一种强化固井质量的井下装置的制作方法

1.本实用新型属于固井设备技术领域，具体涉及一种强化固井质量的井下装置。


背景技术：

2.在石油开发工程中，钻井完成后，需要对井筒进行固井作业，防止地层中的流体混窜。振动固井装置可提高固井质量，常见的振动固井装置有机械式、脉冲式、压电陶瓷式、磁致伸缩式和声频式振动固井装置。但是上述固井装置在各个方向的振动力不是相同的，不同方向固井水泥浆受力不同地层会出现填充不均匀的问题。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是提供一种强化固井质量的井下装置，以提高固井水泥浆在地层中填充的均匀性，提高固井质量。
4.为达上述目的，本实用新型提供了一种强化固井质量的井下装置，包括连续管，所述连续管的下端连接有一级驱动装置，所述一级驱动装置下端连接有二级上壳体，所述二级上壳体下端通过二级下连接头连接有二级下壳体，所述二级下壳体的侧壁设置有若干上振动器与若干下振动器，所述二级下壳体内设有用于驱动上振动器与下振动器的二级驱动轴，所述二级上壳体内设置有驱动二级驱动轴的二级驱动组件。
5.进一步的，所述上振动器包括上振动杆，所述上振动杆一端插设于所述二级下壳体，所述上振动杆的另一端连接有上振动片，所述上振动杆与所述二级下壳体内壁之间设有第一弹力件。
6.进一步的，所述下振动器与所述上振动器结构相同，且所述上振动器的上振动片与所述下振动器的下振动片在竖向上交叉布置。
7.进一步的，所述一级驱动装置包括一级壳体，所述一级壳体上端与所述连续管通过一级上连接头连接，所述一级壳体的下端通过一级下连接头连接有密封轴承，所述一级壳体内设有一级驱动轴，所述一级驱动轴在轴向设有流体通道，所述一级驱动轴上部的侧壁开设有配流孔，所述一级壳体侧壁的中部设有泄压孔，所述一级驱动轴上部穿过所述一级上连接头且与其贴合，所述一级驱动轴与所述一级上连接头之间为滑动副，所述一级驱动轴的下部穿过所述一级下连接头并位于所述密封轴承内，所述一级驱动轴中部的侧壁与所述一级壳体内壁贴合，所述一级驱动轴中部与所述一级下连接头之间连接有一级复位弹簧，所述密封轴承内侧设有回转结构。
8.进一步的，所述密封轴承包括上支座与下支座，所述上支座的上端与所述一级下连接头连接，所述上支座的下端与所述下支座转动连接，所述下支座的下端与所述二级上壳体连接，所述回转结构包括若干驱动柱，所述一级驱动轴下部的侧壁设有螺旋驱动槽，所述驱动柱一端位于所述螺旋驱动槽内，所述驱动柱另一端与所述下支座连接。
9.进一步的，所述二级驱动轴包括十字形轴体，所述十字形轴体下部的侧壁设有与上振动器匹配的上振动凸台，以及与下振动器匹配的下振动凸台。
10.进一步的，所述二级驱动组件包括二级上连接头，所述二级上连接头在轴向设有若干流体流动通道，所述二级上壳体的上端与所述密封轴承通过二级上连接头连接，所述二级驱动轴在轴向设有t形泄流通道，所述二级驱动轴上部穿过所述二级上连接头且与其贴合设置，所述二级驱动轴中部的侧壁与所述二级上壳体内壁贴合，所述二级驱动轴中部的下侧与所述二级下连接头之间连接有二级复位弹簧。
11.进一步的，所述连续管与所述一级壳体之间设有一级定位器，所述一级定位器包括固定支座，所述固定支座套设于所述一级上连接头，所述固定支座的周侧连接有定位杆一端，所述定位杆另一端连接有定位轮。
12.进一步的，所述一级壳体与所述密封轴承之间设有二级定位器，所述二级定位器与所述一级定位器结构相同。
13.进一步的，所述二级下壳体侧壁设有三级定位器，所述三级定位器包括若干三级定位杆，所述三级定位杆一端连接有三级定位轮，所述三级定位轮套设有橡胶套，所述三级定位杆另一端插设于所述二级下壳体，所述二级下壳体内壁与所述三级定位杆之间设有第二弹力件，所述二级驱动轴的下部套设有定位凸台，所述定位凸台与所述三级定位杆相匹配。
