CN106988693A - 同心管双喷射流负压抽砂装置及方法 - Google Patents

同心管双喷射流负压抽砂装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种同心管双喷射流负压抽砂装置及方法。外油管和内油管的上端与同心双油管的下端连接；动力液通过地面设备进入同心双油管之间的环空，并沿着外油管、内油管之间的环空进入井中的双喷射流冲砂装置，一部分动力液下喷，将井筒内的砂子冲松，另一部分动力液上喷，将井筒内的砂子通过负压吸入泵芯内，并与另一部分动力液混合后形成混合液通过内油管及同心双油管上行至地面的沉砂池。有益效果是：能够彻底将井下的砂子抽至地面；外置流道的泵筒截面积提高2倍或2倍以上，减少含砂井下液体上行阻力；自下而上的内油管面积相同，流动的混合液中砂在同一速度下上行，不会形成现有技术中存在的砂桥无法工作。

Description

同心管双喷射流负压抽砂装置及方法
技术领域
本发明涉及一种石油工业井下抽砂装置，特别涉及一种同心管双喷射流负压抽砂装置及方法。
背景技术
在原油开采过程中，由于大部分油层易出砂，如果是水平井（或漏失井）中出砂，生产一段时间后，出现砂埋生产层段，影响正常生产，影响了产能的有效发挥和后续措施的顺利开展，需要及时进行冲砂洗井作业，以保证井筒的畅通。
目前现有技术是：一是常规笔尖加油管的冲砂工艺，该工艺不适用于水平井或直井中漏失严重的井。二是针对以上问题，国内外尝试了一些常规笔尖井进行了完善新的冲砂工具，如中国专利号为CN200920278218.8，专利名称为《双向喷嘴水力喷射泵》，由扩散管、喉管、地层液入口、驱动喷嘴、动力液流道、外工作筒、沉没泵、冲砂喷嘴组成，本实用新型由于采用双向喷嘴，冲砂喷嘴及驱动喷嘴，动力液由双管环空输入井下后，通过动力液流道进入泵吸入口，一部分经冲砂喷嘴以100m/s以上的流速正向喷出，射流在井筒内呈扇形扩散，使水平段沉砂充分悬浮于冲砂液中；另一部分经驱动喷嘴驱动井下喷射泵工作，与驱动喷嘴喷出的动力液混合后经喉管到扩散管排出，在井底形成负压，实现水平井负压冲砂，解决了水平井大斜度井段和水平井段冲砂问题。其存在的问题是：并没有提到如何实现操作同心双管冲砂管柱，如何进行施工操作，没有详细描述和说明。
中国专利号为CN201510237509.2，专利名称为《一种水平井负压抽砂器》，包括外筒、喉管、中心管、喷嘴、连接头和挡板头，连接头上部套入外筒内并与其螺纹连接，连接头下部端面与挡板头连接，连接头前端外壁与中心管下端连接，连接头前端内孔与喉管下端连接，喉管从中心管内部穿过中心管上端面，喷嘴置于喉管下部内孔内，喷嘴下端面抵在连接头前端内孔端面上，外筒内壁与中心管和连接头前端外壁之间形成环形空间。该发明在水平段井筒内实现连续负压抽砂，同时具有套管内清垢、破碎胶结物的功能，解决水平井冲砂过程中不连续、漏失严重的问题。但是其存在的问题是：一是其采用的双油管是在井下一定深度以下，且设有密封皮碗，上部采用工具油管，这样的弊端是冲砂液进入地层时，通过双油管的外管进入喷射器内，返回的携砂液体通过双油管的内管进入直径较大的工具油管，二者直径相差较大，流动的混合液中砂在上行时速度不一样，容易出现沉砂，进而形成砂桥导致装置无法继续工作；二是高压动力液通过套管与工具油管之间的环空进入地下，这样，套管需要承受高压，这在采油标准中并不允许套管承压超过12兆帕，而冲砂的动力液需要远远大于这个压力，这样，就容易导致油井报废甚至重大生产事故。