CN201486531U - 一种防砂油嘴 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种防砂油嘴，属于石油开采技术领域。该防砂油嘴包括连接座(8)和与连接座上部固定连接的防砂帽，所述防砂帽包括圆筒部(1)和位于圆筒部(1)之上的与其固定连接的圆锥部(2)，圆筒部(1)和圆锥部(2)内部分别设置供油通过的油腔(4a、4b)；圆锥部(2)上开设供油通过并过滤截留沙砾的进油孔(3)。使用本实用新型防砂帽减少防砂帽的进油孔和油嘴的油道的堵塞次数，提高原油的生产效率和油井的产能；降低了油田开发成本、减少了石油开采的能耗，实现了稠油高效快速开采，提高了石油开采的效率。

Description

一种防砂油嘴

技术领域

本实用新型涉及一种石油开采井的控制装置，特别涉及一种位于井口上的控制装置防砂帽。

背景技术

流体在管道内的流动分为层流、湍流和过度流动，其中，层流流体分层流动，相邻两层流体间只作相对滑动，流层间没有横向混杂，流体质点只有轴向运动；湍流是流体流速超过某一数值时，流体不再保持分层流动，而是向各个方向运动，有垂直于管轴方向的分速度，各流层将混淆起来，并出现涡旋，这种流动状态叫湍流，湍流流体质点除有轴向运动和径向运动外，还相互碰撞和混合，流体作湍流时所消耗的能量比层流多；过度流动是介于层流与湍流间的流动状态，很不稳定。

油田在开采石油的过程中，地层原油中含有大量岩屑、沙砾及作业队伍遗留在井筒内工具的易损附件，这些杂质会随着原油一起被开采出来，导致油井中流出的石油流体中含有大量的砂砾。沙砾一般分为：粉砂(0.01～0.1mtn)、细砂(0.1～0.25mm)、中砂(0.25～0.5mm)、粗砂(0.5～1mm)、细砾(1～20mm)。

开采石油时为了有效控制地层压力的释放及流体流速，采油通道在到达地面时与地面上安装的采油树相连接。原油通过与采油树相连接的输油管输送到炼油塔进行提炼。为了防止原油中含有的大量的沙砾进入炼油塔，损坏炼油设备，提高油品质量，通常在原油流经采油树后，在采油树的管道内设置普通的防砂油嘴，防砂油嘴的底部与采油树的输油管丝扣连接，防砂油嘴的顶端设置防砂帽，其中防砂帽上开设一定孔径的进油孔。这样，原油、小于防砂帽孔径的沙砾及其它液体介质通过防砂帽的进油孔即防砂孔进入防砂油嘴的输油管道，而大于防砂帽进油孔孔径的沙砾等杂质则被阻挡在防砂帽之外，不能进入防砂油嘴的内部，既分离了沙砾又有效的控制了原油的压力及流速。

但是，油嘴的防砂帽会因为岩屑、沙砾而经常被堵。导致油井不能正常生产，影响了生产时效，降低了油井产量，为了及时处理被堵塞的油嘴，维持正常生产，需要增加现场工作人员。造成了人力资源的浪费、增加了劳动强度，而且又增加了生产成本。

原油从油田地层中被送入采油树的管道内，形成的石油流体。石油流体中的沙砾在通过油嘴的进油孔时被节流，液体在油嘴处形成嘴流，由于颗粒呈现不规则形状，会出现较大颗粒或大量微小颗粒同时通过细小孔道，造成油嘴堵塞。油嘴堵塞后，如果不能准确及时的发现和疏通，则导致油井压力升高，井口流程刺漏，造成油井敞喷，地层压力系统变化，地层出砂加剧，掩埋油层，严重的会造成井壁坍塌，油井停产；造成原油泄漏，污染环境，加大工作量。

油嘴在使用一段时间后会出现油嘴孔道变大的情况，由于细小砂粒在高速高压的情况下通过油嘴孔径，砂粒与孔道发生打磨，造成油嘴孔道直径变大，不能正常控制生产压差，影响油井长期稳产高产。

