CN109296327A - 一种复式旋流冲洗工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复式旋流冲洗工具，属石油、天然气开采钻井工具技术领域。该复式旋流冲洗工具由推送短接、冲洗头、装配壳、破砂壳、连接筒、旋转轴、推筒和破砂刮刀构成；推送短接的一端通过连接筒连接有装配壳和端盖；装配壳内通过对称状设置的扶正轴承活动安装有旋转轴；旋转轴的一端螺纹安装有分流头；旋转轴的一端通过衔接筒连接有破砂壳；破砂壳的一端连接有冲洗头；破砂壳的圆周面上通过刀座活动装有多个破砂刮刀。该复式旋流冲洗工具解决了现有冲洗工具与井筒呈偏心状态时，存有的洗砂效果差的问题。此外该冲洗工具相对于现有工具单一冲洗模式增强了冲洗效果，满足了油田生产使用的需要。

Description

一种复式旋流冲洗工具

技术领域

本发明涉及一种复式旋流冲洗工具，属石油、天然气开采钻井工具技术领域。

背景技术

在石油勘探领域，水平井是井斜角为90°，井身沿着水平方向钻进一定长度的井。当油层出砂之后，砂子会紧跟冲洗液流进井筒中，一些体积大的砂子会先沉降在水平段的较低位置处而产生砂床。砂床的存在会影响石油的开采；目前常采用普通水力冲砂技术清理水平井中的砂子；采用普通水力冲砂技术清理砂子时一般会碰到下列几种难题：首先，冲砂过程中单纯的水力很难将井壁上的砂完全冲洗干净。其次，冲洗工具在自身重力作用下会与井筒呈偏心状态，呈偏心时，冲洗工具与井筒的偏心环空必然导致冲洗液流速降低，流速降低后砂子容易吸附在工具表面，堵塞喷嘴，其不但洗不出砂反而会引起新的沉积造成事故；不能满足人们使用的需要。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种设计巧妙、以解决现有井筒水力冲砂时存有的难以完全清砂和易引起新的沉积问题的复式旋流冲洗工具。

本发明的技术方案：

一种复式旋流冲洗工具，它由推送短接、冲洗头、装配壳、破砂壳、连接筒、旋转轴、涡轮、分流头、推筒和破砂刮刀构成；其特征在于：推送短接的一端通过连接筒依次螺纹连接有装配壳和端盖；装配壳内通过对称状设置的扶正轴承活动安装有旋转轴；旋转轴的一端螺纹安装有分流头；扶正轴承之间的旋转轴上装有多个涡轮和导流环；旋转轴的一端通过衔接筒连接有破砂壳；破砂壳的一端连接有冲洗头；破砂壳的圆周面上通过刀座活动装有多个破砂刮刀；破砂刮刀一侧的破砂壳上装有限位挡板；破砂壳内部通过复位弹簧活动装有推筒；推筒与各破砂刮刀抵触连接。

所述的旋转轴呈阶梯型，旋转轴的内部设置有流通直孔；流通直孔一端的旋转轴上均布有多个旁通孔；装配壳通过旁通孔与流通直孔连通；涡轮和导流环位于旁通孔两侧的旋转轴上。

所述的导流环的一侧设置有导流锥面。

所述的推筒的截面呈“T”字形结构；推筒通过剪切销钉与破砂壳连接；推筒的圆周面上均匀设置有控制滑槽；控制滑槽与对应的破砂刮刀滑动连接。

所述的破砂刮刀由旋动板和破砂刮片构成；破砂壳的圆周面上均匀设置有多个装配孔；装配孔内通过刀座和转销活动装有旋动板；旋动板中部通过斜面固装有破砂刮片；旋动板一侧的装配孔上固装有限位挡板；旋动板的一端呈圆弧状，且其下端设置有抵触凸起；抵触凸起与控制滑槽滑动连接；旋动板的末端呈阶梯型；旋动板的末端与限位挡板间歇抵触连接；旋动板的内侧面设置有驱动斜面，驱动斜面与推筒的端面抵触连接。

所述的推送短接由上接头、短接壳、拨叉和推送轴构成；短接壳的一端螺纹安装有上接头；短接壳内通过滑槽滑动装有拨叉；拨叉叉口内部的短接壳上通过装配转轴装有半齿轮和驱动叶轮；半齿轮与拨叉间歇啮合连接；拨叉一端螺纹连接有推送轴；推送轴的圆周面上均布有多个导向凸块；推送轴通过导向凸块与短接壳滑动连接；导向凸块两侧的短接壳内设置有缓冲弹簧；推送轴的一端延伸至短接壳的外端后与连接筒螺纹连接；