14.本实用新型的优点是：本实用新型提供这种强化固井质量的井下装置，通过二级驱动轴同时驱动上振动器与下振动器，多个上振动器与多个下振动器同步运动，使得各个方向的振动力是相同的，从而可以提高固井水泥浆在地层中填充的均匀性，提高固井质量；设置的多级定位器可以对该装置进行精确的定位，实现该装置轴线与套管轴线精确重合，提高了振动片的使用寿命；设置的回转机构可以对该装置下部分回转，使得该装置可以对套管的不同方向进行振动，实现对套管内壁各个方向的均匀振动，保障了套管外侧的固井水泥均匀填充。
15.下面结合附图和实施例对本实用新型做详细说明。
附图说明
16.图1是本实用新型一级驱动轴和二级驱动轴运动至最下端的结构示意图。
17.图2是本实用新型初始状态的结构示意图。
18.图3是二级下壳体的内部结构示意图。
19.图4是图2中a-a处的剖视图。
20.图5是图1中a处的放大示意图。
21.图6是一级驱动轴的结构示意图。
22.图7是二级驱动轴的结构示意图。
23.图8是图1中b处的放大示意图。
24.附图标记说明：1、连续管；2、一级驱动装置；201、一级壳体；202、一级上连接头；203、一级下连接头；204、密封轴承；2041、上支座；2042、下支座；2043、上压盖；2044、内凸台；2045、上滚珠；2046、上限位架；2047、下滚珠；2048、下限位架；205、一级驱动轴；2051、一级上密封环；2052、一级中密封环；2053、一级下密封环；206、流体通道；207、配流孔；208、泄压孔；209、一级复位弹簧；210、回转结构；2101、驱动柱；2102、螺旋驱动槽；211、溢流孔；212、导向凸台；213、导向槽；3、二级上壳体；4、二级下连接头；5、二级下壳体；6、上振动器；
601、上振动杆；602、上振动片；603、第一弹力件；7、下振动器；8、二级驱动轴；801、上振动凸台；802、下振动凸台；803、定位凸台；804、二级上密封环；805、二级中密封环；9、二级驱动组件；901、二级上连接头；902、二级复位弹簧；903、流体流动通道；904、t形泄流通道；10、一级定位器；101、固定支座；102、定位杆；103、定位轮；11、二级定位器；12、三级定位器；121、三级定位杆；122、三级定位轮；123、橡胶套；124、第二弹力件；125、三级定位器槽；13、上振动器槽。
具体实施方式
25.为进一步阐述本实用新型达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本实用新型的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。
26.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“对齐”、“重叠”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
28.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
29.实施例1
30.本实施例提供了一种如图1～图8所示的强化固井质量的井下装置，包括连续管1，连续管1的下端连接有一级驱动装置2，一级驱动装置2下端连接有二级上壳体3，二级上壳体3下端通过二级下连接头4连接有二级下壳体5，具体的，二级下连接头4的两端分别与二级上壳体3和二级下壳体5螺纹连接，二级下壳体5的侧壁设置有若干上振动器6与若干下振动器7，二级下壳体5内设有用于驱动上振动器6与下振动器7的二级驱动轴8，二级上壳体3内设置有驱动二级驱动轴8的二级驱动组件9。使用时，二级驱动轴8同时驱动上振动器6与下振动器7，多个上振动器6与多个下振动器7同步运动，使得各个方向的振动力是相同的，从而可以提高固井水泥浆在地层中填充的均匀性，提高固井质量。而且该装置结构简单，可通过连续管1下入套管的任意位置，实现对固井质量的强化作用。
