CN110644937A - 一种反循环冲砂器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种反循环冲砂器，反循环冲砂器包括上接头，上接头的下端连接有内中心管和外中心管，内、外中心管之间形成环形空间，外中心管上安装有上胶筒和下胶筒，外中心管的侧壁上设置有与环形空间连通的进液孔，环形空间的下部安装有能相对内中心管和外中心管转动的螺旋套；螺旋套的外周面上设有螺旋槽，螺旋槽与外中心管之间围成螺旋腔；螺旋腔上端与环形空间连通、下端与井筒内空间连通。有益效果在于：利用冲砂液直接驱使螺旋套转动，只要通入冲砂液，螺旋套即可在冲砂液的压力下高速旋转，相比现有技术而言，本发明的旋转方式更加主动，产生的旋转扭矩大，螺旋套的旋转力大，旋转效果更好，可有效破坏胶结砂床，提高冲砂效率和冲砂质量。

Description

一种反循环冲砂器

技术领域

本发明涉及一种反循环冲砂器。

背景技术

随着油气田开发进入中后期，水平井日益增多，水平井开采过程中，油层出砂后，砂子随产液进入井筒，较大颗粒的砂子首先沉降在水平段的低位形成砂床，较小颗粒的砂子随产液进入垂直井段后，由于过流面积增大造成流速下降，使得部分砂粒进一步沉降，在造斜段处形成砂桥，且长时间的沉积会造成砂砾胶结，进一步增加了水平井冲砂难度。常规的反循环冲砂工具不能有效的将砂床的砂粒悬浮冲起，冲砂效率低。

例如授权公告号为CN201513144U的中国实用新型专利所公开的一种水平井井下反循环冲砂器，该冲砂器包括上接头，上接头的下端连接有一个中心管，在上接头的下端于中心管的外侧还连接有一个胶筒芯轴，胶筒芯轴和中心管之间形成有环形空间，胶筒芯轴的侧壁上设置有与环形空间连通的进液口。胶筒芯轴外部通过胶筒座安装有两个V形胶筒，两个V形胶筒的开口朝向相反。胶筒芯轴的下端连接有喷嘴轴，喷嘴轴和中心管之间也形成环形空间，喷嘴轴的侧壁上设置有与环形空间连通的出液口，喷嘴轴上于出液口的外部转动安装有环形筒，环形筒上下两端设置的出液孔形成喷嘴。上下两端的喷嘴均为斜喷嘴，具有一定的径向夹角和轴向夹角，在喷射冲砂液体的过程中，液体与套管作用产生反作用力，产生一定的力偶，两端力偶的双作用力使喷嘴旋转，将水平段的砂床旋起，旋起的混砂液进入中心管内，并从油管循环到地面。

上述反循环冲砂器利用的是液体喷射时与套管之间产生的反作用力，反过来迫使喷嘴旋转，从而将砂床旋起，实际使用时，由液体喷射而形成的旋流扭矩小，喷嘴旋转效果差，甚至不旋转，对胶结状砂床的破碎效果差。此外，冲砂液需要经过胶筒芯轴上进液孔和喷嘴轴上出液孔两次节流，才进入环形筒，再到喷嘴，液体节流压差大，也影响了冲砂效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种反循环冲砂器，以解决现有冲砂器依靠套管的反作用力使喷嘴旋转而导致旋转效果差、进而导致冲砂效果差的问题。

为实现上述目的，本发明中的反循环冲砂器采用如下技术方案：

一种反循环冲砂器，包括上接头，上接头的下端连接有内中心管和外中心管，内中心管和外中心管之间形成环形空间，外中心管上通过胶筒座安装有上胶筒和下胶筒，上胶筒和下胶筒均呈杯形且上胶筒的杯口朝上、下胶筒的杯口朝下，外中心管的侧壁上于上胶筒的内侧设置有与环形空间连通的进液孔，所述环形空间的下部安装有能够相对于内中心管和外中心管转动的螺旋套；螺旋套的外周面上设置有螺旋槽，螺旋槽与外中心管之间围成螺旋腔，或者螺旋套的内周面上设置有螺旋槽，螺旋槽与内中心管之间围成螺旋腔；螺旋腔的上端与环形空间连通、下端用于与井筒内空间连通，以在环形空间内的冲砂液进入螺旋腔时使螺旋套旋转并产生出旋流，以搅动井筒内的沉砂；外中心管或/和内中心管上设置有分别用于限制螺旋套上下移动极限的上限位结构和下限位结构。

