CN112459735A - 一种旋流冲砂工艺管柱 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种冲砂管柱和一种冲砂方法，包括液流换向器和旋流器，所述液流换向器的下端与所述旋流器连接；所述液流换向器内部设置有用于通过冲砂液的下行通道和用于通过返出液的上行通道；所述下行通道的上部通过所述液流换向器侧面的第一开口与外部空间连通，下部与所述旋流器内的流道连通；所述上行通道下部开口；所述旋流器被配置为将所述下行通道流出的冲砂液从直线流动转换成旋转流动；所述液流换向器还包括隔挡装置，所述隔挡装置位于所述冲砂管柱的外侧，设置为将所述冲砂管柱所下入的套管之间的环形空间分割成上部空间和下部空间；所述上部空间与所述下行通道连通。

Description

一种旋流冲砂工艺管柱

技术领域

本文涉及但不限于一种工艺管柱，尤指涉及但不限于一种旋流冲砂工艺管柱。

背景技术

在油田生产过程中，经常会遇到地层出砂的问题，出砂的危害极大，砂埋油层或井筒砂堵造成油井停产。遇到这种情况，最常用的解决办法是，利用冲砂液把井筒内的砂子循环冲洗出来，恢复油井的正常生产。常用的冲砂方式有以下几种：

1)常规冲砂：通过管柱高速循环冲砂液，将井筒内的砂子循环上返至地面。2)氮气泡沫冲砂：和常规冲砂相同，只是在冲砂液中加入氮气，形成泡沫流体，增大冲砂液的携砂能力。3)旋转射流冲砂：冲砂工具的前端有一个能旋转的喷头，喷头的侧面打一些与其轴线成一定角度的斜孔，前端打一些直孔，高速旋转的喷头产生的涡流，将砂子携带到地面。

中国专利CN201320852351.6公开了一种负压旋流冲砂装置，其旋流部分主要由旋流主体和叶轮等组成，旋流主体上有数条旋流槽，冲砂液经过旋流槽时，形成旋流，带动叶轮高速旋转，使液砂混合物形成湍流。所述负压旋流冲砂装置，存在一个高速旋转的叶轮，冲砂过程中非常容易被卡住，一旦卡住，就无法形成旋流。

中国专利CN201410294060.9公开了一种水平井防漏失旋流冲砂器装置及其冲砂工艺，其旋流部分由矢量冲管和数个矢量喷嘴组成，矢量喷嘴安装在矢量喷管上，并与矢量冲管成一定角度，冲砂液通过矢量喷嘴后做旋转流动。存在的问题是，矢量喷嘴是固定在矢量冲管上并与矢量冲管的轴线成一定角度，冲砂液通过矢量喷嘴时，只能形成于矢量冲管成一定角度的射流而不是旋流，不同矢量喷嘴喷出的冲砂液相互干扰，形成湍流。

发明内容

以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制本申请的保护范围。

本申请提供了一种旋流冲砂工艺管柱，冲砂时，冲砂液从冲砂管柱旋转喷出，增大了对砂面的冲刷力，提高冲砂效率。

本申请提供了一种冲砂管柱，包括液流换向器和旋流器，所述液流换向器的下端与所述旋流器连接；所述液流换向器内部设置有用于通过冲砂液的下行通道和用于通过返出液的上行通道；

所述下行通道的上部通过所述液流换向器侧面的第一开口与外部空间连通，下部与所述旋流器内的流道连通；所述上行通道下部开口；

所述旋流器被配置为将所述下行通道流出的冲砂液从直线流动转换成旋转流动；

所述液流换向器还包括隔挡装置，所述隔挡装置位于所述冲砂管柱的外侧，设置为将所述冲砂管柱所下入的套管之间的环形空间分割成上部空间和下部空间；所述上部空间与所述下行通道连通。

在本申请提供的实施方式中，所述液流换向器包括液流换向管和中心管；

在本申请提供的实施方式中，所述液流换向管固定于所述中心管内部，所述液流换向管上端封闭，所述液流换向管内部形成所述下行通道；所述中心管上设置所述第一开口，所述液流换向管上部的侧面设有第二开口，所述第一开口和所述第二开口通过管道连通；

