CN111287693B - 连续管正反循环冲洗井工具 - Google Patents

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张友军
刘鑫
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    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/10Geothermal energy

Abstract

本发明为一种连续管正反循环冲洗井工具,包括上接头,上接头下部外壁固定连接一连接筒,上接头下部内壁固定连接一瓣式单向阀,瓣式单向阀底端内侧固定连接一轴向贯通的导流管,所述连接筒底端内侧固定连接一管状喷头,所述管状喷头的底部设有一透孔,围绕透孔设有多个喷嘴,所述导流管向下穿过管状喷头的内腔,导流管底端密封插设在管状喷头的透孔中;所述瓣式单向阀和导流管构成内管组件,所述连接筒和管状喷头构成外管组件,所述内管组件与外管组件之间形成环形通道;该连续管正反循环冲洗井工具,其结构简单,具有正反循环结构,能够在相对较低循环排量下,通过正反循环交替洗井,实现轴向和周向对深井或大尺寸井筒进行快速清洗。

Description

连续管正反循环冲洗井工具
技术领域
本发明是关于一种深井、超深井或大尺寸气井或注水井冲砂、解堵和除垢作业的工具,尤其涉及一种连续管正反循环冲洗井工具。
背景技术
连续管洗井作业中,采用正循环作业,在保证喷嘴节流压差一定的条件下,通过提高洗井工具喷嘴出口射流速度,很容易冲开井底脏物、沉砂以及击碎和剥落井筒内管壁坚硬的结垢物等,但是,由于连续管作业管柱直径一般较常规油管要小,受沿程摩阻损失限制,允许的泵注排量相对较低,高速射流冲开的脏污或固体颗粒在油套环空的上返速度慢,携带脏物的能力较小,特别是在深井、超深井以及长水平段页岩气井中,以及大尺寸井筒内,洗井流体上返速度慢的问题更加突出。冲刷出来的脏物大量沉积,很容易掩埋洗井管柱,导致砂卡、憋泵等工程事故,使施工过程复杂化,也给生产安全带来隐患。此时,通过反循环可以将冲开的脏污沿连续管内以较高的速度上返至地面,避免低流速导致冲开的脏污沉积。
目前,连续管洗井工具都是基于喷嘴高速射流冲洗原理设计,洗井工具具有多个小直径的喷嘴,禁止反循环作业,以免造成洗井工具喷嘴堵塞,彻底失去循环洗井能力。如果增大洗井工具喷嘴直径,由于摩阻限制而无法提高泵注排量的条件下,正循环流经喷嘴的流体射流速度将大幅降低,无法冲动井底和井壁板结或坚硬的垢污,正循环冲洗井失去效果。因此,单纯从调节洗井工具喷嘴直径大小角度出发已无法满足连续管在深井、超深井、长水平段页岩气井,以及大尺寸井筒内冲洗坚硬或大颗粒脏污的洗井需要。
针对常规油管柱作业正反循环冲洗井工具或正反循环阀,现有可检索到的相关专利CN201410700763.7、CN202360051U、CN2366549Y虽具有正反循环的设计和能力,但无法兼顾正循环高速射流冲洗,以及反循环提供大直径过流通道,并允许大块脏污或大颗粒固体通过的能力;CN207093001U虽具有兼顾正循环高速射流冲洗,反循环提供大直径过流通道的能力,但其正循环时高速射流洗井液在径向和轴向两个方向的冲洗无法同时兼顾,需要通过投球控制滑套运动进行切换,且只能切换一次。
针对连续管在深井、超深井、长水平段页岩气井,以及大尺寸井筒内的冲洗井作业,目前缺少适应正循环高速冲洗,反循环大直径过流通道的专用正反循环洗井工具。
由此,本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践,提出一种连续管正反循环冲洗井工具,以克服现有技术的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种连续管正反循环冲洗井工具,其结构简单,具有正反循环结构,能够在相对较低循环排量下,通过正反循环交替洗井,并实现轴向和周向对井筒进行快速清洗。
