CN112360370A - 旋转除垢解堵装置 - Google Patents

Abstract

本说明书提供了一种旋转除垢解堵装置，包括：开设有出液孔的中心轴；套设在所述中心轴外部的叶轮机构；连接于所述叶轮机构底部的喷枪，所述喷枪设置有与所述出液孔相连通的喷嘴；设置于所述喷枪下方的阻流机构，所述阻流机构用于阻挡从所述喷嘴流出的液体向下流出；工作液从所述中心轴注入，依次经所述出液孔、所述喷嘴流出后在所述阻流机构的作用下至少部分能够上返，进而驱动所述叶轮机构和所述喷枪转动，以使所述喷嘴处形成旋转射流。本说明书提供的旋转除垢解堵装置能够合理喷枪速度转速，防止喷枪转速过快而影响清洗效果。

Description

旋转除垢解堵装置

技术领域

本申请涉及钻井设备技术领域，尤其涉及一种旋转除垢解堵装置。

背景技术

随着油田开采进入中后期，越来越多油井出现近井地带堵塞、油管内壁结垢、防砂管柱堵塞等问题，这些问题导致油井产量迅速下降，且常会有一定的作业风险。高压旋转射流是近年来发展起来的一项除垢解堵技术，利用高压水射流理论和旋转控制技术，在堵塞地层利用高压水射流冲击作用和环空旋流效应实现对储层的全方位解堵，有效提高储层的导流能力。

现有技术中，通常向解堵装置直接注入工作液驱动叶轮旋转，进而叶轮带动与其相连的喷枪旋转，以通过喷枪将液流旋转射出。由于注入的工作液为高压工作液，作用到叶轮后产生的速度往往较高，且难以调控，这导致喷枪的旋转速度非常快。如果喷枪转速过快会导致射流严重雾化，严重降低射流的冲击力与射流距离，从而影响清洗效果。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术问题，本申请提供了一种旋转除垢解堵装置，能够合理控制喷枪转速，防止喷枪转速过快而影响清洗效果。

为了达到上述目的，本申请提供的技术方案如下所述：

一种旋转除垢解堵装置，包括：

开设有出液孔的中心轴；

套设在所述中心轴外部的叶轮机构；

连接于所述叶轮机构底部的喷枪，所述喷枪设置有与所述出液孔相连通的喷嘴；

设置于所述喷枪下方的阻流机构，所述阻流机构用于阻挡从所述喷嘴流出的液体向下流出；

工作液从所述中心轴注入，依次经所述出液孔、所述喷嘴流出后在所述阻流机构的作用下至少部分能够上返，进而驱动所述叶轮机构和所述喷枪转动，以使所述喷嘴处形成旋转射流。

作为一种优选的实施方式，所述中心轴在其纵长延伸方向上具有相对的第一端和第二端，所述中心轴的第一端设置有与所述叶轮机构相抵的凸台，所述中心轴的第二端设置所述阻流机构，，所述叶轮机构和所述喷枪被限位于所述凸台和所述阻流机构之间。

作为一种优选的实施方式，所述阻流机构包括：环状本体和设置在所述环状本体上的凸起部，所述环状本体用于与井筒配合有封堵所述井筒，所述凸起部连接于所述中心轴的第二端，用于封堵所述中心轴。

