CN113047789A - 一种清砂工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种清砂工具，属于石油开采领域。该工具包括由上至下顺次连接并导通的上接头、喷嘴外筒、过滤外筒、收集外筒、下接头；喷嘴外筒内设有喷嘴组件，其包括喷嘴，喷嘴外筒的壁上设有与喷嘴连通的喷孔；过滤外筒内设有过滤组件和第一扶正器，过滤组件用于吸附具有目标粒径的碎屑，并释放粒径小于目标粒径的碎屑至喷嘴外筒内；收集外筒内设有挡板、吸入组件和第二扶正器，挡板用于使粒径大于目标粒径的碎屑减速并落入收集外筒底部，吸入组件用于吸入井筒内的碎屑。该工具可在井底建立局部反循环，通过射流形成负压，在不建立全井筒液体循环时，将井底堵塞物吸进其内腔并捞获带出井口，降低对储层的伤害，提高清除效率。

Description

一种清砂工具

技术领域

本发明涉及石油开采领域，特别涉及一种清砂工具。

背景技术

天然气井经过长期开发后，会出现地层亏空，地层压力降低，特别是部分气井，由于地层碎屑进入井筒，井筒出现堵塞，会导致地层产出的天然气没有运移到地表的通道，降低气田的采收率。此时，需要进行井筒内堵塞物的清洁作业，重新建立气体运移通道。

针对天然气井井筒堵塞清洁作业，主要采用下管柱循环液体冲洗、管柱外安装捞杯等方式进行井底堵塞物的打捞。

在实现本发明的过程中，本发明人发现现有技术中至少存在以下问题：

针对低压天然气井(地层压力系数小于0.8)，由于注入液体不能建立全井筒循环，因此无法将井底堵塞物带出井口，进行循环冲洗作业严重时甚至会发生卡钻事故。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种清砂工具，可以解决上述技术问题。

具体而言，包括以下的技术方案：

一种清砂工具，所述清砂工具包括：由上至下顺次连接并导通的上接头、喷嘴外筒、过滤外筒、收集外筒、下接头；

所述喷嘴外筒内设置有喷嘴组件，所述喷嘴组件包括喷嘴，所述喷嘴外筒的壁上设置有与所述喷嘴连通的喷孔；

所述过滤外筒内设置有自上而下顺次连接过滤组件和第一扶正器，所述过滤组件用于吸附具有目标粒径的碎屑，同时释放粒径小于所述目标粒径的碎屑至所述喷嘴外筒内；

所述收集外筒内设置有自上而下顺次连接的挡板、吸入组件和第二扶正器，所述挡板用于使粒径大于所述目标粒径的碎屑减速并落入所述收集外筒底部，所述吸入组件用于吸入井筒内的碎屑。

在一种可能的实现方式中，所述喷嘴组件还包括：设置于所述喷嘴外筒内部的喷嘴座；

所述喷嘴设置于所述喷嘴座的底壁一侧且向下倾斜；

所述喷嘴与所述喷孔的朝向和角度一致。

在一种可能的实现方式中，所述喷嘴座包括：内径由上至下逐渐减小的倒圆台形本体、以及与所述倒圆台形本体的底部连接的圆形底部；

所述喷嘴沿向下倾斜的方向设置于所述倒圆台形本体的侧壁上。

在一种可能的实现方式中，所述喷嘴的内腔包括自上而下顺次连接的缩径段和等径段；

其中，所述缩径段的内径由上至下逐渐减小，且最小内径与所述等径段的内径相同。

在一种可能的实现方式中，所述过滤组件包括：紧密套装于所述过滤外筒内部的第一顶套；

与所述第一顶套下端连接的第一中空连杆；

与所述第一中空连杆下端连接的过滤筛管；

所述第一扶正器与所述过滤筛管的下端连接并导通，且所述第一中空连杆、所述过滤筛管与所述过滤外筒之间均形成环形间隙。

在一种可能的实现方式中，所述第一扶正器的下端连接有引流锥。

在一种可能的实现方式中，所述吸入组件包括：自上而下顺次连接并导通的第二顶套、第二中空连杆；

所述吸入组件、所述第二扶正器与所述收集外筒之间均形成有环形间隙；

所述第二扶正器的下端外壁与所述下接头的内壁紧密连接。

在一种可能的实现方式中，所述挡板呈圆锥形结构且盖装于所述第二顶套的顶部；

所述挡板上设置有过流孔，用于使流体和碎屑通过。

在一种可能的实现方式中，两个所述过流孔对称设置于所述挡板两侧，且每个所述过流孔沿所述挡板的径向方向分布。

在一种可能的实现方式中，所述下接头的下端还连接有套铣筒。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：