三是带下喷嘴的结构会出现一个问题，下喷水量难以控制，会出现两种情况，A是下喷水量大于抽吸量时，井内的压力增高，由于设有密封皮碗，井内为密封系统，整个系统处于憋压状态，使井内的液体及砂子压入地层，达不到冲砂的目的；B是下喷水量小于抽吸量时，地层中的液体及砂子被大量抽吸到地面，易造成地层大量出砂，出现冲不净的现象，且地面的动力液增多，要是抽出的液体中有大量原油的话，还会造成井场污染的问题。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种同心管双喷射流负压抽砂装置及方法，方便施工操作，而且地面装置与地下的两根油管之间连接有同心双油管，通过双管水龙头操作同心双油管一根一根的连接或拆卸，也避免了套管承压的问题。
本发明提到的一种同心管双喷射流负压抽砂装置，包括地面设备，双管水龙头（1）、多个同心双油管（2）、外油管（3）、内油管（4）、双喷射流冲砂装置（5）和桥式同心接箍（6），多个同心双油管（2）之间通过桥式同心接箍（6）连接，地面上的同心双油管（2）与双管水龙头（1）连接，双喷射流冲砂装置（5）包括泵筒和泵芯，外油管（3）的下端连接双喷射流冲砂装置（5）的泵筒并输送至井底的砂面，内油管（4）的下端连接双喷射流冲砂装置（5）的泵芯输送至井中的双喷射流冲砂装置（5）的泵筒内，所述外油管（3）和内油管（4）的上端与同心双油管（2）的下端连接；动力液（D）通过地面设备进入同心双油管（2）之间的环空，并沿着外油管（3）、内油管（4）之间的环空进入井中的双喷射流冲砂装置（5），一部分动力液（D1）下喷，将井筒内的砂子冲松，另一部分动力液（D2）上喷，将井筒内的砂子通过负压吸入泵芯内，并与另一部分动力液（D2）混合后形成混合液（E1）通过内油管（4）及同心双油管（2）上行至地面的沉砂池。
上述同心双油管（2）由外管（2.1）和内管（2.2）组成，且内管（2.2）的下端设有内油管插头（2.2.1），通过内油管插头（2.2.1）与内油管（4）上端的母扣插接；所述外管（2.1）的下端设有外螺纹，通过旋转与外油管（3）的上端的母扣连接。
上述桥式同心接箍（6）的两端分别设有大内径母扣（6.1），中间设有小内径母扣（6.2），通过大内径母扣（6.1）与外管（2.1）连接，通过小内径母扣（6.2）连接内管（2.2），在所述的大内径母扣（6.1）之间的接箍体上设有贯通的连通孔（6.3），将上下两个大内径母扣（6.1）连通，使上下两个外管（2.1）通过连通孔（6.3）连通。
上述的小内径母扣（6.2）的内壁为内油管插头密封腔（6.2），可以与上一根同心双油管（2）的内管（2.2）连接；大内径母扣（6.1）与同心双油管（2）的外管（2.1）连接。
上述的双管水龙头（1）包括转动主体（1.3）、密封盖（1.1）、密封体（1.2）和轴承（1.4），转动主体（1.3）的内腔设有轴承（1.4），通过轴承（1.4）与下侧的同心双油管（2）的外管（2.1）活动连接，密封盖（1.1）的内腔设有密封体（1.2）与同心双油管（2）的外管（2.1）密封连接，密封盖（1.1）与地面装置的上油管（8）紧固连接，上油管（8）与下侧的同心双油管（2）活动连接。
上述的双喷射流冲砂装置（5）包括泵筒和泵芯，泵筒和泵芯之间通过密封面（5.4）连接，其中泵筒采用带外置流道的泵筒（5.3），泵芯包括上喷嘴（5.1）、喉管（5.2）、下喷嘴（5.5），上喷嘴（5.1）的上部设有喉管（5.2），下喷嘴（5.5）向下喷射动力液，将井筒内的砂子冲松，通过泵筒外置流道（F1）吸入泵芯内。