在本申请提供的实施方式中，所述液流换向管与中心管之间的环形间隙形成所述上行通道。

在本申请提供的实施方式中，液流换向器的上端设置为油管连接，所述上行通道的上部设置为与油管内的流道连通。

在本申请提供的实施方式中，所述隔挡装置包括皮碗、上限位环和下限位环；

在本申请提供的实施方式中，所述上限位环和所述下限位环被配置成定位所述皮碗，所述皮碗的喇叭状开口朝上。

在本申请提供的实施方式中，所述皮碗的材质可以为橡胶，所述皮碗的外径可以大于油井套管的内径。所述皮碗被配置成阻挡从普通油管和套管的环形空间进入的冲砂液，迫使其转向，进入液流转换通道。

在本申请提供的实施方式中，所述第一开口和所述第二开口为长槽形。

在本申请提供的实施方式中，所述上部空间的过流面积大于所述下行通道的过流面积，所述下行通道的过流面积大于所述上行通道的过流面积。

在本申请提供的实施方式中，所述旋流器包括外管和旋流叶片，所述旋流叶片与所述外管内壁固定连接。

在本申请提供的实施方式中，所述中心管和上方的管线螺纹连接，所述液流换向管下端和旋流器通过螺纹连接；

在本申请提供的实施方式中，所述旋流器的下端设置为笔尖形状。

在本申请提供的实施方式中，所述旋流叶片由N个半圆形的叶片组成，N为大于等于3的正整数；所述叶片的半径等于所述液流换向管内腔的半径，所述N个叶片的直线段的中点相互连接，所述N个叶片的片面与所述液流换向管的轴线的夹角为30度至60度；

在本申请提供的实施方式中，相邻两个所述叶片中，一个叶片的位置可由另一个叶片沿所述轴线旋转360/N度得到。

在本申请提供的实施方式中，由于叶片的半径等于液流换向管内墙的半径，当叶片的片面与液流换向管的轴线按一定夹角设置时，所述半圆形的叶片的弧面与液流换向管内壁之间存在缝隙，该缝隙可以通过焊料在焊接固定阶段填充。所述叶片的护面与所述液流换向管内壁之间不存在缝隙。

另一方面，本申请提供了一种冲砂方法，使用上述的冲砂管柱，包括如下步骤：

1)将所述冲砂管柱与油管下端固定连接，将所述冲砂管柱下入套管中；

2)从地面向所述环形空间中注入液体，所述液体进入所述液流换向器的下行通道，进而进入旋流器中形成旋流，对砂面进行冲砂；

3)冲砂后的液体进入所述液流换向器的上行通道中，携砂返回地面。

通常，普通油管与套管的环形空间的面积要小，在相同冲砂液排量下，冲砂液在普通油管内流动的速度比在普通油管与套管的环形空间内流动的速度要大得多。

所述环形空间的过流面积、下行通道的过流面积和上行通道的过流面积的比例范围在(1-100):(1-100):(1-100)；优选地，比例范围在(1-10):(1-10):(1-10)。

通过对过流面积的设计，使得冲砂液从油套管环形空转换到冲砂管柱中，增大了冲砂液流动速度和冲砂液对砂面的冲击力，有利于提高冲砂效率。并且返出液从液流换向管与中心管的环形空间转换到油管中，同样也提高了返出液的流动速度，也提高了冲砂液的携砂能力。

所述液流换向器主要作用是，在接近砂面的位置，把从普通油管与套管环形空间进入井内的冲砂液换向到油管中，同时，冲砂后的返出液通过液流换向管与中心管的环形空间从普通油管返到地面。

叶片为半圆形，也可以设计成更适合冲砂液流动的形状。(图示为4片，每个叶片都与外管轴线成一定角度(一般在30°-60°之间，图中为45°)；每个叶片之间也相互成一定角度大小为360°与叶片个数之比(本例为4个叶片，相互成90°)，相互之间在半圆形原点处焊接在一起，其外端与外管的内表面焊接在一起。倾斜的叶片与外管的内表面形成数个螺旋通道，冲砂液通过时，由直线流动转换成旋转流动。

本发明具有如下有益效果：

(1)本发明提供了一种全新的旋流冲砂工艺管柱，有普通油管、液流换向器和旋流器组成，充分利用了井筒内过流面积的变化，增大了冲砂液的流动速度，冲砂液到达砂面附近时，由直线流动变成旋转流动，提高了冲砂液的冲砂能力和携砂能力，大大提高油井的冲砂效率。