本发明的目的是这样实现的,一种连续管正反循环冲洗井工具,包括上接头,上接头下部外壁固定连接一连接筒,上接头下部内壁固定连接一瓣式单向阀,瓣式单向阀底端内侧固定连接一轴向贯通的导流管,所述连接筒底端内侧固定连接一管状喷头,所述管状喷头的底部设有一透孔,围绕透孔设有多个喷嘴,所述导流管向下穿过管状喷头的内腔,导流管底端密封插设在管状喷头的透孔中;所述瓣式单向阀和导流管构成内管组件,所述连接筒和管状喷头构成外管组件,所述内管组件与外管组件之间形成环形通道。
在本发明的一较佳实施方式中,所述瓣式单向阀包括有上、下贯通的管状阀体,管状阀体的上端固定连接于上接头下部内壁,管状阀体的底端内壁固定套设有环形阀座,位于环形阀座上方的管状阀体侧壁设有贯穿侧壁的开口,一阀瓣由枢轴枢接在开口下方的侧壁上,且能在环形阀座与开口之间摆动,枢轴上安装有扭簧,扭簧将阀瓣密封压设在环形阀座上;所述导流管的上端固定连接于环形阀座的内壁。
在本发明的一较佳实施方式中,所述管状阀体上部外壁向上设有第一环形台肩,管状阀体的上端密封插设在上接头下部内壁,由下接头的底端抵靠第一环形台肩轴向定位。
在本发明的一较佳实施方式中,所述导流管上部外壁向上设有第二环形台肩,导流管的上端密封插设在环形阀座内壁,由管状阀体的底端抵靠第二环形台肩轴向定位。
在本发明的一较佳实施方式中,密封插设在环形阀座内壁的导流管顶端低于环形阀座的顶端。
在本发明的一较佳实施方式中,所述导流管下部外壁向下设有第三环形台肩,导流管的底端密封插设在管状喷头的透孔中,由透孔的上端边缘抵靠第三环形台肩轴向定位。
在本发明的一较佳实施方式中,所述连接筒与上接头和管状喷头均为螺纹连接,连接面上设有密封元件。
在本发明的一较佳实施方式中,所述环形阀座由聚四氟乙烯制成。
在本发明的一较佳实施方式中,导流管内通孔直径为连续管正反循环冲洗井工具最大外径的30%~40%。
由上所述,本发明连续管正反循环冲洗井工具,提供了一种结构简单,具有正反循环洗井的结构设计,能够在相对较低循环排量下,通过正反循环交替洗井,实现轴向和周向对井筒进行快速清洗的正反循环冲洗井。该连续管正反循环冲洗井工具可实现正循环高速射流冲开或冲散井底或井壁板结脏污或结垢,反循环允许大块脏污或大颗粒固体物质通过洗井工具,并随洗井液快速返排至地面,达到小排量快速高效清洗井筒的目的,并可显著降低洗井用液量和洗井污水处理量,降低作业成本。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释,并不限定本发明的范围。其中:
图1:为本发明连续管正反循环冲洗井工具在正循环时工具结构和流体流向的示意图。
图2:为本发明连续管正反循环冲洗井工具在反循环时工具结构和流体流向的示意图。
附图标号:
100、连续管正反循环冲洗井工具;
1、上接头;
2、连接筒;
3、瓣式单向阀;
31、管状阀体;
311、开口;
312、第一环形台肩;
32、环形阀座;
33、阀瓣;
34、枢轴;
4、导流管;
41、第二环形台肩;
42、第三环形台肩;
5、管状喷头;
51、透孔;
52、喷嘴;
521、腔体;
6、环形通道。
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。
除非单独定义指出的方向以外,本文中涉及到的上、下等方向均是以本发明所示的图1中的上、下等方向为准,在此一并说明。