目前，开采时油田常用的是一种简易圆柱形防砂帽20(如图1所示)，其整体呈圆柱形，圆柱形防砂帽的柱体201的一端为平面形的防砂帽202，防砂帽202与柱体201成一体连接，形成油嘴的封闭端；柱体201的另一端与出油管道通过螺纹或法兰相连接，在圆柱体的封闭端防砂帽202和靠近封闭端的柱体201上设置若干个孔径不同的进油孔203，以便截留原油中携带的沙砾，使开采的石油从进油孔中顺利流出。进油孔的孔径一般为3-5mm，由于混杂有沙粒的石油以平流的方式直接从油嘴中流出，粒径较大的砂砾或大量微小颗粒同时通过进油孔时将油嘴的进油孔的堵塞。

目前通常使用的防砂帽由于石油和沙粒以层流的方式通过进油孔，同时油流的压力大、流速高，容易导致防砂帽的进油孔孔径刺损变大，致使油嘴报废，无法长时间使用，油嘴使用寿命短。

公告号为CN201024983Y的中国实用新型专利公开了一种用于石油开采过程中自喷井生产管理作业时，控制油井油压、产量的可调式油井滤网油嘴，包括油嘴主体、油嘴滤网、嘴芯、橡胶圈，油嘴主体与油嘴滤网连接，油嘴主体内设有嘴芯，油嘴主体与嘴芯之间装有橡胶圈。

公告号为201184174Y的中国实用新型专利公开了一种油田自喷井上使用的原油喷油嘴，包括连接座和防沙套，连接座有出油油道，在连接座的出油油道中设有喷孔构件，该喷孔构件设有孔径小于等于出油油道口径的喷孔，且与出油油道活动连接。该实用新型专利的防砂套为圆柱体形，容易造成进油孔的堵塞，并且油流中的高流速的砂粒与孔道容易发生打磨，使进油孔孔径增大，不能正常控制生产压差，影响油井长期稳产高产。

发明内容

本实用新型的目的是针对以上现有技术存在的问题，提供一种结构改进的防砂油嘴，该防砂油嘴能够防止油嘴油道、防砂帽上的进油孔即防砂孔的堵塞，从而降低油田开发成本、减少石油开采的能耗，实现了稠油高效快速开采，提高了石油开采的效率。

为实现本发明的目的，本发明一方面提供一种防砂油嘴，包括连接座和与连接座上部固定连接的防砂帽，其中，

所述的防砂帽包括圆筒部和位于圆筒部之上的与圆筒部固定连接在一起的圆锥部，圆筒部和圆锥部的内部分别设置供油通过的油腔；圆锥部上开设供油通过并对沙砾进行过滤截留的进油孔。

其中，所述圆锥部的锥度为30-90度；所述圆锥部的底部的外径与圆筒部的外径相等。

特别是，沿所述圆锥部设多层进油孔，相邻两层的进油孔呈相互交错排列。

其中，所述圆锥部上至少设2层所述的进油孔。

特别是，所述圆锥部上的进油孔呈层状均匀排列，相邻两层进油孔之间的距离为5-10mm；所述进油孔的直径为1-10mm，优选为2-5mm。

其中，所述圆筒部上均匀分布进油孔。

特别是，所述的圆筒部上部设至少一层进油孔。

特别是，在圆筒部上部设两层或两层以上进油孔时，相邻两层的进油孔呈相互交错排列；相邻两层进油孔之间的距离为5-10mm；所述进油孔的直径为1-10mm，优选为2-5mm。

