CN111963106A - 井筒的清理装置及清理方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种井筒的清理装置及清理方法，属于采油工程领域。该装置包括：油管、驱动部件、连接杆、钻头和至少一个扩孔轮；至少一个扩孔轮固定在连接杆的外侧；驱动部件，用于驱动连接杆和钻头旋转；钻头，用于钻除固结在井筒中心的防砂材料，在防砂材料上形成中心孔；至少一个扩孔轮，用于钻除从中心孔至井筒内壁之间的防砂材料；油管内注入预设压力的冲砂液，用于通过预设压力的冲砂液将钻除掉的防砂材料携带出井筒外。由于通过钻头初步钻除井筒中心的防砂材料，形成中心孔，通过扩孔轮进一步在形成的中心孔位置进行钻除，通过该清理装置对井筒内的防砂材料进行清理时，不用多次调整钻头的位置，提高了清理装置的效率。
Description
技术领域
本申请涉及填砂技术领域，特别涉及一种井筒的清理装置及清理方法。
背景技术
目前，人工井壁防砂是化学防砂中最常用的方法之一，其原理是将防砂材料打入井筒中，在井温及固化剂作用下，井筒内的防砂材料凝固形成人工井壁，进行防砂。但是，在防砂结束后，需要对井筒内的防砂材料进行清理。
相关技术中，通过螺杆钻对井筒内的防砂材料进行清理，该螺杆钻包括油管、马达和钻头；其中，马达和钻头连接，用于通过马达带动钻头旋转，钻除井筒内的防砂材料；油管和钻头中心的通孔连接，用于通过带压液体，将钻除掉的防砂材料排出井筒外。
但是，在上述相关技术中，由于螺杆钻的钻头的外径越小，螺杆钻对防砂材料的钻削力越强，为了增强螺杆钻对防砂材料的钻削力，钻头的外径会远小于井筒的内径，所以螺杆钻的钻头一次只能去除一部分井筒内的防砂材料，这样通过螺杆钻对井筒内的防砂材料进行清理时，需要多次调整钻头的位置。因此，通过螺杆钻对井筒内的防砂材料进行清理的效率低。
发明内容
本申请实施例提供了一种井筒的清理装置及清理方法，可以提高清理井筒内的防砂材料的效率。所述技术方案如下：
一方面，本申请提供了一种井筒的清理装置，所述装置包括：油管、驱动部件、连接杆、钻头和至少一个扩孔轮；
所述油管与所述驱动部件的一端连接，所述驱动部件的另一端与所述连接杆的一端连接，所述连接杆的另一端与所述钻头连接，所述至少一个扩孔轮固定在所述连接杆的外侧；
所述驱动部件，用于驱动所述连接杆和所述钻头旋转；
所述钻头，用于钻除固结在井筒中心的防砂材料，在所述防砂材料上形成中心孔；
所述至少一个扩孔轮，用于钻除从所述中心孔至所述井筒内壁之间的防砂材料；
所述油管内注入预设压力的冲砂液，用于通过预设压力的所述冲砂液将钻除掉的所述防砂材料携带出所述井筒外。
在一种可能的实现方式中，扩孔轮的数量为多个时，所述多个扩孔轮在所述连接杆的外侧呈纵向排列，且所述多个扩孔轮的外径从所述钻头到所述驱动部件方向依次增加。
在另一种可能的实现方式中，所述至少一个扩孔轮的外径尺寸与所述井筒的内径尺寸相匹配；
所述至少一个扩孔轮，用于通过所述井筒的内壁对所述钻头进行扶正，保持所述钻头竖直向下钻除固结在所述井筒中心的防砂材料。
在另一种可能的实现方式中，每个扩孔轮的外壁倾斜设置多个导流槽；
所述多个导流槽，用于向所述冲砂液提供压力，通过增压后的所述冲砂液将钻除掉的所述防砂材料携带出所述井筒外。
在另一种可能的实现方式中，所述扩孔轮的下边缘设置有倒角结构的环形凹台；
所述环形凹台与所述多个导流槽的边缘构成钻削头；所述钻削头，用于钻除从所述中心孔至所述井筒内壁之间的防砂材料。
在另一种可能的实现方式中，所述装置还包括压力泵，所述压力泵与所述油管连接，用于为所述油管内的冲砂液提供压力。
