管柱的製作方法

2023-10-09 10:02:29

本發明涉及油田修井作業技術領域，特別涉及一種管柱。

背景技術：

目前，中國的大慶、遼河、吉林等東部油田均進入到了油田開發的中後期，油井出砂問題日益嚴重，直接影響油井產量。因此在油田開發的過程中都需要採取各種不同的手段或措施以解決油井出砂導致的砂埋油層。

解決砂埋油層的一般方法均會採用到衝砂操作。其中，對於地層壓力低的油層砂埋問題可以採用撈砂、衝砂相結合的工藝解決，而對於衝砂、撈砂解決不了的油井砂埋問題可以採用下螺杆鑽具的操作，具體通過螺杆鑽具先鑽然後再進行衝砂的方式解決。但是下螺杆鑽具的操作增加了作業成本，其原因是先鑽後衝需要起下兩趟管柱，如此導致了作業費用的增加，同時增加了佔井時間，減少了油井的生產時間。

技術實現要素：

為了克服現有技術的上述缺陷，本發明實施例所要解決的技術問題是提供了一種管柱，其能夠在一次下入管柱的過程中對油層進行鑽砂、衝砂和撈砂的操作以解決油井出砂導致的砂埋問題。

本發明實施例的具體技術方案是：

一種管柱，包括：

沿豎直方向延伸的油管；

連接在所述油管下端的驅動裝置，所述驅動裝置包括殼體、設置在所述殼體內的中心杆，所述中心杆的側壁上設置有呈螺旋式的葉片，所述葉片在流體通過時能夠帶動所述中心杆轉動；

連接在所述中心杆下端的刮刀鑽頭，所述刮刀鑽頭與所述中心杆中形成有一導流通道，所述導流通道連通所述螺旋式葉片下方的所述中心杆側壁和所述刮刀鑽頭的頭部；

設置在所述油管側壁上用於承裝砂的桶體，所述桶體的開口朝向上方。

在一種優選的實施方式中，所述油管由單根油管連接而成，所述單根油管之間通過油管接箍相連接，所述桶體卡掛在所述油管接箍的臺肩上。

在一種優選的實施方式中，所述桶體包括水平方向橫截面呈半圓環形的第一撈沙桶和第二撈沙桶，所述第一撈沙桶和所述第二撈沙桶相對的側壁上通過銷軸以使兩者相連接。

在一種優選的實施方式中，呈螺旋式的所述葉片側面貼近於所述殼體的內壁。

在一種優選的實施方式中，所述導流通道包括與所述葉片下方的中心杆側壁連通的第一流道、與所述第一流道相連接的第二流道和與所述第二流道相連接的第三流道，所述第二流道沿豎直方向設置在所述中心杆和所述刮刀鑽頭的中心，所述第三流道設置在所述刮刀鑽頭中並連通所述刮刀鑽頭的頭部。

在一種優選的實施方式中，所述刮刀鑽頭的頭部呈圓錐狀，所述第三流道連通所述刮刀鑽頭的頭部的圓錐面，所述第三流道與所述中心杆的軸線呈預設夾角。

在一種優選的實施方式中，所述預設夾角為45度。

在一種優選的實施方式中，所述第一撈沙桶包括外側板、內側板、連接所述外側板和所述內側板的兩塊側壁板和連接所述外側板、所述內側板和所述側壁板的底板。

在一種優選的實施方式中，所述中心杆穿出所述殼體的下端，所述殼體的下端與所述中心杆之間呈封閉狀態，所述第一流道連通的中心杆側壁位於所述螺旋式葉片和所述殼體的下端之間。

在一種優選的實施方式中，所述殼體與所述油管通過螺紋相連接，所述中心杆與所述殼體之間通過軸承相連接。

本發明的技術方案具有以下顯著有益效果：

本申請中的管柱在一次下入油井的過程中，能夠同時完成鑽沙、衝砂以及撈砂的三個功能，這樣可以大幅節約作業時間，且有效降低了作業成本，同時，還減小了佔用油井的時間，進而增加了油井的生產時間。

附圖說明

在此描述的附圖僅用於解釋目的，而不意圖以任何方式來限制本發明公開的範圍。另外，圖中的各部件的形狀和比例尺寸等僅為示意性的，用於幫助對本發明的理解，並不是具體限定本發明各部件的形狀和比例尺寸。本領域的技術人員在本發明的教導下，可以根據具體情況選擇各種可能的形狀和比例尺寸來實施本發明。