作为一种优选的实施方式，所述旋转除垢解堵装置还包括：用于与井筒相抵接的引流机构，所述引流机构套设于所述叶轮机构的外部并与所述叶轮机构之间形成导流腔。

作为一种优选的实施方式，所述喷嘴沿所述中心轴的径向在平行于中心轴轴线的平面上的投影不位于所述引流机构落在同一面的投影的外轮廓之内。

作为一种优选的实施方式，所述引流机构包括：引流罩和设置在所述引流罩外部的刷子，所述引流罩套设于所述叶轮机构外部，所述刷子为柔性耐磨材质。

作为一种优选的实施方式，所述引流罩为中空的筒状结构，所述引流罩的内部设置有用于限位所述中心轴的肋板，所述肋板具有与所述中心轴相连通的中心孔。

作为一种优选的实施方式，所述叶轮机构包括：套筒和螺旋设置于所述套筒外壁上的叶片，所述套筒与所述中心轴间隙配合。

作为一种优选的实施方式，所述喷枪的底部连接有止推轴承，所述止推轴承与所述阻流机构相抵接。

作为一种优选的实施方式，所述出液孔设置在所述中心轴的侧壁上，所述喷嘴设置有多个，多个所述喷嘴沿所述喷枪的周向均匀分布，所述喷嘴与所述出液孔相对应。

有益效果：

本申请实施方式提供的旋转除垢解堵装置中，通过喷嘴流出的上返液为叶轮机构转动提供动力，上返液为低压流体，从而在低压流体的作用下带动叶轮机构和喷枪转动，以使喷枪产生低转速的旋转射流。

相较于常见的通过高压工作液直接驱动叶轮旋转的方式而言，本申请的叶轮机构和喷枪利用上返液驱动，旋转速度较低且可调控，可以根据井筒的实际环境调节排量以及叶轮的数目，进而优化最佳转速。

参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动力的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本说明书实施例提供的旋转除垢解堵装置的剖视图；

图2为本说明书实施例提供的旋转除垢解堵装置的结构示意图；

图3为本说明书实施例提供的引流机构的结构示意图；

图4为本说明书实施例提供的引流机构的剖视图；

图5为本说明书实施例提供的叶轮机构结构示意图；

图6为本说明书实施例提供的叶轮机构剖视图；

图7为本说明书实施例提供的喷枪结构示意图；

图8为本说明书实施例提供的中心轴的结构示意图。

附图标记说明：

1、引流罩；11、导流腔；12、刷子；13、肋板；2、叶轮机构；21、套筒；22、叶片；3、喷嘴；4、中心轴；41、出液孔；42、凸台；43、凸起部；5、止推轴承；6、阻流机构。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案作详细说明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所限定的范围内。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

下面将结合图1至图8对本说明书实施例的旋转除垢解堵装置进行解释和说明。需要说明的是，为了便于说明，在本发明的实施例中，相同的附图标记表示相同的部件。而为了简洁，在不同的实施例中，省略对相同部件的详细说明，且相同部件的说明可互相参照和引用。

具体的，将图1至图8中所示意的向上的方向定义为“上”，将图1至图8中所示意的向下的方向定义为“下”。值得注意的是，本说明书中的对各方向定义，只是为了说明本说明书技术方案的方便，并不限定本说明书实施例的旋转除垢解堵装置在包括但不限定于使用、测试、运输和制造等等其他可能导致装置方位发生颠倒或者位置发生变换的场景中的方向。

本说明书提供的一种旋转除垢解堵装置，如图1和图2所示，所述旋转除垢解堵装置包括：开设有出液孔41的中心轴4；套设在所述中心轴4外部的叶轮机构2；连接于所述叶轮机构2底部的喷枪，所述喷枪设置有与所述出液孔41相连通的喷嘴3；设置于所述喷枪下方的阻流机构6，所述阻流机构6用于阻挡从所述喷嘴3流出的液体向下流出；工作液从所述中心轴4注入，依次经所述出液孔41、所述喷嘴3流出后在所述阻流机构6的作用下至少部分能够上返，进而驱动所述叶轮机构2和所述喷枪转动，以使所述喷嘴3处形成旋转射流。

具体的，如图8所示，所述中心轴4为具有纵长延伸方向的柱状结构，其内部具有中空腔室，用于注入工作液。中心轴4的一端可以连接用于注入工作液的作业工具，为了使得工作液排出，中心轴4开设有出液孔41。所述出液孔41可以开设于中心轴4侧壁。

所述叶轮机构2嵌套于所述中心轴4的外部。如图5和图6所示，叶轮机构2包括：套筒21和螺旋设置于所述套筒21外壁上的叶片22，所述套筒21与所述中心轴4间隙配合，从而中心轴4与套筒21可以独立旋转。当工作液流经叶片22时，能够推动叶片22旋转并带动套筒21一起转动。

所述喷枪连接于叶轮机构2的底部，从而叶轮机构2能够带动喷枪旋转。为了便于整个装置的组装，喷枪和叶轮机构2优选螺纹连接。当然，喷枪和叶轮机构2也可以采用方式连接，包括焊接、一体成型、卡扣连接、过盈配合等。