在另一种可能的实现方式中，所述驱动部件为液压马达。
在另一种可能的实现方式中，所述连接杆的外壁设置外螺纹，所述至少一个扩孔轮的内壁设置内螺纹；
所述至少一个扩孔轮，通过所述外螺纹和所述内螺纹固定在所述连接杆的外侧。
另一方面，本申请提供了一种井筒的清理方法，应用于上述任一项所述的清理装置；所述方法包括：
确定所述油管内待泵入冲砂液的预设排量，以及所述钻头待施加在防砂材料上的预设压力；
将所述清理装置下入到井筒内的预设位置，所述预设位置为所述防砂材料在所述井筒内的位置；
根据所述预设排量，向所述油管泵入冲砂液；
调整所述钻头的钻压至所述预设钻压，所述钻头在所述预设钻压下，钻除固结在所述井筒中心的防砂材料；
在所述防砂材料上形成中心孔，通过所述至少一个扩孔轮钻除从所述中心孔至所述井筒内壁之间的防砂材料，通过预设压力的所述冲砂液将钻除掉的所述防砂材料携带出所述井筒外。
在一种可能的实现方式中，所述确定所述油管内待泵入冲砂液的预设排量，以及所述钻头待施加在防砂材料上的预设压力，包括：
获取所述清理装置的质量，将所述清理装置的质量加上预定压力值，得到所述预设钻压；
获取所述冲砂液的阻力系数、所述防砂材料在所述冲砂液中的自由下沉速度和所述冲砂液流经的通道的截面积；
根据所述阻力系数、所述自由下沉速度和所述截面积，通过以下公式一，得到所述预设排量；
公式一：Q＝3RAV
其中，Q表示所述预设排量，R表示所述阻力系数，A表示所述截面积，V表示所述自由下沉速度。
本申请实施例提供了一种井筒的清理装置，由于驱动部件与连接杆连接，在通过驱动部件驱动连接杆旋转时，通过与连接杆连接的钻头初步钻除井筒中心的防砂材料，形成中心孔，通过设置在连接杆外侧的扩孔轮进一步在形成的中心孔位置进行钻除，进而钻除从中心孔至井筒内壁之间的防砂材料，这样井筒内的防砂材料从井筒中心到井筒内壁依次钻除，一次性即可清理干净，所以通过该清理装置对井筒内的防砂材料进行清理时，不用多次调整钻头的位置，提高了清理装置清理防砂材料的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本申请实施例提供的一种井筒的清理装置的结构示意图；
图2是根据本申请实施例提供的一种井筒的清理方法的流程图。
附图标记：
11 油管
12 驱动部件
13 连接杆
14 钻头
15 扩孔轮
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
图1是本申请提供的一种井筒的清理装置的结构示意图。参见图1，该装置包括：油管11、驱动部件12、连接杆13、钻头14和至少一个扩孔轮15；
油管11与驱动部件12的一端连接，驱动部件12的另一端与连接杆13的一端连接，连接杆13的另一端与钻头14连接，至少一个扩孔轮15固定在连接杆13的外侧；
驱动部件12，用于驱动连接杆13和钻头14旋转；
钻头14，用于钻除固结在井筒中心的防砂材料，在防砂材料上形成中心孔；
至少一个扩孔轮15，用于钻除从中心孔至井筒内壁之间的防砂材料；
油管11内注入预设压力的冲砂液，用于通过预设压力的冲砂液将钻除掉的防砂材料携带出井筒外。
本申请实施例提供了一种井筒的清理装置，由于驱动部件与连接杆连接，在通过驱动部件驱动连接杆旋转时，通过与连接杆连接的钻头初步钻除井筒中心的防砂材料，形成中心孔，通过设置在连接杆外侧的扩孔轮进一步在形成的中心孔位置进行钻除，进而钻除从中心孔至井筒内壁之间的防砂材料，这样井筒内的防砂材料从井筒中心到井筒内壁依次钻除，一次性即可清理干净，所以通过该清理装置对井筒内的防砂材料进行清理时，不用多次调整钻头的位置，提高了清理装置清理防砂材料的效率。
