CN107120061A - 管柱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管柱，其涉及油田修井作业技术领域，该管柱包括：沿竖直方向延伸的油管；连接在所述油管下端的驱动装置，所述驱动装置包括壳体、设置在所述壳体内的中心杆，所述中心杆的侧壁上设置有呈螺旋式的叶片，所述叶片在流体通过时能够带动所述中心杆转动；连接在所述中心杆下端的刮刀钻头，所述刮刀钻头与所述中心杆中形成有一导流通道，所述导流通道连通所述螺旋式叶片下方的所述中心杆侧壁和所述刮刀钻头的头部；设置在所述油管侧壁上用于承装砂的桶体，所述桶体的开口朝向上方。本发明中的管柱能够在一次下入管柱的过程中对油层进行钻砂、冲砂和捞砂的操作以解决油井出砂导致的砂埋问题。

Description

管柱

技术领域

本发明涉及油田修井作业技术领域，特别涉及一种管柱。

背景技术

目前，中国的大庆、辽河、吉林等东部油田均进入到了油田开发的中后期，油井出砂问题日益严重，直接影响油井产量。因此在油田开发的过程中都需要采取各种不同的手段或措施以解决油井出砂导致的砂埋油层。

解决砂埋油层的一般方法均会采用到冲砂操作。其中，对于地层压力低的油层砂埋问题可以采用捞砂、冲砂相结合的工艺解决，而对于冲砂、捞砂解决不了的油井砂埋问题可以采用下螺杆钻具的操作，具体通过螺杆钻具先钻然后再进行冲砂的方式解决。但是下螺杆钻具的操作增加了作业成本，其原因是先钻后冲需要起下两趟管柱，如此导致了作业费用的增加，同时增加了占井时间，减少了油井的生产时间。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明实施例所要解决的技术问题是提供了一种管柱，其能够在一次下入管柱的过程中对油层进行钻砂、冲砂和捞砂的操作以解决油井出砂导致的砂埋问题。

本发明实施例的具体技术方案是：

一种管柱，包括：

沿竖直方向延伸的油管；

连接在所述油管下端的驱动装置，所述驱动装置包括壳体、设置在所述壳体内的中心杆，所述中心杆的侧壁上设置有呈螺旋式的叶片，所述叶片在流体通过时能够带动所述中心杆转动；

连接在所述中心杆下端的刮刀钻头，所述刮刀钻头与所述中心杆中形成有一导流通道，所述导流通道连通所述螺旋式叶片下方的所述中心杆侧壁和所述刮刀钻头的头部；

设置在所述油管侧壁上用于承装砂的桶体，所述桶体的开口朝向上方。

在一种优选的实施方式中，所述油管由单根油管连接而成，所述单根油管之间通过油管接箍相连接，所述桶体卡挂在所述油管接箍的台肩上。

在一种优选的实施方式中，所述桶体包括水平方向横截面呈半圆环形的第一捞沙桶和第二捞沙桶，所述第一捞沙桶和所述第二捞沙桶相对的侧壁上通过销轴以使两者相连接。

在一种优选的实施方式中，呈螺旋式的所述叶片侧面贴近于所述壳体的内壁。

在一种优选的实施方式中，所述导流通道包括与所述叶片下方的中心杆侧壁连通的第一流道、与所述第一流道相连接的第二流道和与所述第二流道相连接的第三流道，所述第二流道沿竖直方向设置在所述中心杆和所述刮刀钻头的中心，所述第三流道设置在所述刮刀钻头中并连通所述刮刀钻头的头部。

在一种优选的实施方式中，所述刮刀钻头的头部呈圆锥状，所述第三流道连通所述刮刀钻头的头部的圆锥面，所述第三流道与所述中心杆的轴线呈预设夹角。

在一种优选的实施方式中，所述预设夹角为45度。

在一种优选的实施方式中，所述第一捞沙桶包括外侧板、内侧板、连接所述外侧板和所述内侧板的两块侧壁板和连接所述外侧板、所述内侧板和所述侧壁板的底板。

在一种优选的实施方式中，所述中心杆穿出所述壳体的下端，所述壳体的下端与所述中心杆之间呈封闭状态，所述第一流道连通的中心杆侧壁位于所述螺旋式叶片和所述壳体的下端之间。

