CN104863534B - 旋流清砂装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种旋流清砂装置及方法，连接管内滑动设有中通的中心管，连接管前端与可旋转的前喷头组件连接，在连接管侧壁设有后喷头组件；中心管的侧壁设有侧通孔，当中心管位于一轴向位置时，侧通孔与后喷头组件的后喷孔连通；在连接管内设有活塞组件，活塞组件上设有活塞通孔，活塞通孔与前喷头组件的前喷孔连通；由中心管的轴向移动，活塞通孔被中心管封闭或开启。在中心管与连接管之间还设有使中心管远离前喷头组件的弹簧。通过采用上述的结构和方法，实现以通入连接管的供液压力控制中心管的轴向运动，实现前喷头组件向前旋转喷液和后喷头组件向后喷液交替进行。从而能够使砂在井底有序流动，清砂过程中紊流小，提高了井底的清砂效果。

Description

旋流清砂装置及方法

技术领域

本发明涉及深井施工作业领域，特别是一种旋流清砂装置及方法。

背景技术

砂岩油田和重油油藏在开发过程中经常会遇到地层出砂问题，同时，采用砾石充填完井或压裂完井施工过程中，也经常出现充填砂沉积滞留井底的问题。地层出砂或充填砂会沉降滞留在井筒内形成砂柱、砂床，堵塞射孔孔眼及近井壁地层孔道，使井底流体流动阻力增大，产量下降，严重时将影响油井的正常生产；另外，部分修井增产作业需要在施工前洗井。因此，油气井必须采用水力冲砂洗井方法清除井内沉积砂屑。当前，因水平井和大位移井开采技术可大幅提高单井产量和原油采收率，近年来应用规模迅速扩大。然而，伴随水平井和大位移井技术的应用，因水平井和大位移井，由于井身结构的特殊性，水平段存在较长的砂屑入流界面；流体流动方向与砂粒沉降速度方向垂直；水平井筒井眼轨迹轻微的起伏会导致沉积砂屑波浪状分布。随着开采的进行，地层砂更易进入井筒，在井筒底部形成砂床甚至可能堵塞井眼，导致设备磨损及产量下降。因此，水平井冲砂洗井效果直接影响其产能和开采成本。

油气井清砂技术发展至今，针对不同的井况出现了很多的清砂方法。如：普通油管旋流清砂洗井。但普通油管旋流冲砂方式对于水平井、大位移井的清砂效果不理想。中国专利文献CN201027512Y，公开了一种油水井抽砂装置，由联通管、排砂阀、密封筒、柱塞、挡砂器、进砂阀、引砂简组成。 联通管下部与排砂阀上部联接，排砂阀下部与柱塞上部联接，柱塞处于密封筒内，密封筒上部内孔直径小于柱塞的直径，密封筒下部与进砂阀上部联接，进砂阀下部与引砂筒联接。采用类似单向阀方式的抽吸排砂，存在的问题是清洗效果不理想，作业强度大，清砂工艺复杂。

中国专利文献CN 204113156 U，公开了一种油田作业清砂装置，包括芯轴、堵塞器、堵塞器座、冲砂喷头、密封圈，芯轴的底部连接冲砂喷头，所述的冲砂喷头与芯轴的外部设有堵塞器座，所述的冲砂喷头 4与芯轴 1内部连接处设有密封圈，堵塞器座的上部固定堵塞器，所述的芯轴的内部设有旋流喷射器，所述的旋流喷射器包括旋流体，所述的旋流体为锥形结构，旋流体的内部设有螺旋杆，旋流体上设有入液口、出液口和溢出端口，旋流体的入液口连接入井液泵，旋流体的出液口连接冲砂喷头，旋流体的溢出端口连接沉砂槽 ；该结构实现了水力自进、限速旋转、紊流携砂，深层解堵等功能，解决了复杂结构井冲砂作业沉砂、携砂、钻压传递、砂堵管柱的问题。但是，该结构的清砂效果仍不太理想。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种旋流清砂装置及方法，能够使砂在井底有序流动，清砂过程中紊流小，提高清砂效果。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种旋流清砂装置，连接管内滑动设有中通的中心管，连接管前端与可旋转的前喷头组件连接，所述的连接管由至少两段组成，后喷头组件位于两段连接管之间，在后喷头组件的内壁设有环槽，当中心管位于一轴向位置时，环槽与侧通孔连通，在后喷头组件的侧壁设有多个向连接管尾端倾斜的后喷孔，后喷孔与环槽连通；

