CN207437009U - 一种集冲洗捞砂于一体的井筒清砂装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种集冲洗捞砂于一体的井筒清砂装置，包括自上而下依次设置的滑套式可投球上凡尔总成、泵筒总成、捣砂式可投球下凡尔总成，所述滑套式可投球上凡尔总成包括滑套开关组件和可投球上凡尔组件，所述捣砂式可投球下凡尔总成包括可投球下凡尔组件和捣砂底锥，所述滑套开关组件包括滑套壳体和在滑套壳体内设置的滑套活塞，所述滑套活塞通过剪切销钉固定在滑套壳体上，在滑套壳体内壁与滑套活塞外壁之间设有环形腔体，在滑套壳体上设有循环孔与环形腔体相连通。本实用新型可以减少起下换管作业工序，大幅缩短作业占井时间、降低作业费用，同时最大程度保护储层减轻污染，并提高清砂成功率。

Description

一种集冲洗捞砂于一体的井筒清砂装置

技术领域

本实用新型涉及出砂油井的井筒清砂、洗井技术领域，尤其涉及一种集冲洗捞砂于一体的井筒清砂装置。

背景技术

目前，石油工程技术上，对于出砂油井的井筒清砂、洗井工艺主要有两大类：一种是水力冲砂(洗井)，主要形式是在井筒中下入油管串+锯齿冲砂头这种内部全通径的冲砂(洗井)管柱，包括油管进液、套管返液的正冲洗方式，和套管进液、油管返液的反冲洗方式；另一种是机械捞砂，即在井筒中下入捞砂泵管柱，通过上下活动抽汲捣碎砂柱，依靠泵内及环空液柱形成的压差，在井液的携带作用下将井筒沉砂抽汲沉淀在捞砂泵的存砂管中，最后将管柱提出井筒，把捞获的井筒砂卸出地面，达到清砂目的。

水力冲砂的主要优势包括：①工艺成熟、管柱简单，只需下入全通径的油管串即可施工。②排量范围广，冲砂洗井效率高。只要地层能量充足，冲洗能够得到有效返排，水力携砂效率高、清洗井筒彻底。③可以稀释含油井液粘稠度，提高冲砂洗井液的流动性，有利于洗井液携砂返排出井筒。④对于井液矿化度高、易结盐的油井，大排量清水的冲洗可以有效溶解与地层砂固结的盐颗粒，有利于冲散混有结晶盐的硬质砂面，使冲砂获得有效进尺，提高冲砂洗井成功率。

水力冲砂的主要劣势包括：①负压油井越来越多，适用范围越来越小。目前随着各油田开发的深入，油井地层压力下降幅度大，造成油井普遍负压吸水(即入井液体倒灌进储层)，进而造成储层污染，使油井产油量严重下降，所以目前能够适用水力冲砂洗井的油井越来越少。②因油井普遍负压吸水，造成储层漏失而降低了井口携砂返排率，既使得井口冲洗出的地层砂量少，又因入井液裹挟地层砂一起漏失进储层而加重了储层污染，进一步降低了原油产量。

相对应的，机械捞砂的主要优势是：单纯靠机械动力在泵筒中形成负压来抽汲含地层砂的井液，不动用任何外来入井液，对储层无任何污染影响。几乎适用于任何负压油井的井筒清砂作业，是水力冲砂无法解决负压油井清砂难题的较好解决办法之一。

而机械捞砂的主要劣势包括：①抽汲捞砂排量以及存砂容积有限，清砂效率较低。单趟捞砂只能靠捞砂管柱底部的有限存砂管将抽汲捞获的地层砂提出井筒，地层砂较多时需要重复起下捞砂管柱进行捞砂。②井液较粘稠时，携砂井液流动性较差，进泵阻力大，不利于存砂管中沉积更多的地层砂。③对于井液矿化度高、易结盐的油井，地层砂与结晶盐颗粒固结容易在砂柱表面形成硬质砂面(砂盖)，机械捞砂上下往复作用在硬质砂面上的纯机械冲击力有时难以捣碎砂面，使捞砂难以获得有效进尺，最终降低捞砂成功率。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种能实现不起管柱改冲砂为捞砂作业的集冲洗捞砂于一体的井筒清砂装置。

本实用新型所采用的技术方案为：一种集冲洗捞砂于一体的井筒清砂装置，其特征在于：包括自上而下依次设置的滑套式可投球上凡尔总成、泵筒总成、捣砂式可投球下凡尔总成，所述滑套式可投球上凡尔总成包括滑套开关组件和可投球上凡尔组件，所述捣砂式可投球下凡尔总成包括可投球下凡尔组件和捣砂底锥，所述滑套开关组件包括滑套壳体和在滑套壳体内设置的滑套活塞，所述滑套活塞通过剪切销钉固定在滑套壳体上，在滑套壳体内壁与滑套活塞外壁之间设有环形腔体，在滑套壳体上设有循环孔与环形腔体相连通，所述可投球上凡尔组件和可投球下凡尔组件在初始状态下均为全通径结构。

