CN104863531A - 一种洗井用限转速脉冲式喷头 - Google Patents

一种洗井用限转速脉冲式喷头 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于石油天然气井中洗井用的限转速脉冲式喷头。它能产生自旋转并控制转速在一定范围内及产生脉冲式的射流。其技术方案是:中心管用螺纹与端盖上段连接;上接头上段与端盖中段内部间设有摩擦轮总成,上接头用销钉与摩擦轮总成连接,上接头中段与中心管间设有圆柱滚子轴承;中接头用螺纹分别与上、下接头连接;上、下接头分别设有三排孔,用于焊接不同射流方向的喷嘴;下接头用螺纹与底接头连接;中心管用螺纹与座子连接;座子和下接头间设有推力球轴承;底接头上设有三个孔,用于焊接三个喷嘴。本洗井用限转速脉冲式喷头能控制转速在一定范围内的自旋转及产生脉冲式的射流,有效清洗井壁的附着物,用于井下管柱上。

Description

一种洗井用限转速脉冲式喷头
技术领域
本发明涉及一种洗井用限转速脉冲式喷头,作业时安装在井下管柱底部的接头上,用于冲洗井壁的砂桥、铁锈、石蜡等附着物,属于油气井生产过程中的用于修井作业的洗井工艺过程中的井下工具。
背景技术
国内很大一部分生产井进入采油的中后期,出砂、管壁生锈、结蜡等现象严重,很大程度上制约了原油的开采效率及生产成本。然而在实际应用过程中,修井作业的洗井工艺过程中的井下配套工具还比较匮乏,因此研制一种清洗井壁效果好的喷头显得越来越重要。
通过大量的专利及文献调研发现,现今油气井洗井作业时使用的喷头许多不具有自旋转的功能,目前一些工程技术人员研制了几种可以自旋转的喷头,如专利号为201220722041.8的自旋转洗井喷头通过设置特殊流道的形式以实现水力驱动自旋转的功能,但没有解决控制转速的功能;专利号为201120011251.1的一种洗井用水力自旋转喷头通过设置流经不同方向的喷嘴实现了以水力驱动喷头自旋转的功能,其内部结构中设置的摩擦块通过摩擦力在一定程度上控制了转速,然而摩擦块单一,控制转速效果有待考究,一定水力压强的条件下,水力喷射连续不断作用,降低了洗井效果。
综合现有调研的资料,目前的洗井喷头主要存在如下问题:(1)自旋转式的喷头种类缺乏,一些自旋转式的喷头旋转速度又过快或过慢,设置的摩擦装置不能有效的控制转速在一定范围内;(2)喷射出的洗井液冲洗强度不高,无法有效清洗井壁附着物;(3)喷头冲洗面积不大,严重影响了洗井效率。
发明内容
发明的目的:在修井作业洗井工艺过程中,为了冲洗井壁的石蜡、铁锈、砂桥等附着物,实现正常、高效的洗井作业,特提供一种洗井用限转速脉冲式喷头。
本发明的技术方案:一种洗井用限转速脉冲式喷头,是由中心管、端盖、摩擦轮总成、销钉、上接头、喷嘴、中接头、下接头、座子、底接头、O型橡胶密封圈、推力球轴承、轴用弹性挡圈、孔用弹性挡圈和圆柱滚子轴承组成,其中摩擦轮总成由两个离心块、四个弹簧和两个摩擦片组成。其结构特征是:中心管上段外部用螺纹与端盖上段内部连接,中心管设有轴肩与端盖上段内部一个台阶面接触,中心管的外圆柱面与上接头上段内圆柱面间隙配合;上接头上段外部与端盖中段内部之间设有两个摩擦轮总成,在预设定的正常转速范围内运行的情况下,摩擦轮总成摩擦片的外圆柱面与端盖中段内圆柱面之间有一定间隙,在超过一定转速后,摩擦轮总成摩擦片的外圆柱面与端盖中段内圆柱面相互接触;上接头上段外部与两个摩擦轮总成分别通过两个销钉连接,销钉与上接头上段外部是过盈连接,销钉与摩擦轮总成是有间隙的连接,摩擦轮总成的离心块可以沿着销钉轴向移动,但销钉的形状不是圆柱结构,不能围着销钉中心线转动;上接头中段外部与端盖下段内部间隙配合,之间设有O型橡胶密封圈D;上接头