复合固井水力振荡-副本

复合固井水力振荡器

东营市友佳石油机械有限公司前言–固井质量核心问题

随着油田勘探开发的技术进步和老油田的深度开发，复杂层系、难动用储层、特殊结构井逐渐增多，对固井质量的要求也越来越高。目前固井还不能完全实现油田深度、广度勘探开发的质量要求，提高水泥浆的顶替效率和井壁泥饼的清洗仍是提高固井质量的主要因素。为提高固井质量、保护油气层、延长油气井的使用寿命，急需研制和推广新型固井工具及工艺。前言–固井质量核心问题井段钻屑沉淀、套管不居中（偏心）造成水泥浆不能完全覆盖。前言–固井质量核心问题泥浆和地层压差形成泥饼造成第二界面固井质量差。井眼不规则所形成大肚子之内泥浆不能正常流动。前言–固井质量核心问题

水力振荡固井技术

水力振荡固井是近几年来提高水泥浆顶替效率和固井质量的新兴技术。套管水力脉冲振荡，实质上是一种能量的转换，水力振动、脉冲产生波,波把能量作用在介质上,破坏介质颗粒间以及分子间的结构，从而改善钻井液和水泥浆的流变性能，改变介质颗粒和分子的运动状态;使用振动固井技术可提高顶替效率，消除水泥石中的气泡、形成完好的水泥环，缩短候凝时间，防止固井后候凝“失重”时油、气、水窜，有利于提高两个界面的胶结强度，是提高固井质量行之有效的方法之一;最终实现：提高顶替效率；增强水泥环双界面胶结质量。机械振动固井工作原理

水力振荡固井技术

水力机械振动装置安放在套管柱底部，当高压流体通过时，带动装置内的偏心转子转动，产生作用在套管柱上的周期性径向载荷。套管柱在这个周期性载荷（激励）作用下，产生振动。振动波从井底沿套管向上传递，并向环空四周的钻井液、水泥浆扩散，进而在整个环形空间形成振动波场。

水力振荡固井技术

机械振动固井作用:

径向振动使粘附在套管壁上的附着物脱离；径向振荡波增加流体介质颗粒和分子的横向运动力，增强水泥浆向“大肚子”井眼的扩散；

径向振荡波作用在井壁泥饼上，使泥饼颗粒在径向上产生加速度、速度和位移而脱落；径向振动沿套管由下向上传递，使介质颗粒和分子产生轴向加速度、速度和位移，利于水泥浆向“死区”的渗透。液压脉冲固井工作原理

水力液压脉冲装置安放在套管柱底部，当高压流体通过时，带动装置内的节流附件运动，产生作用在套管柱上的周期性轴向载荷和流体压力波动。套管柱在这个周期性载荷（激励）作用下，产生振动。振动波和脉冲波从井底沿套管和流体向上传递，并向环空钻井液、水泥浆扩散，进而在整个环形空间形成震荡波场。

水力振荡固井技术

水力振荡固井技术

液压脉冲固井作用：

形成套管径向水击波，使套管附着物、钻井液、水泥浆、井壁泥饼颗粒在径向上振动；液压脉冲带动套管在轴向上产生振动，使其周围的钻井液、水泥浆等介质颗粒和分子产生轴向加速度、速度和位移；在底部产生脉动压力波，续而沿套管外环空流体向上传播，使介质颗粒和分子同时产生径向和轴向加速度，利于水泥浆对“大肚子”和“死区”钻井液的顶替。

水力振荡固井技术

机械振动固井特点液压脉冲固井特点优点：

结构简单，不会带来任何施工风险；

在底部能产生较强的振荡波。缺点：

振荡波在沿套管向上传递的过程中衰减较快，有效作用井段较短，一般为300m～500m。优点：能同时产生径、轴向水击波；振荡波传播距离长，一般为1000m以上。缺点：

径向振荡波较弱。

在综合现有振动固井技术方案的基础上，并结合涡轮工作的基本原理，设计出集径向和轴向振动于一体的新型涡轮式井下振动固井装置--新型涡轮式振动装置安放在套管柱最底部，在循环、注灰和顶替过程中，钻井液、水泥浆通过承托盘斜孔，作用于心轴上的叶栅，使叶片带着偏心转子旋转，将产生作用在套管柱上的周期性载荷，套管柱在这个周期性载荷（激励）作用下，产生振动，振动波从井底向上传递，进而在整个环形空间形成振动波场，在振动波的作用下，套管柱和钻井液产生振动，振动波冲刷套管柱和井壁上的泥饼、改善钻井液的流变性能，使钻井液易于流动，从而提高顶替效率，利于水泥环与套管柱和井壁胶结，为提高固井胶结质量奠定基础。复合固井水力振荡器

