一種自旋鑽進式井筒搗砂器的製作方法

2023-09-16 21:51:45 3

本發明涉及石油工業中油水井應用抽撈砂工具進行井筒清砂作業的技術領域，具體涉及一種自旋鑽進式井筒搗砂器。

背景技術：

油井出砂是國內外砂巖性油藏開採過程中面臨的主要問題之一，嚴重影響和制約原油的正常生產和經濟效益的提高。尤其是對於處在中後期開採的油田，受油井含水高、地層壓降大及單井高強度放差提液與生產層段的注採不平衡等不利因素的影響，地層虧空、負壓嚴重，油井普遍嚴重出砂。

撈砂泵負壓撈砂工藝技術是被各油田廣泛應用的一種用於清除井筒沉積砂的方法。撈砂泵由兩個核心部分組成，即頂部的撈砂泵筒總成和底部的撈砂錐(又稱搗砂器)。負壓撈砂工藝管柱結構自上而下依次為：動力油管，撈砂泵筒總成，儲砂油管，撈砂錐，採用反覆上提下放的連續抽汲方式將井筒中的沉積砂抽汲進並沉降在儲砂油管中。這種撈砂技術具有工藝成熟、操作簡單的特點。但是，當井筒沉積砂柱的頂部，即砂面較硬，形成硬質砂蓋(面)後，傳統上在砂面上採用垂直上下加壓方式工作的撈砂錐就無法將硬質砂蓋搗碎，最終導致反覆抽汲均無進尺，撈砂失敗。

因此，人們在傳統撈砂工藝的基礎上又設計了一種可以傳遞井口扭矩，具有使整個撈砂管柱旋轉鑽進功能的撈砂泵。這種鑽進式撈砂泵的柱塞拉杆採用扁方形或多邊形結構，配合撈砂泵筒上的扁方形或多邊形結構的螺帽，既可實現同軸上下運動，又能傳遞扭矩實現同軸旋轉運動，從而將井口正轉油管的扭矩傳遞到撈砂管柱底部的撈砂錐上，將井筒沉積砂柱的硬質砂蓋鑽磨搗碎，進而實現正常的抽汲撈砂作業，提高撈砂成功率。但是，這種井口傳扭式鑽進撈砂工藝具有很大的局限性，一是當在斜井、深井操作時，將造成井口扭矩很大，需要安裝高功率液壓鉗才能滿足旋轉整個撈砂管柱所需要的扭矩；二是井口操作很複雜，需要同時懸吊管柱和液壓鉗，而且液壓鉗需要打好背鉗來限位，防止同步旋轉；三是井口旋轉油管柱具有一定的安全風險性，操作人員必須遠離井口使用長繩遠距離拉動液壓鉗開關來進行操作；四是鑽磨撈砂效率很低，由於管柱重量很重，摩擦阻力很大，只能以很低的轉速來提供足夠大的驅動扭矩。因此，該工藝並沒有成功解決無法捅破硬質砂蓋這一造成撈砂失敗的瓶頸問題，也因此沒有得到推廣應用。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題在於針對上述現有技術存在的不足提供一種能提高撈砂成功率的自旋鑽進式井筒搗砂器。

本發明所採用的技術方案為：一種自旋鑽進式井筒搗砂器，包括驅動螺杆，在驅動螺杆的外壁沿周向設有多條螺旋滑道，在驅動螺杆外套裝有棘輪機構，所述棘輪機構上設有徑向凸出件，所述徑向凸出件對應嵌設在螺旋滑道內，並能沿螺旋滑道的軌跡進行滑移，從而將徑向凸出件的螺旋滑移運動轉化成棘輪機構的旋轉運動，所述棘輪機構通過設置在驅動螺杆上的復位彈簧復位，在棘輪機構下端依次連接有支撐筒和搗砂錐，所述驅動螺杆的下端伸入支撐筒之內，並通過密封接頭與支撐筒密封套接，且可相對支撐筒軸向滑移；在進行搗砂時，控制驅動螺杆的向下運動，帶動棘輪機構正向(俯視順時針)旋轉，所述棘輪機構的旋轉帶動支撐筒及搗砂錐正向旋轉實現搗砂，上提驅動螺杆時，從動棘輪不發生旋轉，主動棘輪與從動棘輪在復位彈簧的作用下復位。

