CN111058800A - 一种叶片收放式井下清洗除垢器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种叶片收放式井下清洗除垢器，包括内叶片（4）及外叶片（3），通过利用干线水流反洗推动除垢器上行，一方面利用涨开的所述外叶片（3）对油管内壁的附着物进行物理刮削除垢；另一方面利用所述外叶片（3）与所述油管内壁之间形成剑形空间，所述剑形空间伴随所述水流产生高压水切刀，及所述内叶片（4）与所述外叶片（3）交错叠加伴随所述水流产生高频振颤；所述高压水切刀及所述高频振颤用于产生空化现象，所述空化现象用于对所述油管内壁进行空穴射流除垢；解决常规罐车反洗井方式对油管内壁的清洁程度较弱，对泥砂、异物等的携带力不足的问题。
Description
技术领域
本发明涉及油田开发技术领域分层注水工艺的井下管柱清洗工具。
背景技术
在油田开发领域，为了保证注水质量，需要保证注水井井筒清洁，因此注水井每隔一段时间就需要进行洗井，即：利用高压水来清除注水井井筒、吸水层段的渗滤面及井底附近的污物，使水井、油层内的腐蚀物、杂质等赃物被冲洗出来，带出井外。目前油田普遍使用的是罐车反洗井方式，即：干线来水通过油套环空进入井筒，从油管返出井口后进入罐车。这种常规的洗井方式对油管内壁的清洁程度较弱，对泥砂、异物等的携带力也不足。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种叶片收放式井下清洗除垢器，解决常规罐车反洗井方式对油管内壁的清洁程度较弱，对泥砂、异物等的携带力不足的问题。
为实现上述发明目的，所述的一种叶片收放式井下清洗除垢器，其特征在于，包括：
至少一个除垢单元；
所述除垢单元包括若干外叶片及叶片胀开机构；
所述外叶片沿周向布置为圆形；
所述外叶片在受到所述圆形径向方向的力驱动下变形呈向外胀开的弧形；
所述叶片胀开机构包括滑块及若干内叶片；
所述滑块具有推开斜面及冲击斜面；
所述内叶片呈交错叠加方式布置在所述外叶片的内侧，所述内叶片具有固定端及自由端；
所述冲击斜面，利用作用在其上的水流产生的水力冲击力驱动所述滑块从所述自由端向所述固定端滑动；
所述推开斜面，用于推动所述内叶片的所述自由端向远离所述圆形中心的方向移动；
所述内叶片的所述自由端，用于将所述水力冲击力传递给所述外叶片；
所述外叶片，在所述水力冲击力作用下变形至所述弧形的最大外径无限接近于油管内径时，用于刮除所述油管内壁的积垢；
所述最大外径无限接近于所述油管内径，用于在所述外叶片与所述油管内壁之间形成剑形空间；
所述剑形空间，用于伴随所述水流产生高压水切刀；
所述内叶片与所述外叶片间的所述交错叠加，用于伴随所述水流产生高频振颤；
所述高压水切刀和/或所述高频振颤，用于产生空化现象；
所述空化现象，用于对所述油管内壁进行空穴射流除垢。
优选地，所述外叶片及所述内叶片连接在叶片环上；
所述叶片环上具有内叶片安装基础及外叶片安装基础；
所述外叶片安装基础的外径大于所述内叶片安装基础的外径；
所述内叶片安装基础上的螺钉孔的中心与所述外叶片安装基础上的螺钉孔的中心在周向上呈相互错开方式布置。
优选地，所述叶片环与中心杆连接；
所述中心杆，用作所述滑块进行所述滑动的滑轨。
优选地，所述中心杆上连接锁块；
所述锁块，具有环台；
所述外叶片具有固定端及自由端；
所述外叶片的所述自由端悬于所述环台内；
在所述滑块进行所述滑动到极限位置时，所述外叶片的所述自由端仍在所述环台内。
优选地，所述除垢单元之间通过连接环串联；
所述连接环，用于将两个所述除垢单元的所述中心杆连接在一起。
优选地，所述中心杆的一端连接打捞头；
所述打捞头一端与打捞筒的牙扣配合，另一端与所述中心杆连接。
优选地，所述中心杆上具有通孔；
所述通孔，用作走水孔。
优选地，所述的叶片收放式井下清洗除垢器，还包括：
加重头；