本发明另一方面提供一种防砂油嘴，包括连接座和与连接座上部固定连接的防砂帽，其中，

所述的防砂帽包括圆筒部和位于圆筒部之上的与圆筒部成一体的圆锥部，圆筒部和圆锥部的内部分别设置供油通过的油腔；圆锥部上开设供油通过并对沙砾进行过滤截留的进油孔。

其中，所述圆锥部的锥度为30-90度；所述圆锥部的底部的外径与圆筒部的外径相等。

特别是，沿所述圆锥部设多层进油孔，相邻两层的进油孔呈相互交错排列。

其中，所述圆锥部上至少设2层所述的进油孔。

特别是，所述圆锥部上的进油孔呈层状均匀排列，相邻两层进油孔之间的距离为5-10mm；所述进油孔的直径为1-10mm，优选为2-5mm。

其中，所述圆筒部上均匀分布进油孔。

特别是，所述的圆筒部上部设至少一层进油孔。

特别是，在圆筒部上部设两层或两层以上进油孔时，相邻两层的进油孔呈相互交错排列；相邻两层进油孔之间的距离为5-10mm；所述进油孔的直径为1-10mm，优选为2-5mm。

通常在原油开采过程中，原油流经的采油树内，在采油树的管道内设置防砂油嘴，防砂油嘴的连接座底部与采油树的输油管内壁通过连接，防砂油嘴的顶端设置防砂帽位于输油管内。防砂帽上开设一定孔径的进油孔，供原油和小于进油孔孔径的杂质通过防砂帽后进入油嘴内部，然后通过油嘴下部的连接座内的油道流出油嘴。防砂帽的外径小于防砂油嘴连接座底部的外径，使得防砂油嘴外壁与采油树的输油管道内壁之间具有一定的孔隙，形成沉砂槽，部分流体通过油嘴流出，部分流体存在油嘴附近呈漩涡流状态，稍大的沙粒会随着高速旋转的油流进行碰撞磨损或直接粉碎，较大的砂粒会随着漩涡流的旋转逐步沉积在沉砂槽内。

普通防砂油嘴的防砂帽由于其顶部是平面型设计，较大岩屑、砂粒在高速高压的情况下与平面型的防砂帽接触，使得油嘴的进油孔经常被堵，防沙效果不明显。不能正常控制生产压差，影响油井长期稳产高产。

本实用新型防砂油嘴的防砂帽的顶部为圆锥体形，防砂帽的圆锥部的锥面上均匀分布有若干个进油孔(即防砂孔)，当原油流经其锥面时由紊流状态改变成大的漩涡流状态，岩屑、沙砾随原油运动至进油孔时，小于防砂孔的沙砾会通过防砂孔，大于防砂孔孔径的岩屑、沙砾会随原油漩涡流运动状态进行旋转，在高速高压旋转碰撞下，小于防砂孔孔径的岩屑、沙砾又会通过防砂孔，大于防砂孔径的岩屑、沙砾则会逐步沉降于沉砂槽内。

本实用新型的防砂油嘴外的油流由于防砂帽圆锥部的作用，使得采油树的输油管内的油流由紊流状态改变为大的漩涡流状态。使流体在油嘴附近有缓冲过程，砂粒有时间沉集在沉砂槽内，降低了油流对防砂帽的进油孔孔道的直接冲击，减小了油嘴的进油孔孔径刺损，有效减缓了出砂油井突发性油嘴堵死现象，延长了油井正常生产时间，减少了堵塞油嘴的机率，延长了油嘴的使用寿命。

本实用新型具有如下的优点：

1、本实用新型防砂油嘴的防砂帽呈圆锥体形，在圆锥部上开设进油孔，减少油嘴堵塞次数，提高了油井的生产时效，增加了单井原油的生产量。

2、本实用新型的圆锥体形防砂帽，改变了输油管道内的原油和沙砾的流动状态，从紊流状态改变为大的漩涡流状态，降低了油流对油嘴的冲击力，减小了油嘴的进油孔孔径刺损，延长了油嘴的使用时间。

3、本实用新型的防砂帽为由原来普通防砂帽的圆柱体改进为锥体，开孔直径比普通圆柱体防砂帽的进油孔孔径小，截留沙砾的粒径小，可以截留原油中更多的沙砾，使经过油嘴后的原油的进一步处理提供方便，降低了油田的开发成本。