上述的密封面（5.4）包括A2密封面、B2密封面和C2密封面，A2密封面将内油管（4）与双喷射流冲砂装置（5）的泵筒密封，B2密封面和C2密封面将上喷嘴（5.1）与双喷射流冲砂装置（5）的泵筒密封。
上述的上喷嘴（5.1）的内腔设有缓冲腔，缓冲腔的上部流道为另一部分动力液（D2）的流道，缓冲腔的下部流道为一部分动力液（D1）的下喷流道；缓冲腔的一侧连接到双喷射流冲砂装置（5）的外置流道，为动力液入口。
本发明提到的一种同心管双喷射流负压抽砂装置的使用方法，包括以下步骤：
（一）安装时，将外油管（3）的下端连接双喷射流冲砂装置（5）的泵筒连续下放至套管内井底的砂面，内油管（4）的下端连接双喷射流冲砂装置（5）的泵芯连续下放插入泵筒内；内油管（4）的上端与同心双油管（2）的内管连接，外油管（3）的上端与同心双油管（2）的外管连接；同心双油管（2）通过双管水龙头（1）操作旋转实现安装与拆卸，并在地面井场设有沉砂池，且同心双油管（2）的外管与套管之间为不做封闭处理的套管环空（7）；
（二）工作时，动力液（D）通过井口上方的进液口进入同心双油管（2）的外管（2.1）和内管（2.2）之间的环空，并通过桥式同心接箍（6）进入井下的另一根同心双油管的环空，再通过外油管（3）和内油管（4）之间的环空，进入井下的双喷射流冲砂装置（5），一部分动力液（D1）下喷，将井筒的砂子冲松，另一部分动力液（D2）通过上喷将井筒内的砂子吸入泵芯内，并与另一部分动力液（D2）混合后形成混合液（E1）上行至地面；
（三）由于在井口的地面装置安设有沉砂池，抽出的混合液放置在沉砂池中，多余的液体可以通过套管环空（7）回注到井中，从而保证井中的动液面基本不动，漏失严重的井中的砂子也能有效的抽到地面。
上油管（8）与同心双油管（2）通过双管水龙头（1）实现快速安装与拆卸。
本发明的有益效果是：本发明的下喷嘴的高压动力液将井中的砂子冲送搅动起来，在通过射流泵大排量抽到地面，抽出混合液在沉砂池中，多余的液体，通过不做封闭处理的套管环空回注到井中，井中的动液面基本不动，漏失严重的井中的砂子也能有效的抽到地面；利用本装置能够彻底将水平井（或漏失严重）井下的砂子抽至地面，为后续生产提供有力的保障；
另外，本发明还具有以下优点：泵筒的外置流道设计可以使过流的截面积提高2倍或2倍以上，减少含砂井下液体上行阻力；还有，自下而上的内油管与同心双油管的内管的内径相同，流动的混合液中的砂子在同一速度下上行，不会形成现有技术中存在的砂桥无法工作；再者，在地面上采用双管水龙头和同心双油管进行施工操作，方便施工，可以满足生产要求，同心双油管的下入距离就是井下冲砂的长度，便于施工计算；最后，本发明通过同心双油管与井下的外油管和内油管进行连接，使少量的同心双油管，即可实现冲砂操作，减少了施工成本，提高了作业的效益。
附图说明
附图1是本发明的结构示意图；
附图2是双管水龙头的结构示意图；
附图3是同心双管柱结构示意图；
附图4是双喷射流冲砂装置的结构示意图；