上述反循环冲砂器的技术方案的有益效果在于：由于在环形空间的下部安装了螺旋套，螺旋套能够相对于内中心管和外中心管转动，并且螺旋套上设置有螺旋槽，螺旋槽与内中心管或外中心管之间围成了螺旋腔，螺旋腔的上端与环形空间连通，这样当冲砂液从进液孔进入环形空间以后，会沿着环形空间最终进入螺旋槽中，而螺旋槽的侧壁会受到冲砂液的冲击作用力，该冲击作用力的分力能够使螺旋套旋转，从而产生出旋流，该旋流可以搅动井筒内的沉砂，破坏胶结的砂床，使砂子和杂质处于悬浮状态，从而达到冲砂的目的。上限位结构和下限位结构的设置，保证螺旋套只能在特定的空间内旋转，保证了冲砂效果。

由于利用冲砂液直接驱使螺旋套转动，因此只要通入冲砂液，螺旋套即可在冲砂液的压力下高速旋转，相比现有技术中依赖喷出液体和套管之间的反作用力而言，本发明的旋转方式更加主动，产生的旋转扭矩大，螺旋套的旋转力大，旋转效果更好，可有效破坏胶结砂床，提高冲砂效率和冲砂质量。

进一步的，为了提高冲砂效果，外中心管的侧壁上于螺旋套的上方设置有与环形空间连通的出液孔，以使冲砂液在出液孔处形成侧面射流。

进一步的，为了提高侧面射流的冲击力，所述出液孔倾斜设置，出液孔的轴线自上而下逐渐向外倾斜。

进一步的，为了提高冲砂效果，螺旋套的下端露出在外中心管的外部，以搅动井筒内的沉砂。

进一步的，为了方便螺旋槽的设置，螺旋槽设置在螺旋套的外周面上，螺旋套的外周面上间隔设置有至少两条螺旋凸起，相邻两个螺旋凸起之间形成所述螺旋槽。

进一步的，为了优化螺旋套的旋转效果，各螺旋凸起均布设置。

进一步的，为了方便上限位结构和下限位结构的设置，上限位结构和下限位结构均设置在内中心管上，上限位结构为凸设在内中心管外周面上的限位凸起，下限位结构为与内中心管螺纹连接的限位螺帽。

进一步的，为了方便外中心管的设置，并方便上胶筒和下胶筒的安装固定，所述外中心管包括上端与上接头相连的胶筒中心管以及连接在胶筒中心管下端的限位中心管，所述进液孔设置在胶筒中心管上，胶筒中心管上还设置有与上胶筒挡止配合以防止上胶筒向上移动的挡止台阶，限位中心管的上端面与下胶筒挡止配合，以防止下胶筒向下移动。

进一步的，为了简化胶筒座的结构，上胶筒的下端面和下胶筒的上端面直接抵触。

进一步的，为了方便螺旋套的安装，外中心管还包括连接在限位中心管下端的外管，外管与内中心管之间的间距大于限位中心管与内中心管之间的间距，所述螺旋套安装在外管和内中心管之间。

附图说明

图1为本发明中反循环冲砂器的半剖视图；

图2为图1中螺旋套的半剖视图；

图3为图2中A-A向剖视图。

图中：1.上接头；2.内中心管；21.限位凸起；3.胶筒中心管；31.进液孔；4.上胶筒；5.胶筒座；6.下胶筒；7.限位中心管；8.外管；81.出液孔；9.螺旋套；91.螺旋凸起；92.螺旋槽；10.限位螺帽。

具体实施方式

本发明中反循环冲砂器的一个实施例如图1所示，包括上接头1，上接头1的下端分别螺纹连接有内中心管2和外中心管，其中外中心管为组合件，由上至下依次包括胶筒中心管3、限位中心管7以及外管8。内中心管2和外中心管之间形成有环形空间，具体的，内中心管2与胶筒中心管3和限位中心管7之间形成的环形空间大小相等，内中心管2与外管8之间形成的环形空间稍大一些，也即内中心管2与外管8之间的间距大于内中心管2与限位中心管7之间的间距。