油管11的介绍：油管11与驱动部件12的一端连接，油管11内注入预设压力的冲砂液，用于通过预设压力的冲砂液将钻除掉的防砂材料携带出井筒外。在一种可能的实现方式中，油管11与驱动部件12的一端之间通过螺纹连接。在另一种可能的实现方式中，油管11与驱动部件12的一端之间通过法兰连接。
可选的，该装置还包括压力泵，压力泵与油管11连接，用于为油管11内的冲砂液提供压力。
在一种可能的实现方式中，油管11、驱动部件12、连接杆13和钻头14内均设置液体通道，且钻头14中心设置有射流嘴。预设压力的冲砂液依次通过油管11、驱动部件12、连接杆13和钻头14的液体通道，从钻头14的射流嘴喷出，配合钻头14，将钻除掉的防砂材料携带出井筒外。可选的，射流嘴为多个圆形射流孔，多个圆形射流孔均匀分布在钻头14的中心。其中，多个圆形射流孔的数量可以是2至10个之间的任一数值，如，3个、4个、5个等。
其中，油管11的材料可以是金属，如，铁、铜等；也可以是金属合金，例如，镍铬合金、铝合金等。
在一种可能的实现方式中，油管11与吊装工具连接，通过吊装工具将清理装置下入或者起出井筒，并且通过吊装工具还可以控制该清理装置在井筒内的位置以及钻头14施加在防砂材料上的钻压。
驱动部件12的介绍：油管11与驱动部件12的一端连接，驱动部件12的另一端与连接杆13的一端连接。驱动部件12，用于驱动连接杆13和钻头14旋转。
在一种可能的实现方式中，驱动部件12为液压马达。可选的，油管11内具有一定压力的冲砂液为液压马达提供动力，通过液压马达驱动连接杆13和钻头14旋转。
其中，液压马达包括转子和传动轴，转子与传动轴的一端连接，传动轴的另一端与连接杆13的一端连接。液压马达正常运转时，通过转子驱动该传动轴旋转，进而驱动连接杆13和钻头14旋转。可选的，传动轴的另一端与连接杆13的一端之间通过螺纹连接。
在另一种可能的实现方式中，驱动部件12为电机，通过电机直接驱动连接杆13和钻头14旋转。
连接杆13的介绍：驱动部件12的另一端与连接杆13的一端连接，连接杆13的另一端与钻头14连接，至少一个扩孔轮15固定在连接杆13的外侧。驱动部件12驱动连接杆13旋转时，钻头14以及连接杆13的外侧的扩孔轮15随连接杆13一起旋转。
在一种可能的实现方式中，扩孔轮15通过焊接固定在连接杆13的外侧。在另一种可能的实现方式中，连接杆13的外壁设置外螺纹，至少一个扩孔轮15的内壁设置内螺纹；至少一个扩孔轮15，通过外螺纹和内螺纹固定在连接杆13的外侧。
可选的，连接杆13的另一端与钻头14之间通过螺纹连接，或者，连接杆13的另一端设置可调节卡扣，连接杆13的另一端与钻头14之间通过可调节卡扣连接。
其中，连接杆13的材料可以是金属，如，钢、铁等；也可以是金属合金，例如，镍铬合金、碳化铬合金等。连接杆13的长度可以是1m-2m之间的任一数值，如，1m、1.2m、1.5m等。
钻头14的介绍：在一种可能的实现方式中，钻头14为牙轮钻头。其中，牙轮钻头为铣齿钻头或者镶齿钻头。
需要说明的一点是，钻头14对防砂材料钻削力的大小与钻头14的钻压以及钻头14的外径相关。其中，钻头14的钻压越大或者钻头14的外径越小，钻头14对防砂材料的钻削力越大。
其中，钻头14的材料为耐磨材料，例如，金刚石、镍铬合金、碳化铬合金等。可选的，钻头14为PDC(Polycrystalline Diamond Compact bit，聚晶金刚石复合片)钻头。
