CN111075373A - 连续冲砂洗井工具及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了连续冲砂洗井工具及方法，工具包括洗井液换向阀和衬管，所述洗井液换向阀分为正循环换向阀、反循环换向阀，其与油管间隔连接。所述衬管上端通过丝扣与衬管悬挂器连接，再将衬管悬挂器放入井口套管四通内，用井口套管四通的悬挂器顶丝将衬管悬挂器固定；冲砂作业时所述油管及洗井液换向阀间隔连接而成的管柱串在衬管内自上而下穿行，通过洗井液换向阀外管上的密封环与衬管配合实现空间分隔，以及洗井液换向阀的自动流道变化实现连续冲砂作业，接单根时后无需停泵，有效避免砂砾沉积，提高作业效率以及作业安全性。

Description

连续冲砂洗井工具及方法

技术领域

本发明涉及石油行业的修井作业管柱，具体地说是连续冲砂洗井工具及方法。

背景技术

目前传统的水力冲砂过程中，无论是采用正循环冲砂工艺还是反循环冲砂工艺，接每根冲砂管时都需要停泵——卸弯头和油壬——连油壬和弯头——吊起连接冲砂管——开泵循环——下管冲砂。这种频繁停泵接管冲砂的作业方式存在如下问题：①工人操作麻烦，劳动强度大，操作不顺利时，容易造成上偏扣而导致重复上卸扣；②停泵时不能构成循环洗井，导致环空悬浮的泥沙下沉，从而易造成沉砂卡管事故；同时，每次停泵前要充分循环，冲砂效率也较低。③油壬的频繁装卸可能出现旋转上扣时使上部油壬卸扣的现象，导致泄漏或弯头带着水龙带坠落，造成重新接油壬或高空落物伤人等严重事故。

为此，国内相关单位开展了相关研究来实现连续冲砂工艺。辽河油田宋彦武等研究了一套连续正冲砂的工艺，这套工艺技术主要由正冲砂工具、井口流程、井口密封装置等组成，这套工艺技术实现了连续正冲砂功能，同时这套工艺技术存在以下不足：(1)安装的井口密封装置使井口高度增加，增加了井口施工时的难度；(2)接冲砂单根时，虽然不需要停泵，但需要人工调节闸门手轮改变流程，单根连接完后，还需要人工将流程倒回，增加了施工的危险性；(3)这种冲砂工艺只能进行正冲砂，不能进行反冲砂。中石油天然气股份有限股份有限公司的冯振等研究的反循环连续冲砂换向短节能够在反循环冲砂过程中进行液体流向转换，实现连续冲砂。但该技术中进行接单根时还需要人工操作转换液体流向，同时工具中存在弹性元件在冲砂液中易失效影响工具可靠性。吐哈油田的吴剑等研究的连续负压冲砂工艺管柱包括冲砂自封、特殊悬挂器、密封工作筒、反冲洗阀组、液流转换器、负压冲砂泵等。该套工艺能很好的实现负压连续冲砂，但由于其同时配备反向冲洗阀组和液流转换器等多套工具增大的工艺成本。中石油长庆油田分公司研究的水平井正反水力连续循环作业装置利用换向井口和连接在油管上端并坐在井口的换向短节配合工作，实现不停泵的正反水力循环作业，但其水力循环作业时仍需在井口的换向短节的上接头连接出水水龙带或者注水管线，接单根时工作量大，现场冲砂作业的问题①和③并没有得到的很好的解决。

因此，针对目前连续冲砂工艺存在的问题，研究了一套适合于目前修井作业，且能进行反冲砂作业，施工工艺简单，成本较低的工艺管柱及其配套装置。

发明内容

本发明的目的在于提供连续冲砂洗井工具及方法，实现连续冲砂作业，接单根时后无需停泵，有效避免砂砾沉积，提高作业效率以及作业安全性。

为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，连续冲砂洗井工具，包括洗井液换向阀、衬管，所述洗井液换向阀包括正循环换向阀、反循环换向阀，所述正循环换向阀、反循环换向阀相互间隔式连接于油管串之间，共同构成管柱串，所述衬管悬挂器放入井口套管四通内，衬管悬挂器固定在井口套管四通的悬挂器顶丝上，所述管柱串在衬管内自上而下穿行。

所述正循环换向阀包括上接头、外管、下接头、中心管，所述上接头内包括上单向阀，所述外管上端连接上接头，下端连接下接头，所述中心管位于外管内部，中心管和外管之间构成环空，所述中心管下半段内设置下单向阀，中心管上端封堵，中心管侧壁开设至少三列流通孔阵，每一列流通孔阵至少开设三个流通孔，所述外管开设连通流道，连通流道与中心管上的流通孔阵对应，中心管内流体通过流通孔和连通流道流往中心管外侧，所述中心管和外管之间形成环空连通上接头和下接头。