所述的推送轴呈阶梯型结构；推送轴的内部设置有阶梯型流通孔；阶梯型流通孔一端的推送轴上设置有导流旁孔；短接壳通过导流旁孔与阶梯型流通孔连通。

所述的冲洗头由冲洗筒、导流套和旋流叶轮构成；冲洗筒的一端端头设置有导流嘴；冲洗筒的圆周面上通过导流套安装有多个旋流叶轮。

所述的旋流叶轮由旋流叶片和分流柱构成；分流柱的一端呈锥形；分流柱的圆周面上呈螺旋状设置有多个旋流叶片。

本发明的优点在于：

该复式旋流冲洗工具采用了在主体结构上设置破砂刮刀的结构设计，采用该种设计后破砂刮刀不仅具有“刮砂”的作用，而且破砂刮刀呈撑开状态时，可迫使该冲洗工具与井筒保持同心状态，从而解决了现有冲洗工具与井筒呈偏心状态时，存有的洗砂效果差的问题。此外该冲洗工具工作时不能仅能够旋转运动还能够轴向运动，从而相对于现有工具单一冲洗模式增强了冲洗效果，提高了工具下入能力，满足了油田生产使用的需要。

附图说明

图1为本发明的主视结构示意图；

图2为图1中B处的放大结构示意图；

图3为图1中A处的放大结构示意图；

图4为图3中C-C向的结构示意图；

图5为本发明的驱动叶轮的结构示意图；

图6为本发明的拨叉的结构示意图；

图7为本发明的冲洗头的结构示意图；

图8为本发明的旋流叶轮的结构示意图；

图9为本发明的工作状态结构示意图。

图中：1、推送短接，2、冲洗头， 3、装配壳，4、破砂壳，5、连接筒，6、剪切销钉，7、旋转轴，8、驱动斜面，9、分流头，10、井筒，11、破砂刮刀，12、端盖，13、扶正轴承，14、涡轮，15、导流环，16、流通直孔，17、旁通孔，18、刀座，19、限位挡板，20、复位弹簧，21、推筒，22、导流锥面，23、控制滑槽，24、旋动板，25、破砂刮片，26、装配孔，27、抵触凸起，28、上接头，29、短接壳，30、拨叉,31、推送轴，32、导向凸块，33、缓冲弹簧，34、衔接筒，35、装配转轴，36、半齿轮，37、驱动叶轮，38、阶梯型流通孔，39、冲洗筒，40、导流套，41、旋流叶轮，42、旋流叶片，43、分流柱，44、导流嘴。

具体实施方式

该复式旋流冲洗工具由推送短接1、冲洗头2、装配壳3、破砂壳4、连接筒5、旋转轴7、涡轮14、分流头9、推筒21和破砂刮刀11构成（参见说明书附图1）。

推送短接1由上接头28、短接壳29、拨叉30和推送轴31构成（参见说明书附图3）。

短接壳29的一端螺纹安装有上接头28；短接壳29内通过滑槽滑动装有拨叉30；在滑槽的引导作用下，拨叉30只能沿着滑槽来回滑动，进而避免了拨叉30偏离运动轨迹问题的发生。拨叉30的叉口的上下端分别设置有驱动齿（参见说明书附图6）。

拨叉30叉口内部的短接壳29上通过装配转轴35装有半齿轮36和驱动叶轮37（参见说明书附图3和4）；驱动叶轮37转动时，可通过装配转轴35带动半齿轮36同步转动。

半齿轮36与拨叉30的驱动齿间歇啮合连接；半齿轮36转动时，可通过拨叉30上、下的驱动齿带动拨叉30轴向来回往复运动。

拨叉30一端螺纹连接有推送轴31；拨叉30轴向来回运动过程中，可带动推送轴31同步移动。

推送轴31呈阶梯型结构；推送轴31的内部设置有阶梯型流通孔38；阶梯型流通孔38一端的推送轴31上设置有导流旁孔39；短接壳29通过导流旁孔39与阶梯型流通孔38连通。短接壳29内的流体可通过导流旁孔39和阶梯型流通孔38与连接筒5连通。

