一种液力脉动下套管装置及方法与流程

本发明属于石油钻井工具领域，尤其涉及一种液力脉动下套管装置及方法。

背景技术：

在大位移井、水平井固井过程中，因井壁与套管摩擦力大，套管下入受阻情况经常发生。传统处理方法是进行长时间循环以清理井筒，减小磨阻。近年来使用的漂浮下套管技术，可以有效的解决下套管磨阻的问题，但也带来了井控风险增加等问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种液力脉动下套管装置及方法，它能在不增加井控风险的前提下，有效解决套管下入磨阻大的问题；同时能够提高固井质量。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种液力脉动下套管装置，至少包括套管，还包括安装在井口的灌浆循环装置，灌浆循环装置下端连接有套管，套管延伸至井内部分连接有液力脉动阀，套管的下端端口连接有旋转引鞋。

还包括扶箍，扶箍连接在液力脉动阀和旋转引鞋之间，扶箍的上端与液力脉动阀的下端口连接。

所述的液力脉动阀包括壳体和液力脉冲发生装置；所述的壳体为中空管状，壳体的两端有螺纹，壳体内过盈连接有液力脉冲发生装置。

所述的液力脉冲发生装置是为柱状体，液力脉冲发生装置的前段为圆柱形，后段为锥形导流段；液力脉冲发生装置中心设有管孔，液力脉冲发生装置前段一端沿轴向中心设有流入通道，另一端沿横断面方向对称设有二个流出口。

所述的流出口为圆柱孔状结构。

所述的流入通道包括前段锥形收缩段和后段矩形截面的整流段；正对流入通道设有与流入通道连通的偏转腔，正对偏转腔设有与偏转腔连通的涡流腔，涡流腔的两侧与涡流腔垂直方向开有流出口；沿涡流腔上下水平切线方向设有第一反馈通道和第二反馈通道，第一反馈通道和第二反馈通道的两端分别与偏转腔和涡流腔连通。

所述的流入通道、第一反馈通道、第二反馈通道、偏转腔和涡流腔的横截面均为矩形。

一种液力脉动下套管的方法，首先将灌浆循环装置安放在井口，悬挂于大钩下方，泥浆出口插入套管内；当下套管受阻时，使用灌浆循环装置，开始循环；当循环泥浆流过液力脉冲阀时，套管内泥浆产生压力脉动，带动套管柱产生轴向震动；在此震动的作用下，套管柱与井壁之间的磨阻降低，套管可顺利下入；此时，边循环边下入套管，旋转引鞋在泥浆驱动下旋转，对引鞋旋转头所在井底进行清理和井壁修整。

本发明的有益效果：

1、本发明避免了常用的悬浮下套管技术所带来的井控风险。

2、本发明在固井过程中产生轴向震动，提高了固井质量。

3、本发明提供的液力脉动阀通过特殊的液流通道设计，使液力脉动阀上段套管内流体产生压力的脉冲，在该脉冲的作用下，套管产生轴向伸缩，形成套管柱振动。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的下套管系统布置示意图；

图2是本发明的液力脉动阀结构示意图；

图3是本发明的液力脉动阀阀芯示意图；

图4是本发明的液力脉动阀阀芯流道示意图；

图5是本发明的液力脉动阀阀芯a-a剖面示意图；

图6是本发明的液力脉动阀流场速度矢量示意图。

图中，1、灌浆循环装置；2、套管；3、壳体；4、液力脉动阀；5、旋转引鞋；6、扶箍；7、液力脉冲发生装置；8、流入通道；9、流出口；10、偏转腔；11、涡流腔；12-第一反馈通道；13、第二反馈通道。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