31.进一步的，如图1～3所示，上振动器6包括上振动杆601，二级下壳体5的侧壁开设有上振动器槽13，上振动杆601一端通过上振动器槽13插入二级下壳体5，上振动杆601的另一端连接有上振动片602，上振动杆601与二级下壳体5内壁之间设有第一弹力件603，具体的，上振动杆601的侧壁开设有安装槽，第一弹力件603的一端与安装槽固定，其另一端与上振动器槽13的内侧固定，第一弹力件603使得上振动杆601与上振动凸台801始终保持贴合。在平面上，上振动片602轴线和相邻的一级定位器10的定位杆102轴线重合。更为具体的，上
振动片602的最外侧设有环形齿条，在上振动片602与套管内壁接触时，环形齿条的面积较小可提高振动片的振动效果。
32.进一步的，如图1～4所示，下振动器7与上振动器6结构相同，且上振动器6的上振动片602与下振动器7的下振动片在竖向上交叉布置。更为具体的，上振动器6与下振动器7的数量均为四，且在二级下壳体5侧壁环形均布。
33.进一步的，如图1～2所示，一级驱动装置2包括一级壳体201，一级壳体201上端与连续管1通过一级上连接头202连接，具体的，一级上连接头202的两端与一级壳体201和连续管1螺纹连接，一级壳体201的下端通过一级下连接头203连接有密封轴承204，具体的，一级下连接头203的两端与一级壳体201和密封轴承204螺纹连接，一级壳体201内设有一级驱动轴205，如图6所示，一级驱动轴205呈十字形，一级驱动轴205在轴向设有流体通道206，流体通道206用于流通流体，流体可为水、钻井液和压缩空气。一级驱动轴205上部的侧壁开设有配流孔207，具体的，配流孔207位于一级驱动轴205上部的最下侧，用于将高压流体分配给一级驱动轴205，驱动一级驱动轴205上下运动。
34.如图1和图2所示，一级驱动轴205上部穿过一级上连接头202且与其贴合，具体的，一级驱动轴205上部的侧壁开设有一组一级上密封槽，一级上密封槽内设有一级上密封环2051，一级上密封环2051的外侧与一级上连接头202的内侧紧密贴合，从而保证气密性；一级驱动轴205与一级上连接头202之间为滑动副，具体的，一级上连接头202内侧设置有竖向的导向槽213，如图1和图6所示，一级驱动轴205上部的侧壁设有导向凸台212，设置的导向凸台212与导向槽213配合，从而防止一级驱动轴205自转；一级驱动轴205的下部穿过一级下连接头203并位于密封轴承204内，具体的，一级驱动轴205下部的侧壁开设有一组一级下密封槽，一级下密封槽内设有一级下密封环2053，一级下密封环2053的外侧与一级下连接头203的内侧紧密贴合；一级驱动轴205中部的侧壁与一级壳体201内壁贴合，具体的，一级驱动轴205中部的侧壁设有一组一级中密封槽，一级中密封槽内设有一级中密封环2052，一级中密封环2052的外侧与一级壳体201的内壁紧密贴合，一级驱动轴205中部与一级下连接头203之间连接有一级复位弹簧209，密封轴承204内侧设有回转结构210。
35.如图1和图2所示，一级壳体201侧壁的中部设有泄压孔208，一级壳体201在泄压孔208的下方还设置有溢流孔211，当一级中密封环2052运动至泄压孔208下部时，一级壳体201上部的流体排出至一级壳体201外部。一级驱动轴205向上运动时，流体通过溢流孔211流入一级壳体201内，当一级驱动轴205向下运动时，流体通过溢流孔211流出一级壳体201内。一级中密封环2052下行至泄压孔208下部时，一级复位弹簧209提供向上的动力，驱动一级驱动轴205上行。
36.进一步的，如图1和图5所示，密封轴承204包括上支座2041与下支座2042，上支座2041的上端与一级下连接头203螺纹连接，上支座2041的下端与下支座2042转动连接，具体的，下支座2042的上部穿过上支座2041的下端，下支座2042上部的侧壁开设有一组密封槽，密封槽内设有密封环，密封环外侧与上支座2041下端的内侧壁紧密贴合，下支座2042的上端螺纹连接有上压盖2043，上压盖2043与上支座2041的内凸台2044之间设有上限位架2046与若干上滚珠2045，上压盖2043的下部设有环形凹槽，内凸台2044的上侧设有环形凹槽，上滚珠2045的上部与上压盖2043下部的环形凹槽接触，中部穿过上限位架2046并与之接触，下部与内凸台2044上部的环形凹槽接触，上限位架2046对上滚珠2045之间的相对位置起到
