CN113894115A - 修井作业现场油管清洗装置 - Google Patents

Abstract

一种修井作业现场油管清洗装置。主要目的在于提供一种可以在修井作业中，对起出的油管现场清除其内壁的三元复合驱垢的工具。其特征在于：包括喷头体、隔环、轴承、垫片、轴芯、滚子、弹簧、高压密封、以及密封座；喷头体的顶端开有若干风琴管空化喷嘴螺纹安装孔并安装有若干风琴管空化喷嘴，若干滚子对应嵌入轴芯外壁圆环体的若干沟槽内，两组隔环、轴承以及垫片分别安装在轴芯的两端，组合后的滚子和轴芯安装在喷头外壳内；上弹簧、高压密封以及密封座安装在轴芯的尾端构成主密封，通过调节弹簧的预紧力保证密封座与后接头紧密接触；由隔环、轴承、垫片以及轴芯构成旋转单元；后接头前端通过螺纹与喷头外壳连接，后端连接柔性管，以提供高压水的供给。

Description

修井作业现场油管清洗装置

技术领域

本发明涉及一种应用于修井作业领域中的油管清洗工具。

背景技术

油管在油田开发的使用中，由于受到各种环境因素的污染而产生管壁结垢、绣片、结盐、结蜡、稠油等现象。当结垢比较严重或清洗不及时，经常会降低油管的使用寿命甚至造成油管的报废，中国每年因油管结垢问题而报废的油管达30%或更多，油管的结垢会增加使用成本。目前，随着国际油价大幅攀升，高含水油田开发难度越来越大，采油成本的不断升高，油田需要进一步加大从油井回收旧的结垢油管的力度，才可以降低油田的生产综合成本。由于石油组分、压力、温度等因素发生变化，容易在油管内壁等处产生结垢、结蜡现象。特别是聚合物驱和三元复合驱采油在油气田领域的推广使用，使得污垢成分发生显著变化，结垢、结蜡现象更加明显。结垢、结蜡将会堵塞油管内壁，给生产造成不利影响，严重时甚至会导致停井停产。因而，需定期对油管内壁进行清洗，以便继续使用，而清洗难度增大，成为制约三元复合驱技术应用与推广的一个重要因素。现有技术中，目前存在两方面技术问题需要解决：一、针对结垢严重的三元复合驱井油管，都是将油管起出后，运至远离油管起出现场的专门场地进行清洗，这样的清洗方式浪费了大量的人力物力。二、现有的清洗设备未针对三元复合驱的特点改进设备，油管清洗喷头仍是采用刮刀或者钢丝刷剥离，高压水射流进行辅助除垢，刮刀和钢丝刷容易破坏油管本身特性，影响油管的使用寿命，而且刮刀和钢丝刷只能将油管内普通油垢清除，很难清除三元复合驱垢，导致清洗效率低下，采油成本居高不下。

发明内容

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供一种修井作业现场油管清洗装置，该种清洗装置不但可以直接在修井作业现场清洗油管，而且针对三元复合驱垢清洗地彻底，提高了修井作业效率。

本发明的技术方案是：该种修井作业现场油管清洗装置，包括后接头14、喷头外壳3和扶正器4这些现有机构，其独特之处在于：所述清洗装置还包括喷头体2、隔环6、轴承7、垫片8、轴芯9、滚子10、弹簧11、高压密封12以及密封座13。

喷头体2的顶端开有若干风琴管空化喷嘴螺纹安装孔并安装有若干风琴管空化喷嘴1，所述风琴管空化喷嘴具有入口腔、谐振腔、圆柱段和扩散段，喷头体2内的液流通道与风琴管空化喷嘴1上的入口腔相通；喷头体2的尾端与轴芯9的首端通过螺纹连接，喷头体2内的液流通道与轴芯9内的液流通道相通。

若干滚子10对应嵌入轴芯9外壁圆环体的若干沟槽内，两组隔环6、轴承7以及垫片8分别安装在轴芯9的两端，组合后的所述滚子和轴芯安装在喷头外壳3内。上弹簧11、高压密封12以及密封座13安装在轴芯9的尾端构成主密封，通过调节弹簧的预紧力保证密封座13与后接头14紧密接触。由隔环6、轴承7、垫片8以及轴芯9构成旋转单元。