所述加重头，连接在所述除垢器底部，用于稳定所述除垢器整体在井筒中垂直运行。
优选地，所述加重头，其本体上具有走水孔，其外壁具有弧形底部。
优选地，所述外叶片的自由端的宽度小于其固定端的宽度。
本发明具有如下有益效果：
本发明除垢器，一方面利用涨开的外叶片对油管内壁的附着物进行物理刮削的方式除垢；二是利用空穴射流原理对管壁内垢质进行剧烈冲击振动的方式除垢，二者结合使得除垢效果更为理想，可以在不增加正常洗井时长的前提下，有效提高洗井效果，且同时还能节省洗井水量。
附图说明
通过以下参考附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点更为清楚，在附图中：
图1是本发明实施例的叶片可收放型清洗除垢器结构示意图；
图2是本发明实施例的打捞头的结构示意图；
图3是本发明实施例的叶片环的结构示意图；
图4是本发明实施例的外叶片的结构示意图；
图5是本发明实施例的内叶片的结构示意图；
图6是本发明实施例的高压耐油阻水滑块的结构示意图；
图7是本发明实施例的中心杆的结构示意图；
图8是本发明实施例的锁块的结构示意图；
图9是本发明实施例的连接环的结构示意图；
图10是本发明实施例的加重头的结构示意图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是值得说明的是，本发明并不限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。然而，对于没有详尽描述的部分，本领域技术人员也可以完全理解本发明。
此外，本领域普通技术人员应当理解，所提供的附图只是为了说明本发明的目的、特征和优点，附图并不是实际按照比例绘制的。
同时，除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包含但不限于”的含义。
图1是本发明实施例的叶片可收放型清洗除垢器结构示意图；如图1所示，一种叶片可收放型清洗除垢器，由打捞头1，叶片环2， 外叶片3，内叶片4，滑块5，中心杆6，锁块7，连接环8，加重头9组成。
具体地，结合附图对上述各零部件的具体结构进行说明：
在图2中，打捞头1为不锈钢材质，分为上下两段，其上段10可与现有的打捞筒的牙扣配合，便于返排不成功情况下的打捞，其下段12利用内螺纹11与中心杆6连接。
在图3中，叶片环2为不锈钢材质，其本体的中心孔内有螺纹结构13，叶片环2依靠螺纹结构13与中心杆6连接；其作用是为内叶片4及外叶片3提供安装基础，具体分为内叶片安装基础16及外叶片安装基础15，外叶片安装基础15的外径大于内叶片安装基础16的外径。外叶片安装基础15及内叶片安装基础16的外壁上均设置螺钉孔14，但内叶片安装基础16上的螺钉孔14与外叶片安装基础15上的螺钉孔14交错布置。
在图4中，外叶片3由65Mn弹簧钢制成，外叶片3具有固定端18及自由端19，其中固定端18具有通孔17，外叶片3利用通孔17固定在外叶片安装基础15上的螺钉孔14上，而自由端19悬于锁块7内，但不能从锁块7中脱离。
优选外叶片3的自由端19的宽度小于其固定端18的宽度，以便自由端19在锁块7内相互不接触，从而不会相互干扰。
在图5中，内叶片4由65Mn弹簧钢制成，其一端具有通孔20，内叶片4用螺钉穿过通孔20固定在内叶片安装基础16的螺钉孔14上，另一端为自由端21。
外叶片3及内叶片4分别固定在叶片环2上后，内叶片4与外叶片3呈交错叠加方式布置，具体的是相邻两片外叶片3的缝隙下方具有一片内叶片4。
在图6中，滑块5为不锈钢材质，其本体具有中心孔22，中心孔22套装在中心杆6上；滑块5还具有冲击斜面24及推开斜面23；其中，冲击斜面24的作用是在受到水压冲击时，可使滑块5在中心杆6上滑动；而滑块5在中心杆6上滑动的方向也正是滑块5从内叶片4的自由端向固定端移动的方向，这样的结果是，滑块5在中心杆6上滑动的同时，滑块5的推开斜面23促使内叶片4的自由端向远离中心杆6的方向移动；