圖1為本發明實施例中管柱的結構示意圖。

圖2為本發明實施例中桶體中第一撈沙桶的結構示意圖。

以上附圖的附圖標記：

1、套管；2、油管；21、單根油管；22、油管接箍；3、桶體；31、第一撈沙桶；311、外側板；312、內側板；313、側壁板；314、底板；32、第二撈沙桶；33、銷軸；4、驅動裝置；41、殼體；42、中心杆；43、葉片；5、刮刀鑽頭；6、導流通道；61、第一流道；62、第二流道；63、第三流道；7、軸承；8、沉砂。

具體實施方式

結合附圖和本發明具體實施方式的描述，能夠更加清楚地了解本發明的細節。但是，在此描述的本發明的具體實施方式，僅用於解釋本發明的目的，而不能以任何方式理解成是對本發明的限制。在本發明的教導下，技術人員可以構想基於本發明的任意可能的變形，這些都應被視為屬於本發明的範圍。需要說明的是，當元件被稱為「設置於」另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當一個元件被認為是「連接」另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語的具體含義。本文所使用的術語「垂直的」、「水平的」、「上」、「下」、「左」、「右」以及類似的表述只是為了說明的目的，並不表示是唯一的實施方式。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬於本申請的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本申請的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施方式的目的，不是旨在於限制本申請。本文所使用的術語「和/或」包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。

由於先鑽後衝需要起下兩趟管柱，下螺杆鑽具的操作增加了作業成本，導致了作業費用的增加，同時增加了佔井時間，因此為了使得管柱能夠在一次下入管柱的過程中對油層進行鑽砂、衝砂和撈砂的操作以解決油井出砂導致的砂埋問題，在本申請中提出了一種管柱，圖1為本發明實施例中管柱的結構示意圖，如圖1所示，該管柱包括：沿豎直方向延伸的油管2；連接在油管2下端的驅動裝置4，驅動裝置4包括殼體41、設置在殼體41內的中心杆42，中心杆42的側壁上設置有呈螺旋式的葉片43，葉片43在流體通過時能夠帶動中心杆42轉動；連接在中心杆42下端的刮刀鑽頭5，刮刀鑽頭5與中心杆42中形成有一導流通道6，導流通道6連通螺旋式葉片43下方的中心杆42側壁和刮刀鑽頭5的頭部；設置在油管2側壁上用於承裝砂的桶體3，桶體3的開口朝向上方。

當油井出現出砂問題後，將本申請中的管柱下入油井的套管1中，當管柱的刮刀鑽頭5下入至套管1沉砂8處時，在油井井口處向管柱內部注入衝砂液，衝砂液隨著管柱的油管2流入至驅動裝置4處，衝砂液先通過驅動裝置4的殼體41與呈螺旋式的葉片43之間，在衝砂液流經呈螺旋式的葉片43時，其對葉片43進行衝擊，由於衝砂液注入時本身還帶有較高的壓力，因此，衝砂液能夠推動葉片43進行旋轉，葉片43安裝在中心杆42上，進而葉片43帶動中心杆42發生旋轉，衝砂液流至殼體41內葉片43下方。刮刀鑽頭5與中心杆42中形成有一導流通道6，衝砂液再進入到中心杆42的導流通道6中，其沿著導流通道6流至刮刀鑽頭5中，由於中心杆42發生旋轉，其下部連接的刮刀鑽頭5也隨著旋轉，因此，刮刀鑽頭5能夠順利鑽入套管1的沉砂8中。與此同時，由於衝砂液流至刮刀鑽頭5中，其通過刮刀鑽頭5的頭部向外噴出，如此而已進一步對沉砂8進行衝擊，由於刮刀鑽頭5呈旋轉狀態，通過導流通道6噴射出的衝砂液能夠周向旋轉，可以對套管1中不同位置的沉砂8進行衝擊，起到了更好的衝砂作用。在衝砂液和刮刀鑽頭5的作用下，部分顆粒較小或密度較小的沉砂8不斷的混入衝砂液中，隨著衝砂液在管柱和套管1之間的間隙返流至井口，如此該部分沉砂8被清理出套管1。部分顆粒較大或密度較大的沉砂8在刮刀鑽頭5和衝砂液的作用下僅會被揚起一定高度，隨後其不會隨著衝砂液返流至井口，而是在重力的作用下下沉，如果該部分顆粒較大或密度較大的沉砂8不斷下沉，那麼當管柱工作一段時間後，其下端的刮刀鑽頭5接觸的沉砂8處都是顆粒較大或密度較大的沉砂8，整個管柱基本無法繼續深入清理更下層的沉砂8。因此，在本管柱上在油管2側壁上設置有用於承裝砂的桶體3，桶體3的開口朝向上方，當部分顆粒較大或密度較大的沉砂8在刮刀鑽頭5和衝砂液的作用下被揚起一定高度後，其在下落時即會掉入至油管2上的桶體3之中，其不會繼續下落至刮刀鑽頭5處，如此，通過上述結構的管柱同時還能夠將沉砂8中顆粒較大或密度較大的部分進行有效收集，當管柱作業完成以後，上提管柱時，即一起將管柱上桶體3內的沉砂8一起帶出，如此實現了撈砂的功能。本申請中的管柱在一次下入油井的過程中，能夠同時完成鑽沙、衝砂以及撈砂的三個功能，這樣可以大幅節約作業時間，且有效降低了作業成本，同時，還減小了佔用油井的時間，進而增加了油井的生產時間。