后接头14前端通过螺纹与喷头外壳3连接，后接头14的后端用于通过螺纹连接柔性管，以提供高压水的供给。

扶正器4安装在喷头外壳3外部，通过顶丝进行固定连接。

进一步地，风琴管空化喷嘴1有2组，第一组为扭矩喷嘴组，包含均匀分布于喷头体2第一截面上的奇数个风琴管空化喷嘴；第二组为自进喷嘴组，包含均匀分布于喷头体2第二截面上的偶数个风琴管空化喷嘴。自进喷嘴组的风琴管空化喷嘴数量大于扭矩喷嘴组的风琴管空化喷嘴数量。自进喷嘴组的风琴管空化喷嘴的中心轴线与喷头体2的中心轴线夹角呈60°夹角，扭矩喷嘴组的风琴管空化喷嘴的中心轴线与喷头体2的中心轴线呈90°夹角；所述第二截面与第一截面相比较，第二截面靠近喷头体2的尾端。

优选的，所述扭矩喷嘴组包含3个风琴管空化喷嘴，所述自进喷嘴组包含4个风琴管空化喷嘴；所有风琴管空化喷嘴均通过细牙螺纹与喷头体连接。轴承7的材料为陶瓷，是角接触球轴承。

此外，所述装置还包括紫铜密封5作为副密封，紫铜密封5的加工材料为紫铜，呈圆环形，与喷头外壳3内部的沟槽过盈连接，与轴芯9间隙连接。

本发明具有如下有益效果：首先，本种清洗装置在井场有限空间的条件下，以空化水射流为清洗手段，结合柔性管供给高压水与喷头自进，将风琴管空化喷嘴首次应用于油管三元复合驱垢的现场清洗上，构造了适用于井场油管清洗的空化水射流旋转自进喷头结构，实现了三元结垢油管的有效清洗，改善了以往高压水射流清洗成本大、危险系数高的缺点，带来了空化水射流在三元复合驱垢修井作业上的突破性应用，装置结构十分简单，清洗效率却很高，可以直接在修井作业现场清洗油管。其次，由于构造了在喷头体上分别提供扭矩的喷嘴组和提供自进力的喷嘴组，通过大量模拟和室内实验后能够得出喷头清洗效果最佳时的最优转速和喷头最优的自进速度，从这一个角度可以防止因转速过快使射流发生雾化。另外，喷头外壳、轴芯和滚子组成限速结构，限速结构随喷头体旋转从而带动滚子旋转，滚子随旋转体移动并绕自身轴线滚动。喷头体转速越快，滚子在离心力作用下与壁面产生的摩擦力越大，阻碍喷头体的旋转，使喷头体转速控制在合理范围，防止因转速过快使射流发生雾化，保证清洗效果。这样不仅节约时间，同时保证清洗装置具有最优的清洗效果，可以针对三元复合驱垢进行彻底地清洗，提高了修井作业效率。

此外，本装置将扶正器安装在喷头外壳外部，通过顶丝进行固定，保证装置工作时喷头体稳定不发生偏心。

附图说明：

图1是本发明所述装置的外观结构示意图。

图2是本发明所述装置的剖面结构示意图。

图3是本发明所述装置的爆炸图。

图4是本发明所述装置喷头体的爆炸图。

图5是本发明所述装置中喷头外壳、轴芯和滚子的组装结构示意图。

图6是本发明所述装置中轴芯和主密封的组装结构示意图。

图7是本发明所述装置中轴芯和副密封的组装结构示意图。

图8是本发明所述装置中旋转单元的三维结构示意图。

图中1-风琴管空化喷嘴，2-喷头体，3-喷头外壳，4-扶正器，5-紫铜密封，6-隔环，7-轴承，8-垫片，9-轴芯，10-滚子，11-弹簧，12-高压密封，13-密封座，14-后接头。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