按上述技术方案，所述滑套活塞为纵截面为T型活塞，所述滑套活塞的上端和下端均与滑套壳体密封配置。

按上述技术方案，在滑套壳体上设置的循环孔轴向错开设置。

按上述技术方案，所述可投球上凡尔组件和可投球下凡尔组件的结构相同，所述可投球上凡尔组件配置的投球通径大于可投球下凡尔组件配置的投球通径，两者均包括凡尔壳体，在凡尔壳体内从上至下依次设有翻板挡块阀罩总成和凡尔座，在翻板挡块阀罩总成和凡尔座之间设有阀腔。

按上述技术方案，所述翻板挡块阀罩总成包括挡块座圈，在挡块座圈上设有至少两个朝下设置的凹槽，在每个凹槽内设有挡块，所述挡块通过扭簧铰接在凹槽内，其上端部通过挡块座圈限位，使其只能朝下旋转。

按上述技术方案，所述泵筒总成包括泵筒，在泵筒内设置的柱塞拉杆和与柱塞拉杆下端相连的柱塞，所述柱塞拉杆与泵筒之间设有间隙，所述泵筒的上端与柱塞拉杆之间通过泵筒接箍连接，在泵筒上设有多个平衡孔与间隙相连通。

按上述技术方案，在柱塞外壁上设有柱塞防砂槽。

按上述技术方案，所述捣砂底锥包括捣砂底锥本体，所述捣砂底锥本体为圆筒形中空结构，其上、下端均为开口结构，在捣砂底锥本体上设有多个侧流孔，在捣砂底锥本体的底部设有捣砂尖锥，所述捣砂尖锥是由两块呈“十字形”交叉垂直设置的焊接块组成，两焊接块将捣砂底锥本体底部通孔分隔成4个扇形通孔。

本实用新型所取得的有益效果为：

1、本实用新型集全通径冲砂管柱与机械捞砂管柱两者功能于一体，不需要起下更换管柱，而只需要通过一定的井口操作即可将井下全通径冲砂管柱转换成机械捞砂管柱，进而实现不起管柱改冲砂为捞砂作业，不仅能够克服水力冲砂与机械捞砂两者各自的缺点，而且可以减少起下换管作业工序，大幅缩短作业占井时间、降低作业费用，同时最大程度保护储层减轻污染，并提高清砂成功率。

2、本实用新型中，前期少量进行冲砂操作，有利于稀释井液粘度，提高井液携砂进泵流动性，更可以有效溶解与地层砂固结的盐颗粒，有利于冲散混有结晶盐的硬质砂面，使后续改捞砂获得有效进尺，最终提高机械捞砂成功率。

附图说明

图1为本实用新型的结构图。

图2为本实用新型中可投球上凡尔总成的结构图。

图3为本实用新型中可投球上凡尔总成的立体结构图。

图4为本实用新型中翻板挡块阀罩总成的立体结构示意图。

图5为本实用新型中泵筒总成的结构图。

图6为本实用新型中捣砂式可投球下凡尔总成的结构图。

图7为本实用新型中捣砂尖锥的仰视图。

图8为滑套式可投球上凡尔总成-滑套打开、阀球处于下死点结构图。

图9为滑套式可投球上凡尔总成-滑套打开、阀球处于上死点结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实施例提供了一种集冲洗捞砂于一体的井筒清砂装置，包括自上而下依次设置的滑套式可投球上凡尔总成1、泵筒总成2、捣砂式可投球下凡尔总成3，所述滑套式可投球上凡尔总成1包括滑套开关组件和可投球上凡尔组件，所述捣砂式可投球下凡尔总成包括可投球下凡尔组件和捣砂底锥，所述可投球上凡尔组件和可投球下凡尔组件在初始状态下均为全通径结构。

如图2、3所示，所述滑套开关组件包括滑套壳体1-2和在滑套壳体内设置的滑套活塞1-5，滑套壳体1-2的上端通过上接箍1-1与泵上油管4-1相连。所述滑套活塞1-5为纵截面为T型活塞，所述滑套活塞1-5的上端和下端分别通过上密封圈1-3和下密封圈1-6与滑套壳体1-2密封配置。所述滑套活塞1-5通过剪切销钉1-4固定在滑套壳体1-2上，在滑套壳体1-2内壁与滑套活塞1-5外壁之间设有环形腔体，在滑套壳体1-2上设有循环孔(1-2-1，1-2-2)与环形腔体相连通，本实施例中，在圆周方向设有4个循环孔，4个循环孔轴向错开设置，以保证滑套壳体1-2的加工强度。

