一種大排量連續式井下清砂解堵管柱及其清砂解堵工藝的製作方法

2023-11-06 13:05:27 4

本發明涉及石油工業中採油井井筒機械清砂技術領域，尤其涉及一種大排量連續式井下清砂解堵管柱及其清砂解堵工藝。

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。傳統的撈砂泵負壓撈砂工藝管柱結構自上而下依次為：動力油管，撈砂泵，儲砂油管，撈砂錐。採用反覆上提下放的連續抽汲方式使井筒中的沉積砂在井液的攜帶作用下被抽汲進並沉降在儲砂油管中，而井液通過撈砂泵頂端的循環孔再循環回流進井筒套管中。這種撈砂技術具有工藝成熟、操作簡單的特點。但是，當井筒沉積砂柱很厚、砂面較高，而動液面卻比較深時，就會造成只能下入少量幾根的儲砂油管，以保證撈砂泵頂部的遊動閥必須沉沒在動液面以下具有足夠的沉沒壓力，從而提高遊動閥的密封性。但是，少量的幾根儲砂油管將只能沉積容納少量砂，無法一次將井筒厚砂柱撈除乾淨，必須起下多趟撈砂管柱，經歷多次重複撈砂，延長作業佔井時間一到兩天才能達到徹底清除井筒沉積砂的目的，造成撈砂效率低下。尤其是隨著滾動開發、深度挖潛程度的不斷加大，目前各油田投入開發的深井、動液面很深的低能量採油井越來越多，這些井採用傳統撈砂工藝進行井筒清砂作業時表現出來的撈砂效率低、撈砂不徹底，甚至撈砂失敗的問題更為突出。

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井筒清砂效率高且可以實現地層解堵功能的大排量連續式井下清砂解堵管柱及其清砂解堵工藝。

本發明所採用的技術方案為：一種大排量連續式井下清砂解堵管柱，包括泵筒，在泵筒內安設有中空的柱塞和柱塞連杆，其特徵在於：柱塞連杆的上端連接有遊動閥，所述遊動閥的上端與泵上油管密封相連，泵筒的下端與搗砂器相連，在搗砂器的上端內部設有底部閥門，通過不斷的上提下放泵上油管，泵上油管帶動柱塞不停的上下運動，攜砂井液被抽入泵筒後通過泵上油管向井口返排。

按上述技術方案，所述遊動閥包括閥體，所述閥體的兩端分別與柱塞連杆和泵上油管相連，所述閥體內設有閥口朝上的閥球座，在閥球座上配置有閥球，在閥體的上端設有頂部球閥擋板，在頂部球閥擋板上設有多個過流孔。

按上述技術方案，所述底部閥門為蓋板式閥片，其包括在搗砂器上端內部設置內徑變小的閥口，在閥口的上部固設有底部蓋板，所述底部蓋板的一端與搗砂器通過扭簧相鉸接，通過底部蓋板的上翻和落下，實現閥口的開或關。

按上述技術方案，所述搗砂器的底部為尖錐狀，在搗砂器的內部設有中空的腔體，在搗砂器的側壁和底部均設有多個進液孔。

按上述技術方案，所述泵筒頂部的螺紋根部對稱設有對穿的呼吸孔。

按上述技術方案，所述泵筒的下端既可以通過泵下油管與搗砂器相連，又可以與搗砂器直接相連。

按上述技術方案，所述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。

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，所述搗砂錐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，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同樣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。

一種大排量連續式井下清砂解堵管柱的施工方法，其特徵在於：包括如下步驟：

步驟一、將大排量連續式井下清砂解堵管柱下放至井筒的砂面處；

步驟二、從井口向泵上油管內灌入一定體積的清水，使遊動閥的閥球與閥口密封配接；

步驟三、在井口油管上連接水龍帶，不斷的上提下放泵上油管，泵上油管帶動柱塞不停的上下運動，攜砂井液被抽入泵筒後通過泵上油管向井口返排，最終通過水龍帶排汙進地面汙水處理設備。

本發明所取得的有益效果為：

1、本發明的遊動閥上部採用封閉的結構，遊動閥上部不再設置側向循環孔，井液不會再回流進井筒，固相顆粒會在連續抽汲作用下隨井液沿泵筒和泵上油管串始終向井口返排，最終通過井口水龍帶排汙進地面汙水罐，只需下一趟該工藝管柱連續操作就能將井筒沉積砂徹底清除乾淨，清砂效率大大的得到提高；