因外叶片3的自由端19不能脱离锁块7的限制，所以，若外叶片3在受到向远离中心杆6方向的持续增大的推力作用下，在固定端18与自由端19间会呈弧度越来越大的弧形，也就是该弧形的最大外径越来越大；
如此，在内叶片4的自由端向远离中心杆6的方向移动的同时，因内叶片4与外叶片3呈交错叠加方式布置，所以内叶片4的自由端可进而推动具有弹性的外叶片3除固定端18外的其他部分也向远离中心杆6的方向移动，外叶片3的最大外径随之增大。
在图7中，中心杆6为不锈钢材质，一端具有螺纹25，用来与叶片环2螺纹连接，另一端具有螺纹26，用于连接锁块7和连接环8，或连接连接环8和加重头9；中心杆6的本体上具有通孔27，该通孔27为走水孔。
在图8中，锁块7为不锈钢材质，采用帽状结构30，通过中心孔28螺纹连接在中心杆6上，帽状结构30的锁块7具有围成一圈的环台29，外叶片3的自由端悬于该环台29内，并要求环台29的进深满足，当滑块5在中心杆6移动到极限位置时，外叶片3的自由端19仍在环台29内，也就是不脱离于环台29围成的空间，即此时外叶片3的自由端仍然受到该环台29的限制。
在图9中，连接环8为不锈钢材质，其本体32具有中心孔31，作用是通过中心孔31的内螺纹可以将两段中心杆6连接在一起，进而可以将多个中心杆6串联在一起，形成多个除垢单元，增强除垢效果。
在图10中，加重头9为不锈钢材质，其本体35的外壁具有弧形底部36，通过螺纹33连接在中心杆6最下端，通孔34为走水孔。加重头9作用是稳定除垢器整体在井筒中垂直运行。
具体地，结合附图对本发明的叶片可收放型清洗除垢器的工作过程及工作原理进行说明：
该叶片可收放型清洗除垢器是在其由第一级封隔器处往井口方向运行的过程中，对油管内壁的垢质进行清洗。
倒洗井流程后，利用干线水反洗推动除垢器上行，水流从井底向井口方向流动的过程中，滑块5的冲击斜面24处受到水流冲击，迫使滑块5沿中心杆6向打捞头1所在的方向移动，滑块5的推开斜面23利用其锥度将内叶片4的自由端撑开，使内叶片4的自由端与中心杆6的垂直距离大于固定端与中心杆6的距离，同时由于内叶片4自由端相对位置的变化，迫使外叶片3除固定端18部分以外的其它部分全部进行不同程度向远离中心杆6的方向移动，因为外叶片3的这种变化，使得外叶片3的最大外径处无限接近于油管内径，但可充分接触到突出于油管内壁上的积垢，从而起到物理刮垢的作用。
由于内叶片4与外叶片3交错叠加，在水流推动下滑块5快速向前移动的同时，因油管内壁积垢的阻挡，在水流通过抛物线形双层叠加的内叶片4与外叶片3的缝隙时突然加速，同时出现急速旋转的涡流，形成大量气泡或空腔并在瞬间崩裂，瞬时激射出强力的微震波。微震波对油管内壁的冲击力极强，使内叶片4与外叶片3产生高频振颤效果。
同时，因外叶片3的最大外径处无限接近于油管内径，所以在外叶片3与油管内壁之间形成剑形空间（即一种厚度很小的形状类似于剑形的空间），会形成高压水切刀强力效果，在强力振颤和高压水切刀作用下，形成的大气泡或空腔，发生爆炸，形成强烈的声波、振动和瞬时的高温，对周围物质施加压力和溶解热，即产生空化现象（空化现象发生在结垢物或管内壁表面处，所形成的大气泡或空腔的现状是不对称的，它起初呈球形，继而迅速地进行不对称收缩，形成一个流速较大、指向固体表面的液体射流，在物体表面形成高压区。由于大气泡或空腔破裂时产生的巨大能量比较集中，从而在其四周局部区域产生极高的应力，对固体表面形成巨大的冲击作用，产生垢质局部表面破坏，对垢质进行剥离，使管内壁被彻底清洗），利用空化现象来除垢的方法即为空穴射流除垢，从而达到将油管内的污垢进行清除的目的。
综上所述，本发明利用物理刮削及空穴射流除垢两种除垢方法结合应用，使得该叶片可收放型清洗除垢器的除垢效果更为理想。
