一种井下振动固井工具技术领域
本发明涉一种井下振动固井工具。
背景技术
在固井过程中，振动水泥浆是提高固井质量的有效技术手段之一。国内外振动固
井工具按作用原理可分为水力脉冲式、机械式、磁致伸缩式、压电陶瓷式、声频式、
地面环空水力或空气脉冲式等振动固井工具，其中水力脉冲式振动固井工具应用最为
广泛。
水力脉冲式振动固井工具仅能在注水泥、顶替水泥浆过程中产生振动，无法在候
凝过程中实现振动。实验证明，在水泥浆候凝过程中进行振动是提高固井质量的关键
步骤。机械式、磁致伸缩式、压电陶瓷式、声频式、地面环空水力或空气脉冲式等振
动固井工具虽然能够在水泥浆候凝过程中实现振动，但是需要地面线缆供电和自带附
属设备，改变了常规固井工艺，造成固井现场施工复杂。因此迫切需要一种既不改变
常规固井工艺又能在水泥浆候凝过程中实现振动的固井工具。
发明内容
为了发明一种不改变常规固井工艺又能在水泥浆候凝过程中实现振动的固井工
具，本发明提供了一种井下振动固井工具，该井下振动固井工具能够在不改变常规固
井工艺的情况下，使水泥浆在候凝阶段产生振动，从而有效提高固井质量。
一种井下振动固井工具，包括:
电机振动组件，用于产生径向振动，电机振动组件含有电机；
电池供电组件，用于为电机振动组件供电，电池供电组件含有电池；
按压开关，用于开关电机振动组件，该按压开关与电机振动组件和电池供电组件
连接。
电机振动组件位于电池供电组件的下方，该按压开关位于电池供电组件的上部。
该按压开关包括动触头、静触头和用于使动触头复位的复位部件，静触头与电池
供电组件固定连接，静触头位于所述动触头的下方，所述动触头能够上下往复移动。
电池供电组件包括本体和筒形的上盖，上盖固定于本体的上端，上盖的内壁设有
安装环，电池设置于本体内，静触头的下端与电池的两级中的一极电连接，所述动触
头插接于安装环，所述动触头通过线缆与电机的两级中的一极电连接，电池的两级中
的另一极通过线缆与电机的两级中的另一极电连接。
本体含有内筒和外筒，该内筒套设于该外筒内，多个电池设置于所述内筒和外筒
之间的环形空间内，所述动触头包括开关下杆和插头，开关下杆沿竖直方向设置，插
头固定于开关下杆的下端，插头位于安装环的下方，开关下杆密封插接于安装环，该
内筒的上端与安装环密封连接，该外筒的上部与上盖的下端密封连接。
上盖的上端内插接有筒形的胶塞座，胶塞座的侧壁内插接有开关上杆，开关上杆
沿竖直方向设置，开关上杆能够上下移动，开关上杆的下端与开关下杆的上端连接，
当电机振动组件处于关闭状态时，开关上杆的上端露出胶塞座的侧壁。
电机振动组件包括密封壳体和配重块，电机固定于该密封壳体内，电机的输出轴
沿竖直方向设置，电机的输出轴朝下，配重块固定于电机输出轴的一侧。
配重块设置在该密封壳体的下端外，该密封壳体和电机的下端之间设有安装空
腔，电机的输出轴外套设有筒形的弹簧座和筒形的旋转环，弹簧座和旋转环均设置在
安装空腔内，弹簧座位于旋转环的上方，弹簧座与电机的输出轴固定连接，旋转环能
够上下移动，旋转环与弹簧座之间设有推力弹簧，旋转环与电机的输出轴密封连接。
旋转环与该密封壳体的下端之间设有静环，静环套设于电机的输出轴外，静环设
置于该密封壳体内，静环的下端与该密封壳体密封连接，静环的上端设有环形突起，
旋转环的下端与该环形突起密封连接。
所述井下振动固井工具还包括套筒，电机振动组件和电池供电组件均套设于套筒
内。
本发明的有益效果是，该工具能够在水泥浆候凝阶段实现井下径向振动。同时工
具设计简单、加工成本较低、装配方便。该工具不需要改变现有固井工艺，在进一步
提高固井质量的基础上，简化了振动固井现场施工工艺。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。
图1为井下振动固井工具的总体结构示意图。
图2为电池供电组件的结构示意图。
图3为图2中A部分的放大示意图。
图4为电机振动组件的结构示意图。
其中1.胶塞座，2.电池供电组件，3.电机振动组件，4.套筒；
201.开关上杆，202.上盖，203.本体，204.上盖密封圈，205.上盖密封垫，206.
