CN200940456Y - 水平井旋流冲砂器 - Google Patents

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景步宏
苏德胜
陈黎祥
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Abstract

本实用新型公开了油田用的水平井旋流冲砂器，包括上接头，上接头下端与冲洗管上端螺纹连接，冲洗管中部套装有两皮碗座，皮碗座内分别固定有自封皮碗，两皮碗座相背设置，冲洗管侧面位于皮碗上方设有进液孔，上接头中心还固定有中心管，同轴设置的中心管和冲洗管之间留有环空间隙，中心管下端伸出冲洗管外，旋转喷头经轴承套装在中心管伸出段外，中心管的下端固定有套管引鞋，旋转喷头套装在冲洗管下端，旋转喷头与中心管和冲洗管之间密封连接，旋转喷头的侧面设有旋流孔，旋流孔从内向外呈漩涡状分布并向下倾斜。液流从旋流孔喷出时，旋转喷头高速旋转，使砂子和杂质处于悬浮状态，随液流流出，提高冲砂效率，减少砂卡事故。

Description

水平井旋流冲砂器
技术领域
本实用新型涉及一种油田水平井用水力冲砂装置。
背景技术
水平井开采技术是提高原油采收率、加快资金回收、降低成本的有效途径。利用水平井钻井技术进行油田老区调整、挖潜和新区整体高效开发，在全国各大油田已经得到广泛的应用。同样，水平井采油技术也得到较大的发展，取得明显的增油效果和显著的经济效益，为油田的增油上产提供了重要的技术支撑。
与直井相比，水平井有以下特点：出砂边界较长；油流方向和砂沉降方向垂直于井筒；脆弱的水平波状轨迹-导致沟“槽”的形成。其每一因素对完井管柱中的沉砂量都有显著影响。水平井在采油生产过程中，出砂问题比较突出，特别是在疏松砂岩油藏出砂更为严重。由于水平井井身结构特点，地层砂更容易进入井筒内，并在井筒底部形成“砂床”，出砂严重时可能砂堵井眼。
水平井冲砂有如下特点：一是冲洗液在水平段及斜井段的携砂能力低，容易产生地层砂的沉降，停泵时很容易在大斜度井段形成砂桥，造成冲砂过程中砂卡事故的发生；二是需冲洗的井段长；三是砂子不易被冲起和清除干净。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种可以克服上述缺陷的水平井旋流冲砂器，利用其冲洗水平井，可以使砂子和杂质处于悬浮状态，进而使得冲洗液更加彻底地将砂子和杂质携走，以有效减少砂卡事故的发生。
为实现上述目的，本实用新型提供的水平井旋流冲砂器，水平井旋流冲砂器，包括上接头，上接头下端与冲洗管上端螺纹连接，冲洗管中部套装有两皮碗座，皮碗座内分别固定有环状的自封皮碗，所述两皮碗座相背设置，冲洗管侧面位于皮碗上方设有进液孔，上接头中心还固定有中心管，同轴设置的中心管和冲洗管之间留有环空间隙，中心管下端伸出冲洗管外，旋转喷头经轴承套装在中心管伸出段外并可转动，中心管的下端固定有套管引鞋，旋转喷头上端套装在冲洗管下端，旋转喷头分别与中心管和冲洗管之间用密封圈密封，旋转喷头的侧面设有若干旋流孔，所述旋流孔从内向外呈漩涡状分布并向下倾斜。
工作时，将上接头与扶正器相连接，然后经油管、安全泄流阀一起下入井内，油管上端接至井口；自封皮碗在受压时，其边缘向外扩张，紧贴套管壁，油套环形空间被密封，反循环连续冲砂施工时，液流从冲洗管上的进液孔进入环空间隙内，再向下进入到旋转喷头内，再从旋转喷头上的旋流孔喷出，形成高速射流，根据水力学原理，此时旋转喷头在水力作用下产生高速旋转，在套管内形成高速旋流，对水平井段内的沉砂充分搅动，从而有效地破坏砂床，使砂子和杂质始终处于悬浮状态，使砂子和杂质随液流从套管引鞋中间的孔进入中心管内，并向上从油管内流出。由于有高速旋流的冲洗作用，可以避免“砂床”形成，可更加彻底地将砂子和杂质携走，以有效减少砂卡事故的发生，油井冲砂作业时间平均可缩短50％以上。本实用新型特别适合用于水平井的冲砂。
为加强自封皮碗的承载能力，所述自封皮碗内设钢丝骨架，可使自封皮碗的耐压差能力大大提高，密封更加可靠，既增加了工作的可靠性，又增强了皮碗的整体联动性能，可有效防止皮碗落井现象的发生。
为防止旋转喷头沿冲洗管串动，冲洗管上位于旋转喷头上端固定有限位套。
为方便拆装和更换自封皮碗，所述中心管中部设有一台阶，位于下部的自封皮碗内侧贴靠在台阶上，一压紧套套装在冲洗管外，压紧套上下两端分别抵触在上接头下端和上部自封皮碗内侧，压紧套上设有与进液孔相对应的通孔。为良好固定和避免进液孔与压紧套上的孔错位，在所述压紧套和冲洗管之间设有顶丝。需要更换或拆卸自封皮碗时，只要将装置拉出井外，卸下上接头和顶丝，则压紧套、自封皮碗座和皮碗可方便地取出。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图；
图2为图1的A-A旋转剖视图；
其中，1上接头，2中心管，3环空间隙，4进液孔，5压紧套，6顶丝，7自封皮碗，8限位套，9旋转喷头，10旋流孔，11轴承，12引鞋，13密封圈，14台阶，15皮碗座，16钢丝骨架，17冲洗管。
具体实施方式