在一种优选的实施方式中，所述壳体与所述油管通过螺纹相连接，所述中心杆与所述壳体之间通过轴承相连接。

本发明的技术方案具有以下显著有益效果：

本申请中的管柱在一次下入油井的过程中，能够同时完成钻沙、冲砂以及捞砂的三个功能，这样可以大幅节约作业时间，且有效降低了作业成本，同时，还减小了占用油井的时间，进而增加了油井的生产时间。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为本发明实施例中管柱的结构示意图。

图2为本发明实施例中桶体中第一捞沙桶的结构示意图。

以上附图的附图标记：

1、套管；2、油管；21、单根油管；22、油管接箍；3、桶体；31、第一捞沙桶；311、外侧板；312、内侧板；313、侧壁板；314、底板；32、第二捞沙桶；33、销轴；4、驱动装置；41、壳体；42、中心杆；43、叶片；5、刮刀钻头；6、导流通道；61、第一流道；62、第二流道；63、第三流道；7、轴承；8、沉砂。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。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。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。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。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

由于先钻后冲需要起下两趟管柱，下螺杆钻具的操作增加了作业成本，导致了作业费用的增加，同时增加了占井时间，因此为了使得管柱能够在一次下入管柱的过程中对油层进行钻砂、冲砂和捞砂的操作以解决油井出砂导致的砂埋问题，在本申请中提出了一种管柱，图1为本发明实施例中管柱的结构示意图，如图1所示，该管柱包括：沿竖直方向延伸的油管2；连接在油管2下端的驱动装置4，驱动装置4包括壳体41、设置在壳体41内的中心杆42，中心杆42的侧壁上设置有呈螺旋式的叶片43，叶片43在流体通过时能够带动中心杆42转动；连接在中心杆42下端的刮刀钻头5，刮刀钻头5与中心杆42中形成有一导流通道6，导流通道6连通螺旋式叶片43下方的中心杆42侧壁和刮刀钻头5的头部；设置在油管2侧壁上用于承装砂的桶体3，桶体3的开口朝向上方。

当油井出现出砂问题后，将本申请中的管柱下入油井的套管1中，当管柱的刮刀钻头5下入至套管1沉砂8处时，在油井井口处向管柱内部注入冲砂液，冲砂液随着管柱的油管2流入至驱动装置4处，冲砂液先通过驱动装置4的壳体41与呈螺旋式的叶片43之间，在冲砂液流经呈螺旋式的叶片43时，其对叶片43进行冲击，由于冲砂液注入时本身还带有较高的压力，因此，冲砂液能够推动叶片43进行旋转，叶片43安装在中心杆42上，进而叶片43带动中心杆42发生旋转，冲砂液流至壳体41内叶片43下方。刮刀钻头5与中心杆42中形成有一导流通道6，冲砂液再进入到中心杆42的导流通道6中，其沿着导流通道6流至刮刀钻头5中，由于中心杆42发生旋转，其下部连接的刮刀钻头5也随着旋转，因此，刮刀钻头5能够顺利钻入套管1的沉砂8中。与此同时，由于冲砂液流至刮刀钻头5中，其通过刮刀钻头5的头部向外喷出，如此而已进一步对沉砂8进行冲击，由于刮刀钻头5呈旋转状态，通过导流通道6喷射出的冲砂液能够周向旋转，可以对套管1中不同位置的沉砂8进行冲击，起到了更好的冲砂作用。在冲砂液和刮刀钻头5的作用下，部分颗粒较小或密度较小的沉砂8不断的混入冲砂液中，随着冲砂液在管柱和套管1之间的间隙返流至井口，如此该部分沉砂8被清理出套管1。部分颗粒较大或密度较大的沉砂8在刮刀钻头5和冲砂液的作用下仅会被扬起一定高度，随后其不会随着冲砂液返流至井口，而是在重力的作用下下沉，如果该部分颗粒较大或密度较大的沉砂8不断下沉，那么当管柱工作一段时间后，其下端的刮刀钻头5接触的沉砂8处都是颗粒较大或密度较大的沉砂8，整个管柱基本无法继续深入清理更下层的沉砂8。因此，在本管柱上在油管2侧壁上设置有用于承装砂的桶体3，桶体3的开口朝向上方，当部分颗粒较大或密度较大的沉砂8在刮刀钻头5和冲砂液的作用下被扬起一定高度后，其在下落时即会掉入至油管2上的桶体3之中，其不会继续下落至刮刀钻头5处，如此，通过上述结构的管柱同时还能够将沉砂8中颗粒较大或密度较大的部分进行有效收集，当管柱作业完成以后，上提管柱时，即一起将管柱上桶体3内的沉砂8一起带出，如此实现了捞砂的功能。本申请中的管柱在一次下入油井的过程中，能够同时完成钻沙、冲砂以及捞砂的三个功能，这样可以大幅节约作业时间，且有效降低了作业成本，同时，还减小了占用油井的时间，进而增加了油井的生产时间。