4、本实用新型的防砂帽的圆锥部和圆筒部可以是分体的通过螺纹或其他方式固定连成一体，便于拆卸和安装，节约了材料，降低了生产成本。

附图说明

图1a是现有技术中普通防砂帽主视图；

图1b是现有技术中普通防砂帽俯视图；

图1c是油嘴连接座示意图；

图2是本实用新型第一实施例防砂帽的正视图；

图3是沿图2中A-A线的剖面图；

图4是本实用新型第一实施例防砂油嘴和输油管道的连接示意图；

图5是本实用新型第二实施例防砂帽的正视图；

图6是沿图5中B-B线的剖面图；

图7是本实用新型第二实施例防砂油嘴和输油管道的连接示意图

图8是本实用新型第三实施例防砂帽的正视图；

图9是沿图5中C-C线的剖面图；

图10是本实用新型第三实施例防砂油嘴和输油管道的连接示意图。

附图标记说明：1.圆筒部；1a、圆筒部末端；1b.圆筒部内壁；2.圆锥部；2a.圆锥部外壁；2b.圆锥部内壁；2c.锥尖；3.进油孔；4.油腔；4a.圆筒部油腔；4b.圆锥部油腔；5.油道；6.圆锥底部；7.沉砂槽；8.连接座；9.输油管；10.防砂帽连接部；11.油管连接部；12.过渡部；20.柱形防砂帽；201.柱体；202.平面防砂帽；203.进油孔。

具体实施方式

实施例1

下面结合附图1c、2、3、4说明本实用新型防砂油嘴第一实施例的具体结构。

如图4所示，本发明防砂油嘴包括连接座8和位于其上部的圆锥形防砂帽，防砂帽与连接座8的上部防砂帽连接部10通过螺纹或法兰固定连接，油嘴的下部油管连接部11与输油管内壁通过螺纹固定连接。

图1c所示的是油嘴连接座8，连接座8的内部为供原油和小的沙砾通过的油道5，油道5贯穿整个油嘴连接座8；连接座8的上部为圆柱形防砂帽连接部10，通过防砂帽连接部10与防砂帽固定连接；连接座的下部为圆柱形油管连接部11，通过油管连接部11与输油管9内壁固定连接；防砂帽连接部10的直径小于油管连接部11的直径，其中防砂帽连接部10的直径与防砂帽的圆筒部1的直径相等，油管连接部11的直径与输油管9的内径相等；防砂帽连接部10与油管连接部11通过过渡部12向连接。

图2是本实用新型防砂油嘴的防砂帽的正视图，如图2、3所示，防砂帽的外观整体呈削尖的铅笔状，即其上部为呈圆锥体形的圆锥部2，其下部为呈圆柱体形的圆筒部1，防砂帽内部中空，圆锥部2与圆筒部1通过螺纹或法兰连接成一体，圆锥部和圆筒部的壁厚可以相等，圆筒部1的外径与圆锥底部6的外径相等，圆锥部的锥度为30-90度。