上图中：双管水龙头1、同心双油管2、外油管3、内油管4、双喷射流冲砂装置5、桥式同心接箍6、套管环空7、上油管8，密封盖1.1、密封体1.2、转动主体1.3、轴承1.4，外管2.1、内管2.2、内油管插头2.2.1，上喷嘴5.1、喉管5.2、带外置流道的泵筒5.3、密封面5.4、下喷嘴5.5，大内径母扣6.1，小内径母扣6.2、连通孔6.3；A2密封面、B2密封面、C2密封面、动力液D、一部分动力液D1、另一部分动力液D2、混合液E1、泵筒外置流道F1。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提到的一种同心管双喷射流负压抽砂装置，包括地面设备，双管水龙头1、多个同心双油管2、外油管3、内油管4、双喷射流冲砂装置5和桥式同心接箍6，多个同心双油管2之间通过桥式同心接箍6连接，地面上的同心双油管2与双管水龙头1连接，双喷射流冲砂装置5包括泵筒和泵芯，外油管3的下端连接双喷射流冲砂装置5的泵筒并输送至井底的砂面，内油管4的下端连接双喷射流冲砂装置5的泵芯输送至井中的双喷射流冲砂装置5的泵筒内，所述外油管3和内油管4的上端与同心双油管2的下端连接；动力液D通过地面设备进入同心双油管2之间的环空，并沿着外油管3、内油管4之间的环空进入井中的双喷射流冲砂装置5，一部分动力液D1下喷，将井筒内的砂子冲松，另一部分动力液D2上喷，将井筒内的砂子通过负压吸入泵芯内，并与另一部分动力液D2混合后形成混合液E1通过内油管4及同心双油管2上行至地面的沉砂池。
其中，同心双油管2由外管2.1和内管2.2组成，且内管2.2的下端设有内油管插头2.2.1，通过内油管插头2.2.1与内油管4上端的母扣插接；所述外管2.1的下端设有外螺纹，通过旋转与外油管3的上端的母扣连接。
参照附图3，桥式同心接箍6的两端分别设有大内径母扣6.1，中间设有小内径母扣6.2，通过大内径母扣6.1与外管2.1连接，通过小内径母扣6.2连接内管2.2，在所述的大内径母扣6.1之间的接箍体上设有贯通的连通孔6.3，将上下两个大内径母扣6.1连通，使上下两个外管2.1通过连通孔6.3连通。
其中，小内径母扣6.2的内壁为内油管插头密封腔6.2，可以与上一根同心双油管2的内管2.2连接；大内径母扣6.1与同心双油管2的外管2.1连接。
参照附图2，所述的双管水龙头1包括转动主体1.3、密封盖1.1、密封体1.2和轴承1.4，转动主体1.3的内腔设有轴承1.4，通过轴承1.4与下侧的同心双油管2的外管2.1活动连接，密封盖1.1的内腔设有密封体1.2与同心双油管2的外管2.1密封连接，密封盖1.1与地面装置的上油管8紧固连接，上油管8与下侧的同心双油管2活动连接，这样在旋转操作时，上油管8保持不转，仅带动同心双油管2旋转进行安装或拆卸。
参照附图4，双喷射流冲砂装置5包括泵筒和泵芯，泵筒和泵芯之间通过密封面5.4连接，其中泵筒采用带外置流道的泵筒5.3，泵芯包括上喷嘴5.1、喉管5.2、下喷嘴5.5，上喷嘴5.1的上部设有喉管5.2，下喷嘴5.5向下喷射动力液，将井筒内的砂子冲松，通过泵筒外置流道F1吸入泵芯内。
其中，密封面5.4包括A2密封面、B2密封面和C2密封面，A2密封面将内油管4与双喷射流冲砂装置5的泵筒密封，B2密封面和C2密封面将上喷嘴5.1与双喷射流冲砂装置5的泵筒密封。
另外，上喷嘴5.1的内腔设有缓冲腔，缓冲腔的上部流道为另一部分动力液D2的流道，缓冲腔的下部流道为一部分动力液D1的下喷流道；缓冲腔的一侧连接到双喷射流冲砂装置5的外置流道，为动力液入口。
本发明提到的一种同心管双喷射流负压抽砂装置的使用方法，包括以下步骤：