开关下杆，207.弹簧，208.开关下杆密封圈，209.插头，210.静触头，211a.电池盖，
211b.电池，212.线缆，213.电缆垫圈，214.线缆密封圈，215.线缆密封盖，216.下
盖，217.安装环；
301.电机线缆，302.电机用上盖，303.电机线缆密封圈，304.电机线缆垫圈，305.
电机线缆密封盖，306.电机用本体，307.电机用上盖密封圈，308.电机，309.电机套
筒，310.螺钉，311.电机用下盖，312.电机用下盖密封圈，313.静环，314.静环密封
圈，315.旋转环，316.推力弹簧，317.旋转环密封圈，318.弹簧座，319.配重块，
320.安装空腔。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相
互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种井下振动固井工具，包括：电机振动组件3、电池供电组件2和按压开关，
其中，电机振动组件3用于产生径向振动，电机振动组件3含有电机308；电池供电
组件2用于为电机振动组件3供电，电池供电组件2含有电池211b；按压开关用于
开关电机振动组件3，该按压开关与电机振动组件3和电池供电组件2连接，如图1
所示。
该按压开关与电机振动组件3和电池供电组件2连接并且能够形成闭合回路，如
图1所示，通过按下该按压开关可以启动电机振动组件3产生径向振动，即垂直于图
1中轴线方向的振动从而用于固井。
在本实施例中，电机振动组件3位于电池供电组件2的下方，该按压开关位于电
池供电组件2的上部，该按压开关为通过按压的方式实现开关转换的开关。具体的，
该按压开关包括动触头、静触头210和用于使动触头复位的复位部件，静触头210
与电池供电组件2固定连接，静触头210位于所述动触头的下方，所述动触头能够上
下往复移动。其中，该复位部件可以为弹簧207。
电池供电组件2包括本体203和筒形的上盖202，上盖202固定于本体203的上
端，上盖202的内壁设有安装环217，安装环217的轴线与上盖202的轴线重合，电
池211b设置于本体203内，静触头210的下端与电池211b的两级中的一极电连接，
所述动触头插接于安装环217，所述动触头通过线缆与电机308的两级中的一极电连
接，电池211b的两级中的另一极通过线缆与电机308的两级中的另一极电连接。具
体的，如图2所示，静触头210的下端通过环形的电池盖211a与电池211b的正极电
连接，所述动触头通过线缆与电机308的负极电连接，电池211b的负极通过线缆与
电机308的正极电连接。电池211b也可以为多个电池通过串联和并联组合在一起的
电池组。
在本实施例中，本体203含有内筒和外筒，该内筒套设于该外筒内，该内筒内含
有沿竖直方向贯通的流通通道，多个电池211b设置于所述内筒和外筒之间的环形空
间内。所述动触头包括开关下杆206和插头209，开关下杆206沿竖直方向设置，插
头209固定于开关下杆206的下端，插头209位于安装环217的下方，开关下杆206
密封插接于安装环217，如图3所示。开关下杆206的上端为圆盘状，弹簧207的上
端与开关下杆206上端的该圆盘顶抵，弹簧207的下端与安装环217顶抵。该内筒的
上端与安装环217密封连接，该外筒的上部与上盖202的下端密封连接。
上盖202的上端内插接有筒形的胶塞座1，胶塞座1、电池供电组件2和电机振
动组件3从上向下依次连接，胶塞座1与胶塞相匹配，胶塞座1的侧壁内插接有开关
上杆201，开关上杆201沿竖直方向设置，开关上杆201能够上下移动，开关上杆201
的下端与开关下杆206的上端连接，当电机振动组件3处于关闭状态时，开关上杆
201的上端露出胶塞座1的侧壁。通过向下按压开关上杆201，可以使开关上杆201、
开关下杆206和插头209同时向下移动，从而使插头209与静触头210对应连接，使
电机308和电池211b通过该按压开关形成闭合回路而导通。当向下按压开关上杆201
的力去除后，在弹簧207的作用下，开关上杆201、开关下杆206和插头209同时向
上移动，插头209与静触头210不再连接，使电机308和电池211b之间电路断开。
在本实施例中，开关上杆201穿过胶塞座1的内部，开关上杆201与胶塞座1
的内部孔之间是间隙配合；胶塞座1通过螺纹连接固定在上盖202的顶部；上盖202
通过螺纹连接固定在本体203的上部，上盖202和本体203的内部缝隙通过上盖密封