如图1、图2所示,本发明提出一种连续管正反循环冲洗井工具100,包括上接头1,上接头1内通孔为阶梯式结构,上部内壁设有内螺纹用于与连续管连接器或其他作业工具相连,上接头1下部外壁螺纹固定连接一连接筒2,上接头1下部内壁固定连接一瓣式单向阀3,瓣式单向阀3底端内侧固定连接一轴向贯通的导流管4,导流管4内通孔直径为连续管正反循环冲洗井工具100最大外径的30%~40%,形成大直径通孔;所述连接筒2底端内侧固定连接一管状喷头5,所述管状喷头5的底部设有一透孔51,围绕透孔51设有多个喷嘴52,所述导流管4向下穿过管状喷头5的内腔,导流管4底端密封插设在管状喷头5的透孔51中;所述瓣式单向阀3和导流管4构成内管组件,所述连接筒2和管状喷头5构成外管组件,所述内管组件与外管组件之间形成环形通道6;瓣式单向阀3结构和工作原理与油气井作业常用的瓣式单向阀基本相同,区别是本发明所述的瓣式单向阀3上端设有O型圈密封结构,实现与上接头1的插入密封;所述瓣式单向阀3包括有上、下贯通的管状阀体31,管状阀体31的上端固定连接于上接头1下部内壁,管状阀体31的底端内壁固定套设有环形阀座32,所述环形阀座32是由具有弹性的聚四氟乙烯制成的,位于环形阀座32上方的管状阀体31侧壁设有贯穿侧壁的开口311,该开口为圆形开口;一阀瓣33由一枢轴34枢接在开口311下方的侧壁上,且阀瓣33能在环形阀座32与开口311之间摆动,枢轴34上安装有扭簧,扭簧将阀瓣33密封压设在环形阀座32上;所述导流管4的上端固定连接于环形阀座32的内壁。在本实施方式中,所述管状阀体31上部外壁向上设有第一环形台肩312,管状阀体31的上端密封插设在上接头1下部内壁,由下接头1的底端抵靠第一环形台肩312上轴向定位。在本实施方式中,所述导流管4上部外壁向上设有第二环形台肩41,导流管4的上端密封插设在环形阀座32内壁,由管状阀体31的底端抵靠第二环形台肩41上轴向定位。在本实施方式中,密封插设在环形阀座32内壁的导流管4顶端低于环形阀座32的顶端。在本实施方式中,所述导流管4下部外壁向下设有第三环形台肩42,导流管4的底端密封插设在管状喷头5的透孔51中,由透孔51的上端边缘抵靠第三环形台肩42上轴向定位。在本实施方式中,所述连接筒2与上接头1和管状喷头5均为螺纹连接,连接面上设有密封元件(如:密封圈等)。
本发明连续管正反循环冲洗井工具,在正循环洗井作业时,阀瓣33为关闭状态,并轴向压缩环形阀座32使其发生变形,进而实现环形阀座32与阀瓣33、瓣式单向阀管状阀体31和导流管4之间的密封,洗井流体从上接头1进入后,先进入到管状阀体31内部,经由管状阀体31侧壁的开口311,流出到环形通道6内,最终由喷嘴52高速流出,管状阀体31侧壁的开口还可在反循环洗井时容纳阀瓣33。反循环洗井时,流体经导流管4的内通孔由下至上流动,并冲击阀瓣33使其侧开位于管状阀体侧壁的开口311内,流体经由管状阀体31和上接头1轴向通道流入连续管内继续上返;连接筒2上、下端内表面均通过螺纹分别与上接头1和管状喷头5连接,并均设置了O型圈密封结构,连接筒2内部中间部位设计了较大腔体,一方面用于容纳瓣式单向阀3,另一方面用于增大连接筒2内表面与管状阀体31外表面之间的间隙,以减小正循环时流体流经间隙时的节流摩阻;导流管4上端插入环形阀座32内表面后,再一起插入管状阀体31下端内表面,并通过导流管4上第二环形台肩41进行轴向限位,密封插设在环形阀座32内壁的导流管4顶端低于环形阀座32的顶端,以便阀瓣33的环形端面与环形阀座32上端面接触实现密封作用,导流管4最大外径与管状阀体31外径相同,导流管4下端外表面为阶梯式设计,所述导流管4下部外壁向下设有第三环形台肩42,并配备了O型圈密封槽,导流管4的底端密封插设在管状喷头5的透孔51中,由透孔51的上端边缘抵靠第三环形台肩42上轴向定位,导流管4内部为通孔结构,通孔具有较大的直径,用于反循环洗井时通过较大块的脏污或大颗粒固体物质;管状喷头5上端通过外螺纹与连接筒2下端连接并密封,管状喷头5下端外表面为锥形结构,便于导引工具在井筒内下入,在导流管4下端锥形外表面设置了多个围绕透孔51周向均匀布置、尺寸相同的小直径喷嘴(喷孔)52,正循环洗井时流体流经喷嘴52后高速射出,喷嘴52喷射方向可设计成满足兼顾井筒轴向和径向冲洗要求的方向,管状喷头5内部为通孔结构,通孔下部与导流管4通过插入密封连接,并由导流管4下端的第三环形台肩轴向限位,如图1所示,喷嘴52下端部位为一个较大的腔体521,与喷嘴52连通;透孔51为反循环洗井时的进液口,具有较大内径,且与导流管4内通孔相通,正循环洗井时透孔51没有循环流体通过,管状喷头5最大外径与上接头1和连接筒2相同,且管状喷头5的最大外径可加工成与多种型号的连续管公称外径一致。