中心管的侧壁设有侧通孔，当中心管位于一轴向位置，侧通孔与后喷头组件的后喷孔连通；

在连接管内设有活塞组件，活塞组件上设有活塞通孔，活塞通孔与前喷头组件的前喷孔连通；

由中心管的轴向移动，活塞通孔被中心管封闭或开启。

在中心管与连接管之间还设有使中心管远离前喷头组件的弹簧。

在中心管的外壁设有滑槽，在连接管的侧壁设有销钉，销钉的端头位于滑槽内。

连接管尾端与尾部接头连接，尾部接头的内径大于连接管的内径。

所述的中心管前端设有滑动段，滑动段的前端设有扩径的封堵段，由封堵段实现对活塞通孔的封堵。

所述的活塞组件中，活塞头通过调节螺栓与挡块连接，活塞头位于滑动段内，活塞通孔设置在挡块靠近边缘的位置。

所述的前喷头组件设有锥形端头，多个前喷孔位于锥形面上，在锥形面上还设有多个旋转喷嘴。

所述的前喷头组件与连接管之间设有轴承。

一种采用上述的旋流清砂装置进行清砂作业的方法，包括以下步骤：以通入连接管的供液压力控制中心管的轴向运动，交替实现前喷头组件向前旋转喷液和后喷头组件向后喷液。

经过仔细分析，在中国专利文献CN204113156 U，公开的一种油田作业清砂装置中，采用了同时向前和后喷砂的方式进行清砂，这种方式紊流较大，部分砂随着紊流依然沉积在井底，所以清砂效果仍不够理想。

本发明提供的一种旋流清砂装置及方法，通过采用上述的结构和方法，实现以通入连接管的供液压力控制中心管的轴向运动，实现前喷头组件向前旋转喷液和后喷头组件向后喷液交替进行。从而能够使砂在井底有序流动，清砂过程中紊流小，提高了井底的清砂效果。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的整体结构示意图，图中采用了省略画法，省略了连接管。

图2为图1的A向视图。

图3为本发明中滑槽的展开视图。

图中：尾部接头1，中心管2，滑槽201，挡圈202，侧通孔203，滑动段204，封堵段205，销钉3，弹簧4，后喷头组件5，后喷孔51，环槽52，第一连接管6，活塞组件7，活塞头701，挡块702，活塞通孔703，调节螺栓704，第二连接管8，轴承座9，前喷头组件10，前喷孔101，旋转喷嘴102，轴承11。

具体实施方式

实施例1：

如图1中，一种旋流清砂装置，连接管内滑动设有中通的中心管2，连接管尾端与尾部接头1连接，尾部接头1的内径大于连接管的内径。本例中的前端是指图1中的右端，而尾端是指图1中的左端。

连接管前端与可旋转的前喷头组件10连接，在连接管侧壁设有后喷头组件5；

中心管2的侧壁设有侧通孔203，当中心管2位于一轴向位置，侧通孔203与后喷头组件5的后喷孔51连通；本例中的后喷孔51向连接管尾端倾斜。

在连接管内设有活塞组件7，活塞组件7上设有活塞通孔703，活塞通孔703与前喷头组件10的前喷孔101连通；

由中心管2的轴向移动，活塞通孔703被中心管2封闭或开启。

在中心管2与连接管之间还设有使中心管2远离前喷头组件10的弹簧4。优选的方案中，所述的连接管由至少两段组成，后喷头组件5位于两段连接管之间，在后喷头组件5的内壁设有环槽52，当中心管2位于一轴向位置时，环槽52与侧通孔203连通，在后喷头组件5的侧壁设有多个向连接管尾端倾斜的后喷孔51，后喷孔51与环槽52连通。同时，后喷头组件5的尾端端面，也作为弹簧4的限位结构，弹簧的另一端由固设在中心管2外壁的挡圈202限位。由此结构，弹簧使中心管2总是趋于远离前喷头组件10。

如图1中，在中心管2的外壁设有滑槽201，在连接管的侧壁设有销钉3，销钉3的端头位于滑槽201内。由此结构，使中心管2仅能在限定的行程内往复运动，

优选的方案中，所述的滑槽201为一段凸轮槽如图3中所示，以使中心管2在滑槽201两端的位置时被限位，并需要再次输入一个较大压力才能继续往复运动，以免受到压力波动，影响清砂的效果，尤其是前喷头组件10的清砂效果。从图3中，当多次输入较大压力时，销钉3在弹簧4作用下，被交替锁定在凸轮槽下方的较短直线线段或较长直线线段的底部端头。

如图1中，所述的中心管2前端设有滑动段204，滑动段204的前端设有扩径的封堵段205，由封堵段205实现对活塞通孔703的封堵。所述的活塞组件7中，活塞头701通过调节螺栓704与挡块702连接，活塞头701位于滑动段204内，活塞通孔703设置在挡块702靠近边缘的位置。由此结构，活塞头701位于扩径的滑动段204内构成活塞机构，封堵段205向外弯折，当中心管2运行到与挡块702接触时，即将活塞通孔703封堵。从而切换中通的中心管2分别与前喷头组件10和后喷头组件5连通。调节螺栓704用于调节活塞组件7与中心管2之间的轴向距离，以使中心管2更好的贴合和密封活塞通孔703。