為了更好的了解本申請中的管柱，下面將對其做進一步解釋和說明。如圖1所示，整個管柱的上部為沿豎直方向延伸的油管2，油管2用於整個管柱下入至油井的套管1下方，在進行鑽沙以及衝砂操作時，通過油管2向管柱下方輸送衝砂液。一般而言，整個油管2可以由多根單根油管21連接而成，單根油管21之間通過油管接箍22相連接。油管接箍22上存在有向油管2徑向方向向外突出的臺肩，該臺肩可以用於卡掛桶體3，因此使得桶體3與油管2不需要其它連接件或固定件就可以達到桶體3固定不下落的目的。

如圖1所示，桶體3可以設置在油管2側壁上，其主要用於承裝衝砂操作後在套管1中下落的沉砂8。桶體3可以卡掛在油管接箍22的臺肩上，當然的，其也可以通過螺栓等連接件固定在油管2的側壁上。在一種可行的實施方式中，圖2為本發明實施例中桶體3中第一撈沙桶31的結構示意圖，如圖2所示，桶體3可以包括水平方向橫截面呈半圓環形的第一撈沙桶31和第二撈沙桶32，第一撈沙桶31和第二撈沙桶32相對的側壁上通過銷軸33以使兩者相連接。第一撈沙桶31可以包括外側板311、內側板312、連接外側板311和內側板312的兩塊側壁板313和連接外側板311、內側板312和側壁板313的底板314。同樣的，第二撈沙桶32的結構與第一撈沙桶31相同，在此不再贅述。

當水平方向橫截面呈半圓環形的第一撈沙桶31和第二撈沙桶32通過相對的側壁合併在一起時，兩者可以形成一個完整的圓環形，因此，形成一個完整的圓環形後，第一撈沙桶31和第二撈沙桶32可以通過油管接箍22上向外突出的臺肩卡掛在油管2上，然後再通過第一撈沙桶31和第二撈沙桶32相對的側壁上設置多個銷軸33以使兩者相連接，這樣，第一撈沙桶31和第二撈沙桶32便不會相分離，當上提管柱後需要將第一撈沙桶31和第二撈沙桶32分離以清理其中的沉砂8時，只需要將銷軸33卸下，從而使得第一撈沙桶31和第二撈沙桶32與油管2相脫離。上述結構可以使得桶體3便於在油管2上進行安裝和拆卸，同時，相比於單個整圓環的桶體3而言，通過第一撈沙桶31和第二撈沙桶32合併形成的桶體3可以進一步提高強度，以使得桶體3內能夠承裝足夠的沉砂8，避免桶體3出現損壞的可能性，進而影響管柱整體作業過程。

對於大斜度井和水平井使用此管柱的該撈砂功能時，桶體3的位置應該設置在離衝砂點位置近且井斜角相對小的位置，這樣以後才能保證部分顆粒較大或密度較大的沉砂8能夠較大可能的下落或進入到桶體3中。

如圖1所示，驅動裝置4連接在油管2的下端，驅動裝置4包括殼體41、設置在殼體41內的中心杆42。殼體41的上端可以與油管2的下端通過螺紋方式相連接，當然的，其它連接方式同樣可以運用於此，只要能夠使得兩者能夠相連接，保證一定的密封程度即可。