胶筒中心管3的外部通过胶筒座5安装有上胶筒4和下胶筒6，上胶筒4和下胶筒6均呈杯形且上胶筒4的杯口朝上、下胶筒6的杯口朝下，上胶筒4和下胶筒6的外侧壁均为斜面。胶筒中心管3的侧壁上于上胶筒4的内侧设置有与环形空间连通的进液孔31，该进液孔31连通的是反循环冲砂器内的环形空间与油套环空，供油套环空中的冲砂液进入反循环冲砂器的环形空间内。

上胶筒4和下胶筒6的内侧壁上均设置有安装台阶，胶筒中心管3的外侧壁上于进液孔31的下方设置有挡止台阶，该挡止台阶与上胶筒4的安装台阶挡止配合，以阻止上胶筒4向上移动。上胶筒4的下端面和下胶筒6的上端面直接抵触，限位中心管7螺纹连接在胶筒中心管3的下端，限位中心管7的内径与胶筒中心管3的内径相等，外径大于胶筒中心管3的外径，所以限位中心管7的上端面与下胶筒6的安装台阶挡止配合，以阻止下胶筒6向下移动。

胶筒座5呈套状结构，其内侧壁形状与上胶筒4和下胶筒6的外侧壁形状相适配，实现对上胶筒4和下胶筒6的限位，此种安装方式不需要在胶筒座上设置内凸台，上、下胶筒直接抵触，简化了胶筒座的结构。并且由限位中心管7直接抵顶下胶筒6，省去了中间部件，减少了零部件数量。

限位中心管7的下端设置有外凸缘，外凸缘上设置有外螺纹，外管8与外凸缘螺纹连接，通过外凸缘的设置，加大了外管8与内中心管2之间的间距，从而方便螺旋套9的安装。如图1所示，螺旋套9安装在环形空间的下部，且螺旋套9的内壁面与内中心管2的外壁面直接滑动摩擦接触，螺旋套9的外壁面与外管8的内壁面直接滑动摩擦接触，因此螺旋套9能够相对于外管8和内中心管2转动。

结合图2和图3所示，螺旋套9的外周面上间隔设置有四条螺旋凸起91，四条螺旋凸起91均布设置，相邻两个螺旋凸起91之间形成螺旋槽92，并且螺旋槽92与外管8之间围成螺旋腔，各个螺旋腔的上端均与环形空间连通，下端用于与井筒内空间连通，这样当环形空间内的冲砂液进入螺旋腔时，螺旋槽的侧壁会受到冲砂液的冲击作用力，该冲击作用力的分力能够使螺旋套9高速旋转，从而产生出旋流，该旋流可以搅动井筒内的沉砂，破坏胶结的砂床，使砂子和杂质处于悬浮状态，从而达到冲砂的目的。

为了使螺旋套9仅在特定的空间内旋转，确保旋流的产生，进而保证冲砂效果，在内中心管2上设置有分别用于限制螺旋套9上下移动极限的上限位结构和下限位结构，本实施例中的上限位结构为凸设在内中心管2外周面上的限位凸起21，下限位结构为与内中心管2螺纹连接的限位螺帽10，此种上、下限位结构的形式比较简单，设置方便，不但便于安装，并且不影响冲砂液正常进出螺旋腔。

此外，为了进一步强化冲砂效果，在外管8的侧壁上于螺旋套9的上方设置有多个与环形空间连通的出液孔81，出液孔81倾斜设置，其轴线自上而下逐渐向外倾斜，这样环形空间内的冲砂液除了通过螺旋腔形成旋流之外，还有一部分会从出液孔81喷出，形成侧面射流，以增加对砂床的破坏效果，出液孔81就相当于喷嘴的作用。并且，螺旋套9的下端露出在外管8的外部，这样伴随着螺旋套9的高速旋转，其上的螺旋凸起91起到了类似于螺旋刀片的作用，能够对接触到的砂床形成切削和搅动作用，进一步增加对砂床的破坏效果。