由上所述,本发明连续管正反循环冲洗井工具,提供了一种结构简单,具有正反循环洗井的结构设计,能够在相对较低循环排量下,通过正反循环交替洗井,实现轴向和周向对井筒进行快速清洗的正反循环冲洗井。该连续管正反循环冲洗井工具可实现正循环高速射流冲开或冲散井底或井壁板结脏污或结垢,反循环允许大块脏污或大颗粒固体物质通过洗井工具,并随洗井液快速返排至地面,达到小排量快速高效清洗井筒的目的,并可显著降低洗井用液量和洗井污水处理量,降低作业成本。
本发明连续管正反循环冲洗井工具,通过瓣式单向阀3关闭和开启动作的切换,以及导流管4的隔离下,可提供两种独立的过流通道,可实现正循环时瓣式单向阀3关闭,洗井流体全部从小直径喷嘴52以高速射流喷出,很容易冲开井底脏物、沉砂以及击碎和剥落井壁坚硬的结垢物等;反循环时瓣式单向阀3开启,被冲开或冲散的大块脏污或大颗粒固体物质从大直径的透孔51流入,通过导流管4和瓣式单向阀3轴向内通道进入连续管内,快速返排至地面,可实现快速高效洗井,保证洗井效果。
本发明连续管正反循环冲洗井工具,设置用于反循环过流通道的透孔51和导流管4等均具有较大的内径,可以允许大块脏污或大颗粒固体物质通过,避免使用喷嘴52进行反循环洗井而容易发生堵塞事故的发生,提高了工具适应复杂井况条件洗井的能力,增强了洗井效果。
本发明连续管正反循环冲洗井工具,因其具有独立的正反循环洗井通道和能力,使得其在深井、超深井、长水平段页岩气井,以及大尺寸井筒内等高难度井况,以及允许洗井施工排量有限的条件下,可实现使用小直径连续管正循环高速射流冲洗井眼,反循环高速携带井底脏污快速上返至地面,清洗效果好,同时避免了动用大管径连续管进行洗井作业,洗井用液量和污水返排量大幅降低,显著节省设备使用和污水处理费用。
本发明连续管正反循环冲洗井工具,通过预置结构简单的瓣式单向阀3,并控制其开关状态,可以为正反循环洗井提供两个独立的流道,瓣式单向阀3的开关动作可随正反循环洗井需要随时多次切换,避免了现有技术中使用投球控制滑套带来的地面投球复杂操作和等停时间,以及投球控制滑套开关次数有限的不足。
本发明连续管正反循环冲洗井工具,通过使用结构相对简单和易于操控的瓣式单向阀3和导流管4,即可提供两个独立的循环通道,并与管状喷头5实现很好的结合和集成,使得正反循环冲洗井工具整体结构简单紧凑,性能可靠。正反循环冲洗井工具最大外径与多种型号的连续管公称外径一致,增强了工具在缩颈或套管井筒内的通过性,并有利于避免洗井卡钻事故的发生。
本发明连续管正反循环冲洗井工具,可根据冲洗的脏污类型和结垢软硬情况,只需更换管状喷头5,在不影响反循环能力的条件下,即可使正反循环冲洗井工具具有满足正循环洗井要求的射流冲洗方向和流速,工具调整和配套简单。
如图1所示:本发明连续管正反循环冲洗井工具,装配时先将瓣式单向阀3的各零部件按照图1所示的相对位置装配起来,阀瓣33端面平滑的一端安装时方向朝下,扭簧安装后,其弹力作用效果是保持瓣式单向阀3处于如图1所示的关闭状态,随后将组装好的瓣式单向阀3上端插入上接头1下端,并通过管状阀体31上部第一环形台肩312轴向限位;接着将环形阀座32套在导流管4上端外表面处,并通过导流管4上端第二环形台肩41轴向限位,再将O型密封圈安装在导流管4下端对应的密封槽内,将安装有环形阀座32的导流管4上端插入瓣式单向阀的管状阀体31下端内壁中,并通过导流管4上端第二环形台肩41限位。将导流管4从连接筒2上端穿入,并上紧上接头1下端与连接筒2上端的配套连接螺纹,然后将管状喷头5上端插入连接筒2下端,并上紧两者连接螺纹,在管状喷头5与连接筒2连接螺纹上扣过程中,导流管4和管状喷头5轴向方向产生相对进给运动,导流管4下端带有O型密封圈的部分插入管状喷头5下部透孔51内,直至导流管4下端外表面第三环形台肩42限位,管状喷头5与连接筒2连接螺纹也上紧,正反循环冲洗井工具组装完成。