所述外管的外壁下部装配有密封环，密封环能密封洗井液换向阀与衬管间的环空空间。

所述反循环换向阀包括上接头、外管、下接头、中心管、滑阀杆、上阀芯、连接杆、下阀芯，所述上接头内设置上滑阀座，所述外管上端连接上接头，下端连接下接头，所述中心管下半段内壁设置下滑阀座，所述中心管侧壁开设至少三列流通孔阵，每一列流通孔阵至少开设三个流通孔，所述中心管与外管之间构成环空，所述连接杆上端穿过中心管上端口，中心管上端口与连接杆为滑动式密封连接，滑阀杆上端连接上阀芯，上阀芯与上阀座相对应，连接杆下端连接下阀芯，下阀芯与下阀座相对应，滑阀杆上下移动，上阀芯可配合上阀座实现流路的启闭，下阀芯可配合下阀座实现流路的启闭；所述外管的外壁下部装配有密封环，密封环能密封洗井液换向阀与衬管间的环空空间。

所述井口套管四通上端连接单闸板防喷器，单闸板防喷器上端连接洗井三通。

所述洗井三通上端口内部设置自封胶芯，自封胶芯的上面放置自封压盖，自封压盖与洗井三通采用法兰连接方式通过螺栓连接，从而将自封胶芯压紧。

为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种连续冲砂洗井方法，其特征在于，当进行正循环冲砂洗井作业时，洗井液通过洗井三通的管口连接洗井液进液管线，同时套管四通的侧翼管口连接水龙带或钢制管线，洗井液从洗井三通进入管柱，位于衬管内正循环换向阀上的密封圈隔离衬管与管柱的上部环空，此时管柱内的洗井液通过上部环空由连通流道、流通孔进入中心管内，下单向阀打开，洗井液流入下方油管，而上单向阀此时保持关闭状态，从而保证上端油管没有压力，而脱出衬管的正循环换向阀的密封环不起作用，从上方油管流来的洗井液直接打开上单向阀通过外管及中心管的之间的环形空间流入下根油管，而此时的下单向阀保持关闭状态，因此洗井液无法从此进入中心管。

当进行反循环冲砂洗井作业时，套管四通的侧翼管口连接洗井液进液管线，洗井三通的管口连接水龙带或钢制管线，洗井液从套管四通的侧翼管口进入管柱，洗井液通过油套环空流到井底，携带井底砂砾返回管柱，此时衬管内的反循环换向阀上的密封圈与衬管隔离出与独立的上部环空，上流携砂液推动滑阀杆上移，下滑阀座打开，上滑阀座关闭，因此携砂液进入中心管通过流通孔进入上部环空，而后通过洗井三通流出井口，脱出衬管的反循环换向阀，此时中心管内压力油管内压力，驱动滑阀杆下移，下滑阀座关闭，上打开，因此携砂液经过中心管与外管的环空，通过上滑阀座进入上部油管。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1.冲砂接单根时不停泵,可有效地避免因停泵接单根而造成的沉砂卡管事故,减少作业处理砂卡及大修解除砂卡作业施工；