如图3所示，圆筒部1的内壁1b形成中空的圆柱体形的圆筒部油腔4a，圆锥部2的内壁2b形成中空的圆锥体形的圆锥部油腔4b，供油井中开采的油和细小的沙粒通过。

圆筒部1的上部与圆锥部2相连接的部分开设若干进油孔3，供原油中的液体物质通过，进入油腔4a、4b内。

进油孔3在圆筒部1上呈层状排列，形成进油孔层，并且相邻两层的进油孔3之间交错排列；进油孔3的直径为1-10mm，相邻两层进油孔层间的距离h为5-10mm。

圆筒部1的末端1a通过螺纹或法兰连接方式与油嘴连接座8的防砂帽连接部10固定连接。

圆锥部2锥体上开设有若干进油孔3，以便原油从进油孔3中进入防砂帽内，进油孔3的孔径为1-10mm，大于进油孔孔径的沙砾阻挡在防砂帽之外，起到初步过滤原油的作用。

进油孔3在防砂帽的圆锥部2上呈层状均匀排列，形成进油孔层，并且相邻两层的进油孔3之间交错排列；所述的进油孔层状均匀排列的是指进油孔在圆锥部的同一圆锥截面的截面圆上均匀分布，即同一层的每个进油孔的中心到圆锥部2的锥尖2c的距离相等，同一层进油孔3的中心位于圆锥部2的相同高度的圆锥截面上；并且相邻进油孔层之间的进油孔交错排列，整体呈星状。进油孔在圆锥部2上至少开设3层，每层上开设2-5个进油孔3，进油孔3的直径为1-10mm，进油孔层与层之间的距离h为5-10mm。

每层进油孔3圆心连线形成的圆锥截面的半径沿着锥尖2d到锥底部8的方向逐步增大，相邻三层之间的进油孔呈星状排列，如图2所示。

本实施例防砂帽的圆锥部的锥度为60度，圆锥部上开设有3层进油孔，每层进油孔层上均匀分布有4个进油孔；圆筒部上开设有3层进油孔，每层进油孔层上均匀分布有8个进油孔，其中，进油孔的孔径为5mm，进油孔层之间的距离为5mm。

使用时，如图4所示，本实用新型防砂油嘴由防砂帽与油嘴连接座8的上部的防砂帽连接部10通过螺纹或法兰固定连接而成，油嘴连接座8下部的油管连接部11与输油管道9的内表面通过螺纹固定连接。在输油管道9的内壁与油嘴连接座8和防砂帽的外壁之间的空隙形成沉砂槽7；当开采的原油从采油树的输油管道9流至防砂帽后，原油中的液体和小于进油孔3孔径的细小的杂质首先通过防砂帽圆锥部2和圆筒部1上的进油孔3进入防砂帽的油腔4内，进入油腔4中的液体和小于进油孔3孔径的细小的杂质通过油嘴连接座8的油道5中流出，输送至炼油塔，而大于进油孔3孔径的沙砾等固体物质被阻挡在进油孔3外，不能进入防砂帽内部，逐渐在沉砂槽7内沉淀，防砂帽和油嘴8使用一段时间后清洗或更换时将沉砂槽内的沙砾去除。

在输油管道9内，在原油达到防砂帽之前，管道内的原油的流动状态为紊流状态，当原油流到防砂帽的圆锥部2时，由于圆锥部2的外壁2a呈倾斜状态，当石油流体接触并撞击倾斜的圆锥部外壁2a时，石油流体的流动方向发生改变，由原来的紊流状态变成激烈的湍流状态，形成大的漩涡，流体的阻力增大、流量减小，能量耗损增加，石油流体的线流速度降低，使流体在防砂帽的进油孔附近有缓冲过程，从而使石油在运动过程中的动能减少，同时也降低了石油中沙砾的动能，减缓了石油流体对进油孔的冲击，降低了进油孔堵塞的几率，而且由于防砂帽的圆锥部2的外壁2a为倾斜状态，即使进油孔3被沙砾堵塞，但是在大的漩涡流状态的油流的多方位的作用下，沙砾被冲刷下来，使被堵塞的进油孔重新恢复畅通。

石油流体中的沙砾被防砂帽的进油孔3截留后沉降在防砂帽、油嘴8与输油管道9之间的沉砂槽7内，使用一定时间后将防砂帽和油嘴拆下，去除沉砂槽内的沙砾后，重新安装在输油管上，继续使用。