如图1和2，为水平井旋流冲砂器，包括上接头1，上接头1下端与冲洗管17上端螺纹连接，冲洗管17中部套装有两皮碗座15，皮碗座15内分别固定有环状的自封皮碗7，自封皮碗7内设钢丝骨架16，两皮碗座15相背设置，冲洗管17侧面位于皮碗上方设有进液孔4，为良好固定自封皮碗7和皮碗座15，在中心管2中部设置有一台阶14，位于下部的自封皮碗7内侧贴靠在台阶14上，一压紧套5套装在冲洗管17外，压紧套5上下两端分别抵触在上接头1下端和上部自封皮碗内侧，压紧套5上设有与进液孔4相对应的通孔，压紧套5和冲洗管17之间设有顶丝6，顶丝6将压紧套5和冲洗管17定位；上接头1中心还固定有中心管2，同轴设置的中心管2和冲洗管17之间留有环空间隙3，中心管2下端伸出冲洗管17外，旋转喷头9经轴承11套装在中心管2伸出段外并可转动，中心管2的下端固定有套管引鞋12，旋转喷头9上端套装在冲洗管17下端，旋转喷头9分别与中心管2和冲洗管17之间经密封圈13相密封，冲洗管17上位于旋转喷头9上端固定有限位套8，旋转喷头9的侧面设有若干旋流孔10，所述旋流孔10从内向外呈漩涡状分布并向下倾斜。
自封皮碗7承受工作压差要求达到15MPa以上，自封皮碗7自由状态下最大外径Φ127mm，受压可缩小，紧贴套管壁，能有效地密封油套环形空间。
工作时，将上接头1与扶正器相连接，然后经油管、安全泄流阀一起下入井内，油管上端接至井口；扶正器对水力旋流冲砂器的自封皮碗7进行扶正，以确保自封皮碗7居中，有效地密封油套环形空间；安全泄流阀在冲洗阻力过高时起安全卸压的作用。其作用是在泵车反洗井压力超过一定范围时，自动卸压泄流，从而保护洗井管柱及相关设备。自封皮碗7在受压时，其边缘向外扩张，与套管之间形成密封，反循环连续冲砂施工时，液流从冲洗管17上的进液孔4进入环空间隙3内，再向下进入到旋转喷头9内，再从旋转喷头9上的旋流孔10喷出，形成高速射流，根据水力学原理，此时旋转喷头在水力作用下产生高速旋转，在套管内形成高速旋流，对井段内的沉砂充分搅动，从而有效地破坏砂床，使砂子和杂质始终处于悬浮状态，使砂子和杂质随液流从套管引鞋12中间的孔进入中心管2内，并向上从油管流出。由于有高速旋流的冲洗作用，可以避免砂床形成，可更加彻底地将砂子和杂质携走，以有效减少砂卡事故的发生，油井冲砂作业时间平均可缩短50％以上。
如果要实施正循环连续冲砂，可对水力旋流冲砂器的结构进行如下的改动：卸掉压紧套5、自封皮碗7、皮碗座15，堵死冲洗管17的水眼，在中心管2的上部均匀地开设上水眼。正循环连续冲砂施工时，液流从油管进入到中心管，再从中心管上的水眼进入，通过中心管和冲洗管之间的环空间隙进入到旋转喷头的内腔，再从旋转喷头上的旋流孔喷出，形成旋转的高速射流。
连续旋流冲砂水力参数的确定方法如下：
冲砂液：清水，冲砂排量Q：11l/s，工作压力15MPa。
冲砂排量的确定原则：冲砂时，为了使液流将砂粒带至地面，液流在井内的上升速度必须大于最大直径砂粒的自由下沉速度。因而保证将砂粒带至地面的条件是：
V1≥2Vt
式中：V1-液流上返速度，m/s；
Vt-砂粒在冲砂液中的自由下沉速度，m/s。
根据某油田平均砂粒大小(mm)可以从《采油工艺原理》(王鸿勋，张琪等编)查到不同直径的砂粒在清水中的自由下沉速度Vt(m/s)，Vt乘以2便可得出保持砂粒上升的最低速度V1min，从而可求得冲砂洗井时所需的最低排量。
Qmin＝3600AV1min
式中：Qmin-冲砂洗井所需的最低排量，m3/h；
A-冲砂液上返流动时的最大截面积(反冲时为冲砂管柱内截面积)，m2；
V1min-保持砂粒上升所需要的最低液流速度，m/s。
如冲砂排量Q按11l/s计算：
冲砂液在油管内的流速：V＝Q/A＝0.011/(π×0.0622/4)＝3.64m/s
旋流冲砂器中心管内的流速：V＝Q/A＝0.011/(π×0.0362/4)＝10.81m/s。
以上计算液流的上升速度均大大超过保持某油田砂粒上升所需要的最低液流速度。
旋转喷头工作时的转速可以通过改变其上的旋流孔直径大小来实现。
水力旋流冲砂器地面试验时，要求旋转喷头高速旋转自如，无卡滞现象发生。
本实用新型的主要特点
①水力旋流冲砂器结构设计独特，根据油井实际情况，既可实现正循环连续冲砂，又可实现反循环连续冲砂。
②自封皮碗7内部增设钢丝骨架结构，既增加了工作的可靠性，又增强了皮碗的整体联动性能，可有效地防止皮碗落井现象的发生。
③旋转喷头的旋转速度可通过改变其上的旋流孔直径大小来实现。高速旋转的冲砂喷头冲砂效率高，冲砂效果好。
④与传统水力冲砂施工相比，工艺简单，水力旋流冲砂器随冲砂管柱下井不增加任何施工工序和施工费用。水力旋流冲砂器结构简单，使用方便，在井下可多次反复使用，使用成本低。
水平井旋流冲砂器2006年4月9日在江苏油田周43平3井进行下井试验。该井最大井斜：39°/1882m，水平井段220m，水平井段长。在采油生产过程中，水平井段已被沉砂全部堵死，按传统水力冲砂无法恢复生产。水力旋流连续冲砂试验管柱为：水力旋流冲砂器(1820m)+扶正器+27/8″油管20m+安全泄流阀+27/8″油管至井口。冲砂管柱入井非常顺利。
水平井旋流冲砂水力参数为：
冲砂液：清水
冲砂排量Q：11l/s
工作压力：15MPa。
该井通过水力旋流连续冲砂后，恢复了正常生产。试验表明：水平井冲砂作业时间平均缩短50％以上，取得良好的效果和经济效益。