工作原理

一级偏振1stStageMechanicalVibration一级脉冲1stStageHydraulicPulse二级偏振2ndStageMechanicalVibration二级脉冲2ndStageHydraulicPulse复合固井水力振荡器复合固井水力振荡器

复合固井水力振荡器的优点:

结构科学，不增加任何施工风险；在施工排量为0.5m3/min～2.5m3/min时，其振荡频率为10Hz～

70Hz，满足综合提高固井质量振荡频率的要求；径向机械振动和轴向水力脉冲的有机复合，使双振荡波优化叠加，振幅增强，衰减减缓；可以更有效的改善水泥浆流变性能，提高水泥石抗压强度，在早期即可形成高质量的水泥环，有效防止早期油、气、水窜的发生。另外，振动处理后的水泥石更加致密，有利于提高水泥石封固油气水的能力。有效作用井段大于1000m；工作压力1～3MPa。复合固井水力振荡器

复合固井水力振荡器的作用：

振动能降低钻井液粘度并提高固井顶替效率

振动场可以破坏泥浆和水泥浆的凝聚结构，在频率为20～

45Hz的振动场中,钻井液的粘度将下降20%～

30%,有利于清除套管外壁的泥浆膜和井壁的泥饼；在此振动频率范围内,只需5～

15s就可完全清除岩石表面的滤饼。可降低水泥浆的黏度，水泥浆的稠度系数可降低10%～

16%,

，从而提高顶替效率，为固井水泥环一二界面的胶结打好基础；

振动可以缩短水泥浆的候凝时间

可缩短水泥浆的初凝时间和终凝时间，从而更好的防止水气窜；当振动频率在60～80Hz范围内变化时,水泥浆的初凝时间缩短3%～5%,初终凝过渡时间平均缩短了10%～15%。复合固井水力振荡器

振动能提高水泥石强度

不论脉冲振动强或弱,均可提高水泥石的强度。当作用在水泥浆上的频率为

60～

80Hz时,水泥石的强度能提高

10%～

12%

振动能使水泥浆静切力降低，增加界面的胶结强度

振动场可以破坏水泥浆颗粒之间的粘接，造成水相与颗粒间的相对运动，使水泥浆呈液态，减少或消除水泥浆的静切力，增大水泥浆内部的的压力，阻止地层流体的的浸入；使水泥浆环在地层和管壁间形成较好的水力密封；可以补偿环空水泥浆柱在凝固过程中由于体积收缩和静切力增大而造成的压力损失，恢复其静液柱压力，在第一界面形成较高的径向应力；有效防止地层中液体的浸入；复合固井水力振荡器主要技术参数:规格型号ZDQ-114（41/2〞)ZDQ-140（51/2〞)ZDQ-178（7〞)总长度1000mm1200mm1200mm本体外径114.3mm139.7mm177.8mm主体材质35CrMo两端连接扣型两端扣型依据用户要求选用或加工工作排量0.5～2.5m3/min振动频率10～70Hz工作压力1～3MPa使用时间80～100h振动范围﹥1000m适用井径152.4mm215.9mm244.5mm

常规套（尾）管射孔完井管串组合（自下而上）：

：

浮鞋1只+ZDQ复合固井振荡器1套+套管1根+浮箍1只+

套管串+联顶节；浮鞋1只+ZDQ复合固井振荡器1套+尾管1根+浮箍1只+尾管串+尾管悬挂器+伴送钻杆；复合固井水力振荡器适用范围及要求：

该装置在不同的固井注替排量下，振动频率可发生相应变化；在满足其工作性能的前提下，保证装置结构的可靠性能，避免在遇到大颗粒杂质卡转时，出现流道堵塞、憋泵等井下事故。而且不受井深及井类型限制，可用于直井、大位移井、定向井及水平井井下工作。为保证该装置在井下工作过程中发挥较好的性能，在固井过程中注替排量在井况允许的情况下，尽可能的提高注替排量；最好不低于1.0m3/min；复合固井水力振荡器---地面试验视频

0.5m3/min