如图7所示，所述喷枪可以具有中空结构，在与叶轮机构2相连时，喷枪可以与中心轴4相连通。所述喷枪的内部可以设置有喷嘴3，喷嘴3与所述出液孔41相连通，工作液在经中心轴4流动时可以依次经出液孔41、喷嘴3喷射而出。

所述阻流机构6设置于所述喷枪的下方，用于阻挡从喷嘴3流出的液体向下流出。由于液体被阻流机构6阻挡无法向下流出，而在泵压的作用下至少部分液体能够上返，流经叶轮机构2。叶轮机构2由于设置有叶片22，在液体的流动下能推动叶片22带动套筒21旋转，进而带动与叶轮机构2相连的喷枪作旋转运动。

相较于常见的高压工作液驱动方式而言，本申请的叶轮机构和喷枪利用上返液驱动，使得喷枪的旋转速度较低且可调控，可以根据井筒的实际环境调节排量以及叶轮的数目，进而优化最佳转速。

在一个实施方式中，所述中心轴4在其纵长延伸方向上具有相对的第一端和第二端，所述中心轴4的第一端设置有与所述叶轮机构2相抵的凸台42，所述中心轴4的第二端设置所述阻流机构6，所述叶轮机构2和所述喷枪被限位于所述凸台42和所述阻流机构6之间。

以图1和图2所示的方向为例，所述中心轴4的第一端可以为“上端”，中心轴4的第二端可以为“下端”。所述第一端设置凸台42，可以用于防止叶轮机构2和喷枪向上脱出。所述叶轮机构2可以抵接于所述凸台42，从而使得叶轮机构2运行稳定。所述第二端设置所述阻流机构6，配合中心轴4的凸台42，将叶轮机构2和喷枪限位于凸台42和阻流机构6之间，以实现叶轮机构2和喷枪在中心轴4上的固定安装。在本实施例中，阻流机构6不仅用于阻挡从喷嘴3流出的液体从下方直接流出，还能够起到限位作用，防止喷枪和叶轮机构2下方脱出。

在一个具体的实施例中，如图1和图2所示，所述阻流机构6包括：环状本体和设置在所述环状本体上的凸起部43，所述环状本体用于与井筒配合后封堵所述井筒，所述凸起部43连接于所述中心轴4的第二端，用于封堵所述中心轴4。

所述环状本体的外径可以与井筒的内径相匹配，在通过油管柱或者连续油管将所述旋转除垢解堵装置下入至清洗层段时，通过环状本体与井筒的配合将该段进行封堵，防止从喷嘴3流出的液体从环状本体与井筒之间的空隙流出。所述环状本体可以采用耐磨的橡胶材质，以减小对井壁的损伤。

所述环状本体的外径大于凸起部43，不仅能够用于密封清洗层段，还可以用于防止上方的部件向下脱出。所述凸起部43连接在中心轴4的第二端，以阻止液体从中心轴4的第二端流出。

在本说明书中，所述凸起部43位于所述出液孔41的下游。所述凸起部43使得流入中心轴4内的高压工作液在中心轴4内部憋压，再由出液孔41和喷枪的喷嘴3产生高压射流，同时也能够保证喷出的液体具有足够的动力上返。

所述凸起部43与中心轴4之间可以采用螺纹连接的方式固定。如图8所示，中心轴4的端部设置有外螺纹(未标注)，凸起部43的外表面具有与所述外螺纹相配合的内螺纹，从而便于整个装置的安装。在使用时，可以先将叶轮机构2、喷枪相连接，然后套设于中心轴4上，直至叶轮机构2与凸台42相抵。再将阻流机构6安装在中心轴4的端部，并通过凸起部43与中心轴4的端部螺纹连接，以完成整体装置的安装。

在其他可行的实施例中，所述阻流机构6可以不包括凸起部43。在需要进行除垢时，可以通过向中心轴4泵入密封球的方式将中心轴4的端部密封，以防止液体从中心轴4的端部直接流出。对应的，所述中心轴4在其端部可以设置有球座。