扩孔轮15的介绍：至少一个扩孔轮15，用于钻除从中心孔至井筒内壁之间的防砂材料。
在一种可能的实现方式中，每个扩孔轮15的外壁倾斜设置多个导流槽；多个导流槽，用于向冲砂液提供压力，通过增压后的冲砂液将钻除掉的防砂材料携带出井筒外。其中，导流槽的倾斜角度可以是30度-60度之间的任一数值。可选的，导流槽的倾斜角度为45度。
需要说明的一点是，冲砂液从钻头14的射流嘴喷出，通过冲砂液的压力，携带防砂材料向上流动，经过设置在钻头14上方的扩孔轮15。在扩孔轮15随连接杆13高速旋转的过程中，倾斜设置的导流槽，能够增加冲砂液的流速，向冲砂液提供压力，增加了冲砂液携带防砂材料的能力，防止防砂材料受到自身重力滞留在井筒内。
在一种可能的实现方式中，扩孔轮15的下边缘设置有倒角结构的环形凹台；环形凹台与多个导流槽的边缘构成钻削头，该钻削头用于钻除从中心孔至井筒内壁之间的防砂材料。
可选的，倒角结构的环形凹台与扩孔轮15的侧壁之间的夹角可以是30度至60度之间的任一数值。可选的，倒角结构的环形凹台与扩孔轮15的侧壁之间的夹角为45度。其中，倒角结构的环形凹台与扩孔轮15的侧壁之间的夹角，也即钻削头与扩孔轮15的侧壁之间的夹角。
扩孔轮15的材料为耐磨材料，如，钢、铁等金属；也可以是金属合金，例如，镍铬合金、碳化铬合金等。在本申请实施例中，对扩孔轮15的材料不作具体限定，可以根据需要进行设置并更改。
需要说明的一点是，至少一个扩孔轮15的外径尺寸与井筒的内径尺寸相匹配；至少一个扩孔轮15，用于通过井筒的内壁对钻头14进行扶正，保持钻头14竖直向下钻除固结在井筒中心的防砂材料。其中，扩孔轮15数量是一个或者多个。
在一种可能的实现方式中，扩孔轮15的数量为一个，该扩孔轮15的外径尺寸与井筒的内径尺寸相匹配，这样扩孔轮15可以通过井筒的内壁对钻头14进行扶正，保持钻头14竖直向下钻除固结在井筒中心的防砂材料，也即扩孔轮15兼并有扶正器的作用。
在另一种可能的实现方式中，扩孔轮15的数量为多个，多个扩孔轮15中至少有一个扩孔轮15的外径尺寸与井筒的内径尺寸相匹配。该扩孔轮15可以通过井筒的内壁对钻头14进行扶正，保持钻头14竖直向下钻除固结在井筒中心的防砂材料。
需要说明的另一点是，扩孔轮15随连接杆13高速旋转的过程中，通过倾斜设置的导流槽，能够对井筒侧壁的防砂材料进行钻除。
在一种可能的实现方式中，扩孔轮15数量为多个，多个扩孔轮15在连接杆13的外侧呈纵向排列；且多个扩孔轮15的外径相同。例如，继续参见图1，扩孔轮15的数量为3个，且3个多个扩孔轮15的外径相同。
在本申请实施例中，多个扩孔轮15的外径相同，通过外径大的扩孔轮15对中心孔位置的防砂材料进行钻除时，通过外径相同扩孔轮15，可以多次对井筒侧壁上的防砂材料进行钻除，确保一次性钻除井筒内的防砂材料，从而提高了清理装置的清理效果。
在另一种可能的实现方式中，多个扩孔轮15的外径从钻头14到驱动部件12方向依次增加；或者，多个扩孔轮15中的部分扩孔轮15的外径从钻头14到驱动部件12方向依次增加。例如，多个扩孔轮15的数量为5个。其中，3个扩孔轮15的外径从钻头14到驱动部件12方向依次增加，2个扩孔轮15的外径相同。
在本申请实施例中，多个扩孔轮15的外径从钻头14到驱动部件12方向依次增加，先通过外径小的扩孔轮15对中心孔位置的防砂材料进行钻除，然后通过外径大的扩孔轮15对中心孔位置的防砂材料进行钻除，通过外径依次增加的扩孔轮15，每次只钻除一部分防砂材料，所以减小了扩孔轮15钻除防砂材料的阻力，提高了扩孔轮15钻除防砂材料的效率。