本发明实施例提供的清砂工具，在应用时，将该清砂工具下入井筒内，通过上接头向其内部泵入流体，流体经上接头流入喷嘴外筒内，流体流至喷嘴位置后流速会大幅增加形成喷射流，喷射流射向喷嘴外筒上的喷孔并由其射出打击到井筒的内壁上，并从环空向井底方向流动，喷射流在高速流动状态下，会在喷嘴与喷孔之间的区域形成负压区，吸附该区域内的流体和碎屑。喷射流体流动至井底时，在负压区的吸附作用下经过下接头重新返回至清砂工具内，依次流经吸入组件和挡板进入收集外筒内，通过挡板的减速作用，粒径大于目标粒径的碎屑(即大型的碎块)会掉落至收集外筒的底部，其他碎屑会随着流体继续上行。经过过滤组件的过滤，具有目标粒径的碎屑(即中型的碎屑)会被其吸附，而粒径小于目标粒径的碎屑(例如粒径小于1mm的小型碎屑)会随着流体经过滤组件进入喷嘴外筒内，然后通过喷嘴和喷嘴外筒上的喷孔再次冲入环空中，重新开始新的循环。可见，利用本发明实施例提供的清砂工具，可以在井底建立局部反循环，并通过射流形成负压，在不建立全井筒液体循环的情况下，将井底堵塞物(即碎屑)吸进其内腔，并捞获带出井口，有效降低碎屑对储层的伤害，提高井筒堵塞物清除效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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为本本发明实施例提供的清砂工具的整体结构示意图；

图2为本本发明实施例提供的清砂工具的局部结构示意图。

附图标记分别表示：

1-上接头，2-喷嘴外筒，3-过滤外筒，4-收集外筒，5-下接头，6-喷嘴，

7-喷孔，8-第一扶正器，9-挡板，10-第二扶正器，11-喷嘴座，12-第一顶套，

13-第一中空连杆，14-过滤筛管，15-引流锥，16-第二顶套，

17-第二中空连杆，18-套铣筒，19-限位螺钉。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种清砂工具，尤其适用于低压天然气井(地层压力系数小于0.8)，如附图1所示，该清砂工具包括：由上至下顺次连接并导通的上接头1、喷嘴外筒2、过滤外筒3、收集外筒4、下接头5。