本发明中反循环冲砂器的工作原理是：

使用时，将反循环冲砂器的上接头1与冲砂管柱扶正器下端螺纹连接，下入井筒内预定位置，管柱上端接至井口。反循环连续冲砂施工时，从井口向冲砂管柱和套管环空（即油套环空）内泵入冲砂液，在冲砂液的压力作用下，上胶筒4扩张并与套管内壁密封，此时冲砂液只能从胶筒中心管3上的进液孔31进入内中心管2与胶筒中心管3之间的环形空间，然后向下依次进入内中心管2与限位中心管7之间的环形空间内、以及内中心管2与外管8之间的环形空间内。然后一部分冲砂液从螺旋套9上的螺旋槽92高速喷出，并且螺旋套9在水流螺旋扭矩作用下产生高速旋转，从而在套管内形成高速旋流，在高速旋流和螺旋凸起91的共同作用下，对井段内的沉砂充分进行切削搅动，从而有效地破坏胶结的砂床，使砂子和杂质始终处于悬浮状态。与此同时，一部分冲砂液从外管8上的出液孔81斜向高速喷出，对套管壁进行冲洗，并增加对砂床的破坏效果。由于下胶筒6的密封作用，使悬浮砂子和杂质无法从油套环空上返，只能从限位螺帽10的内孔进入内中心管2内，并向上从管柱上端流出，实现反循环冲砂作业。

本发明的反循环冲砂器结构设计独特、工艺简单、性能可靠，利用冲砂液直接驱使螺旋套转动，因此只要通入冲砂液，螺旋套即可在冲砂液的压力下高速旋转，相比现有技术中依赖喷出液体和套管之间的反作用力而言，本发明的旋转方式更加主动，冲砂液经过螺旋腔时，产生的旋转扭矩大，螺旋套的旋转力大，旋转效果更好，可有效破坏胶结砂床。在外管喷嘴侧面射流、底部高速旋流以及高速旋转螺旋凸起切削的共同作用下，实现对水平井段内沉砂充分的切削搅动，达到高效冲洗的目的，具有较好的推广应用价值。应用实例如下：

2018年6月15-16日，在河南油田杨浅3-平9井对水平井反循环冲砂器进行现场应用。该井油层套管139.7*7.72mm，最大井斜90.5，水平段长360米。井下工具组合自下而上为：反循环冲砂器+φ116mm扶正器+φ73mm油管+井口液压高压自封，冲砂液为清水，冲砂排量10L/S，冲砂循环压力8-10MPa。经过现场应用表明，水平井冲砂效率大大提高，冲砂效果良好，取得了良好的效果和经济效益。

需要说明的是，本发明中所涉及到“上方”、“下方”、“上端”、“下端”等方向限定，仅是为了说明反循环冲砂器中各个零部件的连接位置关系，并不代表反循环冲砂器的使用状态，例如本发明中的反循环冲砂器可以应用在水平井中，也可以应用在斜井中。

在反循环冲砂器的其他实施例中，外中心管也可以不包括外管，例如当限位中心管和内中心管之间的间距足够时，可以直接将螺旋套安装在限位中心管和内中心管之间，此时出液孔设置在限位中心管上。

在反循环冲砂器的其他实施例中，上胶筒的下端面与下胶筒的上端面也可以不接触，例如可以在胶筒座中部设置一个内凸台，上胶筒和下胶筒直接抵顶在内凸台的上下侧面上。

在反循环冲砂器的其他实施例中，外中心管可以不是组件形式，而是一个一体的外中心管，进液孔和出液孔均开设在外中心管上，此时在安装上胶筒和下胶筒时，可以将上胶筒和下胶筒自上而下套在外中心管的外部，并且需要在外中心管上设置螺纹段，并在螺纹段上安装两个螺母，上方的螺母向下顶紧上胶筒，下方的螺母向上顶紧下胶筒，从而实现上、下胶筒的固定。

在反循环冲砂器的其他实施例中，上限位结构也可以不是限位凸起，而是螺纹连接在内中心管外部的螺母，或者是焊接固定在内中心管外部的限位销。

在反循环冲砂器的其他实施例中，下限位结构也可以不是限位螺帽，而是在安装完螺旋套以后焊接固定在内中心管外壁上的限位销，或者是螺纹连接在内中心管上的螺柱，螺柱的轴线垂直与内中心管的轴线。

在反循环冲砂器的其他实施例中，上限位结构和下限位结构也可以均设置在外中心管上，或者一个设置在外中心管上、另一个设置在内中心管上，只要能够对螺旋套的上下移动极限进行限制，防止其脱出即可，至于上限位结构和下限位结构的具体形式，可参考上述实施例中的具体形式。