以上所述实施例仅为表达本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、同等替换、改进等，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种叶片收放式井下清洗除垢器，其特征在于，包括：
至少一个除垢单元；
所述除垢单元包括若干外叶片（3）及叶片胀开机构；
所述外叶片（3）沿周向布置为圆形；
所述外叶片（3）在受到所述圆形径向方向的力驱动下变形呈向外胀开的弧形；
所述叶片胀开机构包括滑块（5）及若干内叶片（4）；
所述滑块（5）具有推开斜面（23）及冲击斜面（24）；
所述内叶片（4）呈交错叠加方式布置在所述外叶片（3）的内侧，所述内叶片（4）具有固定端及自由端（21）；
所述冲击斜面（24），利用作用在其上的水流产生的水力冲击力驱动所述滑块（5）从所述自由端（21）向所述固定端滑动；
所述推开斜面（23），用于推动所述内叶片（4）的所述自由端（21）向远离所述圆形中心的方向移动；
所述内叶片（4）的所述自由端（21），用于将所述水力冲击力传递给所述外叶片（3）；
所述外叶片（3），在所述水力冲击力作用下变形至所述弧形的最大外径无限接近于油管内径时，用于刮除所述油管内壁的积垢；
所述最大外径无限接近于所述油管内径，用于在所述外叶片（3）与所述油管内壁之间形成剑形空间；
所述剑形空间，用于伴随所述水流产生高压水切刀；
所述内叶片（4）与所述外叶片（3）间的所述交错叠加，用于伴随所述水流产生高频振颤；
所述高压水切刀和/或所述高频振颤，用于产生空化现象；
所述空化现象，用于对所述油管内壁进行空穴射流除垢。
2.根据权利要求1所述的叶片收放式井下清洗除垢器，其特征在于：
所述外叶片（3）及所述内叶片（4）连接在叶片环（2）上；
所述叶片环（2）上具有内叶片安装基础（16）及外叶片安装基础（15）；
所述外叶片安装基础（15）的外径大于所述内叶片安装基础（16）的外径；
所述内叶片安装基础（16）上的螺钉孔（14）的中心与所述外叶片安装基础（15）上的螺钉孔（14）的中心在周向上呈相互错开方式布置。
3.根据权利要求2所述的叶片收放式井下清洗除垢器，其特征在于：
所述叶片环（2）与中心杆（6）连接；
所述中心杆（6），用作所述滑块（5）进行所述滑动的滑轨。
4.根据权利要求3所述的叶片收放式井下清洗除垢器，其特征在于：
所述中心杆（6）上连接锁块（7）；
所述锁块（7），具有环台（29）；
所述外叶片（3）具有固定端（18）及自由端（19）；
所述外叶片（3）的所述自由端（19）悬于所述环台（29）内；
在所述滑块（5）进行所述滑动到极限位置时，所述外叶片（3）的所述自由端（19）仍在所述环台（29）内。
5.根据权利要求4所述的叶片收放式井下清洗除垢器，其特征在于：
所述除垢单元之间通过连接环（8）串联；
所述连接环（8），用于将两个所述除垢单元的所述中心杆（6）连接在一起。
6.根据权利要求3任一所述的叶片收放式井下清洗除垢器，其特征在于：
所述中心杆（6）的一端连接打捞头（1）；
所述打捞头（1）一端与打捞筒的牙扣配合，另一端与所述中心杆（6）连接。
7.根据权利要求3所述的叶片收放式井下清洗除垢器，其特征在于：
所述中心杆（6）上具有通孔（27）；
所述通孔（27），用作走水孔。
8.根据权利要求1所述的叶片收放式井下清洗除垢器，其特征在于，还包括：
加重头（9）；
所述加重头（9），连接在所述除垢器底部，用于稳定所述除垢器整体在井筒中垂直运行。
9.根据权利要求8所述的叶片收放式井下清洗除垢器，其特征在于：
所述加重头（9），其本体上具有走水孔， 其外壁具有弧形底部（36）。
10.根据权利要求1-9任一所述的叶片收放式井下清洗除垢器，其特征在于：
所述外叶片（3）的自由端（19）的宽度小于其固定端（18）的宽度。
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