2、由於本發明實現了連續抽排清砂功能，無需再設置儲砂管，泵筒的下端既可以與搗砂器直接相連，也可以通過一根油管或油管短節相連，使得泵下餘隙大大縮小，進一步提升了抽吸能力；

3、本發明的搗砂器通過控制驅動螺杆的向下運動，帶動棘輪機構產生正向(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，使搗砂錐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；

4、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；

5、由於遊動閥上部與泵上油管密封連接，遊動閥所受的沉沒壓力與井筒液面毫無關係，運用本發明的清砂解堵工藝進行井筒清砂作業時將不再受井筒沉積砂柱很厚、砂面較高，而動液面卻比較深這種矛盾因素限制；且，隨著泵筒上部油管中不斷上返的液柱越來越高，泵筒頂部遊動閥所承受的沉沒壓力也會隨之越來越高，上衝程的密封可靠性、在抽砂泵筒中形成的負壓抽汲強度、抽汲清砂效率隨之都會不斷提高。

附圖說明

圖1為本發明提供的大排量連續式井下清砂解堵管柱的結構圖。

圖2為本發明提供的大排量連續式井下清砂解堵管柱上提管柱時井液的流向示意圖。

圖3為圖1中的B-B剖視圖。

圖4為圖1中的A-A剖視圖。

圖5為本發明中提供的搗砂器的結構圖。

圖6為圖5中的A-A剖視圖。

圖7為圖5中B處的主剖視圖。

圖8為搗砂器的驅動螺杆的立體圖。

圖9為本發明中棘輪機構的爆炸示意圖。

圖中：1—水龍帶；2—泵上油管；3—頂部球閥擋板；4—頂部球閥；5—頂部球閥座；6—泵筒；6-1—泵筒呼吸孔；7—柱塞連杆；8—柱塞；9—泵下油管；10—搗砂錐；10-1—蓋板式閥片；10-2—搗砂錐進液孔；11—沉積砂；12—人工井底；13—井液；14—套管；15—井口；16—驅動螺杆；16-1—螺杆接頭；16-2—螺杆螺旋滑道；17—彈簧；18—滑動墊片；19—銷釘；20—主動棘輪；21—從動棘輪；22—支撐筒；22-1—支撐筒呼吸孔；23—密封接頭；24—密封圈；25—密封環；26—變扣接頭；27—搗砂錐；27-1—蓋板式閥片；27-2—搗砂錐本體；27-2-1—搗砂錐本體進液孔；27-3—搗砂錐鑽頭；27-3-1—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1-4所示，本實施例提供了一種大排量連續式井下清砂解堵管柱，包括泵筒6，在泵筒6內安設有中空的柱塞8和柱塞連杆7，柱塞8可以相對泵筒6上下滑移，兩者之間的間隙小於砂體顆粒直徑，所述泵筒的側壁設有對穿的呼吸孔6-1，該呼吸孔6-1位於泵筒6頂部螺紋的根部。柱塞連杆7的上端連接有遊動閥，所述遊動閥的上端與泵上油管2密封相連，泵筒6的下端與搗砂器10相連。

所述遊動閥包括閥體，所述閥體的兩端分別與柱塞連杆7和泵上油管2相連，所述閥體內設有閥口朝上的閥球座5，在閥球座5上配置有閥球4，在閥體的上端設有頂部球閥擋板3，在頂部球閥擋板上設有多個過流孔。

本實施例中，所述搗砂器10的底部為尖錐狀，在搗砂器的內部設有中空的腔體，在搗砂器的側壁和底部均設有多個進液孔10-2，在搗砂器上端內部設置內徑變小的閥口，在閥口的上部設有蓋板式閥片10-1，所述蓋板式閥片10-1的一端通過扭簧與搗砂器的內壁相鉸接，通過蓋板式閥片10-1的翻轉，實現閥口的開或關。