为了更好的了解本申请中的管柱，下面将对其做进一步解释和说明。如图1所示，整个管柱的上部为沿竖直方向延伸的油管2，油管2用于整个管柱下入至油井的套管1下方，在进行钻沙以及冲砂操作时，通过油管2向管柱下方输送冲砂液。一般而言，整个油管2可以由多根单根油管21连接而成，单根油管21之间通过油管接箍22相连接。油管接箍22上存在有向油管2径向方向向外突出的台肩，该台肩可以用于卡挂桶体3，因此使得桶体3与油管2不需要其它连接件或固定件就可以达到桶体3固定不下落的目的。

如图1所示，桶体3可以设置在油管2侧壁上，其主要用于承装冲砂操作后在套管1中下落的沉砂8。桶体3可以卡挂在油管接箍22的台肩上，当然的，其也可以通过螺栓等连接件固定在油管2的侧壁上。在一种可行的实施方式中，图2为本发明实施例中桶体3中第一捞沙桶31的结构示意图，如图2所示，桶体3可以包括水平方向横截面呈半圆环形的第一捞沙桶31和第二捞沙桶32，第一捞沙桶31和第二捞沙桶32相对的侧壁上通过销轴33以使两者相连接。第一捞沙桶31可以包括外侧板311、内侧板312、连接外侧板311和内侧板312的两块侧壁板313和连接外侧板311、内侧板312和侧壁板313的底板314。同样的，第二捞沙桶32的结构与第一捞沙桶31相同，在此不再赘述。

当水平方向横截面呈半圆环形的第一捞沙桶31和第二捞沙桶32通过相对的侧壁合并在一起时，两者可以形成一个完整的圆环形，因此，形成一个完整的圆环形后，第一捞沙桶31和第二捞沙桶32可以通过油管接箍22上向外突出的台肩卡挂在油管2上，然后再通过第一捞沙桶31和第二捞沙桶32相对的侧壁上设置多个销轴33以使两者相连接，这样，第一捞沙桶31和第二捞沙桶32便不会相分离，当上提管柱后需要将第一捞沙桶31和第二捞沙桶32分离以清理其中的沉砂8时，只需要将销轴33卸下，从而使得第一捞沙桶31和第二捞沙桶32与油管2相脱离。上述结构可以使得桶体3便于在油管2上进行安装和拆卸，同时，相比于单个整圆环的桶体3而言，通过第一捞沙桶31和第二捞沙桶32合并形成的桶体3可以进一步提高强度，以使得桶体3内能够承装足够的沉砂8，避免桶体3出现损坏的可能性，进而影响管柱整体作业过程。