由图1至图8所示，本种修井作业现场油管清洗装置，包括风琴管空化喷嘴、喷头体、喷头外壳、扶正器、紫铜密封、隔环6、轴承7、垫片8、轴芯9、滚子10、弹簧11、高压密封12、密封座13和后接头14。

具体实施时，所采用的风琴管空化喷嘴具有入口腔、谐振腔、圆柱段和扩散段。喷头体2上安装7个风琴管空化喷嘴，由上至下分为扭矩喷嘴组和自进喷嘴组；扭矩喷嘴组由与轴线夹角为90°，偏心距为5mm，360°均匀分布3个风琴管空化喷嘴1组成；自进喷嘴组由与轴线夹角为60°，360°均匀分布的4个风琴管空化喷嘴组成；风琴管空化喷嘴通过细牙螺纹与喷头体连接。

喷头外壳3、轴芯9和滚子10构成限速单元，滚子嵌入轴芯沟槽，安装在喷头外壳内。

后接头前端通过螺纹与喷头外壳连接，后端通过螺纹连接柔性管，通过柔性管对喷头进行高压水的供给。

隔环6、轴承7、垫片8以及轴芯9构成旋转单元包括，旋转单元安装在喷头外壳3内。

轴承7，因为工作介质为水，同时考虑轴向力作用，选择陶瓷材料角接触球轴承。

具体实施时，喷头体上可安装7个风琴管空化喷嘴，从上至下一共分为2个截面，上截面由3个提供扭矩的喷嘴组成，下截面由4个提供自进力的喷嘴组成，通过大量模拟和室内实验我们得出喷头清洗效果最佳时最优转速，防止因转速过快使射流发生雾化，所以确定风琴管空化喷嘴布置的最佳位置，并且由于需要在修井作业现场工作，流量需要有一定限制，因此从这两个方面确定喷头体内的最佳流道的宽度和喷嘴的直径。需要通过模拟和室内实验确定出风琴管空化喷嘴在喷头体上的最佳角度，保证喷头最优的自进速度。

由弹簧、高压密封、密封座构成主密封，通过调节弹簧的预紧力来保证密封座与后接头之间紧密接触，减少喷头工作时漏水现象的发生，通过选取合适的高压密封材料，来进一步保证喷头整体的密封性。改变高压密封材料，现有技术中高压密封的材料一般为聚四氟乙烯，该装置高压密封材料为高分子材料，这样不仅可以保证喷头整体的密封性更好，同时延长高压密封的使用寿命。

后接头前端通过螺纹连接喷头外壳后端通过螺纹连接柔性管，通过柔性管对喷头进行高压水的供给。

使用时，高压泵排量：150L/min；工具承压≤20MPa，耐温-35 ℃ -40℃；清洗装置易损件使用寿命不低于清洗120根油管的时间；油管清洗后配套油管内径（外径φ59mm）能顺利通过；单根油管清洗时间不超过3分钟。

本装置工作过程如下：

本装置后接头连接柔性管，高压泵通过柔性管对喷头进行高压水的供给。扶正器通过顶丝与喷头外壳相连接，对喷头本身起到扶正的作用，避免喷头发生偏移。隔环、陶瓷轴承、垫片对轴芯起到定位作用，减少轴芯与喷头外壳之间的摩擦，减少喷头外壳对轴芯的损坏。由弹簧、高压密封、密封座构成主密封同时在喷头外壳内增加了紫铜密封构成副密封，由于这两级密封的作用可以使喷头更加安全可靠。

喷头外壳，轴芯，滚子组成限速器，限速器随喷头旋转从而带动滚柱旋转，滚柱随旋转体移动并绕自身轴线滚动。喷头转速越快，滚柱在离心力作用下与壁面产生的摩擦力越大，阻碍喷头的旋转，使喷头转速控制在合理范围，防止因转速过快使射流发生雾化，保证清洗效果。

修井作业现场的高压泵将高压水通过柔性管送至装置内，通过轴芯进入到喷头体，喷嘴处采用风琴管空化喷嘴，高压水通过空化喷嘴产生空化现象对管壁的垢质起到更好的清除作用，对砂堵的地方起到更好的破坏作用。通过对喷头体上风琴管空化喷嘴的更合理的安排，防止因转速过快使射流发生雾化，使喷头的转速在300-550r/min之内，以达到最好的清洗效果，由后喷嘴提供自进力，保证喷头自由向前移动，单根清洗油管时间小于3分钟，经现场试验，该装置清洗效果显著，配套油管内径规可以顺利通过。