其中，喷嘴外筒2内设置有喷嘴组件，喷嘴组件包括喷嘴6，喷嘴外筒2的壁上设置有与喷嘴6连通的喷孔7；

过滤外筒3内设置有自上而下顺次连接过滤组件和第一扶正器8，过滤组件用于吸附具有目标粒径的碎屑，同时释放粒径小于目标粒径的碎屑至喷嘴外筒2内；

收集外筒4内设置有自上而下顺次连接的挡板9、吸入组件和第二扶正器10，挡板9用于使粒径大于目标粒径的碎屑减速并落入收集外筒4底部，吸入组件用于吸入井筒内的碎屑。

本发明实施例提供的清砂工具，在应用时，将该清砂工具下入井筒内，通过上接头1向其内部泵入流体，流体经上接头1流入喷嘴外筒2内，流体流至喷嘴6位置后流速会大幅增加形成喷射流，喷射流射向喷嘴外筒2上的喷孔7并由其射出打击到井筒的内壁上，并从环空向井底方向流动，喷射流在高速流动状态下，会在喷嘴与喷孔之间的区域形成负压区，吸附该区域内的流体和碎屑。流体流动至井底时，在负压区的吸附作用下经过下接头5重新返回至清砂工具内，依次流经吸入组件和挡板9进入收集外筒4内，通过挡板9的减速作用，粒径大于目标粒径的碎屑(即大型的碎块)会掉落至收集外筒4的底部，其他碎屑会随着流体继续上行。经过过滤组件的过滤，具有目标粒径的碎屑(即中型的碎屑)会被其吸附，而粒径小于目标粒径的碎屑(例如粒径小于1mm的小型碎屑)会随着流体经过滤组件进入喷嘴外筒2内，然后通过喷嘴6和喷嘴外筒2上的喷孔7再次冲入环空中，重新开始新的循环。可见，利用本发明实施例提供的清砂工具，可以在井底建立局部反循环，并通过射流形成负压，在不建立全井筒液体循环的情况下，将井底堵塞物(即碎屑)吸进其内腔，并捞获带出井口，有效降低碎屑对储层的伤害，提高井筒堵塞物清除效率。

由于高速流体会对吸入组件和过滤组件产生较大震动，特别是当清砂工具在水平井段作业时，受重力影响，吸入组件和过滤组件会偏向一边，影响其吸砂效果，为了解决这个技术问题，本发明实施例使用第一扶正器8和第二扶正器10来对它们分别进行扶正，不会过度偏向某一个方向。

其中，第一扶正器8为封闭式的实心结构，即，其上下不连通，如此，可以使上行的流体和碎屑由其与过滤外筒3的环空内进入过滤组件。

第二扶正器10可以为开放式的空心结构，即，上下连通，如此可以使上行的流体和碎屑由其内腔进入吸入组件。

为了提高该清砂工具的使用寿命，本发明实施例中，上接头1、喷嘴外筒2、过滤外筒3、收集外筒4、下接头5可以一体成型。

示例地，如附图1和附图2所示，喷嘴组件还包括：设置于喷嘴外筒2内部的喷嘴座11；其中，喷嘴6设置于喷嘴座11的底壁一侧且向下倾斜；喷嘴6与喷孔7的朝向和角度一致。

上述设置可以使喷嘴6的轴线与喷嘴外筒2的轴线形成一定的夹角，喷孔7与喷嘴6的位置对应并且与之相通，喷孔7的朝向、角度和喷嘴6的朝向、角度一致(即，喷嘴6与喷孔7的中轴线重合)，以确保从喷嘴6中喷射的流体能通过喷孔7进入井筒，形成有效的喷射部分，并在高速流体周边形成负压区并对该区域内的流体和碎屑起到吸附作用，促使在低压气井内依然能建立局部循环。

其中，如附图2所示，喷嘴座11可以包括：内径由上至下逐渐减小的倒圆台形本体、以及与倒圆台形本体的底部连接的圆形底部。喷嘴6沿向下倾斜的方向设置于倒圆台形本体的侧壁上。

其中，喷嘴座11的倒圆台形本体可以通过限位螺钉19固定在喷嘴外筒2的内壁上。并且，为了使喷嘴座11与喷嘴外筒2之间密封连接，可以在倒圆台形本体和喷嘴外筒2之间设置密封圈。

基于喷嘴6和喷嘴座11的上述结构，在喷射流从喷嘴6位置喷出时，喷射流周边会形成低压区，因为文丘里原理，周边会形成相对低压区，促使在低压气井中也能建立局部循环，附近的流体在压力降落场作用下，会向低压区移动，在该移动作用下，会增强流体局部的反循环流速，增加流体对工具底部附近碎屑、沉砂的卷吸能力。

喷嘴6的内腔包括自上而下顺次连接的缩径段和等径段；其中，缩径段的内径由上至下逐渐减小，且最小内径与等径段的内径相同。

对于喷嘴6的上述结构使得喷嘴外筒2至喷嘴6之间存在较大变径，流体在流经喷嘴6后流速大幅增加形成喷射流，喷射流射向喷嘴外筒2上的喷孔7并从喷孔7射出打击到井筒壁上，从环空向井底方向流动。