对于大斜度井和水平井使用此管柱的该捞砂功能时，桶体3的位置应该设置在离冲砂点位置近且井斜角相对小的位置，这样以后才能保证部分颗粒较大或密度较大的沉砂8能够较大可能的下落或进入到桶体3中。

如图1所示，驱动装置4连接在油管2的下端，驱动装置4包括壳体41、设置在壳体41内的中心杆42。壳体41的上端可以与油管2的下端通过螺纹方式相连接，当然的，其它连接方式同样可以运用于此，只要能够使得两者能够相连接，保证一定的密封程度即可。

如图1所示，驱动装置4的中心杆42沿竖直方向延伸，中心杆42的横截面呈圆形，以保证中心杆42的旋转。在中心杆42的侧壁上设置有呈螺旋式的叶片43，叶片43在流体通过时受到流体的冲击能够带动中心杆42转动，在本申请中流体就是通过油管2下入的冲砂液，在冲砂液的冲击和压力下，叶片43带动中心杆42旋转。为了使得冲砂液能够以一个较好的效率冲击叶片43产生扭矩，以及制造成本和使用效果，经过研究发现叶片43优选为呈螺旋式的叶片43，多叶片43式的结构不适合该处，而呈螺旋式的整体叶片43具有较大的优势。呈螺旋式的叶片43侧面尽量贴近于壳体41的内壁，如此绝大部分的冲砂液必须流经呈螺旋式的叶片43之间的流道。为了能够较好的固定住中心杆42，同时不影响中心杆42的转动，中心杆42与壳体41之间通过轴承7相连接，轴承7可以设置在中心杆42的上端处，冲砂液可以绕过轴承7进而流至呈螺旋式的叶片43上方。在本管柱中，利用冲砂液流经驱动装置4的方式产生了对中心杆42的扭矩，如此，在本管柱中不需要设置其它的电动类的驱动装置4以产生对中心杆42的扭矩，进而能使得下部的刮刀钻头5旋转，这样以后可以有效简化管柱的复杂程度和成本，同时在不存在电的情况下还可以保证施工操作中的安全。

如图1所示，刮刀钻头5连接在中心杆42下端，两者之间可以通过螺纹连接、焊接、卡扣、插接等方式连接。刮刀钻头5与中心杆42中形成有一导流通道6，导流通道6连通螺旋式叶片43下方的中心杆42侧壁和刮刀钻头5的头部。在一个实施方式中，导流通道6可以包括与叶片43下方的中心杆42侧壁连通的第一流道61、与第一流道61相连接的第二流道62和与第二流道62相连接的第三流道63，第二流道62沿竖直方向设置在中心杆42和刮刀钻头5的中心，第三流道63设置在刮刀钻头5中并连通刮刀钻头5的头部。刮刀钻头5的头部可以呈圆锥状，第三流道63连通刮刀钻头5的头部的圆锥面，第三流道63与中心杆42的轴线呈预设夹角。中心杆42穿出壳体41的下端，壳体41的下端与中心杆42之间尽量呈封闭状态，第一流道61连通的中心杆42侧壁位于螺旋式叶片43和壳体41的下端之间，如此，冲砂液流经叶片43以后尽可能的流入第一流道61中，进而冲砂液再沿着第二通道和第三通道自刮刀钻头5的头部喷出，喷射出的冲砂液能够对套管1内的沉砂8起到冲击的作用，使得沉砂8上扬。由于中心杆42旋转带动刮刀钻头5旋转，刮刀钻头5能够对沉砂8进行钻沙操作使得刮刀钻头5下入沉砂8一定深度。在刮刀钻头5旋转的同时，自刮刀钻头5头部的第三通道喷射出的冲砂液也会发生周向旋转，因此，可以对套管1中不同位置的沉砂8进行冲击，起到了更好的冲砂作用。在冲砂液和刮刀钻头5的作用下，部分颗粒较小或密度较小的沉砂8不断的混入冲砂液中，随着冲砂液在管柱和套管1之间的间隙返流至井口，如此该部分沉砂8就被清理出套管1。部分颗粒较大或密度较大的沉砂8在刮刀钻头5和冲砂液的作用下被扬起一定高度后，下落时掉入至油管2上的桶体3之中，如此，通过上述结构的管柱将沉砂8中颗粒较大或密度较大的部分进行有效收集，当管柱作业完成以后，上提管柱时，即一起将管柱上桶体3内的沉砂8一起带出，如此实现捞砂的功能。