本實施例中，泵筒的下端與搗砂器之間不再需要連接儲砂油管，兩者可以直接相連，也可以通過一根泵下油管9或油管短節與搗砂器相連。

上述大排量連續式井下清砂解堵管柱的清砂解堵工藝，包括如下步驟：

步驟一、將大排量連續式井下清砂解堵管柱下放至井筒的砂面11處，使搗砂器與砂面接觸；

步驟二、從井口向泵上油管內灌入一定體積的清水，使遊動閥的閥球4與閥口密封配接；

步驟三、在井口油管上連接水龍帶1，使用修井設備上提泵上油管2，泵上油管2帶動柱塞8上行，此時，遊動閥關閉，蓋板式閥片10-1打開，，攜砂井液13一起通過搗砂器的進液孔10-2及蓋板式閥片10-1的閥口進入泵筒6內；柱塞8到達上死點後，下放泵上油管，推動柱塞8下行，此時，蓋板式閥片10-1關閉，遊動閥打開，砂粒在井液的攜帶下通過泵上油管2向井口15返排，最終通過水龍帶1排汙進地面汙水罐。如此連續循環往復，井筒砂面不斷下降，砂柱逐漸變薄，只需在井口第一油管和水龍帶之間逐根連接單根油管來加長整個清砂管柱，從而實現不斷下行清砂，實現下一趟該工藝管柱連續操作就能將井筒沉積砂徹底清除乾淨。同時，因遊動閥上部沒有側向循環孔，井筒液面壓力不再作用在遊動閥上。也就是說，遊動閥所受的沉沒壓力與井筒液面毫無關係，運用該工藝技術進行井筒清砂作業時將不再受井筒沉積砂柱很厚、砂面較高，而動液面卻比較深這種矛盾因素限制。而且，隨著泵上油管中不斷上返的液柱越來越高，頂部遊動閥所承受的沉沒壓力也會隨之越來越高，上衝程的密封可靠性、在抽砂泵筒中形成的負壓抽汲強度、抽汲清砂效率隨之都會不斷提高。

另外，泵筒採用泵徑規格為的大排量、長衝程井下清砂管柱，通過連續抽排作業可以對射孔井段形成強力的抽汲作用。而隨著井液不斷返排出井口，可以持續降低井筒液面，大幅降低短時間內的井底流壓，疏通地層孔道，對油井起到一定的解除堵塞作用，使其作業完開抽後能夠及時恢復產能並得到一定程度的增產效果。

本實施例中，為了進一步提高本發明的清砂效率，本發明的搗砂器也可以設置成自旋鑽進式搗砂器，其結構如圖5-9所示，其包括驅動螺杆16，在驅動螺杆16的外壁沿周向設有至少4條螺旋滑道16-2，在驅動螺杆16外套裝有棘輪機構，所述棘輪機構包括主動棘輪20和從動棘輪21，主動棘輪20的下端面設有主動嚙合齒，所述從動棘輪21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20的內壁對稱設有4個徑向凸出件19，所述徑向凸出件19對應嵌設在螺旋滑道16-2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19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16的上端有一體式加工成的螺杆接頭16-1，所述復位彈簧17抵接在螺杆接頭16-1和主動棘輪20之間，所述棘輪機構通過復位彈簧17復位，在復位彈簧17的下端設有滑動墊片18。在棘輪機構下端依次連接有支撐筒22和搗砂錐27，所述驅動螺杆16的下端伸入支撐筒22內，在驅動螺杆16的下端連接有密封接頭23，所述密封接頭的上端通過密封圈24與驅動螺杆16密封連接，下端通過密封圈24與支撐筒22實現密封套接，且可相對支撐筒22軸向滑移。在支撐筒22上位於密封接頭23的上方設有支撐筒呼吸孔22-1。

所述搗砂錐27通過變扣接頭26與支撐筒22相連，所述搗砂錐27包括搗砂錐本體27-2和搗砂錐鑽頭27-3，在搗砂錐本體27-2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27-2-1與進砂腔相連通，搗砂錐本體的上端設有蓋板式閥片27-1，所述蓋板式閥片27-1的一端與搗砂錐本體27-2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27-3與搗砂錐本體27-2相連。

在所述搗砂錐鑽頭27-3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27-3-1，所述鑽頭進液孔27-3-1與搗砂錐鑽頭的中心孔相連通。

本實施例的搗砂器的工作原理為：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，使向下壓力傳遞到搗砂器的驅動螺杆16上，由於主動棘輪20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22-1中的，當驅動螺杆16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20上，在彈簧17的壓力和螺旋滑道16-2對銷釘的正向摩擦力作用下，對主動棘輪20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20就會將旋轉扭力傳導到從動棘輪21上，進而帶動支撐筒22、變扣接頭26和搗砂錐27產生俯視順時針的旋轉運動，進而使底部搗砂錐鑽頭27-3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16同步上行，此時，在彈簧17的壓力和螺旋滑道對銷釘的反向摩擦力作用下，主動棘輪20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20和從動棘輪21將退出嚙合狀態，即主動棘輪20會在從動棘輪21上反向滑動，無法將反向旋轉扭矩傳遞到從動棘輪21以下部件上，即從動棘輪21以下部件會被驅動螺杆16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，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，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。

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27、蓋板式閥片27-1、彈簧17等均可以拆卸更換。