为了使得工作液上返后能够顺利流经叶轮机构2，如图1所示，所述旋转除垢解堵装置还包括：用于与井筒相抵接的引流机构，所述引流机构套设于所述叶轮机构2的外部并与所述叶轮机构2之间形成导流腔11。从而工作液流出后，通过引流机构能避免从引流机构与井筒之间的空隙流走，可以促使更多的流体进导流腔11，驱动导流腔11内的叶轮机构2低速旋转进而带动喷枪旋转。

在本说明书中，所述喷嘴3沿所述中心轴4的径向在平行于中心轴4轴线的平面上的投影不位于所述引流机构落在同一面的投影的外轮廓之内。

具体的，在图1和图2示出的方向中，所述引流机构位于喷嘴3的上方，即所述导流腔11位于喷嘴3的上方，从而使得在叶轮机构2带动喷枪旋转后，从喷嘴3喷出的旋转射流能够直接作用于周围的井壁。为了有利于工作液经喷嘴3喷出后，尽可能的上返至导流腔11，引流机构与喷嘴3的位置应当尽可能的接近。

在一个实施方式中，如图3和图4所示，所述引流机构包括：引流罩1和设置在所述引流罩1外部的刷子12，所述引流罩1套设于所述叶轮机构2外部，所述刷子12为柔性耐磨材质。

在本实施例中，所述引流机构的主体部为引流罩1，其具有中空腔体能够直接套设于叶轮机构2的外部。为了达到较好的引流效果，所述引流罩1的外径可以根据井筒的实际尺寸进行调整，需要比井筒的内径略小，所述引流罩1的内径与叶轮外径相适配。在引流罩1的外部设置刷子12可以使得刷子12与井壁相抵接，以促使更多的工作液进入引流罩1的内部。所述刷子12优选为柔性耐磨材质，例如橡胶材质，以减小对井壁的影响。

进一步的，所述引流罩1为中空的筒状结构，所述引流罩1的内部设置有用于限位所述中心轴4的肋板13，所述肋板13具有与所述中心轴4相连通的中心孔。

进一步的，所述肋板13的中心孔处设置有与所述中心轴4相配合的连接部，以使中心轴4居中放置

在本说明书中，所述喷枪的底部还可以连接有止推轴承5，所述止推轴承5与所述阻流机构6相抵接。所述止推轴承5用以承受喷枪以及喷枪上部叶轮机构2的重力。

在本说明书中，所述喷嘴3可以设置有多个，多个所述喷嘴3沿所述喷枪的周向均匀分布，所述喷嘴3与所述出液孔41相对应。在本实施例中，出液孔41设置在中心轴4的侧壁上，以使喷嘴3与中心轴4上的出液孔41位于同一水平线上。喷枪内部可以设置有多道密封圈，所述密封圈可以分别位于喷嘴3的上端和下端，以保证从中心轴4的出液孔41流出的液体能够直接进入喷嘴3。

为了更清楚的理解本说明书，下面将结合一个具体的应用场景下，进一步阐述本说明书提供的旋转除垢解堵装置。

如图1至图8所示，使用时，可以利用油管连接该装置，并送至井筒内的清洗层段。地面水泥车开泵加压，使得高压工作液从地面通过油管柱或者连续油管注入中心轴4，通过中心轴4下端的出液孔41将高压流体释放到喷枪中，然后通过喷枪开始的侧向喷嘴3射出高压流体进行除垢。

在泵压和阻流机构6的的作用下，从喷嘴3喷出的流体能够上返。引流罩1外部的刷子12等柔性耐磨装置使得绝大部分的上返工作液进入引流罩1的内部。上返至引流罩1内部的工作液为低压液体，在低压液体通过叶轮机构2时，能推动叶片22和套筒21低速旋转，从而驱动与套筒21相连的喷枪低速旋转，使得喷枪以及侧向喷嘴3产生一定的扭矩。配合喷嘴3射出的高压流体，可以产生稳定速度的高压射流来破碎清洗油垢。