如圖1所示，驅動裝置4的中心杆42沿豎直方向延伸，中心杆42的橫截面呈圓形，以保證中心杆42的旋轉。在中心杆42的側壁上設置有呈螺旋式的葉片43，葉片43在流體通過時受到流體的衝擊能夠帶動中心杆42轉動，在本申請中流體就是通過油管2下入的衝砂液，在衝砂液的衝擊和壓力下，葉片43帶動中心杆42旋轉。為了使得衝砂液能夠以一個較好的效率衝擊葉片43產生扭矩，以及製造成本和使用效果，經過研究發現葉片43優選為呈螺旋式的葉片43，多葉片43式的結構不適合該處，而呈螺旋式的整體葉片43具有較大的優勢。呈螺旋式的葉片43側面儘量貼近於殼體41的內壁，如此絕大部分的衝砂液必須流經呈螺旋式的葉片43之間的流道。為了能夠較好的固定住中心杆42，同時不影響中心杆42的轉動，中心杆42與殼體41之間通過軸承7相連接，軸承7可以設置在中心杆42的上端處，衝砂液可以繞過軸承7進而流至呈螺旋式的葉片43上方。在本管柱中，利用衝砂液流經驅動裝置4的方式產生了對中心杆42的扭矩，如此，在本管柱中不需要設置其它的電動類的驅動裝置4以產生對中心杆42的扭矩，進而能使得下部的刮刀鑽頭5旋轉，這樣以後可以有效簡化管柱的複雜程度和成本，同時在不存在電的情況下還可以保證施工操作中的安全。

如圖1所示，刮刀鑽頭5連接在中心杆42下端，兩者之間可以通過螺紋連接、焊接、卡扣、插接等方式連接。刮刀鑽頭5與中心杆42中形成有一導流通道6，導流通道6連通螺旋式葉片43下方的中心杆42側壁和刮刀鑽頭5的頭部。在一個實施方式中，導流通道6可以包括與葉片43下方的中心杆42側壁連通的第一流道61、與第一流道61相連接的第二流道62和與第二流道62相連接的第三流道63，第二流道62沿豎直方向設置在中心杆42和刮刀鑽頭5的中心，第三流道63設置在刮刀鑽頭5中並連通刮刀鑽頭5的頭部。刮刀鑽頭5的頭部可以呈圓錐狀，第三流道63連通刮刀鑽頭5的頭部的圓錐面，第三流道63與中心杆42的軸線呈預設夾角。中心杆42穿出殼體41的下端，殼體41的下端與中心杆42之間儘量呈封閉狀態，第一流道61連通的中心杆42側壁位於螺旋式葉片43和殼體41的下端之間，如此，衝砂液流經葉片43以後儘可能的流入第一流道61中，進而衝砂液再沿著第二通道和第三通道自刮刀鑽頭5的頭部噴出，噴射出的衝砂液能夠對套管1內的沉砂8起到衝擊的作用，使得沉砂8上揚。由於中心杆42旋轉帶動刮刀鑽頭5旋轉，刮刀鑽頭5能夠對沉砂8進行鑽沙操作使得刮刀鑽頭5下入沉砂8一定深度。在刮刀鑽頭5旋轉的同時，自刮刀鑽頭5頭部的第三通道噴射出的衝砂液也會發生周向旋轉，因此，可以對套管1中不同位置的沉砂8進行衝擊，起到了更好的衝砂作用。在衝砂液和刮刀鑽頭5的作用下，部分顆粒較小或密度較小的沉砂8不斷的混入衝砂液中，隨著衝砂液在管柱和套管1之間的間隙返流至井口，如此該部分沉砂8就被清理出套管1。部分顆粒較大或密度較大的沉砂8在刮刀鑽頭5和衝砂液的作用下被揚起一定高度後，下落時掉入至油管2上的桶體3之中，如此，通過上述結構的管柱將沉砂8中顆粒較大或密度較大的部分進行有效收集，當管柱作業完成以後，上提管柱時，即一起將管柱上桶體3內的沉砂8一起帶出，如此實現撈砂的功能。

考慮到衝砂液的衝擊力和衝砂的效果，在刮刀鑽頭5上開設的第三通道的數量優選為一個，第三流道63與中心杆42的軸線呈的預設夾角為40度至50度之間，一般選擇在45度左右，如此，衝砂液一方面可以對刮刀鑽頭5下方的沉砂8起到衝擊作用，另外一方面其還可以對刮刀鑽頭5側方的沉砂8起到衝擊，使得側方的沉砂8被揚起進而隨著衝砂液反流至井口排出。第三通道的內徑則具體可以根據井內沉砂8的情況確定。

多個元件、成分、部件或步驟能夠由單個集成元件、成分、部件或步驟來提供。另選地，單個集成元件、成分、部件或步驟可以被分成分離的多個元件、成分、部件或步驟。用來描述元件、成分、部件或步驟的公開「一」或「一個」並不說為了排除其他的元件、成分、部件或步驟。

本說明書中的各個實施例均採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可。上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在於讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發明的內容並據以實施，並不能以此限制本發明的保護範圍。凡根據本發明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。