将连续管正反循环冲洗井工具通过上接头1上端的螺纹与连续管连接器相连,在连续管的传送下将连续管正反循环冲洗井工具下入井内,进行洗井作业。正循环洗井时,如图1所示,洗井液从连续管内泵入,洗井液经由上接头1内通道流入到瓣式单向阀的管状阀体31内部,阀瓣33在扭簧作用下处于关闭状态,并在洗井流体的冲击下压缩环形阀座32形成密封,阻止洗井流体流入到导流管4内通道内,洗井流体进而发生转向,由管状阀体31右侧壁的开口311流入到管状阀体31与连接筒2的环形通道6,再流经连接筒2与导流管4的环形通道,最终由喷嘴52高速喷出冲开井底和井壁脏污,击碎或剥落坚硬结垢物等。当作业井较深,或返排通道过流面积较大(大尺寸井筒内),或作业连续管直径较小等原因导致被冲开的脏污或固体杂物无法有效及时上返时,此时从连续管与井筒环空泵注洗井流体,被冲开或冲散的大块脏污或大颗粒固体物质,如图2所示,从大直径的透孔51流入,通过导流管4,冲开阀瓣33,经由瓣式单向阀3轴向内通道进入连续管内,以高速流速携带脏污快速返排至地面。通过正反交替循环洗井,直至冲洗井筒到设计深度,完成井筒的清洗。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式,并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员,在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改,均应属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种连续管正反循环冲洗井工具,其特征在于,包括上接头,上接头下部外壁固定连接一连接筒,上接头下部内壁固定连接一瓣式单向阀,瓣式单向阀底端内侧固定连接一轴向贯通的导流管,所述连接筒底端内侧固定连接一管状喷头,所述管状喷头的底部设有一透孔,围绕透孔设有多个喷嘴,所述导流管向下穿过管状喷头的内腔,导流管底端密封插设在管状喷头的透孔中;所述瓣式单向阀和导流管构成内管组件,所述连接筒和管状喷头构成外管组件,所述内管组件与外管组件之间形成环形通道;
所述瓣式单向阀包括有上、下贯通的管状阀体,管状阀体的上端固定连接于上接头下部内壁,管状阀体的底端内壁固定套设有环形阀座,位于环形阀座上方的管状阀体侧壁设有贯穿侧壁的开口,一阀瓣由枢轴枢接在开口下方的侧壁上,且能在环形阀座与开口之间摆动,枢轴上安装有扭簧,扭簧将阀瓣密封压设在环形阀座上;所述导流管的上端固定连接于环形阀座的内壁。
2.如权利要求1所述的连续管正反循环冲洗井工具,其特征在于,所述管状阀体上部外壁向上设有第一环形台肩,管状阀体的上端密封插设在上接头下部内壁,由下接头的底端抵靠第一环形台肩轴向定位。
3.如权利要求2所述的连续管正反循环冲洗井工具,其特征在于,所述导流管上部外壁向上设有第二环形台肩,导流管的上端密封插设在环形阀座内壁,由管状阀体的底端抵靠第二环形台肩轴向定位。
4.如权利要求3所述的连续管正反循环冲洗井工具,其特征在于,密封插设在环形阀座内壁的导流管顶端低于环形阀座的顶端。
5.如权利要求3所述的连续管正反循环冲洗井工具,其特征在于,所述导流管下部外壁向下设有第三环形台肩,导流管的底端密封插设在管状喷头的透孔中,由透孔的上端边缘抵靠第三环形台肩轴向定位。
6.如权利要求1所述的连续管正反循环冲洗井工具,其特征在于,所述连接筒与上接头和管状喷头均为螺纹连接,连接面上设有密封元件。
7.如权利要求1所述的连续管正反循环冲洗井工具,其特征在于,所述环形阀座由聚四氟乙烯制成。
8.如权利要求1所述的连续管正反循环冲洗井工具,其特征在于,导流管内通孔直径为连续管正反循环冲洗井工具最大外径的30%~40%。
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