图2是本申请提供的一种井筒的清理方法的流程图。该井筒的清理方法应用于上述任一种可能实现的清理装置中，参见图2，该方法包括：
在步骤201中，计算机设备确定钻头待施加在防砂材料上的预设压力。
在一种可能的实现方式中，计算机设备获取清理装置的质量，将清理装置的质量加上预定压力值，得到预设钻压。可选的，清理装置的质量为净质量。
在一种可能的实现方式中，计算机设备内存储有清理装置的型号与净质量之间的对应关系。相应的，本步骤为：工作人员输入待使用的清理装置的型号，计算机设备获取待使用的清理装置的型号，根据型号，从存储的型号与净质量之间的对应关系中，确定待使用的清理装置的净质量；将待使用的清理装置的净质量加上预定压力值，得到预设钻压。
其中，预定压力值可以是1吨-5吨之间的任一数值，例如，1吨、1.5吨、2吨等。可选的，预定压力值为2吨。
在步骤202中，计算机设备确定油管内待泵入冲砂液的预设排量。
在一种可能的实现方式中，计算机设备内存储有预设排量公式，可选的，预设排量公式为公式一。相应的，本步骤为：计算机设备获取冲砂液的阻力系数、防砂材料在冲砂液中的自由下沉速度和冲砂液流经的通道的截面积；根据阻力系数、自由下沉速度和截面积，通过以下公式一，得到预设排量；
公式一：Q＝3RAV
其中，Q表示预设排量，R表示阻力系数，A表示截面积，V表示自由下沉速度。
需要说明的一点是，冲砂液的阻力系数与冲砂液流速以及冲砂液流经的通道的截面积有关。可选的，冲砂液的阻力系数为3-5之间的任一数值，例如，阻力系数为3、3.5、4等。
在步骤203中，计算机设备通过吊装工具将清理装置下入到井筒内的预设位置，预设位置为防砂材料在井筒内的位置。
在一种可能的实现方式中，吊装工具设置有指重表，该指重表的示数用于表示清理装置的钻头施加在防砂材料上的压力。可选的，当指重表的示数增加时，计算机设备确定清理装置已下入到井筒内的预设位置。
在步骤204中，计算机设备根据预设排量，向油管泵入冲砂液。
在一种可能的实现方式中，清理装置还包括压力泵，压力泵与油管连接。计算机设备根据预设排量，通过压力泵向油管泵入冲砂液。
在步骤205中，计算机设备调整钻头的钻压至预设钻压，钻头在预设钻压下，钻除固结在井筒中心的防砂材料。
在一种可能的实现方式中，计算机设备通过指重表确定钻头施加在防砂材料上的压力，经钻压保持在预设钻压。
需要说明的一点是，清理装置在钻除过程中，逐渐向下移动。随着钻头对防砂材料的钻除，在防砂材料上形成中心孔；钻头上方的扩孔轮到达中心孔的位置时，进一步钻除从中心孔至井筒内壁之间的防砂材料，通过预设压力的冲砂液将钻除掉的防砂材料携带出井筒外。
本申请实施例提供了一种井筒的清理装置，由于驱动部件与连接杆连接，在通过驱动部件驱动连接杆旋转时，通过与连接杆连接的钻头初步钻除井筒中心的防砂材料，形成中心孔，通过设置在连接杆外侧的扩孔轮进一步在形成的中心孔位置进行钻除，进而钻除从中心孔至井筒内壁之间的防砂材料，这样井筒内的防砂材料从井筒中心到井筒内壁依次钻除，一次性即可清理干净，所以通过该清理装置对井筒内的防砂材料进行清理时，不用多次调整钻头的位置，提高了清理装置清理防砂材料的效率。
以上所述仅为本申请的可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种井筒的清理装置，其特征在于，所述装置包括：油管、驱动部件、连接杆、钻头和至少一个扩孔轮；
所述油管与所述驱动部件的一端连接，所述驱动部件的另一端与所述连接杆的一端连接，所述连接杆的另一端与所述钻头连接，所述至少一个扩孔轮固定在所述连接杆的外侧；
所述驱动部件，用于驱动所述连接杆和所述钻头旋转；