推送轴31的圆周面上均布有多个导向凸块32；推送轴31通过导向凸块32与短接壳29上的滑槽滑动连接（参见说明书附图3）；在滑槽和导向凸块32的引导下，推送轴31能在短接壳29的内部按轨迹轴向移动，避免偏离运动轨迹问题的发生。导向凸块32两侧的短接壳29内设置有缓冲弹簧33。

推送轴31的一端延伸至短接壳29的外端后与连接筒5螺纹连接；连接筒5依次螺纹连接有装配壳3和端盖12（参见说明书附图1）。

装配壳3内通过对称状设置的扶正轴承13活动安装有旋转轴7；旋转轴7呈阶梯型，旋转轴7的内部设置有流通直孔16；流通直孔16一端的旋转轴7上均布有多个旁通孔17；装配壳3通过旁通孔17与流通直孔16连通。

旋转轴7的一端螺纹安装有分流头9；分流头9的一端呈圆锥型；设置分流头9的目的在于：以使工作时进入装配壳3内的流体能够在分流头9锥面的引导下，均匀穿过涡轮14，从而避免了流体不均时，发生涡轮14转动不顺畅的问题。

扶正轴承13之间的旋转轴7上装有多个涡轮14和导流环15；涡轮14和导流环15位于旁通孔17两侧的旋转轴7上。导流环15的一侧设置有导流锥面22（参见说明书附图1）；在导流锥面22的引导下，装配壳3内的流体可沿着旁通孔17进入到流通直孔16中。

旋转轴7的一端通过衔接筒34连接有破砂壳4（参见说明书附图1）。

破砂壳4内部通过复位弹簧20活动装有推筒21；推筒21的截面呈“T”字形结构；在复位弹簧20弹力的作用下，推筒21始终具有向着衔接筒34移动的趋势。

推筒21通过剪切销钉6与破砂壳4连接；推筒21的圆周面上均匀设置有控制滑槽23；控制滑槽23与对应的破砂刮刀11滑动连接。推筒21向着衔接筒34移动时，其可通过控制滑槽23带动破砂刮刀11转动。

破砂壳4的圆周面上通过刀座18活动装有多个破砂刮刀11（参见说明书附图1）。

破砂刮刀11由旋动板24和破砂刮片25构成；破砂壳4的圆周面上均匀设置有多个装配孔26（参见说明书附图2）。

装配孔26内通过刀座18和转销活动装有旋动板24；旋动板24中部通过斜面固装有破砂刮片25（参见说明书附图2）；破砂刮片25的上端面与其安装斜面呈平行状态，如此以保证破砂刮片25呈撑开状态时，破砂刮刀11的上端面呈水平状态与井筒10的内壁接触，进而达到“刮砂”的目的。

旋动板24一侧的装配孔26上固装有限位挡板19；旋动板24的末端呈阶梯型；旋动板24的末端与限位挡板19间歇抵触连接。设置限位挡板19的目的在于：以通过限位挡板19对旋动板24的撑开位置进行限位，当旋动板24向外转动至与限位挡板19抵触时，限位挡板19能够进一步限定其动作，从而避免了旋动板24发生“脱轨”的问题。

旋动板24的一端呈圆弧状，且其下端设置有抵触凸起27；抵触凸起27与控制滑槽23滑动连接；推筒21向着衔接筒34移动时，其可通过控制滑槽23和抵触凸起27带动旋动板24向内转动，由此当该冲洗工具停止工作时，在复位弹簧20弹力的作用下，推筒21控制滑槽23和抵触凸起27带动旋动板24向内转动，从而达到迫使破砂刮刀11复位的目的。

旋动板24的内侧面设置有驱动斜面8，驱动斜面8与推筒21的端面抵触连接。当推筒21向着冲洗头2移动时，推筒21可通过驱动斜面8将破砂刮刀11向外推出，从而达到使破砂刮刀11撑开“刮砂”的目的。

破砂壳4的一端连接有冲洗头2（参见说明书附图1）；冲洗头2由冲洗筒39、导流套40和旋流叶轮41构成；冲洗筒39的一端端头设置有导流嘴44；冲洗筒39的圆周面上通过导流套40安装有多个旋流叶轮41。