如图2、3所示，所述可投球上凡尔组件和可投球下凡尔组件的结构相同，所述可投球上凡尔组件配置的投球通径大于可投球下凡尔组件配置的投球通径，可投球上凡尔组件包括上凡尔壳体1-7，在上凡尔壳体1-7内从上至下依次设有上翻板挡块阀罩总成和上凡尔座1-13，在上翻板挡块阀罩总成和上凡尔座之间设有阀腔。

如图4所示，所述上翻板挡块阀罩总成包括挡块座圈1-11，在挡块座圈1-11上设有至少两个朝下设置的凹槽，在每个凹槽内设有上挡块1-10，所述上挡块1-10通过扭簧1-8及上挡块销钉1-9铰接在凹槽内，其上端部通过凹槽端部限位，使其只能朝下旋转，其中，上挡块销钉1-9焊接固定在挡块座圈1-11上。

如图5所示，所述泵筒总成2包括泵筒2-3、在泵筒2-3内设置的柱塞拉杆2-1和与柱塞拉杆2-1下端相连的柱塞2-4，在柱塞外壁上设有柱塞防砂槽2-4-1。在泵筒2-3内壁与柱塞拉杆2-1之间设有间隙，在泵筒2-3上设有2个平衡孔2-3-1，泵筒2-3的上端连接有泵筒接箍2-1与柱塞拉杆密封配置，下端通过泵下油管4-2与下接头3-1相连。

如图6所示，可投球下凡尔组件包括下凡尔壳体3-2，下凡尔壳体3-2的上端与下接头3-1相连接。在下凡尔壳体3-2内从上至下依次设有下翻板挡块阀罩总成和下凡尔座3-8，在下翻板挡块阀罩总成和下凡尔座之间设有阀腔。下翻板挡块阀罩总成同样包括下挡块座圈3-6和与其配置的下挡块3-5，两者配置的结构与上翻板挡块阀罩总成的结构相同，在此不一一赘述。

如图6、7所示，所述捣砂底锥包括捣砂底锥本体3-9，所述捣砂底锥本体3-9为圆筒形中空结构，其上、下端均为开口结构，在捣砂底锥本体3-9上设有4个圆周均布并轴向交错设置的侧流孔(3-9-1，3-9-2)，在捣砂底锥本体3-9的底部设有捣砂尖锥3-10，所述捣砂尖锥3-10是由两块呈“十字形”交叉垂直设置的焊接块组成，两焊接块将捣砂底锥本体3-9底部通孔分隔成4个扇形通孔。

本实用新型的操作方法为：

第一步，本装置下井时，管柱内没有任何凡尔球，滑套开关组件也处于关闭状态，即整个管柱侧面与井筒没有直接的连通孔，管柱内部为近似的全通径中空结构，只有捣砂底锥底部为开口结构，实现该井筒清砂装置与井筒的连通。这样，开始操作即可按普通水力冲砂方式进行，前期进行水力冲砂时优先选择正冲洗方式，以保证管柱内部零部件的可靠性和使用寿命，但也可采取反冲洗方式。

第二步，当发现负压无返排时，停止冲砂操作，由井口首先投入较小的下凡尔球3-7，由于下凡尔球3-7直径设计为小于以下零配件的内径，包括滑套活塞1-5、上凡尔座1-13、柱塞拉杆2-1、柱塞2-4，而大于下凡尔座3-8的内径。同时，由上挡块座圈1-11、上挡块1-10、上挡块销钉1-9和上扭簧1-8组成的翻板挡块阀罩总成，其设计为当上挡块1-10受到下凡尔球3-7下落的冲击力及自重时，上挡块1-10自然向下翻转，让开通道使下凡尔球3-7能够顺利滑入通过，而后上挡块1-10在上扭簧1-8的弹力作用下重新向上翻转恢复原位，因扭簧弹力设计较小，加之上挡块1-10有一定重量，上挡块1-10的自然状态为水平稍向下倾斜一定角度。因上挡块1-10的自然状态受到上挡块座圈1-11的限位结构设置，上挡块1-10向上只能翻转至水平状态。而可投球下凡尔总成与可投球上凡尔总成相比，设计工作原理和结构形式均相同，只是前者规格尺寸相比后者更小。所以，下凡尔球3-7能够顺利由井口油管中滑入并坐于下凡尔座3-8上，同时被下挡块3-5限位而无法再向上跳出到下挡块3-5上部。