其中，喷嘴6的内径以实现能够形成上述的相对低压区及负压即可。

其中，喷嘴6的中轴线向下倾斜，与喷嘴座11的中轴线呈一定夹角。

本发明实施例中，如附图1所示，过滤组件包括：紧密套装于过滤外筒3内部的第一顶套12；

与第一顶套12下端连接的第一中空连杆13；

与第一中空连杆13下端连接的过滤筛管14；

第一扶正器8与过滤筛管14的下端连接并导通，且第一中空连杆13、过滤筛管14与过滤外筒3之间均形成环形间隙。

应用时，流体携带碎屑由上述环形间隙上行至过滤筛管14处，由外至内地进入过滤筛管14，经其过滤后，具有目标粒径的碎屑(例如1mm左右的中型的碎屑)会被其吸附，而粒径小于目标粒径的小型碎屑会随着流体经第一中空连杆13、第一顶套12进入喷嘴外筒2内，然后通过喷嘴6和喷嘴外筒2上的喷孔7再次冲入环空中进入下一次循环。可以理解的是，上述小型碎屑并不是本发明实施例期望收集的。

过滤筛管14的壁上沿轴向均匀设置有多个过滤孔道，过滤孔道的尺寸与所要吸附的碎屑的粒径相关，不仅要确保吸附具有目标粒径的碎屑，同时还要确保流体及更小粒径的碎屑能够由此穿过进入喷嘴外筒2内。

进一步地，第一扶正器8的下端连接有引流锥15，以使进入过滤外筒3内的流体能呈一定角度向过滤筛管14流动，而不会形成紊流。

其中，引流锥15包括：顺次连接的柱形连接段和锥形引流段，其中，柱形连接段可以与第一扶正器8的下端螺纹连接。

为了便于拆装，引流锥15、第一扶正器8、过滤筛管14、第一中空连杆13、第一顶套12可以由下至上顺次螺纹连接。

本发明实施例中，如附图1所示，吸入组件包括：自上而下顺次连接并导通的第二顶套16、第二中空连杆17，其中，吸入组件、第二扶正器10与收集外筒4之间均形成有环形间隙；第二扶正器10的下端外壁与下接头5的内壁紧密连接。

应用时，流体携带碎屑进入第二扶正器10，进而依次经第二中空连杆17、第二顶套16上行至挡板9处进行减速(三者自下而上顺次连通)。其中，吸入组件、第二扶正器10与收集外筒4之间均形成有环形间隙，以用于收集因挡板9减速而下落的大块碎屑。

其中，挡板9呈圆锥形结构且盖装于第二顶套16的顶部，挡板9上设置有过流孔，用于使流体和碎屑通过。

可以理解的是，所有被流体携带的碎屑均可以通过挡板9上的过流孔，并通过挡板9对它们实现减速。其中，挡板9呈圆锥形结构，利于扩大其面积，进而扩大过流面积。

示例地，可以设置两个过流孔，并且，两个过流孔对称设置于挡板9两侧，且每个过流孔沿挡板9的径向方向分布，如此，可获得更好的减速效果。

进一步地，如附图1所示，本发明实施例提供的负压射砂工具中，下接头5的下端还连接有套铣筒18，可通过旋转方式搅动井底沉砂、碎屑，起到更好的打捞效果，也可对堵塞物、落鱼进行套铣，并在套铣过程中对产生的碎屑进行捕捞，提高套铣效率，避免卡钻风险。

基于上述清砂工具，本发明实施例还提供了射流负压清砂方法，其使用到负压清砂管柱，该负压清砂管柱包括：自上而下顺次连接的钻杆、第一钻铤、随钻震击器、第二钻铤、第三扶正器、第三钻铤、随钻打捞杯、以及上述的任一种清砂工具。

该方法包括以下步骤：

S1、在井内下入金属管材，遇阻后加压10～20kN，无法继续下放即可确认为堵塞位置。

S2、在井内下入通井规，通井规的外径要求比上述清砂工具的外径大2mm左右，长度要求比所述射流清砂工具大2cm左右，其刚性大于或等于射流清砂工具，通井至上述步骤中探得的堵塞位置。

S3、下入负压清砂管柱，其中，清砂工具先下，待清砂工具下至目标井段前2m，减缓下放速度，注意悬重变化。

S4、清砂工具下放至堵塞位置后，上提10cm，注入流体，排量500～700L/min，缓慢旋转下放至堵塞位置，进行冲砂处理。然后，每间隔2min下放检查钻压变化情况，确认钻压降低后继续缓慢下放工具串。