旋流叶轮41由旋流叶片42和分流柱43构成；分流柱43的一端呈锥形；分流柱43的圆周面上呈螺旋状设置有多个旋流叶片42（参见说明书附图8）。

如此设置导流套40和旋流叶轮41的目的在于：以使进入导流套40的冲洗液在旋流叶轮41的引导下喷出的过程中，螺旋状设置的旋流叶片42能够促使冲洗液形成旋流，如此即可进一步加强冲洗液的旋流力度，从而达到增强该冲洗工具清洗效果的目的。

该复式旋流冲洗工具工作时，首先通过上接头28将该冲洗工具连接在连续油管管串上，随后通过连续油管管串将其下放待清洗的井筒10中，而后通过连续油管管串向该冲洗工具泵入高压冲洗液。

冲洗液进入上接头28后将通过推送轴31上的导流旁孔39和阶梯型流通孔38流入到装配壳3中；在冲洗液流动的过程中，在冲洗液的作用下，其将带动驱动叶轮37转动；驱动叶轮37转动过程中，通过装配转轴35带动半齿轮36同步转动。半齿轮36转动过程中，通过拨叉30上、下的驱动齿带动拨叉30轴向来回往复运动。

拨叉30来回往复运动过程中通过推送轴31带动连接筒5、装配壳3、破砂壳4和冲洗头2来回移动。在这一过程中，进入装配壳3中的冲洗液沿着分流头9的锥面均匀进入到涡轮14，并最终通过旁通孔17和流通直孔16流入到破砂壳4中。同时工具串在水平段下放时通过该工具自身的轴向运动，将现有工具下入过程中静摩擦变为动摩擦，减少了摩阻解决了现有冲洗工具存有的难以下放井底的问题。

在冲洗液穿过涡轮14的过程中，将驱动其转动；涡轮14转动过程中，将带动旋转轴7、衔接筒34、破砂壳4和冲洗头2同步转动。

冲洗头2转动过程中，进入破砂壳4中的冲洗液将挤压推筒21，推筒21受压剪断剪切销钉6，克服复位弹簧20的弹力后向后运动；推筒21向后移动过程中，通过驱动斜面8将各破砂刮刀11同步向外推出，当破砂刮刀11与井筒10抵触时推筒21停止向后运动；由于此时破砂刮刀11是同步向外推出的，因此其张开角度一致，进而迫使该冲洗工具处于与井筒10同心的位置；在破砂刮刀11张开后，随着破砂壳4转动过程中，破砂刮刀11将会刮除井筒10内壁上的“沉砂”，从而增强了冲洗效果，解决了现有冲洗工具存有的难以将“沉砂”冲洗干净的问题。

破砂壳4中的冲洗液挤压推筒21的过程中，冲洗液从内部穿过推筒21后进入到冲洗头2的冲洗筒39中，进入到冲洗筒39中的冲洗液，最终通过导流套40喷出，冲洗液从导流套40喷出的过程中，冲洗液将在旋流叶轮41的引导下沿旋流叶片42呈螺旋状喷出，从而使喷出的冲洗液形成旋流作用在井筒10上，进而达到冲洗井筒10的目的。

该复式旋流冲洗工具工作完毕，停止向该冲洗工具泵入高压冲洗液时，驱动叶轮37由于缺少动力停止转动；与此同时推筒21在复位弹簧20弹力的作用下复位还原至初始位置；推筒21复位过程中通过控制滑槽23和抵触凸起27带动破砂刮刀11向内转动，从而使其向内收缩进入破砂壳4的内部，而后回收该冲洗工具，即可全部完成冲洗井筒10的工作。

该复式旋流冲洗工具的破砂刮刀11不仅具有 “刮砂”的作用，而且破砂刮刀11呈撑开状态时，可迫使该冲洗工具与井筒10保持同心状态，从而解决了现有冲洗工具与井筒呈偏心状态时，存有的洗砂效果差的问题。此外该冲洗工具工作时不能能够旋转运动还能够轴向运动，从而相对于现有工具单一冲洗模式增强了冲洗效果，满足了油田生产使用的需要。

Claims (9)