实施例2

下面结合附图1c、5、6、7说明本实用新型防砂帽第二实施例的具体结构。

图5是本实用新型防砂油嘴的防砂帽的正视图，如图5、6所示，圆锥部2与圆筒部1成一体连接。

本实施例防砂帽的圆锥部的锥度为30度，圆锥部上每层进油孔层上均匀分布有4个进油孔，开设有5层进油孔；圆筒部上开设有1层进油孔，每层进油孔层上均匀分布有4个进油孔，其中，进油孔的孔径为2mm，圆锥部上的进油孔层之间的距离为10mm；其余与实施例1相同。

实施例3

下面结合附图1c、8、9、10说明本实用新型防砂帽第三实施例的具体结构。

图8是本实用新型防砂油嘴的防砂帽的正视图，如图8、9所示，圆锥部2与圆筒部1成一体连接。

本实施例防砂帽的圆锥部的锥度为45度，圆锥部上每层进油孔层上均匀分布有4个进油孔，开设有4层进油孔；圆筒部无进油孔，其中，进油孔的孔径为3mm，圆锥部上的进油孔层之间的距离为7mm；其余与实施例1相同。

本实用新型防砂油嘴的防砂帽和油嘴连接座8还可以通过法兰固定连接；圆筒部上还可以部开设进油孔3；圆锥部上的每层进油孔的个数可以相同也可以不同。

以上公开了本实用新型的较佳的实施例，在不偏离本实用新型的精神和范围下对本实用新型的构思所做的任何修改或替换，均落入本实用新型的保护范围内。

经测试，本实用新型的防砂帽与现有的普通防砂帽相比较，普通防砂帽在酸压、注水井每天检查更换一次，而本实用新型的防砂帽在出砂严重的酸压、注水井油井每3个月检查一次，一般正常出砂井每半年至一年检查一次；且不用更换。每次更换磨损的防砂帽造成油井停产约半小时。每口井的平均日产油量按80-120吨计算，节省一次更换防砂帽的时间可以使一口油井多产原油3.33-5吨，采用本实用新型的防砂帽后，一年可以多产原油199.8-300吨。以新疆塔河油田的100口油井计算，每年可多产原油19980-30000吨，经济效益显著。

Claims (10)

1.一种防砂油嘴，包括连接座(8)和与连接座(8)上部固定连接的防砂帽，其特征在于：

所述防砂帽包括圆筒部(1)和位于圆筒部(1)之上的与其固定连接的圆锥部(2)，圆筒部(1)和圆锥部(2)的内部分别设置供油通过的油腔(4a、4b)；圆锥部(2)上开设供油通过并对沙砾进行过滤截留的进油孔(3)。

2.如权利要求1所述的防砂油嘴，其特征在于：所述圆锥部(2)的锥度为30-90度。

3.如权利要求1或2所述的防砂油嘴，其特征在于：沿所述圆锥部(2)设多层进油孔(3)，相邻两层的进油孔呈相互交错排列。

4.如权利要求3所述的防砂油嘴，其特征在于：所述圆锥部(2)上至少设2层所述进油孔(3)。

5.如权利要求1或2所述的防砂油嘴，其特征在于：所述圆筒部(1)上均匀分布进油孔(3)。

6.一种防砂油嘴，包括连接座(8)和与连接座(8)上部固定连接的防砂帽，其特征在于：

所述防砂帽包括圆筒部(1)和位于圆筒部(1)之上的与圆筒部(1)成一体的圆锥部(2)，圆筒部(1)和圆锥部(2)的内部分别设置供油通过的油腔(4a、4b)；圆锥部(2)上开设供油通过并对沙砾进行过滤截留的进油孔(3)。

7.如权利要求6所述的防砂油嘴，其特征在于：所述圆锥部(2)的锥度为3090度。

8.如权利要求6或7所述的防砂油嘴，其特征在于：沿所述圆锥部(2)设多层进油孔(3)，相邻两层的进油孔呈相互交错排列。

9.如权利要求8所述的防砂油嘴，其特征在于：所述圆锥部(2)上至少设2层的所述进油孔(3)。

10.如权利要求6或7所述的防砂油嘴，其特征在于：所述圆筒部(1)上均匀分布进油孔(3)。

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