一、安装时，将外油管3的下端连接双喷射流冲砂装置5的泵筒连续下放至套管内井底的砂面，内油管4的下端连接双喷射流冲砂装置5的泵芯连续下放插入泵筒内；内油管4的上端与同心双油管2的内管连接，外油管3的上端与同心双油管2的外管连接；同心双油管2通过双管水龙头1操作旋转实现安装与拆卸，并在地面井场设有沉砂池，所述同心双油管（2）的外管与套管之间为套管环空（7），且该套管环空7不做封闭处理，为敞开式设计；
二、工作时，动力液D通过井口上方的进液口进入同心双油管2的外管2.1和内管2.2之间的环空，并通过桥式同心接箍6进入井下的另一根同心双油管的环空，再通过外油管3和内油管4之间的环空，进入井下的双喷射流冲砂装置5，一部分动力液D1下喷，将井筒的砂子冲松，另一部分动力液D2通过上喷将井筒内的砂子吸入泵芯内，并与另一部分动力液D2混合后形成混合液E1上行至地面；
三、由于在井口的地面装置安设有沉砂池，抽出的混合液放置在沉砂池中，多余的液体可以通过套管环空7回注到井中，从而保证井中的动液面基本不动，漏失严重的井中的砂子也能有效的抽到地面。
上油管8与同心双油管2通过双管水龙头1实现快速安装与拆卸。
需要说明的是：井筒底部的砂面在冲砂过程中，双喷射流冲砂装置5一直向井底移动，这时候，地面井口的同心双油管2只需要在双管水龙头1的操作下一根一根的连接下入井内，因此，同心双油管2的移动长度也就是冲砂的长度，因此，同心双油管2和井下的外油管3和内油管4配合即可实现双油管的功能，避免全部采用同心双油管2带来的高昂制作成本，减少了投入。
以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种同心管双喷射流负压抽砂装置，包括地面设备，其特征是：还包括双管水龙头（1）、多个同心双油管（2）、外油管（3）、内油管（4）、双喷射流冲砂装置（5）和桥式同心接箍（6），多个同心双油管（2）之间通过桥式同心接箍（6）连接，地面上的同心双油管（2）与双管水龙头（1）连接，双喷射流冲砂装置（5）包括泵筒和泵芯，外油管（3）的下端连接双喷射流冲砂装置（5）的泵筒并输送至井底的砂面，内油管（4）的下端连接双喷射流冲砂装置（5）的泵芯输送至双喷射流冲砂装置（5）的泵筒内，所述外油管（3）和内油管（4）的上端与同心双油管（2）的下端连接；动力液（D）通过地面设备进入同心双油管（2）之间的环空，并沿着外油管（3）、内油管（4）之间的环空进入井中的双喷射流冲砂装置（5），一部分动力液（D1）下喷，将井筒内的砂子冲松，另一部分动力液（D2）上喷，将井筒内的砂子通过负压吸入泵芯内，并与另一部分动力液（D2）混合后形成混合液（E1）通过内油管（4）及同心双油管（2）上行至地面的沉砂池。
2.根据权利要求1所述的同心管双喷射流负压抽砂装置，其特征是：所述同心双油管（2）由外管（2.1）和内管（2.2）组成，且内管（2.2）的下端设有内油管插头（2.2.1），通过内油管插头（2.2.1）与内油管（4）上端的母扣插接；所述外管（2.1）的下端设有外螺纹，通过旋转与外油管（3）的上端的母扣连接。
3.根据权利要求2所述的同心管双喷射流负压抽砂装置，其特征是：所述桥式同心接箍（6）的两端分别设有大内径母扣（6.1），中间设有小内径母扣（6.2），通过大内径母扣（6.1）与外管（2.1）连接，通过小内径母扣（6.2）连接内管（2.2），在所述的大内径母扣（6.1）之间的接箍体上设有贯通的连通孔（6.3），将上下两个大内径母扣（6.1）连通，使上下两个外管（2.1）通过连通孔（6.3）连通。