1.一种复式旋流冲洗工具，它由推送短接（1）、冲洗头（2）、装配壳（3）、破砂壳（4）、连接筒（5）、旋转轴（7）、涡轮（14）、分流头（9）、推筒（21）和破砂刮刀（11）构成；其特征在于：推送短接（1）的一端通过连接筒（5）依次螺纹连接有装配壳（3）和端盖（12）；装配壳（3）内通过对称状设置的扶正轴承（13）活动安装有旋转轴（7）；旋转轴（7）的一端螺纹安装有分流头（9）；扶正轴承（13）之间的旋转轴（7）上装有多个涡轮（14）和导流环（15）；旋转轴（7）的一端通过衔接筒（34）连接有破砂壳（4）；破砂壳（4）的一端连接有冲洗头（2）；破砂壳（4）的圆周面上通过刀座（18）活动装有多个破砂刮刀（11）；破砂刮刀（11）一侧的破砂壳（4）上装有限位挡板（19）；破砂壳（4）内部通过复位弹簧（20）活动装有推筒（21）；推筒（21）与各破砂刮刀（11）抵触连接。

2.根据权利要求1所述的一种复式旋流冲洗工具，其特征在于：所述的旋转轴（7）呈阶梯型，旋转轴（7）的内部设置有流通直孔（16）；流通直孔（16）一端的旋转轴（7）上均布有多个旁通孔（17）；装配壳（3）通过旁通孔（17）与流通直孔（16）连通；涡轮（14）和导流环（15）位于旁通孔（17）两侧的旋转轴（7）上。

3.根据权利要求2所述的一种复式旋流冲洗工具，其特征在于：所述的导流环（15）的一侧设置有导流锥面（22）。

4.根据权利要求3所述的一种复式旋流冲洗工具，其特征在于：所述的推筒（21）的截面呈“T”字形结构；推筒（21）通过剪切销钉（6）与破砂壳（4）连接；推筒（21）的圆周面上均匀设置有控制滑槽（23）；控制滑槽（23）与对应的破砂刮刀（11）滑动连接。

5.根据权利要求4所述的一种复式旋流冲洗工具，其特征在于：所述的破砂刮刀（11）由旋动板（24）和破砂刮片（25）构成；破砂壳（4）的圆周面上均匀设置有多个装配孔（26）；装配孔（26）内通过刀座（18）和转销活动装有旋动板（24）；旋动板（24）中部通过斜面固装有破砂刮片（25）；旋动板（24）一侧的装配孔（26）上固装有限位挡板（19）；旋动板（24）的一端呈圆弧状，且其下端设置有抵触凸起（27）；抵触凸起（27）与控制滑槽（23）滑动连接；旋动板（24）的末端呈阶梯型；旋动板（24）的末端与限位挡板（19）间歇抵触连接；旋动板（24）的内侧面设置有驱动斜面（8），驱动斜面（8）与推筒（21）的端面抵触连接。

6.根据权利要求5所述的一种复式旋流冲洗工具，其特征在于：所述的推送短接（1）由上接头（28）、短接壳（29）、拨叉（30）和推送轴（31）构成；短接壳（29）的一端螺纹安装有上接头（28）；短接壳（29）内通过滑槽滑动装有拨叉（30）；拨叉（30）叉口内部的短接壳（29）上通过装配转轴（35）装有半齿轮（36）和驱动叶轮（37）；半齿轮（36）与拨叉（30）间歇啮合连接；拨叉（30）一端螺纹连接有推送轴（31）；推送轴（31）的圆周面上均布有多个导向凸块（32）；推送轴（31）通过导向凸块（32）与短接壳（29）滑动连接；导向凸块（32）两侧的短接壳（29）内设置有缓冲弹簧（33）；推送轴（31）的一端延伸至短接壳（29）的外端后与连接筒（5）螺纹连接。

7.根据权利要求6所述的一种复式旋流冲洗工具，其特征在于：所述的推送轴（31）呈阶梯型结构；推送轴（31）的内部设置有阶梯型流通孔（38）；阶梯型流通孔（38）一端的推送轴（31）上设置有导流旁孔（39）；短接壳（29）通过导流旁孔（39）与阶梯型流通孔（38）连通。

8.根据权利要求7所述的一种复式旋流冲洗工具，其特征在于：所述的冲洗头（2）由冲洗筒（39）、导流套（40）和旋流叶轮（41）构成；冲洗筒（39）的一端端头设置有导流嘴（44）；冲洗筒（39）的圆周面上通过导流套（40）安装有多个旋流叶轮（41）。

9.根据权利要求8所述的一种复式旋流冲洗工具，其特征在于：所述的旋流叶轮（41）由旋流叶片（42）和分流柱（43）构成；分流柱（43）的一端呈锥形；分流柱（43）的圆周面上呈螺旋状设置有多个旋流叶片（42）。