2.进水管线及水龙带均连接在井口，作业过程中不用频繁拆卸，可降低冲砂作业的劳动强度,并避免弯头脱落造成人身伤害事故；

3.流程连接完成后，冲砂洗井过程中无需操作任何流程涉及的装置即可完成冲砂工序。

4.连续不停泵冲砂作业效率高，同时可以提高冲砂返出效果，对优化冲砂作业质量,延长油井生产周期,增加原油产量有重要作用；

5.工艺管柱结构简单、安装使用方便，同时井口作业高度低。

附图说明

图1为本发明的一种连续冲砂工艺管柱结构示意图；

图2为本发明的一种连续正循环冲砂工具结构示意图；

图3为本发明的一种连续反循环冲砂工具结构示意图。

图中：1—油管；1a—上油管；1b—中油管；1c—下油管；2—自封压盖；3—自封胶芯；4—洗井三通；5—单闸板防喷器；6—井口套管四通；7—衬管悬挂器；8—衬管；9—洗井液换向阀；9a—上洗井液换向阀；9b—中洗井液换向阀；9c—下洗井液换向阀；9.1—正循环换向阀；9.11—上接头；9.12—上单向阀；9.13—外管；9.14—中心管；9.15—流通孔；9.16—连通流道；9.17—下单向阀；9.18—下接头；9.19—密封环；9.2—反循环换向阀；9.21—上接头；9.22—上滑阀座；9.23—滑阀杆；9.231—上阀芯；9.232—连接杆；9.233—下阀芯；9.24—外管；9.25—连通流道；9.26—中心管；9.27—流通孔；9.28—下滑阀座；9.29—密封环；9.210—下接头；10—套管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1和图2或者图1和图3，本发明提供一种技术方案：连续冲砂洗井工具，包括油管1和洗井液换向阀9，其中洗井液换向阀9分为正循环换向阀9.1和反循环换向阀9.2，还包括衬管8，衬管上端通过丝扣与衬管悬挂器7连接，再将衬管悬挂器放入井口套管四通6内，用井口套管四通的悬挂器顶丝将衬管悬挂器固定，衬管悬挂器上设有密封件；所述油管1分为上油管1a、中油管1b和下油管1c，所述中油管1b至少设置两根，所述上油管1a和最上方的中油管1b之间、下油管1c和最下方的中油管1b之间、中油管两两之间均连接有洗井液换向阀9，所述油管1及间隔连接的洗井液换向阀9均要在衬管内自上而下穿行，所述衬管8的长度大于一根油管1与一个洗井液换向阀9的长度之和，所述洗井液换向阀为正循环换向阀或反循环换向阀。洗井液换向阀9的外侧装配有密封环9.19或9.29，可配合衬管实现油管与衬管环空和下方油套环空的隔绝。

洗井三通4单闸板防喷器5以及井口套管四通6分别通过法兰连接方式连接；自封胶芯3主要用于密封油管，自封压盖2放置于自封胶芯3的上面，自封压盖2上设计由油管或工具通过的通孔，自封压盖2与洗井三通4采用法兰连接方式通过螺栓连接，从而将自封胶芯3压紧。

如图2所示，所述正循环换向阀9.1包括上接头9.11、外管9.13、下接头9.18。所述正循环换向阀9.1的上接头9.11通过螺纹与上方油管连接，上接头9.11内包括上单向阀9.12，可为阀球阀座形式，仅上方流体压力大于下方流体压力时才可打开使液体流通。所述正循环换向阀9.1的还包括中心管9.14，所述外管9.13连接下接头9.18，外管圆周均布开设至少三列连通流道9.16；所述中心管9.14在上单向阀9.12下方，上端封堵，位于中心管侧壁开设至少三列流通孔阵，每一列流通孔阵至少开设三个流通孔9.15，所述每列流通孔9.15均与外管的连通流道9.16一一对应，中心管内空间与外管外空间通过连通流道9.16和流通孔9.15连通，中心管9.14与外管9.13同轴装配通过圆周分布的多组流道9.16连接；所述中心管9.14包括下单向阀9.17，连接于中心管下部，仅在上方流体压力大于下方流体压力时才可打开使液体流通，其可为阀球、阀座形式。所述中心管和外管之间形成环空连通上单向阀9.12和下接头9.18。

正循环换向阀9.1下端的下接头9.18通过螺纹与下方油管连接。

在外管9.13的下部装配有密封环9.19，可密封工具与衬管间的环空空间，使密封环9.19上方的环形空间与密封环下方的环形空间不流通。

如图3所示所述反循环换向阀9.2包括上接头9.21、外管9.24、滑阀杆9.23和下接头9.210。所述反循环换向阀9.2的上接头9.21通过螺纹与上方油管连接，上接头9.21,内包括上滑阀座9.22。所述反循环换向阀9.2还包括中心管9.26，所述外管9.24下端连通下接头，外管圆周均布开设至少三列连通流道9.25；所述中心管9.26侧壁开设至少三列流通孔阵，每一列流通孔阵至少开设三个流通孔9.27，所述每列流通孔9.27均与外管的连通流道9.25一一对应，中心管内空间与外管外空间通过连通流道9.25和流通孔9.27连通，且中心管9.26通过连通流道9.25与外管9.13同轴固定连接；所述中心管9.26内包括下滑阀座9.28，连接于中心管9.26下部；所述中心管和外管之间形成环空连通上接头9.21和下接头9.210。