限位的作用，从而保障上支座2041与下支座2042之间的转动；上支座2041的下部与下支座2042之间设有下限位架2048与若干下滚珠2047，上支座2041的下部与下支座2042的上部均设有环形凹槽，下滚珠2047的上部与上支座2041下部的环形凹槽接触，中部穿过下限位架2048并与之接触，下部与下支座2042上部的环形凹槽接触，下限位架2048对下滚珠2047之间的相对位置起到限位作用，确保下支座2042做回转运动。下支座2042的下端与二级上壳体3连接，回转结构210包括若干驱动柱2101，一级驱动轴205下部的侧壁设有螺旋驱动槽2102，驱动柱2101一端位于螺旋驱动槽2102内，驱动柱2101另一端与下支座2042连接。在一级驱动轴205向下运动时，会通过螺旋驱动槽2102与驱动柱2101驱动密封轴承204的下支座2042旋转。
37.进一步的，如图2和图7所示，二级驱动轴8包括十字形轴体，十字形轴体下部的侧壁固定有与上振动器6匹配的上振动凸台801，以及与下振动器7匹配的下振动凸台802，具体的，上振动凸台801与下振动凸台802均为倒置圆台形。上振动凸台801用于和上振动杆601接触，使上振动杆601做径向运动，下振动凸台802用于和下振动杆接触，使下振动杆做径向运动。进一步的，上振动杆601与下振动杆位于二级下壳体5内部的一端均倾斜向上设置，从而便于上振动凸台801与下振动凸台802配合使用。在二级驱动轴8进行上下运动时，当二级驱动轴8运动到最下端时，上振动凸台801的侧壁与上振动杆601、下振动凸台802的侧壁与下振动杆始终保持贴合状态，从而保障装置流畅运行。
38.进一步的，如图2和图8所示，二级驱动组件9包括二级上连接头901，二级上连接头901在轴向设有若干流体流动通道903，具体的，流体流动通道903的数量为六个，且呈圆周阵列分布，二级上壳体3的上端与密封轴承204通过二级上连接头901连接，具体的，二级上连接头901的两端分别与二级上壳体3和密封轴承204螺纹连接，二级驱动轴8在轴向设有t形泄流通道904，具体的，t形泄流通道904的横向通道位于二级驱动轴8的上部。二级驱动轴8上部穿过二级上连接头901且与其贴合设置，具体的，二级驱动轴8上部的侧壁开设有两组二级上密封槽，两组二级上密封槽分别位于横向通道的上下两侧，二级上密封槽内设有二级上密封环804，二级上密封环804的外侧与二级上连接头901的内侧紧密贴合；二级驱动轴8中部的侧壁与二级上壳体3内壁贴合，二级驱动轴8中部的侧壁开设有一组二级中密封槽，二级中密封槽内设有二级中密封环805；二级驱动轴8中部的下侧与二级下连接头4之间连接有二级复位弹簧902。当装置未工作时，二级复位弹簧902支撑二级驱动轴8，使二级驱动轴8保持在初始位置。当二级驱动轴8运动至最低位置时，二级复位弹簧902提供向上的弹簧力，驱动二级驱动轴8上行。
39.进一步的，如图1和图2所示，连续管1与一级壳体201之间设有一级定位器10，一级定位器10包括固定支座101，固定支座101套设于一级上连接头202，具体的，固定支座101与一级上连接头202螺纹连接，固定支座101的周侧连接有定位杆102一端，具体的，定位杆102与固定支座101螺纹连接，以便于拆装，定位杆102另一端连接有定位轮103，定位轮103可以在定位杆102上自由转动，具体的，定位轮103为金属材质，从而可以防止定位轮103变形，确保定位效果。
40.进一步的，定位杆102相对于固定支座101向下倾斜一定角度，定位杆102的倾斜角度以及长度均由套管的内径确定，在使用时，可以根据套管直径与定位杆102的倾斜度及长度选取相应的井下装置。