按上述技術方案，所述棘輪機構包括主動棘輪和從動棘輪，所述徑向凸出件對稱安設在主動棘輪的內壁，所述主動棘輪的下端面設有主動嚙合齒，所述從動棘輪的上端面設有從動嚙合齒，主動嚙合齒與從動嚙合齒相嚙合。

按上述技術方案，在驅動螺杆的上端有一體式加工成的螺杆接頭，所述復位彈簧抵接在螺杆接頭和棘輪機構之間。

按上述技術方案，在支撐筒頂部的螺紋根部對稱設有對穿的支撐筒呼吸孔。

按上述技術方案，所述鑽頭式底閥總成包括搗砂錐本體和搗砂錐鑽頭，在搗砂錐本體內設有進砂腔，在搗砂錐本體上設有多個搗砂錐本體進液孔與進砂腔相連通，搗砂錐本體的上端設有蓋板式閥片，所述蓋板式閥片的一端與搗砂錐本體通過扭簧相鉸接，所述蓋板式閥片用於打開和關閉在搗砂錐本體上設置的排砂通道，所述搗砂錐鑽頭與搗砂錐本體相連。

按上述技術方案，在所述搗砂錐鑽頭的外壁設有多個螺旋式鑽齒，在相鄰鑽齒形成的凹槽上設有多個鑽頭進液孔，所述鑽頭進液孔與搗砂錐鑽頭的中心孔相連通。

按上述技術方案，在驅動螺杆的外壁圓周均布設置有四條螺旋滑道。

本發明所取得的有益效果為：1、本發明通過控制驅動螺杆的向下運動，帶動棘輪機構正向(俯視順時針)旋轉，所述棘輪機構的旋轉帶動支撐筒及搗砂錐正向旋轉實現搗砂，上提驅動螺杆時，從動棘輪不發生旋轉，主動棘輪與從動棘輪在復位彈簧的作用下復位，能夠以自動旋轉鑽磨的方式將井筒沉積砂柱的硬質砂蓋鑽磨搗碎，進而實現正常的抽汲撈砂作業，提高撈砂成功率；2、本發明的搗砂錐的下端設有搗砂錐鑽頭，在搗砂錐鑽頭上設有鑽齒，有效的提高了搗砂效率。

附圖說明

圖1為本發明的結構圖。

圖2為圖1的A-A剖視圖。

圖3為驅動螺杆-徑向凸出件的傳動示意圖。

圖4為本發明中驅動螺杆的機構圖。

圖5為本發明中棘輪機構的主視圖。

圖6為本發明中棘輪機構的爆炸示意圖。

圖中：1—驅動螺杆；1-1—螺杆接頭；1-2—螺杆螺旋滑道；2—彈簧；3—滑動墊片；4—銷釘；5—驅動棘輪；6—從動棘輪；7—支撐筒；7-1—支撐筒呼吸孔；8—密封接頭；9—密封圈；10—密封環；11—變扣接頭；12—鑽頭式底閥總成；12-1—蓋板式閥片；12-2—搗砂錐本體；12-2-1—搗砂錐本體進液孔；12-3—搗砂錐鑽頭；12-3-1—鑽頭進液孔。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步說明。

如圖1-6所示，本實施例提供了一種自旋鑽進式井筒搗砂器，包括驅動螺杆1，在驅動螺杆1的外壁沿周向設有至少4條螺旋滑道1-2，在驅動螺杆1外套裝有棘輪機構，所述棘輪機構包括主動棘輪5和從動棘輪6，主動棘輪5的下端面設有主動嚙合齒，所述從動棘輪6的上端面設有從動嚙合齒，主動嚙合齒與從動嚙合齒相嚙合。在主動棘輪5的內壁對稱設有4個徑向凸出件4，所述徑向凸出件4對應嵌設在螺旋滑道1-2內，並能沿螺旋滑道的軌跡進行滑移，從而將徑向凸出件的螺旋滑移運動轉化成棘輪機構的旋轉運動，其中徑向凸出件4可以為銷釘也可以為其它類型的部件，本實施例以為銷釘為例進行說明。在驅動螺杆1的上端有一體式加工成的螺杆接頭1-1，所述復位彈簧2抵接在螺杆接頭1-1和主動棘輪5之間，所述棘輪機構通過復位彈簧2復位，在復位彈簧2的下端設有滑動墊片3。在棘輪機構下端依次連接有支撐筒7、變扣接頭11和鑽頭式底閥總成12，所述驅動螺杆1的下端伸入支撐筒7內，在驅動螺杆1的下端連接有密封接頭，所述密封接頭的上端通過密封圈9與驅動螺杆1密封連接，下端通過密封圈9與支撐筒7實現密封套接，且可相對支撐筒7軸向滑移。在支撐筒7上位於密封接頭8的上方設有支撐筒呼吸孔7-1。