4.根据权利要求3所述的同心管双喷射流负压抽砂装置，其特征是：所述的小内径母扣（6.2）的内壁为内油管插头密封腔（6.2），可以与上一根同心双油管（2）的内管（2.2）连接；大内径母扣（6.1）与同心双油管（2）的外管（2.1）连接。
5.根据权利要求1所述的同心管双喷射流负压抽砂装置，其特征是：所述的双管水龙头（1）包括转动主体（1.3）、密封盖（1.1）、密封体（1.2）和轴承（1.4），转动主体（1.3）的内腔设有轴承（1.4），通过轴承（1.4）与下侧的同心双油管（2）的外管（2.1）活动连接，密封盖（1.1）的内腔设有密封体（1.2）与同心双油管（2）的外管（2.1）密封连接，密封盖（1.1）与地面装置的上油管（8）紧固连接，上油管（8）与下侧的同心双油管（2）活动连接。
6.根据权利要求1所述的同心管双喷射流负压抽砂装置，其特征是：所述的双喷射流冲砂装置（5）包括泵筒和泵芯，泵筒和泵芯之间通过密封面（5.4）连接，其中泵筒采用带外置流道的泵筒（5.3），泵芯包括上喷嘴（5.1）、喉管（5.2）、下喷嘴（5.5），上喷嘴（5.1）的上部设有喉管（5.2），下喷嘴（5.5）向下喷射动力液，将井筒内的砂子冲松，通过泵筒外置流道（F1）吸入泵芯内。
7.根据权利要求6所述的同心管双喷射流负压抽砂装置，其特征是：所述的密封面（5.4）包括A2密封面、B2密封面和C2密封面，A2密封面将内油管（4）与双喷射流冲砂装置（5）的泵筒密封，B2密封面和C2密封面将上喷嘴（5.1）与双喷射流冲砂装置（5）的泵筒密封。
8.根据权利要求5所述的同心管双喷射流负压抽砂装置，其特征是：所述的上喷嘴（5.1）的内腔设有缓冲腔，缓冲腔的上部流道为另一部分动力液（D2）的流道，缓冲腔的下部流道为一部分动力液（D1）的下喷流道；缓冲腔的一侧连接到双喷射流冲砂装置（5）的外置流道，为动力液入口。
9.一种如权利要求1-8中任一项所述的同心管双喷射流负压抽砂装置的使用方法，其特征是：包括以下步骤：
（一）安装时，将外油管（3）的下端连接双喷射流冲砂装置（5）的泵筒连续下放至套管内井底的砂面，内油管（4）的下端连接双喷射流冲砂装置（5）的泵芯连续下放插入泵筒内；内油管（4）的上端与同心双油管（2）的内管连接，外油管（3）的上端与同心双油管（2）的外管连接；同心双油管（2）通过双管水龙头（1）操作旋转实现安装与拆卸，并在地面井场设有沉砂池，且同心双油管（2）的外管与套管之间为套管环空（7）；
（二）工作时，动力液（D）通过井口上方的进液口进入同心双油管（2）的外管（2.1）和内管（2.2）之间的环空，并通过桥式同心接箍（6）进入井下的另一根同心双油管的环空，再通过外油管（3）和内油管（4）之间的环空，进入井下的双喷射流冲砂装置（5），一部分动力液（D1）下喷，将井筒的砂子冲松，另一部分动力液（D2）通过上喷将井筒内的砂子吸入泵芯内，并与另一部分动力液（D2）混合后形成混合液（E1）上行至地面；
（三）由于在井口的地面装置安设有沉砂池，抽出的混合液放置在沉砂池中，多余的液体可以通过套管环空（7）回注到井中，从而保证井中的动液面基本不动，漏失严重的井中的砂子也能有效的抽到地面。
10.根据权利要求9所述的同心管双喷射流负压抽砂装置的使用方法，其特征是：上油管（8）与同心双油管（2）通过双管水龙头（1）实现快速安装与拆卸。
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