考虑到冲砂液的冲击力和冲砂的效果，在刮刀钻头5上开设的第三通道的数量优选为一个，第三流道63与中心杆42的轴线呈的预设夹角为40度至50度之间，一般选择在45度左右，如此，冲砂液一方面可以对刮刀钻头5下方的沉砂8起到冲击作用，另外一方面其还可以对刮刀钻头5侧方的沉砂8起到冲击，使得侧方的沉砂8被扬起进而随着冲砂液反流至井口排出。第三通道的内径则具体可以根据井内沉砂8的情况确定。

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。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种管柱，其特征在于，包括：

沿竖直方向延伸的油管；

连接在所述油管下端的驱动装置，所述驱动装置包括壳体、设置在所述壳体内的中心杆，所述中心杆的侧壁上设置有呈螺旋式的叶片，所述叶片在流体通过时能够带动所述中心杆转动；

连接在所述中心杆下端的刮刀钻头，所述刮刀钻头与所述中心杆中形成有一导流通道，所述导流通道连通所述螺旋式叶片下方的所述中心杆侧壁和所述刮刀钻头的头部；

设置在所述油管侧壁上用于承装砂的桶体，所述桶体的开口朝向上方。

2.根据权利要求1所述的管柱，其特征在于，所述油管由单根油管连接而成，所述单根油管之间通过油管接箍相连接，所述桶体卡挂在所述油管接箍的台肩上。

3.根据权利要求1所述的管柱，其特征在于，所述桶体包括水平方向横截面呈半圆环形的第一捞沙桶和第二捞沙桶，所述第一捞沙桶和所述第二捞沙桶相对的侧壁上通过销轴以使两者相连接。

4.根据权利要求1所述的管柱，其特征在于，呈螺旋式的所述叶片侧面贴近于所述壳体的内壁。

5.根据权利要求1所述的管柱，其特征在于，所述导流通道包括与所述叶片下方的中心杆侧壁连通的第一流道、与所述第一流道相连接的第二流道和与所述第二流道相连接的第三流道，所述第二流道沿竖直方向设置在所述中心杆和所述刮刀钻头的中心，所述第三流道设置在所述刮刀钻头中并连通所述刮刀钻头的头部。

6.根据权利要求5所述的管柱，其特征在于，所述刮刀钻头的头部呈圆锥状，所述第三流道连通所述刮刀钻头的头部的圆锥面，所述第三流道与所述中心杆的轴线呈预设夹角。

7.根据权利要求6所述的管柱，其特征在于，所述预设夹角为45度。

8.根据权利要求3所述的管柱，其特征在于，所述第一捞沙桶包括外侧板、内侧板、连接所述外侧板和所述内侧板的两块侧壁板和连接所述外侧板、所述内侧板和所述侧壁板的底板。

9.根据权利要求5所述的管柱，其特征在于，所述中心杆穿出所述壳体的下端，所述壳体的下端与所述中心杆之间呈封闭状态，所述第一流道连通的中心杆侧壁位于所述螺旋式叶片和所述壳体的下端之间。

10.根据权利要求1所述的管柱，其特征在于，所述壳体与所述油管通过螺纹相连接，所述中心杆与所述壳体之间通过轴承相连接。