所述钻头，用于钻除固结在井筒中心的防砂材料，在所述防砂材料上形成中心孔；
所述至少一个扩孔轮，用于钻除从所述中心孔至所述井筒内壁之间的防砂材料；
所述油管内注入预设压力的冲砂液，用于通过预设压力的所述冲砂液将钻除掉的所述防砂材料携带出所述井筒外。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，扩孔轮的数量为多个时，所述多个扩孔轮在所述连接杆的外侧呈纵向排列，且所述多个扩孔轮的外径从所述钻头到所述驱动部件方向依次增加。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个扩孔轮的外径尺寸与所述井筒的内径尺寸相匹配；
所述至少一个扩孔轮，用于通过所述井筒的内壁对所述钻头进行扶正，保持所述钻头竖直向下钻除固结在所述井筒中心的防砂材料。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每个扩孔轮的外壁倾斜设置多个导流槽；
所述多个导流槽，用于向所述冲砂液提供压力，通过增压后的所述冲砂液将钻除掉的所述防砂材料携带出所述井筒外。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述扩孔轮的下边缘设置有倒角结构的环形凹台；
所述环形凹台与所述多个导流槽的边缘构成钻削头；所述钻削头，用于钻除从所述中心孔至所述井筒内壁之间的防砂材料。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括压力泵，所述压力泵与所述油管连接，用于为所述油管内的冲砂液提供压力。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述驱动部件为液压马达。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述连接杆的外壁设置外螺纹，所述至少一个扩孔轮的内壁设置内螺纹；
所述至少一个扩孔轮，通过所述外螺纹和所述内螺纹固定在所述连接杆的外侧。
9.一种井筒的清理方法，其特征在于，应用于权利要求1至8任一项所述的清理装置；所述方法包括：
确定所述油管内待泵入冲砂液的预设排量，以及所述钻头待施加在防砂材料上的预设压力；
将所述清理装置下入到井筒内的预设位置，所述预设位置为所述防砂材料在所述井筒内的位置；
根据所述预设排量，向所述油管泵入冲砂液；
调整所述钻头的钻压至所述预设钻压，所述钻头在所述预设钻压下，钻除固结在所述井筒中心的防砂材料；
在所述防砂材料上形成中心孔，通过所述至少一个扩孔轮钻除从所述中心孔至所述井筒内壁之间的防砂材料，通过预设压力的所述冲砂液将钻除掉的所述防砂材料携带出所述井筒外。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述确定所述油管内待泵入冲砂液的预设排量，以及所述钻头待施加在防砂材料上的预设压力，包括：
获取所述清理装置的质量，将所述清理装置的质量加上预定压力值，得到所述预设钻压；
获取所述冲砂液的阻力系数、所述防砂材料在所述冲砂液中的自由下沉速度和所述冲砂液流经的通道的截面积；
根据所述阻力系数、所述自由下沉速度和所述截面积，通过以下公式一，得到所述预设排量；
公式一：Q＝3RAV
其中，Q表示所述预设排量，R表示所述阻力系数，A表示所述截面积，V表示所述自由下沉速度。
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