如图1、2中，所述的前喷头组件10设有锥形端头，多个前喷孔101位于锥形面上，在锥形面上还设有多个旋转喷嘴102。由此结构，便于实现均匀的喷液，并在喷液的同时，驱动前喷头组件10旋转，以提高冲砂效果。本例中旋转喷嘴102采用在倾斜流道的前端设置喷嘴的结构，喷嘴的轴线与倾斜流道的轴线具有夹角，以使前喷头组件10获得最大的旋转推力，该结构在获得较大推力的同时，也便于加工和安装。

所述的前喷头组件10与连接管之间设有轴承11。如图1中，第二连接管8与轴承座9连接，轴承座9通过其内的轴承11与前喷头组件10连接，在轴承座9与第二连接管8之间，前喷头组件10与轴承座9之间还设有密封件。

实施例2：

一种采用上述的旋流清砂装置进行清砂作业的方法，包括以下步骤：以通入连接管的供液压力控制中心管2的轴向运动，实现前喷头组件10向前旋转喷液和后喷头组件5向后喷液交替进行。

具体的为：当从尾部接头1通入较小压力的液体时，对中心管2产生的轴向力不足以使中心管2克服弹簧的弹性向图1中的右方移动，此时，侧通孔203与后喷头组件5之间为密封，液体推开活塞组件7，从活塞通孔703进入到前喷头组件10内，并从前喷孔101和旋转喷嘴102喷出，液体在喷出的同时，还驱动前喷头组件10旋转，将井底的砂旋冲后带起，由旋流作用将砂子运移一段距离后，沉积在后喷头组件5的后喷孔51上部。当从尾部接头1通入较大压力的液体时，对中心管2产生的轴向力，使中心管2克服弹簧的弹性向图1中的右方移动，封堵段205将活塞通孔703封堵，此时侧通孔203与环槽52连通，从而液体从后喷孔51喷出，将后喷孔51上部的砂清洗，直至随流体经井口至地面。交替重复，实现油井底部冲砂操作。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种旋流清砂装置，其特征是：连接管内滑动设有中通的中心管（2），连接管前端与可旋转的前喷头组件（10）连接；

所述的连接管由至少两段组成，后喷头组件（5）位于两段连接管之间，在后喷头组件（5）的内壁设有环槽（52），当中心管（2）位于一轴向位置时，环槽（52）与侧通孔（203）连通，在后喷头组件（5）的侧壁设有多个向连接管尾端倾斜的后喷孔（51），后喷孔（51）与环槽（52）连通；

中心管（2）的侧壁设有侧通孔（203），当中心管（2）位于一轴向位置，侧通孔（203）与后喷头组件（5）的后喷孔（51）连通；

在连接管内设有活塞组件（7），活塞组件（7）上设有活塞通孔（703），活塞通孔（703）与前喷头组件（10）的前喷孔（101）连通；

在中心管（2）与连接管之间还设有使中心管（2）远离前喷头组件（10）的弹簧（4）；

由中心管（2）的轴向移动，活塞通孔（703）被中心管（2）封闭或开启。

2.根据权利要求1所述的一种旋流清砂装置，其特征是：在中心管（2）的外壁设有滑槽（201），在连接管的侧壁设有销钉（3），销钉（3）的端头位于滑槽（201）内。

3.根据权利要求1所述的一种旋流清砂装置，其特征是：连接管尾端与尾部接头（1）连接，尾部接头（1）的内径大于连接管的内径。

4.根据权利要求1所述的一种旋流清砂装置，其特征是：所述的中心管（2）前端设有滑动段（204），滑动段（204）的前端设有扩径的封堵段（205），由封堵段（205）实现对活塞通孔（703）的封堵。

5.根据权利要求4所述的一种旋流清砂装置，其特征是：所述的活塞组件（7）中，活塞头（701）通过调节螺栓（704）与挡块（702）连接，活塞头（701）位于滑动段（204）内，活塞通孔（703）设置在挡块（702）靠近边缘的位置。

6.根据权利要求1所述的一种旋流清砂装置，其特征是：所述的前喷头组件（10）设有锥形端头，多个前喷孔（101）位于锥形面上，在锥形面上还设有多个旋转喷嘴（102）。

7.根据权利要求1所述的一种旋流清砂装置，其特征是：所述的前喷头组件（10）与连接管之间设有轴承（11）。

8.一种采用权利要求1~7任一项所述的旋流清砂装置进行清砂作业的方法，其特征是包括以下步骤：

以通入连接管的供液压力控制中心管（2）的轴向运动，交替实现前喷头组件（10）向前旋转喷液和后喷头组件（5）向后喷液。