中段设有轴肩与端盖下端面接触;中心管与上接头中段内部之间设有圆柱滚子轴承,圆柱滚子轴承内圈与外圈的上端面分别通过中心管上的轴肩与上接头中段内部的台阶面定位,圆柱滚子轴承内圈的下端面通过安装在中心管上的轴用弹性挡圈定位,圆柱滚子轴承外圈的下端面通过安装在上接头中段内部的孔用弹性挡圈定位;中心管外圆柱面与中接头上段半内圆柱面、中段内圆柱面、下段半内圆柱面间隙配合部分,之间设有四个O型橡胶密封圈B;中心管分别在于中接头上、下段内圆柱面两处配合部分分别设有泄流孔,该两处泄流孔分别在相位上相差180度;中接头上段外部与上接头中段内部之间设有O型橡胶密封圈C,中接头上段外部与上接头下段内部之间由于自身结构形成空腔;上接头外部设有等间距的三排孔,每一排设置为等间距的四个孔,三排孔从上往下分别焊接不同射流方向的特制喷嘴A;中接头中段外部用螺纹与上接头下段内部连接,中接头中段设有轴肩与上接头下端面接触,中接头中段外部用螺纹与下接头上段内部连接,中接头中段设有轴肩与下接头上端面接触,中接头下段外部与下接头下段内部之间由于自身结构形成空腔;下接头外部设有等间距的三排孔,每一排设置为等间距的四个孔,三排孔从上往下分别焊接不同射流方向的特制喷嘴A;中接头下段外部与下接头中段内部之间设有O型橡胶密封圈C;中心管外部用螺纹与座子内部连接;座子和下接头中段内部之间设有推力球轴承,座子的外圆柱面与下接头下段内圆柱面有一定间隙,座子下段中心线的一旁设有泄流孔;底接头上段内部用螺纹与下接头下段外部连接;下接头下段设有轴肩与底接头上端面接触;底接头内部台阶面与座子下端面之间有一定间隙,之间设有O型橡胶密封圈A,底接头的内部台阶设有一个半圆周的孔,底接头下段内部由于自身结构形成空腔,底接头设有三个孔,分别焊接三个特制喷嘴B。
本发明的有益效果:自旋转功能:该洗井用限转速脉冲式喷头的上接头与下接头分别设有三排等间距的孔,这些孔焊接有特制喷嘴A,在洗井作业过程中,这些特制喷嘴内部的流道可以使洗井液喷出方向有速度的分量沿着该喷头的外圆柱面周向的方向,从而实现以水力驱动该喷头可动部分构件旋转的功能。需进行说明的是,洗井作业过程中的不动构件有,中心管、端盖、轴用弹性挡圈和座子。洗井作业过程中的可动构件有,摩擦轮总成、销钉、上接头、O型橡胶密封圈、孔用弹性挡圈、喷嘴A、中接头、下接头和底接头、喷嘴B。其中,圆柱滚子轴承和推力球轴承均连接着不动构件与可动构件。
控制转速功能:该洗井用限转速脉冲式喷头的上接头上段外部与端盖中段内部之间设有两个摩擦轮总成,摩擦轮总成由两个离心块、四个弹簧、两个摩擦片组成。上接头上段外部与两个摩擦轮总成分别通过两个销钉连接,其中销钉与上接头上段外部是过盈连接,销钉与摩擦轮总成是有间隙的连接以至于摩擦轮总成的离心块可以沿着销钉轴向移动。销钉的形状不是圆形结构,以至于摩擦轮总成的中心线与上接头的中心线重合,不存在上下摆动,影响摩擦效果。洗井作业过程中,当该喷头的旋转部分在预设定的正常转速范围内运行的情况下,摩擦轮总成的外圆柱面与该喷头不动构件端盖的中段内圆柱面之间有一定间隙,不发生接触。由于喷射的洗井液速度随时变化,从而导致该喷头旋转部分的转速也在随时发生着变化,当超过一定转速后,摩擦轮总成离心块与摩擦片抵抗弹簧作用力向远离中心线的方向扩张,使得摩擦片的外圆柱面与端盖中段内圆柱面相互接触,在它们之间产生摩擦力,喷头可动部分的转速越大,其离心块与摩擦片的离心力越大,使得摩擦片与端盖中段内圆柱面产生更大的摩擦力,从而使得该喷头的可动部分转速下降。当转速下降到预先设定的范围内时,离心块与摩擦片受到弹簧作用力,向中心线的方向靠近,使得摩擦片的外圆柱面与端盖中段内圆柱面逐渐相互分开,从而使得摩擦力逐渐为零,回到预设的初始位置。需进行说明的是,由于离心块相比摩擦片有更大的自重,可以有效的改变离心力变化,进而改变摩擦力,已达到控制转速的目的。