(2)本发明提供了一种新型冲砂液流动换向工具，在相同的冲砂液排量下，使冲砂液具有很强的冲砂能力和携砂能力。

(3)本发明提供了一种新型液流旋转装置，靠不同叶片与其外管间形成的螺旋通道，把冲砂液的直线流动变成旋转流动而没有任何旋转部件。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书中所描述的方案来发明实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。

图1为本申请实施例旋流冲砂工艺管柱结构图。

图2-1为本申请实施例液流换向器结构图。

图2-2为图2-1中A-A向截面图。

图2-3为图2-1中B向视图。

图3-1为本申请实施例旋流器结构图。

图3-2为图3-1中B向截面图。

图4为本申请实施例叶片组合结构图。

图5为本申请叶片结构图。

附图标记：1、普通油管，2、液流换向器，3、旋流器，21、上接头，22、中心管，23、液流换向管，24、上限位环，25、皮碗，26、下限位环，27、液流换向口，31、接箍，32、外管，33、叶片，331、第一叶片，332、第二叶片，333、第三叶片，334、第四叶片，335、叶片组合的公共轴线。

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明白，下文对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本文，但是，本文还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本文的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

本申请提供的冲砂管柱如图1所示，包括液流换向器2以及旋流器3，所述冲砂管柱安装在普通油管1的下端，在进行冲砂操作时，将冲砂管柱下入套管(未示出)中。

如图2所示，所述液流换向器2包括液流换向管23，中心管22，皮碗25，上限位环24和下限位环26组成。所述液流换向器2与普通油管1之间通过上接头21连接。上限位环24、下限位环26和中心管22可以通过螺纹连接。液流换向器2与普通油管1可以通过螺纹连接。

所述液流换向管23安装在中心管22内固定连接，液流换向管23的上端封闭。

所述上限位环24、下限位环22对皮碗25进行限位，皮碗为碗型橡胶材质环状结构，所述皮碗大端朝上。

所述中心管22管壁上设置有任意数量的第一开口，所述液流换向管23上端面的下方设置有与第一开口数量相同的第二开口，第一开口和第二开口通过管道连接。

第一开口、第二开口和管道可以通过焊接进行配合密封。使得中心管22和套管之间的环形空间与通过管道与液流换向管23内连通。

在一种实施方式中，所述中心管22管壁的第一开口为长条形孔，连接液流换向管23与中心管22的管道为长条形，与液流换向管23管壁上的长条形第二开口配合。

如图3所示，所述旋流器3包括外管32和旋流叶片33，所述旋流器可以通过接箍31与液流换向管23固定连接。并且外管32和接箍31的外径小于中心管22的内径。

所述旋流叶片33与所述外管32内壁固定连接。使得旋流叶片33不旋转。

在一种实施方式中，如图4和图5所示，所述外管的下端为笔尖形状，所述旋流叶片的俯视图为半圆形，记为半圆形叶片，所述叶片33的数量共4片。

在一种实施方式中，如图4所示，各半圆形叶片的圆心重合，管柱中心轴线为公共轴线335，各半圆形叶片的半圆面均与公共轴线335呈45°角，并且第一叶片331的顶点1与第二叶片332的顶点2位于同一平面上，该平面与公共轴线335垂直；并且顶点1与圆心的连线与顶点2与圆心的连线成90°角。第三叶片333的顶点3与第四叶片334的顶点4位于同一平面，该平面与公共轴线335垂直；并且顶点3与圆心的连线与顶点4与圆心的连线与成90°角。各叶片通过圆心处固定焊接在一起。并将焊接好的叶片组合装入外管32的内部，把每个叶片的外缘与外管32的内表面焊接在一起，保证焊接后形成的4个螺旋通道互不联通。将外管32通过接箍31与液流换向管23固定连接，二者可以为螺纹连接。

在现场实施过程中，冲砂管柱通过上接头21与普通油管1固定连接；可以通过螺纹连接。

冲砂管柱下入套管(未示出)后，所述中心管22和普通油管1的外径小于套管的内径，形成环形空间。

中心管22管壁上的第一开口与中心管22内部的液流换向管23管壁上的第二开口经过管道密闭配合固定连接，环形空间经管道与液流换向管23内部连通。

中心管22管壁第二开口下部设置有隔档装置即皮碗25以及皮碗25的定位装置上限位环24和下限位环26，皮碗25的外径大于套管内径，将套管内部分割成上下两个空间。

冲砂液以此通过皮碗分隔的上部环形空间、液流换向管23的凸起结构的通孔和液流换向管23管内空间形成的下行通道向下流动，进入旋流器3的外管32中。之后与叶片33接触，由于33与外管32固定连接，叶片33不转动，冲砂液随叶片33与外管32形成的通道旋转向下运动，流出外管，形成旋流。