第三步，经过预估的下凡尔球3-8下落入座时间后，再由井口投入较大的上凡尔球1-12，由于上凡尔球1-12直径设计为小于滑套活塞1-5的内径，而大于上凡尔座1-13内径。同样，靠上凡尔球1-12的下落冲击力及自重可以顺利越过上挡块1-10并坐于上凡尔座1-13上。同样，上凡尔球1-12被上挡块1-10限位而无法再向上跳出到上挡块1-10上部。当上下凡尔球1-12全部落座即转变并具有了单流阀的功能。然后井口通过在油管中施加较低的液压力，出现憋压情况时即可判断出凡尔球与凡尔座的结合密封情况。

第四步，井口通过在油管中施加较高的液压力，由于油管中作用在滑套活塞1-5上平面的液压力可以远高于井筒环空液柱通过循环孔(1-2-1，1-2-2)作用在滑套活塞1-5下平面的液压力，最终使得滑套活塞1-5向下的净作用力会高过圆周均布2枚剪切销钉1-4的总剪断力，从而剪断剪切销钉1-4向下滑移而暴露出4个循环孔(1-2-1，1-2-2)，实现可投球上凡尔组件上部管柱通过侧面的循环孔(1-2-1，1-2-2)与井筒连通，如图8、9所示。至此，本实用新型的冲洗捞砂一体式井筒清砂装置就完全转换成了机械捞砂管柱。

第五步，按照传统机械捞砂方法操作进行捞砂作业即可。

另外，需要注意的是，本实用新型中集“冲洗捞砂于一体”是指集“冲砂、洗井、捞砂工艺于一体”。

本实用新型在传统捞砂工艺的原理基础上，集全通径冲砂管柱与机械捞砂管柱两者功能于一体，不仅能够克服水力冲砂与机械捞砂两者各自的缺点，而且可以减少起下换管作业工序，大幅缩短作业占井时间、降低作业费用，并提高清砂成功率。

Claims (8)

1.一种集冲洗捞砂于一体的井筒清砂装置，其特征在于：包括自上而下依次设置的滑套式可投球上凡尔总成、泵筒总成、捣砂式可投球下凡尔总成，所述滑套式可投球上凡尔总成包括滑套开关组件和可投球上凡尔组件，所述捣砂式可投球下凡尔总成包括可投球下凡尔组件和捣砂底锥，所述滑套开关组件包括滑套壳体和在滑套壳体内设置的滑套活塞，所述滑套活塞通过剪切销钉固定在滑套壳体上，在滑套壳体内壁与滑套活塞外壁之间设有环形腔体，在滑套壳体上设有循环孔与环形腔体相连通，所述可投球上凡尔组件和可投球下凡尔组件在初始状态下均为全通径结构。

2.根据权利要求1所述的井筒清砂装置，其特征在于：所述滑套活塞为纵截面为T型活塞，所述滑套活塞的上端和下端均与滑套壳体密封配置。

3.根据权利要求2所述的井筒清砂装置，其特征在于：在滑套壳体上设置的循环孔轴向错开设置。

4.根据权利要求1或2所述的井筒清砂装置，其特征在于：所述可投球上凡尔组件和可投球下凡尔组件的结构相同，所述可投球上凡尔组件配置的投球通径大于可投球下凡尔组件配置的投球通径，两者均包括凡尔壳体，在凡尔壳体内从上至下依次设有翻板挡块阀罩总成和凡尔座，在翻板挡块阀罩总成和凡尔座之间设有阀腔。

5.根据权利要求4所述的井筒清砂装置，其特征在于：所述翻板挡块阀罩总成包括挡块座圈，在挡块座圈上设有至少两个朝下设置的凹槽，在每个凹槽内设有挡块，所述挡块通过扭簧铰接在凹槽内，其上端部通过挡块座圈限位，使其只能朝下旋转。

6.根据权利要求1或2所述的井筒清砂装置，其特征在于：所述泵筒总成包括泵筒、在泵筒内设置的柱塞拉杆和与柱塞拉杆下端相连的柱塞，所述柱塞拉杆与泵筒之间设有间隙，所述泵筒的上端与柱塞拉杆之间通过泵筒接箍连接，在泵筒上设有多个平衡孔与间隙相连通。

7.根据权利要求6所述的井筒清砂装置，其特征在于：在柱塞外壁上设有柱塞防砂槽。

8.根据权利要求1或2所述的井筒清砂装置，其特征在于：所述捣砂底锥包括捣砂底锥本体，所述捣砂底锥本体为圆筒形中空结构，其上、下端均为开口结构，在捣砂底锥本体上设有多个侧流孔，在捣砂底锥本体的底部设有捣砂尖锥，所述捣砂尖锥是由两块呈“十字形”交叉垂直设置的焊接块组成，两焊接块将捣砂底锥本体底部通孔分隔成4个扇形通孔。