在反循环冲砂器的其他实施例中，各螺旋凸起也可以不是均布设置，相邻两螺旋凸起之间的间距也可以稍有不同。

在反循环冲砂器的其他实施例中，螺旋凸起的个数也可以是三个或者两个，当然也可以是五个或者更多。

在反循环冲砂器的其他实施例中，当螺旋槽设置在螺旋套的外周面上时，螺旋槽也可以不是由两个螺旋凸起形成的，例如可以直接在螺旋套的外周面上加工出螺旋槽。

在反循环冲砂器的其他实施例中，螺旋槽也可以设置在螺旋套的内周面上，此时螺旋槽与内中心管之间围成螺旋腔，当然此时螺旋槽可以是由两个螺旋凸起形成，也可以直接在螺旋套的内周面上加工出来。

在反循环冲砂器的其他实施例中，螺旋套的下端也可以不露出在外中心管的外部，而是完全位于外中心管和内中心管之间。

在反循环冲砂器的其他实施例中，出液孔也可以不倾斜设置，例如其轴线可以与内中心管垂直。

在反循环冲砂器的其他实施例中，外中心管上也可以不设置出液孔，此时反循环冲砂器仅依靠螺旋套产生的高速旋流来搅动井筒内的沉砂。

在反循环冲砂器的其他实施例中，螺旋套与内中心管的外壁面以及外中心管的内壁面之间也可以不是直接接触的滑动摩擦配合，例如可以先在外中心管的内壁上固定一个摩擦系数比较小的固定套，同时也在内中心管的外壁上固定一个摩擦系数比较小的固定套，将螺旋套安装在两个固定套之间，与两个固定套转动配合，从而减小转动摩擦力。

Claims (10)

1.一种反循环冲砂器，包括上接头，上接头的下端连接有内中心管和外中心管，内中心管和外中心管之间形成环形空间，外中心管上通过胶筒座安装有上胶筒和下胶筒，上胶筒和下胶筒均呈杯形且上胶筒的杯口朝上、下胶筒的杯口朝下，外中心管的侧壁上于上胶筒的内侧设置有与环形空间连通的进液孔，其特征在于：

所述环形空间的下部安装有能够相对于内中心管和外中心管转动的螺旋套；

螺旋套的外周面上设置有螺旋槽，螺旋槽与外中心管之间围成螺旋腔，或者螺旋套的内周面上设置有螺旋槽，螺旋槽与内中心管之间围成螺旋腔；

螺旋腔的上端与环形空间连通、下端用于与井筒内空间连通，以在环形空间内的冲砂液进入螺旋腔时使螺旋套旋转并产生出旋流，以搅动井筒内的沉砂；

外中心管或/和内中心管上设置有分别用于限制螺旋套上下移动极限的上限位结构和下限位结构。

2.根据权利要求1所述的反循环冲砂器，其特征在于：外中心管的侧壁上于螺旋套的上方设置有与环形空间连通的出液孔，以使冲砂液在出液孔处形成侧面射流。

3.根据权利要求2所述的反循环冲砂器，其特征在于：所述出液孔倾斜设置，出液孔的轴线自上而下逐渐向外倾斜。

4.根据权利要求1~3任意一项所述的反循环冲砂器，其特征在于：螺旋套的下端露出在外中心管的外部，以搅动井筒内的沉砂。

5.根据权利要求1~3任意一项所述的反循环冲砂器，其特征在于：螺旋槽设置在螺旋套的外周面上，螺旋套的外周面上间隔设置有至少两条螺旋凸起，相邻两个螺旋凸起之间形成所述螺旋槽。

6.根据权利要求5所述的反循环冲砂器，其特征在于：各螺旋凸起均布设置。

7.根据权利要求1~3任意一项所述的反循环冲砂器，其特征在于：上限位结构和下限位结构均设置在内中心管上，上限位结构为凸设在内中心管外周面上的限位凸起，下限位结构为与内中心管螺纹连接的限位螺帽。

8.根据权利要求1~3任意一项所述的反循环冲砂器，其特征在于：所述外中心管包括上端与上接头相连的胶筒中心管以及连接在胶筒中心管下端的限位中心管，所述进液孔设置在胶筒中心管上，胶筒中心管上还设置有与上胶筒挡止配合以防止上胶筒向上移动的挡止台阶，限位中心管的上端面与下胶筒挡止配合，以防止下胶筒向下移动。

9.根据权利要求8所述的反循环冲砂器，其特征在于：上胶筒的下端面和下胶筒的上端面直接抵触。

10.根据权利要求8所述的反循环冲砂器，其特征在于：外中心管还包括连接在限位中心管下端的外管，外管与内中心管之间的间距大于限位中心管与内中心管之间的间距，所述螺旋套安装在外管和内中心管之间。

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