S5、打捞进尺超过1m后，停止注入流体，将工具串上提6～8m，进行3次快速短起下钻，每次行程3m，将清砂工具的过滤筛管上附着的碎屑震松，掉落至堵塞物收集管底部。

S6、重复S4至S5，同时可适当旋转清砂工具，直至流体注入压力显著增加，上提管柱，起出工具，完成清砂打捞作业。

打捞杯的作用在于使得被流体从井底带入到井筒上部、但无法返出井口的碎屑，在停泵后沉积到打捞杯内，通过将打捞杯起出井口将其捞获，钻杆作为将工具串下入井内的工作管柱，钻铤较钻杆重，用于增加下放钻压。随钻震击器能产生冲击力，在卡钻情况下能对卡点施放较大载荷，起到解卡的目的。另外，随钻震击器还能起到将射流清砂工具的过滤筛管上附着的碎屑震松，防止过滤筛管附着过多的碎屑。钻挺起到保证工管串维持一定刚度的作用，同时增加工具在施工中的稳定性。上述各扶正器起到使清砂工具在井筒中居中的作用。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种清砂工具，其特征在于，所述清砂工具包括：由上至下顺次连接并导通的上接头、喷嘴外筒、过滤外筒、收集外筒、下接头；

所述喷嘴外筒内设置有喷嘴组件，所述喷嘴组件包括喷嘴，所述喷嘴外筒的壁上设置有与所述喷嘴连通的喷孔；

所述过滤外筒内设置有自上而下顺次连接的过滤组件和第一扶正器，所述过滤组件用于吸附具有目标粒径的碎屑，同时释放粒径小于所述目标粒径的碎屑至所述喷嘴外筒内；

所述收集外筒内设置有自上而下顺次连接的挡板、吸入组件和第二扶正器，所述挡板用于使粒径大于所述目标粒径的碎屑减速并落入所述收集外筒底部，所述吸入组件用于吸入井筒内的碎屑。

2.根据权利要求1所述的清砂工具，其特征在于，所述喷嘴组件还包括：设置于所述喷嘴外筒内部的喷嘴座；

所述喷嘴设置于所述喷嘴座的底壁一侧且向下倾斜；

所述喷嘴与所述喷孔的朝向和角度一致。

3.根据权利要求2所述的清砂工具，其特征在于，所述喷嘴座包括：内径由上至下逐渐减小的倒圆台形本体、以及与所述倒圆台形本体的底部连接的圆形底部；

所述喷嘴沿向下倾斜的方向设置于所述倒圆台形本体的侧壁上。

4.根据权利要求2所述的清砂工具，其特征在于，所述喷嘴的内腔包括自上而下顺次连接的缩径段和等径段；

其中，所述缩径段的内径由上至下逐渐减小，且最小内径与所述等径段的内径相同。

5.根据权利要求1所述的清砂工具，其特征在于，所述过滤组件包括：紧密套装于所述过滤外筒内部的第一顶套；

与所述第一顶套下端连接的第一中空连杆；

与所述第一中空连杆下端连接的过滤筛管；

所述第一扶正器与所述过滤筛管的下端连接并导通，且所述第一中空连杆、所述过滤筛管与所述过滤外筒之间均形成环形间隙。

6.根据权利要求5所述的清砂工具，其特征在于，所述第一扶正器的下端连接有引流锥。

7.根据权利要求1所述的清砂工具，其特征在于，所述吸入组件包括：自上而下顺次连接并导通的第二顶套、第二中空连杆；

所述吸入组件、所述第二扶正器与所述收集外筒之间均形成有环形间隙；

所述第二扶正器的下端外壁与所述下接头的内壁紧密连接。

8.根据权利要求7所述的清砂工具，其特征在于，所述挡板呈圆锥形结构且盖装于所述第二顶套的顶部；

所述挡板上设置有过流孔，用于使流体和碎屑通过。

9.根据权利要求8所述的清砂工具，其特征在于，两个所述过流孔对称设置于所述挡板两侧，且每个所述过流孔沿所述挡板的径向方向分布。

10.根据权利要求1-9任一项所述的清砂工具，其特征在于，所述下接头的下端还连接有套铣筒。

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