脉冲射流功能:该洗井用限转速脉冲式喷头的喷嘴,分为上接头上的三排喷嘴、下接头上的三排喷嘴及底接头上的三个喷嘴。先对上接头上的三排喷嘴与下接头上的三排喷嘴进行说明,中心管的外圆柱面与中接头上段内半圆柱面、下段内半圆柱面间隙配合部分,中心管在这两处配合部分分别设有泄流孔,该两处孔在相位上相差180度。中接头上段外部与上接头下段内部之间由于自身结构形成空腔,中接头下段外部与下接头下段内部之间由于自身结构形成空腔。在洗井作业喷头旋转部分旋转过程中,中接头上段半圆柱面、下段半圆柱面间歇性的阻挡中心管上对应的两个泄流孔进入上述的两个空腔,进而使得两个空腔内的洗井液间歇性的由上接头上的三排喷嘴与下接头上的三排喷嘴射出。对底接头上的三个喷嘴进行说明,底接头内部台阶面与座子下端面间隙配合,该喷头的不动构件座子下段中心线的一旁设有泄流孔,底接头的内部台阶设有一个半圆周的孔,底接头由于自身结构形成空腔,在洗井作业喷头旋转部分旋转过程中,底接头内部台阶面周期性的阻挡座子上的泄流孔,从而使得洗井液从底接头内部台阶面的半圆周的孔间歇性的进入底接头内的空腔,再间歇性的由三个喷嘴射出。需进行说明的是,洗井作业过程中,上接头上的三排喷嘴、下接头上的三排喷嘴及底接头上的三个喷嘴分别间歇性的喷射出洗井液,形成脉冲式的射流,一方面比传统单一喷嘴的洗井用喷头冲洗面积更大,另一方面脉冲式的射流在一定程度上提高了油气井管壁的清洗效果。
附图说明
图1:是洗井用限转速脉冲式喷头的半剖结构示意图;
图中,1.中心管,2.端盖,3.摩擦轮总成,4.销钉,5.上接头,6.喷嘴A,7.中接头,8.下接头,9.座子,10.底接头,11.喷嘴B,12.O型橡胶密封圈A,13.推力球轴承,14.O型橡胶密封圈B,15.O型橡胶密封圈C,16.轴用弹性挡圈,17.孔用弹性挡圈,18.圆柱滚子轴承,19.O型橡胶密封圈D。
图2:是洗井用限转速脉冲式喷头外部的结构示意图;
图3:是图1中A-A处的剖视图;
图中,3a.摩擦片,3b.离心块,3c.弹簧。
图4:是图1中B-B处的剖视图;
图5:是图1中C-C处的剖视图;
图6:是图1中销钉的结构示意图。
具体实施方式
实施例1:以160mm型号的洗井用限转速脉冲式喷头为例,对其作进一步详细说明。
参阅图1。160mm型号的洗井用限转速脉冲式喷头为一种应用于9 5/8〞及以上型号套管的油气井,洗井作业时安装在井下管柱底部的接头上。该喷头可以有效控制转速在一定范围内的自旋转及产生脉冲式的射流,清除井管壁的砂桥、铁锈、石蜡等附着物,实现正常、高效的洗井作业。主要由中心管1,端盖2,摩擦轮总成3,销钉4,上接头5,喷嘴A6,中接头7,下接头8,座子9,底接头10,喷嘴B11,O型橡胶密封圈A12,推力球轴承13,O型橡胶密封圈B14,O型橡胶密封圈C15,轴用弹性挡圈16,孔用弹性挡圈17,圆柱滚子轴承18,O型橡胶密封圈D19构成。参阅图3,摩擦轮总成3由两个离心块3b,四个弹簧3c和两个摩擦片3a组成。160mm型号的洗井用限转速脉冲式喷头,最大外径为160mm,最小内径为30mm,总长度为776.5mm。