由于叶轮机构2的套筒21和叶片22长度可调、工作液的排量也可调控，因此可以根据地层的实际情况通过调节叶片22长度、数目和工作液的排量确定出合适的喷枪转速，避免较强的雾化现象。与此同时，上返流体驱动叶轮机构2旋转继而带动喷枪旋转，可以提高除垢清洗效果，使该装置能在除垢层位大范围地清除炮眼堵塞。

本说明书实施方式提供的旋转除垢解堵装置具有以下优点和特点：

1、引流罩的外部设置刷子等柔性耐磨装置，避免工作液从引流罩与井壁之间的空隙流走，可以促使更多的流体进入引流罩内部，驱动叶轮机构低速旋转进而带动喷枪旋转。从而可以产生足够强大的冲击射流来破碎污垢，达到清洗效果。

2、该旋转除垢解堵装置可针对堵塞类型及严重程度调节工作液的排量与叶轮长度，控制喷嘴产生的扭矩，从而优选喷枪的旋转速度，高效清洗井筒。

3、利用本装置进行清洗除垢时，只需将相应组件进行连接，下入井筒中即可使用，结构简单，施工操作简便，具有较高的可靠性。

上述实施例只为说明本申请的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本申请的内容并据以实施，并不能以此限制本申请的保护范围。凡根据本申请精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。

Claims (10)

1.一种旋转除垢解堵装置，其特征在于，包括：

开设有出液孔的中心轴；

套设在所述中心轴外部的叶轮机构；

连接于所述叶轮机构底部的喷枪，所述喷枪设置有与所述出液孔相连通的喷嘴；

设置于所述喷枪下方的阻流机构，所述阻流机构用于阻挡从所述喷嘴流出的液体向下流出；

工作液从所述中心轴注入，依次经所述出液孔、所述喷嘴流出后在所述阻流机构的作用下至少部分能够上返，进而驱动所述叶轮机构和所述喷枪转动，以使所述喷嘴处形成旋转射流。

2.如权利要求1所述的旋转除垢解堵装置，其特征在于，所述中心轴在其纵长延伸方向上具有相对的第一端和第二端，所述中心轴的第一端设置有与所述叶轮机构相抵的凸台，所述中心轴的第二端设置所述阻流机构，所述叶轮机构和所述喷枪被限位于所述凸台和所述阻流机构之间。

3.如权利要求2所述的旋转除垢解堵装置，其特征在于，所述阻流机构包括：环状本体和设置在所述环状本体上的凸起部，所述环状本体用于与井筒配合后封堵所述井筒，所述凸起部连接于所述中心轴的第二端，用于封堵所述中心轴。

4.如权利要求1所述的旋转除垢解堵装置，其特征在于，所述旋转除垢解堵装置还包括：用于与井筒相抵接的引流机构，所述引流机构套设于所述叶轮机构的外部并与所述叶轮机构之间形成导流腔。

5.如权利要求4所述的旋转除垢解堵装置，其特征在于，所述喷嘴沿所述中心轴的径向在平行于中心轴轴线的平面上的投影不位于所述引流机构落在同一面的投影的外轮廓之内。

6.如权利要求4所述的旋转除垢解堵装置，其特征在于，所述引流机构包括：引流罩和设置在所述引流罩外部的刷子，所述引流罩套设于所述叶轮机构外部，所述刷子为柔性耐磨材质。

7.如权利要求6所述的旋转除垢解堵装置，其特征在于，所述引流罩为中空的筒状结构，所述引流罩的内部设置有用于限位所述中心轴的肋板，所述肋板具有与所述中心轴相连通的中心孔。

8.如权利要求1所述的旋转除垢解堵装置，其特征在于，所述叶轮机构包括：套筒和螺旋设置于所述套筒外壁上的叶片，所述套筒与所述中心轴间隙配合。

9.如权利要求2所述的旋转除垢解堵装置，其特征在于，所述喷枪的底部连接有止推轴承，所述止推轴承与所述阻流机构相抵接。

10.如权利要求1所述的旋转除垢解堵装置，其特征在于，所述出液孔设置在所述中心轴的侧壁上，所述喷嘴设置有多个，多个所述喷嘴沿所述喷枪的周向均匀分布，所述喷嘴与所述出液孔相对应。

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