经过现场实验后已证明，本种清洗装置中所包含的由弹簧、高压密封、密封座组成的主密封和在喷头外壳内的紫铜副密封，具有主副两级密封的作用，可以使喷头体的工作更加安全可靠。本种清洗装置所采用的由若干风琴管空化喷嘴构成的喷头体，在保证除垢无死角的同时除垢彻底，效率高并且不会破坏管壁本身特性。

具体应用时，随着工作时间的增加空化喷嘴会有一定的损耗，因为本装置中喷头体上的喷嘴为可拆卸型喷嘴，所以可快捷更换，不会影响作业效率。

Claims (5)

1.一种修井作业现场油管清洗装置，包括后接头（14）、喷头外壳（3）和扶正器（4），其特征在于：所述清洗装置还包括喷头体（2）、隔环（6）、轴承（7）、垫片（8）、轴芯（9）、滚子（10）、弹簧（11）、高压密封（12）以及密封座（13）；

喷头体（2）的顶端开有若干风琴管空化喷嘴螺纹安装孔并安装有若干风琴管空化喷嘴（1），所述风琴管空化喷嘴具有入口腔、谐振腔、圆柱段和扩散段，喷头体（2）内的液流通道与风琴管空化喷嘴（1）上的入口腔相通；喷头体（2）的尾端与轴芯（9）的首端通过螺纹连接，喷头体（2）内的液流通道与轴芯（9）内的液流通道相通；

若干滚子（10）对应嵌入轴芯（9）外壁圆环体的若干沟槽内，两组隔环（6）、轴承（7）以及垫片（8）分别安装在轴芯（9）的两端，组合后的所述滚子和轴芯安装在喷头外壳（3）内；上弹簧（11）、高压密封（12）以及密封座（13）安装在轴芯（9）的尾端构成主密封，通过调节弹簧的预紧力保证密封座（13）与后接头（14）紧密接触；由隔环（6）、轴承（7）、垫片（8）以及轴芯（9）构成旋转单元；

后接头（14）前端通过螺纹与喷头外壳（3）连接，后接头（14）的后端用于通过螺纹连接柔性管，以提供高压水的供给；

扶正器（4）安装在喷头外壳（3）外部，通过顶丝进行固定连接。

2.根据权利要求1所述的修井作业现场油管清洗装置，其特征在于：风琴管空化喷嘴（1）有2组，第一组为扭矩喷嘴组，包含均匀分布于喷头体（2）第一截面上的奇数个风琴管空化喷嘴，第二组为自进喷嘴组，包含均匀分布于喷头体（2）第二截面上的偶数个风琴管空化喷嘴；自进喷嘴组的风琴管空化喷嘴数量大于扭矩喷嘴组的风琴管空化喷嘴数量；自进喷嘴组的风琴管空化喷嘴的中心轴线与喷头体（2）的中心轴线夹角呈60°夹角，扭矩喷嘴组的风琴管空化喷嘴的中心轴线与喷头体（2）的中心轴线呈90°夹角；所述第二截面与第一截面相比较，第二截面靠近喷头体（2）的尾端。

3.根据权利要求2所述的修井作业现场油管清洗装置，其特征在于：

所述扭矩喷嘴组包含3个风琴管空化喷嘴，所述自进喷嘴组包含4个风琴管空化喷嘴；所有风琴管空化喷嘴均通过细牙螺纹与喷头体（2）连接。

4.根据权利要求2所述的修井作业现场油管清洗装置，其特征在于：所述装置还包括紫铜密封（5），紫铜密封（5）的加工材料为紫铜，呈圆环形，与喷头外壳（3）内部的沟槽过盈连接，与轴芯（9）间隙连接。

5.根据权利要求4所述的修井作业现场油管清洗装置，其特征在于：所述轴承（7）的材料为陶瓷，是角接触球轴承。

Images