所述搗砂錐12通過變扣接頭11與支撐筒7相連，所述搗砂錐12包括搗砂錐本體12-2和搗砂錐鑽頭12-3，在搗砂錐本體12-2內設有進砂腔，在搗砂錐本體上設有多個搗砂錐本體進液孔12-2-1與進砂腔相連通，搗砂錐本體的上端設有蓋板式閥片12-1，所述蓋板式閥片12-1的一端與搗砂錐本體12-2通過扭簧相鉸接，所述蓋板式閥片用於打開和關閉在搗砂錐本體上設置的排砂通道，所述搗砂錐鑽頭12-3與搗砂錐本體12-2相連。

在所述搗砂錐鑽頭12-3的外壁設有多個螺旋式鑽齒，在相鄰鑽齒形成的凹槽上設有多個鑽頭進液孔12-3-1，所述鑽頭進液孔12-3-1與搗砂錐鑽頭的中心孔相連通。

本發明的自旋鑽進式井筒搗砂器可以配套各種常規撈砂泵筒總成的使用，採用常規撈砂工藝操作時，本發明的搗砂器支撐在硬質砂蓋上，只需井口垂直上下反覆提放管柱，使向下壓力傳遞到本發明的搗砂器的驅動螺杆1上，儘管撈砂泵筒總成中的柱塞和泵筒為同軸裝配的圓柱體部件，兩者理論上既可直線滑動也可同軸旋轉，但是由於搗砂器至撈砂泵柱塞之間連接的儲砂油管和撈砂泵筒總成兩部分管柱很重，一般至少達到半噸力，這樣的高負荷加壓在驅動螺杆1上，就使得驅動螺杆1以上至撈砂泵筒整體管柱只能產生上下直線運動，而不會發生扭轉。由於主動棘輪5上鑲嵌的四顆驅動銷釘是一一對應嵌入在驅動螺杆的四條螺旋滑道中的，當驅動螺杆1向下垂直運動時，就會將旋轉扭矩通過銷釘傳導到主動棘輪5上，在彈簧2的壓力和螺旋滑道1-2對銷釘的正向摩擦力作用下，對主動棘輪5產生俯視順時針的旋轉扭力，由於棘輪機構始終嚙合，主動棘輪5就會將旋轉扭力傳導到從動棘輪6上，進而帶動支撐筒7、變扣接頭11和搗砂錐12產生俯視順時針的旋轉運動，進而使底部搗砂錐鑽頭12-3對硬質砂蓋產生鑽磨搗碎力量；當井口向上提起撈砂管柱時，驅動螺杆1同步上行，此時，在彈簧2的壓力和螺旋滑道對銷釘的反向摩擦力作用下，主動棘輪5產生俯視逆時針的旋轉運動，但是根據棘輪機構的原理，主動棘輪5和從動棘輪6將退出嚙合狀態，即主動棘輪5會在從動棘輪6上反向滑動，無法將反向旋轉扭矩傳遞到從動棘輪6以下部件上，即從動棘輪6以下部件會被驅動螺杆1同步提起，但卻不會發生旋轉，避免了所有連接處螺紋鬆動退扣的發生。當井口再次向下加壓整個撈砂管柱時，本發明的搗砂器將再次重複上述動作，如此循環，達到搗碎硬質砂蓋，撈砂順利進尺的目的。

通過對螺旋滑道的具體設計，本發明的搗砂器每次下衝程可自動旋轉3圈，可有效起到對硬質砂蓋的鑽磨作用。

本發明的搗砂器使用起出後經過清洗、檢查、修復可以重複多次使用，其搗砂錐12、蓋板式閥片12-1、彈簧2等均可以拆卸更換。