所述反循环洗井阀9.2的滑阀杆9.23包括上阀芯9.231、连接杆9.232和下阀芯9.233，其中所述连接杆9.232与中心管9.26同轴，穿过中心管，由密封元件滑动密封。并可在上下压差驱动下上下移动，当下接头9.210处内流体压力大于中心管9.26内流体压力时滑阀杆9.23上行，上阀芯9.231落座于上接头的上滑阀座9.22，此时上滑阀关闭，下滑阀打开，下接头9.210出流体进入中心管，通过流通孔及连通通道来到外管9.24外空间，当中心管9.26内压力大于下接头9.210出压力时，滑阀杆9.23下行，下阀芯9.233落座于下滑阀座9.28，此时下滑阀关闭，上滑阀打开，下接头9.210处流体通过中心管及外管的环空流道通过上接头9.21。

反循环反向阀9.2下端的下接头9.210通过螺纹与下方油管连接。在外管9.24的下部装配有密封环9.9，可密封工具与衬管8间的环空空间，使密封环9.9上方的环形空间与密封环下方的环形空间不流通。进行冲砂洗井作业时，冲砂管柱下临近冲砂位置后，井口油管连接洗井液换向阀9c，在洗井液换向阀9c上继续接油管1c，下放油管1c使洗井液换向阀9c下到衬管8内。

当进行正循环冲砂洗井作业时，管柱上所接洗井液换向阀9为正循环换向阀9.1。洗井液通过洗井三通4的管口连接洗井液进液管线，洗井液通过洗井三通4进入井筒，同时套管四通6的侧翼管口连接水龙带或钢制管线。洗井液从洗井三通4进入管柱。位于衬管8内正循环换向阀9.1上的密封圈9.19隔离衬管8与正循环换向阀9.1形成的上部环空。此时管柱内的洗井液通过上部环空由连通流道9.16、流通孔9.15进入中心管9.14内。由于中心管9.14内的压力增大，从而打开下单向阀9.17，使洗井液流入下方油管1。而上单向阀9.12的下部压力大于上部压力，此时保持关闭状态，从而保证上端油管1c没有压力。因此，连续冲砂时可实现在不停泵无压力情况下连接下根管柱。当下完一根油管1c后，油管上端继续连接洗井液换向阀9b，再连接油管1b，在油管下行冲砂过程中，新下入的正循环换向阀9.1进入衬管8进入之前介绍的工作状态，而之前下入的洗井液换向阀9c随油管下行，脱出衬管8。此时密封环9.19不起作用，从油管10流来的洗井液直接打开上单向阀9.12通过外管9.13及中心管的9.14之间的环形空间来到工具下端，从而流入下根油管。而此时的下单向阀9.17，由于下部压力大于上部中心管9.14内压力，使得下单向阀9.17保持关闭状态，因此洗井液无法从此进入中心管9.14，从而保证洗井液不会在此处流出管柱外。若下方还有正循环换向阀9.1仍会保持相同的工作状态。从油套环空上返冲砂液由于衬管8内的正循环换向阀9.1上的密封环9.19保证无法混入上方入井的洗井液，使携砂液由衬管8及套管10的环形空间通过井口的套管四通6流出。当需要继续接单根时，继续在井口的油管1b上端连接洗井液换向阀9a以及油管1a，从而保持与之前一致继续之前的冲砂作业。

当进行反循环冲砂作业时，管柱上所接洗井液换向阀9为反循环换向阀9.2。套管四通6的侧翼管口连接洗井液进液管线，洗井液通过套管四通6进入井筒，同时洗井三通4的管口连接水龙带或钢制管线。洗井液从套管四通6的侧翼管口进入管柱，洗井液通过油套环空流到井底，携带井底砂砾返回管柱。此时衬管8内的反循环换向阀9.2上的密封圈9.29与衬管8隔离出与独立的上部环空。由于上部环空内的压力小于下方油管内压力，使得上流携砂液推动滑阀杆9.23上移，下滑阀座9.28打开，上滑阀座9.22关闭，因此携砂液进入中心管9.26通过流通孔9.25进入上部环空，而后通过洗井三通4流出井口。由于冲砂作业过程中衬管8内连续反循环冲砂工具9的上滑阀座9.22始终处于关闭状态，则反循环换向阀9.2上方管柱一直处于无压力状态，因此可实现无压力不停泵接单根。当下完一根油管1c后，井口管柱继续连接洗井液换向阀9b，并在洗井液换向阀9b上端连接下根油管1b。在管柱下行冲砂过程中，新下入反循环换向阀9.2进入衬管8，开始以上的工作状态，而原衬管8内的洗井液换向阀9c下行脱出衬管8。此时的反循环换向阀9.2由于油套环空内冲砂液可通过流通孔9.25进入中心管9.26，使得此时中心管9.26内压力大于下方油管内压力，驱动滑阀杆9.23下移，下滑阀座9.28关闭，上滑阀座9.22打开，因此携砂液经过中心管与外管的环空，通过上滑阀座9.22进入上部油管1b。同时所有脱出衬管8的反循环换向阀9.2均以相同的方式使携砂液通过。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位指示或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.连续冲砂洗井工具，其特征在于，包括洗井液换向阀、衬管，所述洗井液换向阀包括正循环换向阀、反循环换向阀，所述正循环换向阀、反循环换向阀相互间隔式连接于油管串之间，共同构成管柱串，所述衬管悬挂器放入井口套管四通内，衬管悬挂器固定在井口套管四通的悬挂器顶丝上，所述管柱串在衬管内自上而下穿行。