圈密封204密封，上盖202和本体203外部的缝隙通过上盖密封垫205密封；开关下
杆206的下部安装弹簧207和开关下杆密封圈208，开关下杆206通过弹簧207坐落
在本体203的上部，开关下杆206和本体203之间的缝隙通过开关下杆密封圈208
密封；插头209通过螺纹连接固定在开关下杆206的下部，插头209末端和线缆212
连接；静触头210通过螺纹连接固定在本体203的内腔上部；电池211b安装在本体
203的内腔，电池211b负极和线缆212连接；电池盖211a使得电池211b正极和静
触头210导通；线缆出口212在本体203的下部，线缆212和本体203之间的缝隙通
过线缆垫圈213、线缆密封圈214和线缆密封盖215密封；下盖216通过螺钉固定在
本体203的下部。
在本实施例中，电机振动组件3包括密封壳体和配重块319，电机308固定于该
密封壳体内，电机308的输出轴沿竖直方向设置，电机308的输出轴朝下，配重块
319固定于电机308输出轴的一侧，如图4所示。电机308为高温直流伺服电机，电
机308启动后可以带动配重块319旋转，从而产生径向振动。
具体的，如图4所示，配重块319设置在该密封壳体的下端外，该密封壳体和电
机308的下端之间设有安装空腔320，电机308的输出轴外套设有筒形的弹簧座318
和筒形的旋转环315，弹簧座318和旋转环315均设置在安装空腔320内，弹簧座318
位于旋转环315的上方，弹簧座318与电机308的输出轴固定连接，旋转环315能够
上下移动，旋转环315与弹簧座318之间设有推力弹簧316，旋转环315与电机308
的输出轴密封连接。旋转环315与该密封壳体的下端之间设有静环313，静环313套
设于电机308的输出轴外，静环313设置于该密封壳体内，静环313的下端与该密封
壳体密封连接，静环313的上端设有环形突起，旋转环315的下端与该环形突起密封
连接，旋转环315的下端与该环形突起之间的摩擦面形成动密封。
在本实施例中，该密封壳体包括从上向下依次连接的电机用上盖302、电机用本
体306和电机用下盖311，电机308和电机用本体306之间套设有电机套筒309。电
机线缆出口301在电机用上盖302的上部，电机线缆301和电机用上盖302之间的缝
隙通过电机线缆垫圈303、电机线缆密封圈304和电机线缆密封盖305密封；电机用
上盖302通过螺纹连接固定在电机用本体306的上部，电机用上盖302和电机用本体
306之间的缝隙通过电机用上盖密封圈307密封；电机308安装在电机套筒309的内
部，电机308的下部通过螺钉310固定在电机用本体306的下部；电机套筒309安装
在电机用本体306的内腔；电机用下盖311通过螺钉310连接固定在电机用本体306
的下部，电机用下盖311和电机用本体306之间的缝隙通过电机用下盖密封圈312
密封；静环313通过螺纹连接安装在电机用下盖311的内腔，静环313和电机用下盖
311之间的缝隙通过静环密封圈314密封；旋转环315安装在静环314和推力弹簧316
之间，旋转环315和电机轴之间的缝隙通过旋转环密封圈317密封；推力弹簧316
安装在弹簧座318的下部；弹簧座318通过螺钉安装在电机轴上；配重块319通过螺
钉固定在电机轴的下部。
所述井下振动固井工具还包括套筒4，电机振动组件3和电池供电组件2均套设
于套筒4内，所述井下振动固井工具的工作过程如下：
在注入水泥浆工艺过程中，当胶塞下行到胶塞座1内，胶塞碰压开关上杆201，
开关上杆201下行，进而开关下杆206下行，带动插头209下移，完成插头209和静
触头210电接通。电路接通后，电池供电组件2提供给电机振动组件3电能，进而高
电机308工作，电机轴带动配重块319旋转，产生径向振动。该工具无需地面线缆供
电就可在井下完成水泥浆候凝阶段的振动。另外，在固井过程中，水泥浆在套筒4
内流动并在到达套筒4底部后从套筒4外上返，如图1中箭头B所示。本体203内的
内筒给水泥浆的流动留出流道。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等
同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利
涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、
技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。