Claims (5)

1、水平井旋流冲砂器，其特征在于包括上接头，上接头下端与冲洗管上端螺纹连接，冲洗管中部套装有两皮碗座，皮碗座内分别固定有环状的自封皮碗，所述两皮碗座相背设置，冲洗管侧面位于皮碗上方设有进液孔，上接头中心还固定有中心管，同轴设置的中心管和冲洗管之间留有环空间隙，中心管下端伸出冲洗管外，旋转喷头经轴承套装在中心管伸出段外并可转动，中心管的下端固定有套管引鞋，旋转喷头上端套装在冲洗管下端，旋转喷头分别与中心管和冲洗管之间用密封圈密封，旋转喷头的侧面设有若干旋流孔，所述旋流孔从内向外呈漩涡状分布并向下倾斜。
2、根据权利要求1所述的水平井旋流冲砂器，其特征在于：所述自封皮碗内设钢丝骨架。
3、根据权利要求1所述的水平井旋流冲砂器，其特征在于：冲洗管上位于旋转喷头上端固定有限位套。
4、根据权利要求1-3任一项所述的水平井旋流冲砂器，其特征在于：所述中心管中部设有一台阶，位于下部的自封皮碗内侧贴靠在台阶上，一压紧套套装在冲洗管外，压紧套上下两端分别抵触在上接头下端和上部自封皮碗内侧，压紧套上设有与进液孔相对应的通孔。
5、根据权利要求4所述的水平井旋流冲砂器，其特征在于：所述压紧套和冲洗管之间设有顶丝。
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