器中的程控处理器(7)，再采用传统固井工艺，当完成前置液(31)和水泥浆(30)挤入工艺所需时间到达T1之时，本机械谐振器由程控处理器(7)将其由待机状态调控为启动工作状态，驱动偏心转子(3)旋转以使橡胶塞套(2)开始振动；在完成水泥浆(30)挤入工艺后，将安装于水泥头(28)上的水泥浆入口(27)上的阀门关闭，停止向油井套管(29)内注入水泥浆(30)，并且打开安装于水泥头(28)上的顶替液入口(25)上的阀门，向油井套管(29)内注入顶替液，开始水泥浆替浆工艺，当顶替液持续注入油井套管(29)顶压处于裸井(26)内井壁与油井套管(29)之间的钻井液(32)时，本机械谐振器按照顶替液注入油井套管(29)内的顶替排量确定的速度下行，且由本机械谐振器的偏心转子(3)驱动振动的橡胶塞套(2)以事先输入程控处理器(7)的基准频率f0驱动偏心转子(3)在振动频率f0保持振动，当本机械谐振器下行降至该油井套管(29)底端碰压位于油井套管(29)底端处的浮箍(33)时，则停止移位，仍依照原先输入程控处理器(7)的基准频率f0使偏心转子(3)的振动频率设定在f0进行振动，直至偏心转子(3)保持在基准频率f0连续振动所需总时间达到T0时，程控处理器(7)调控本机械谐振器停机，并使本机械谐振器最终留置固定于该油井套管(29)底端。