洗井用限转速脉冲式喷头中心管1上部内螺纹与井下管柱底部的接头连接。中心管1上段外部用螺纹与端盖2上段内部连接,中心管1设有轴肩与端盖2上段内部一个台阶面101接触,中心管1的外圆柱面与上接头5上段内圆柱面间隙配合。上接头5上段外部与端盖2中段内部之间设有两个摩擦轮总成3,在预设定的正常转速范围内运行的情况下,摩擦轮总成3摩擦片3a的外圆柱面116与端盖2中段内圆柱面115之间有一定间隙。由于喷射的洗井液速度随时变化,从而导致该喷头旋转部分的转速也在随时发生着变化,当超过一定转速后,摩擦轮总成3离心块3b与摩擦片3a抵抗弹簧3c作用力向远离中心线的方向扩张,使得摩擦片3a的外圆柱面116与端盖2中段内圆柱面115相互接触,在它们之间产生摩擦力,喷头可动部分的转速越大,其离心块3b与摩擦片3a的离心力越大,使得摩擦片3a与端盖2中段内圆柱面115产生更大的摩擦力,从而使得该喷头的可动部分转速下降。当转速下降到预先设定的范围内时,离心块3b与摩擦片3a受到弹簧3c作用力,向中心线的方向靠近,使得摩擦片3a的外圆柱面116与端盖2中段内圆柱面115逐渐相互分开,从而使得摩擦力逐渐为零,回到预设的初始位置。上接头5上段外部与两个摩擦轮总成3分别通过两个销钉4连接,参阅图6,销钉4的形状不是圆柱结构,以至于摩擦轮总成3的中心线与上接头5的中心线重合,不存在上下摆动,影响摩擦效果。其中销钉4与上接头5上段外部是过盈连接,销钉4与摩擦轮总成3是有间隙的连接,摩擦轮总成3的离心块3b可以沿着销钉4轴向移动,但不能围着销钉4中心线转动。
上接头5中段外部与端盖2下段内部间隙配合,之间设有O型橡胶密封圈D19,上接头5中段设有轴肩103与端盖2下端面接触。中心管1与上接头5中段内部之间设有圆柱滚子轴承18,圆柱滚子轴承18内圈与外圈的上端面分别通过中心管1上的轴肩104与上接头5中段内部的台阶面102定位,圆柱滚子轴承18内圈的下端面通过安装在中心管1上的轴用弹性挡圈16定位,圆柱滚子轴承18外圈的下端面通过安装在上接头5中段内部的孔用弹性挡圈17定位。中心管1外圆柱面与中接头7上段半内圆柱面、中段内圆柱面、下段半内圆柱面间隙配合部分,之间设有四个O型橡胶密封圈B14。中心管1分别在于中接头7上、下段内圆柱面两处配合部分分别设有泄流孔105,113,该两处泄流孔105,113分别在相位上相差180度。中接头7上段外部与上接头5中段内部之间设有O型橡胶密封圈C15,中接头7上段外部与上接头5下段内部之间由于自身结构形成空腔114。上接头5外部设有等间距的三排孔,每一排设置为等间距的四个孔,三排孔从上往下分别焊接不同射流方向的特制喷嘴A6。中接头7中段外部用螺纹与上接头5下段内部连接,中接头7中段设有轴肩106与上接头8下端面接触。
中接头7中段外部用螺纹与下接头8上段内部连接,中接头7中段设有轴肩107与下接头8上端面接触,中接头7下段外部与下接头8下段内部之间由于自身结构形成空腔112。下接头8外部设有等间距的三排孔,每一排设置为等间距的四个孔,三排孔从上往下分别焊接不同射流方向的特制喷嘴A6。中接头7下段外部与下接头8中段内部之间设有O型橡胶密封圈C15。
中心管1外部用螺纹与座子9内部连接。座子9和下接头8中段内部之间设有推力球轴承13,座子9的外圆柱面与下接头8下段内圆柱面有一定间隙,座子9下段中心线的一旁设有泄流孔110。底接头10上段内部用螺纹与下接头8下段外部连接。下接头8下段设有轴肩108与底接头10上端面接触。底接头10内部台阶面109与座子9下端面之间有一定间隙,之间设有O型橡胶密封圈A12,底接头10的内部台阶设有一个半圆周的孔,底接头10下段内部由于自身结构形成空腔111,底接头10设有三个孔,分别焊接三个特制喷嘴B11。

Claims (4)