41.进一步的，如图1和图2所示，一级壳体201与密封轴承204之间设有二级定位器11，二级定位器11与一级定位器10结构相同。进一步的，一级定位器10与二级定位器11中定位杆102的数量均为四个，在平面上，一级定位器10和二级定位器11两相邻定位杆102中线的夹角为45
°
，以提高定位效果。
42.进一步的，如图2和图3所示，二级下壳体5侧壁设有三级定位器12，三级定位器12包括若干三级定位杆121，三级定位杆121一端连接有三级定位轮122，三级定位轮122套设有橡胶套123，定位杆102另一端插设于二级下壳体5，二级下壳体5内壁与三级定位杆121之间设有第二弹力件124，具体的，二级下壳体5侧壁开设有三级定位器槽125，三级定位杆121通过三级定位器槽125插入二级下壳体5，三级定位杆121位于二级下壳体5内部的侧壁开设有安装槽，第二弹力件124的一端与安装槽固定，其另一端与三级定位器槽125内侧固定。二级驱动轴8的下部还套设有定位凸台803，具体的，定位凸台803与二级驱动轴8螺纹连接，定位凸台803与三级定位杆121相匹配，定位凸台803为倒置的圆台形，三级定位杆121与定位凸台803接触的一端为倾斜向上的斜面，以便于和定位凸台803配合使用，设置的第二弹力件124使得三级定位杆121与定位凸台803始终处于贴合状态。在平面上，三级定位器12和一级定位器10相邻两个定位杆102的中线重合。
43.上述第一弹力件603与第二弹力件124均为气动弹簧；密封槽每组数量至少为两个，以确保密封效果。
44.工作过程:
45.在使用时，连续管1通过lz580/73t型连续管作业机下放，通过连续管作业机的收放调整连续管1的上行和下行，进而调整该装置的工作高度。在连续管作业机的另一端，连续管1与高压流体发生装置连接，具体的高压流体发生装置可为f1300型泥浆泵或者rm75ie型空压机，然后将该装置下放至井内的套管中，下放至工作高度后，外接设备通过连续管1输入高压流体，高压流体首先进入一级驱动轴205的流体通道206，进入流体通道206的高压流体一部分通过配流孔207进入一级壳体201，此时高压流体对一级驱动轴205的中部产生向下的压力，使得一级驱动轴205向下运动，当一级驱动轴205向下运动时，会通过螺旋驱动槽2102与驱动柱2101驱动密封轴承204的下支座2042正转，当一级中密封环2052运动至泄压孔208下部时，一级壳体201上部的流体排出至一级壳体201外部，此时一级驱动轴205上部流体产生的向下作用力小于一级复位弹簧209向上的弹力，一级复位弹簧209驱动一级驱动轴205上行，在一级驱动轴205向上运动时，通过螺旋驱动槽2102与驱动柱2101驱动密封轴承204的下支座2042回转至初始位置；
46.流体通道206的另一部分高压流体通过二级上连接头901上的流体流动通道903进入二级上壳体3内，高压流体对二级驱动轴8的中部产生向下的压力，驱动二级驱动轴8向下运动，当t形泄流通道904运动至二级上连接头901下部时，二级上壳体3内的高压流体通过t形泄流通道904输送至振动装置外部，此时，二级复位弹簧902产生的向上作用力大于二级驱动轴8上部流体产生的向下作用力，驱动二级驱动轴8上行。二级驱动轴8下行，带动上振动凸台801、定位凸台803和下振动凸台802下行，定位凸台803推动三级定位杆121驱动三级定位轮122先于上振动片602和下振动片接触套管内壁。当二级驱动轴8继续下行时，三级定位轮122的橡胶部分被压缩，实现对振动器的精确定位。当三级定位轮122的橡胶部分被压缩至最大压缩量时，上振动器6和下振动器7的振动片与套管内壁接触，振动片周期性的与
套管内壁接触，使套管产生振动，套管将振动传递至套管外侧的水泥浆，使水泥浆能充分的、均匀的填充套管外部空间；对该装置下部分的回转，实现对套管内壁各个方向的均匀振动，以确保套管外侧的固井水泥均匀填充。
47.以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。