根据图1-6所示的一种液力脉动下套管装置，至少包括套管2，

还包括安装在井口的灌浆循环装置1，灌浆循环装置1下端连接有套管2，套管2延伸至井内部分连接有液力脉动阀4，套管2的下端端口连接有旋转引鞋5。

优选的是所述的液力脉动阀4包括壳体3和液力脉冲发生装置7；所述的壳体3为中空管状，壳体3的两端有螺纹，壳体3内过盈连接有液力脉冲发生装置7。

本发明中使用的旋转引鞋5可采用市场上成熟的产品，并在其外侧壁上焊接有硬质合金块，使旋转引鞋增加了井壁修整功能。

本发明中使用的灌浆循环装置1可以采用市场上技术成熟的产品，只要能够实现带压循环功能即可。

本发明中使用的扶箍6可采用市场上成熟的扶箍产品。

本发明所述的方法为：首先将灌浆循环装置1安放在井口，悬挂于大钩下方，泥浆出口插入套管内。当下套管2受阻时，使用灌浆循环装置1，开始循环。当循环泥浆流过液力脉冲阀4时，套管2内泥浆产生压力脉动，带动套管柱产生轴向震动。在此震动的作用下，套管柱与井壁之间的磨阻降低，套管2可顺利下入。此时，边循环边下入套管2，旋转引鞋5在泥浆驱动下旋转，对引鞋旋转头所在井底进行清理和井壁修整。

本发明提供的液力脉动下套管方法，是一种灌浆循环装置、液力脉动阀、扶箍、旋转引鞋共同作用下的低磨阻套管下入方法。当套管下入完成后，开始注入固井水泥浆。在固井水泥浆流经所述的液力脉动阀4时，套管2内水泥浆产生压力脉动，带动套管柱产生轴向震动。在此震动的作用下，环空内的水泥浆会更加致密，这提高了固井质量。

实施例二：

根据图2-6所示的一种液力脉动下套管装置，所述的液力脉冲发生装置7是为柱状体，液力脉冲发生装置7的前段为圆柱形，后段为锥形导流段；液力脉冲发生装置7中心设有管孔，液力脉冲发生装置7前段一端沿轴向中心设有流入通道8，另一端沿横断面方向对称设有二个流出口9。

优选的是所述的流入通道8包括前段锥形收缩段和后段矩形截面的整流段；正对流入通道8设有与流入通道8连通的偏转腔10，正对偏转腔10设有与偏转腔10连通的涡流腔11，涡流腔11的两侧与涡流腔11垂直方向开有流出口9；沿涡流腔11上下水平切线方向设有第一反馈通道12和第二反馈通道13，第一反馈通道12和第二反馈通道13的两端分别与偏转腔10和涡流腔11连通。

优选的是优选的是所述的流入通道8、第一反馈通道12、第二反馈通道13、偏转腔10和涡流腔11的横截面均为矩形。

优选的是所述的流出口9为圆柱孔状结构。

如图6所示，流体从流入通道8以一定的流速流入偏转腔10，由于附壁射流效应，流体将沿偏转腔10的某一侧边流动，并在偏转腔10未端侧壁作用下发生偏转，流入涡流腔11并从流出口9流出。此时，流体将在偏转腔10中形成涡流，该涡流对沿上侧边流动的流体起到稳定作用。随着流体持续流入涡流腔11，将在涡流腔11内形成逆时针流向的涡流。在涡流的离心作用下，入口压力持续升高。

随着涡流腔11内流体涡流的加强，部分流体沿第一反馈通道和第二反馈通道引导到偏转腔10始端，然后流入通道未端，对入射流体产生向下的冲击，迫使入射流体流向发生偏转，流体在附壁作用下，沿偏转腔10下侧壁流动。此时，涡流腔11内涡流被破坏，入口压力降低。

随着流体不断沿偏转腔10下侧壁流入涡流腔11，在涡流腔11内形成顺时针涡流，入口压力再次持续升高。如此循环，使输入压力产生脉冲。

综上所述，本发明通过灌浆循环装置1、液力脉动阀4、旋转引鞋5使得套管2在液力脉动阀的作用下，套管2的管内流体产生压力脉冲。在该脉冲的作用下，套管2产生轴向伸缩，形成套管柱机械振动。该振动的有益效果为：降低套管下入过程中井壁对套管产生的磨阻；增加回井水泥浆密度，提高回井质量。旋转引鞋5在套管2内流体的驱动下，产生旋转，通过焊接在其上的硬质合金块对井壁进行修整，进一步减少井壁对套管2的磨阻。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。