冲砂液旋流与砂面接触冲砂后，形成返回液。由于外管32、接箍31的外径小于中心管22的内径。使得外管32和液流换向管23外壁与中心管内壁形成另一环形空间记为上行通道，并与普通油管1连通。

携砂液充满套管和中心管22以及皮碗25形成的下部空间后，经上行通道进入普通油管1返回地面，完成冲砂。

在一种实施方式中，冲砂管柱探到砂面后，上提管柱一端距离，可以为0.5米，经口装有井口自封封井器，进行循环洗井，使得冲砂液流通畅通后下方管柱，使旋流器3的外管32与井筒内砂面接触，加载一定负荷，可以为0.2-0.5吨负荷，然后边冲边下放冲砂管柱管柱，直到将井内的砂子完全冲出。

虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种冲砂管柱，包括液流换向器和旋流器，所述液流换向器的下端与所述旋流器连接；所述液流换向器内部设置有用于通过冲砂液的下行通道和用于通过返出液的上行通道；

所述下行通道的上部通过所述液流换向器侧面的第一开口与外部空间连通，下部与所述旋流器内的流道连通；所述上行通道下部开口；

所述旋流器被配置为将所述下行通道流出的冲砂液从直线流动转换成旋转流动；

所述液流换向器还包括隔挡装置，所述隔挡装置位于所述冲砂管柱的外侧，设置为将所述冲砂管柱所下入的套管之间的环形空间分割成上部空间和下部空间；所述上部空间与所述下行通道连通。

2.根据权利要求1所述的冲砂管柱，其特征在于，所述液流换向器包括液流换向管和中心管；

所述液流换向管固定于所述中心管内部，所述液流换向管上端封闭，所述液流换向管内部形成所述下行通道；所述中心管上设置所述第一开口，所述液流换向管上部的侧面设有第二开口，所述第一开口和所述第二开口通过管道连通；

所述液流换向管与中心管之间的环形间隙形成所述上行通道。

3.根据权利要求2所述的冲砂管柱，其特征在于，液流换向器的上端设置为油管连接，所述上行通道的上部设置为与油管内的流道连通。

4.根据权利要求3所述的冲砂管柱，其特征在于，所述隔挡装置包括皮碗、上限位环和下限位环；

所述上限位环和所述下限位环被配置成定位所述皮碗，所述皮碗的喇叭状开口朝上。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的冲砂管柱，其特征在于，所述第一开口和所述第二开口为长槽形。

6.根据权利要求2至4中任一项所述的冲砂管柱，其特征在于，所述上部空间的过流面积大于所述下行通道的过流面积，所述下行通道的过流面积大于所述上行通道的过流面积。

7.根据权利要求2至4中任一项所述的冲砂管柱，其特征在于，所述旋流器包括外管和旋流叶片，所述旋流叶片与所述外管内壁固定连接。

8.根据权利要求7所述的冲砂管柱，其特征在于，所述中心管和上方的管线螺纹连接，所述液流换向管下端和旋流器通过螺纹连接；

所述旋流器的下端设置为笔尖形状。

9.根据权利要求7或8所述的冲砂管柱，其特征在于，所述旋流叶片由N个半圆形的叶片组成，N为大于等于3的正整数；所述叶片的半径等于所述液流换向管内腔的半径，所述N个叶片的直线段的中点相互连接，所述N个叶片的片面与所述液流换向管的轴线的夹角为30度至60度；

相邻两个所述叶片中，一个叶片的位置可由另一个叶片沿所述轴线旋转360/N度得到。

10.一种冲砂方法，使用权利要求1至9中任一项所述的冲砂管柱，包括如下步骤：

1)将所述冲砂管柱与油管下端固定连接，将所述冲砂管柱下入套管中；

2)从地面向所述环形空间中注入液体，所述液体进入所述液流换向器的下行通道，进而进入旋流器中形成旋流，对砂面进行冲砂；

3)冲砂后的液体进入所述液流换向器的上行通道中，携砂返回地面。

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