2.根据权利要求1所述的连续冲砂洗井工具，其特征在于，所述正循环换向阀包括上接头、外管、下接头、中心管，所述上接头内包括上单向阀，所述外管上端连接上接头，下端连接下接头，所述中心管位于外管内部，中心管和外管之间构成环空，所述中心管下半段内设置下单向阀，中心管上端封堵，中心管侧壁开设至少三列流通孔阵，每一列流通孔阵至少开设三个流通孔，所述外管开设连通流道，连通流道与中心管上的流通孔阵对应，中心管内流体通过流通孔和连通流道流往中心管外侧，所述中心管和外管之间形成环空连通上接头和下接头。

3.根据权利要求2所述的连续冲砂洗井工具，其特征在于，所述外管的外壁下部装配有密封环，密封环能密封洗井液换向阀与衬管间的环空空间。

4.根据权利要求1所述的连续冲砂洗井工具，其特征在于，所述反循环换向阀包括上接头、外管、下接头、中心管、滑阀杆、上阀芯、连接杆、下阀芯，所述上接头内设置上滑阀座，所述外管上端连接上接头，下端连接下接头，所述中心管下半段内壁设置下滑阀座，所述中心管侧壁开设至少三列流通孔阵，每一列流通孔阵至少开设三个流通孔，所述中心管与外管之间构成环空，所述连接杆上端穿过中心管上端口，中心管上端口与连接杆为滑动式密封连接，滑阀杆上端连接上阀芯，上阀芯与上阀座相对应，连接杆下端连接下阀芯，下阀芯与下阀座相对应，滑阀杆上下移动，上阀芯可配合上阀座实现流路的启闭，下阀芯可配合下阀座实现流路的启闭；所述外管的外壁下部装配有密封环，密封环能密封洗井液换向阀与衬管间的环空空间。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的连续冲砂洗井工具，其特征在于，所述井口套管四通上端连接单闸板防喷器，单闸板防喷器上端连接洗井三通。

6.根据权利要求5所述的连续冲砂洗井工具，其特征在于，所述洗井三通上端口内部设置自封胶芯，自封胶芯的上面放置自封压盖，自封压盖与洗井三通采用法兰连接方式通过螺栓连接，从而将自封胶芯压紧。

7.一种连续冲砂洗井方法，其特征在于，当进行正循环冲砂洗井作业时，洗井液通过洗井三通的管口连接洗井液进液管线，同时套管四通的侧翼管口连接水龙带或钢制管线，洗井液从洗井三通进入管柱，位于衬管内正循环换向阀上的密封圈隔离衬管与管柱的上部环空，此时管柱内的洗井液通过上部环空由连通流道、流通孔进入中心管内，下单向阀打开，洗井液流入下方油管，而上单向阀此时保持关闭状态，从而保证上端油管没有压力，而脱出衬管的正循环换向阀的密封环不起作用，从上方油管流来的洗井液直接打开上单向阀通过外管及中心管的之间的环形空间流入下根油管，而此时的下单向阀保持关闭状态，因此洗井液无法从此进入中心管。

8.根据权利要求7所述的一种连续冲砂洗井方法，其特征在于，当进行反循环冲砂洗井作业时，套管四通的侧翼管口连接洗井液进液管线，洗井三通的管口连接水龙带或钢制管线，洗井液从套管四通的侧翼管口进入管柱，洗井液通过油套环空流到井底，携带井底砂砾返回管柱，此时衬管内的反循环换向阀上的密封圈与衬管隔离出与独立的上部环空，上流携砂液推动滑阀杆上移，下滑阀座打开，上滑阀座关闭，因此携砂液进入中心管通过流通孔进入上部环空，而后通过洗井三通流出井口，脱出衬管的反循环换向阀，此时中心管内压力油管内压力，驱动滑阀杆下移，下滑阀座关闭，上打开，因此携砂液经过中心管与外管的环空，通过上滑阀座进入上部油管。

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