1.一种洗井用限转速脉冲式喷头,是由中心管、端盖、摩擦轮总成、销钉、上接头、喷嘴、中接头、下接头、座子、底接头、O型橡胶密封圈、推力球轴承、轴用弹性挡圈、孔用弹性挡圈和圆柱滚子轴承组成,其中摩擦轮总成由两个离心块、四个弹簧和两个摩擦片组成。其特征在于:中心管(1)上段外部用螺纹与端盖(2)上段内部连接,中心管(1)设有轴肩与端盖(2)上段内部一个台阶面(101)接触,中心管(1)的外圆柱面与上接头(5)上段内圆柱面间隙配合;上接头(5)上段外部与端盖(2)中段内部之间设有两个摩擦轮总成(3),在预设定的正常转速范围内运行的情况下,摩擦轮总成(5)摩擦片(3a)的外圆柱面(116)与端盖(2)中段内圆柱面(115)之间有一定间隙,在超过一定转速后,摩擦轮总成(3)摩擦片(3a)的外圆柱面(116)与端盖(2)中段内圆柱面(115)相互接触;上接头(5)上段外部与两个摩擦轮总成(3)分别通过两个销钉(4)连接,销钉(4)与上接头(5)上段外部是过盈连接,销钉(4)与摩擦轮总成(3)是有间隙的连接,摩擦轮总成(3)的离心块(3b)可以沿着销钉(4)轴向移动,但由于销钉(4)的形状不是圆柱结构,不能围着销钉(4)中心线转动。
2.根据权利要求1所述的一种洗井用限转速脉冲式喷头,其特征是:上接头(5)中段外部与端盖(2)下段内部间隙配合,之间设有O型橡胶密封圈D(19);上接头(5)中段设有轴肩(103)与端盖(2)下端面接触;中心管(1)与上接头(5)中段内部之间设有圆柱滚子轴承(18),圆柱滚子轴承(18)内圈与外圈的上端面分别通过中心管(1)上的轴肩(104)与上接头(5)中段内部的台阶面(102)定位,圆柱滚子轴承(18)内圈的下端面通过安装在中心管(1)上的轴用弹性挡圈(16)定位,圆柱滚子轴承(18)外圈的下端面通过安装在上接头(5)中段内部的孔用弹性挡圈(17)定位;中心管(1)外圆柱面与中接头(7)上段半内圆柱面、中段内圆柱面、下段半内圆柱面间隙配合部分,之间设有四个O型橡胶密封圈B(14);中心管(1)分别在于中接头(7)上、下段内圆柱面两处配合部分分别设有泄流孔(105)(113),该两处泄流孔(105)(113)分别在相位上相差180度;中接头(7)上段外部与上接头(5)中段内部之间设有O型橡胶密封圈C(15);中接头(7)上段外部与上接头(5)下段内部之间由于自身结构形成空腔(114);上接头(5)外部设有等间距的三排孔,每一排设置为等间距的四个孔,三排孔从上往下分别焊接不同射流方向的特制喷嘴A(6)。
3.根据权利要求1所述的一种洗井用限转速脉冲式喷头,其特征是:中接头(7)中段外部用螺纹与上接头(5)下段内部连接,中接头(7)中段设有轴肩(106)与上接头(5)下端面接触,中接头(7)中段外部用螺纹与下接头(8)上段内部连接,中接头(7)中段设有轴肩(107)与下接头(8)上端面接触,中接头(7)下段外部与下接头(8)下段内部之间由于自身结构形成空腔(112);下接头(8)外部设有等间距的三排孔,每一排设置为等间距的四个孔,三排孔从上往下分别焊接不同射流方向的特制喷嘴A(6);中接头(7)下段外部与下接头(8)中段内部之间设有O型橡胶密封圈C(15)。
4.根据权利要求1所述的一种洗井用限转速脉冲式喷头,其特征是:中心管(1)外部用螺纹与座子(9)内部连接;座子(9)和下接头(8)中段内部之间设有推力球轴承(13),座子(9)的外圆柱面与下接头(8)下段内圆柱面有一定间隙,座子(9)下段中心线的一旁设有泄流孔(110);底接头(10)上段内部用螺纹与下接头(8)下段外部连接;下接头(8)下段设有轴肩(108)与底接头(10)上端面接触;底接头(10)内部台阶面(110)与座子(9)下端面之间有一定间隙,之间设有O型橡胶密封圈A(12);底接头(10)的内部台阶设有一个半圆周的孔,底接头(10)下段内部由于自身结构形成空腔(111);底接头(10)设有三个孔,分别焊接三个特制喷嘴B(11)。
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