应用在待修油井中并能由修井机驱动的冲砂装置的制作方法

1.本发明属于石油开发技术领域，具体涉及一种应用在待修油井中并能由修井机驱动的冲砂装置。


背景技术：

2.在油井生产过程中，由于地层砂以及细颗粒从地层产出，堵塞了出油通道，造成油井产能逐渐降低甚至停产，同时会损坏井下设备造成井下卡死事故。为了恢复油井的产量，需要使用高速流动的冲砂液将井底砂堵冲散，并通过管柱内空间与管柱-套管环形空间建立流体循环，并借用流体循环上返的能力，将冲散的砂子带出地面，也就是冲砂作业。
3.现有的油井冲砂作业过程中，常用到中空管柱和冲砂头构成的冲砂装置，但随着井深增加，需要的管柱长度也随之增加，管柱自身重量变大，对驱动设备的综合要求也会随之增加，由此导致费用低、载重能力低、输出扭矩低和冲砂液泵送压力低的修井机难以适用，并被迫使用费用高、载重能力高、输出扭矩高和冲砂液泵送压力高的钻机来实施。因此，为实现低成本冲砂，如何改进冲砂装置并使其可以由修井机直接驱动成为了亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

4.为了解决上述全部或部分问题，本发明的目的是提供一种应用在待修油井中并能由修井机驱动的冲砂装置，其可以降低对驱动设备的载重能力、输出扭矩和冲砂液泵送压力要求，以允许使用费用低的修井机来驱动其完成冲砂作业。
5.本发明提供了一种应用在待修油井中并能由修井机驱动的冲砂装置，其包括冲砂头及其输送管柱，输送管柱包括沿着自上而下以连续或间断方式收缩尺寸的内管和沿着自上而下以连续或间断方式收缩尺寸的外管，内管内存在芯腔，内管与外管之间形成环腔，所述内管和/或外管的下端连接冲砂头，芯腔能够接收冲砂液并向冲砂头提供冲砂液，使得冲砂头能实施冲砂作业，环腔能接收并向冲砂头提供惰性气体，并使惰性气体在冲砂头外与冲砂液混合。
6.进一步地，还包括设在所述芯腔内并与所述冲砂头相邻的第一单向阀，其能够准许冲砂液自上而下从其内部流过。
7.进一步地，还包括设在所述环腔内并与所述冲砂头相邻的第二单向阀，其能够准许惰性气体自上而下从其内部流过。
8.进一步地，所述内管和外管的径向尺寸沿着自上而下以间断方式同步地收缩，所述内管和外管均包括沿着自上而下顺序连接且径向尺寸依次递减的第一节、第二节和第三节。
9.进一步地，所述外管和内管皆由s135钢制成。
10.进一步地，所述内管的第一节的内径为所述待修油井的套管的内径的0.360-0.364倍，其壁厚为所述套管的内径的0.043-0.047倍，其长度为1400m-1600m；所述内管的
第二节的内径为所述套管的内径的0.308-0.312倍，其壁厚为所述套管的内径的0.037-0.041倍，其长度为2400-2600m；所述内管的第三节的内径为所述套管的内径的0.184-0.188倍，其壁厚为所述套管的内径的0.034-0.038倍，其长度为3900-4100m；所述外管的第一节的内径为所述套管的内径的0.693-0.689倍，其壁厚为所述套管的内径的0.063-0.067倍，其长度为1400m-1600m m；所述外管的第二节的内径为所述套管的内径的0.536-0.540倍，其壁厚为所述套管的内径的0.057-0.061倍，其长度为2400-2600m；所述外管的第三节的内径为所述套管的内径的0.452-0.456倍，其壁厚为所述套管的内径的0.058-0.062倍，其长度为3900-4100m。
11.进一步地，所述内管的第一节的内径为所述套管的内径的0.362倍，其壁厚为所述套管的内径的0.045倍，其长度为1500m；所述内管的第二节的内径为所述套管的内径的0.310倍，其壁厚为所述套管的内径的0.039倍，其长度为2500m；所述内管的第三节的内径为所述套管的内径的0.187倍，其壁厚为所述套管的内径的0.036，其长度为4000m；所述外管的第一节的内径为所述套管的内径的0.691倍，其壁厚为所述套管的内径的0.065倍，其长度为1500m；所述外管的第二节的内径为所述套管的内径的0.538倍，其壁厚为所述套管的内径的0.059，其长度为2500m；所述外管的第三节的内径为所述套管的内径的0.454倍，其壁厚为所述套管的内径的0.060倍，其长度为4000m。
12.进一步地，所述冲砂头为牙轮钻头或聚晶金刚石复合片钻头。
13.进一步地，还包括井口接头，所述内管的上端和外管的上端能够通过所述井口接头连接井外的修井机，并使所述修井机能带动所述管柱及冲砂头同步转动。
14.进一步地，所述井口接头包括用于将所述管柱的芯腔连接冲砂液供应系统的第一通道，以及用于将所述管柱的环腔连接惰性气体供应系统的第二通道，其中所述惰性气体为氮气。
15.由上述技术方案可知，本发明的应用在待修油井中并能由修井机驱动的冲砂装置，将管柱改为由内管和外管所构成的双层结构，且使其的径向尺寸沿着自上而下方向逐渐收缩，这不但可以降低冲砂装置的自重，而且可以降低其内冲砂液的容纳体积，有效降低其对驱动设备的载重能力、输出扭矩的要求，为修井机能够驱动该冲砂装置而打下坚实基础，并确保了可以通过渐缩的内管来提高冲砂液压和在离开冲砂头时的冲击力，使冲击力足够冲散砂堵。虽然修井机的冲砂液泵送压力并未提高，但却可以通过由外管与内管之间环腔送入井底的惰性气体来提高冲砂液的携砂上升能力，以使携砂的冲砂液能返回至地面，完成冲砂作业。也就是说，该冲砂装置降低了对驱动设备载重能力、输出扭矩和冲砂液泵送压力的要求，允许使用费用较低的修井机来驱动其完成冲砂作业。
附图说明
16.下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述。在图中：
17.图1为本发明实施例的应用在待修油井中并能由修井机驱动的冲砂装置的结构示意图；
18.在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
19.下面将结合附图对本发明做进一步说明。
20.图1为根据本发明实施例的应用在待修油井中并能由修井机驱动的冲砂装置100的结构示意图，该冲砂装置100包括冲砂头2及用于将冲砂头2送入并布置在待修油井的底部的管柱1、以及将管柱1连接在修井机上的井口接头。冲砂头2用于破坏沙堵，并建议选为牙轮钻头或聚晶金刚石复合片钻头，其具有耐磨性好、耐高温等特点，并易于提高冲砂效果。随着待修油井深度的增加，管柱1可以通过连接新的管柱1来延长，进而将冲砂头2送入待修油井的特定深度。
21.该管柱1包括内管11和套设在内管11外的外管12，以及形成在内管11内的芯腔3和形成在内管11与外管12之间的环腔4。内管11的径向尺寸沿着自上而下以连续或间断方式收缩，同样外管12的径向尺寸也沿着自上而下以连续或间断方式收缩。内管11和/或外管12的上端连接修井机，而下端与冲砂头2相连，使修井机能通过内管11来提高冲砂液携砂上升的能力，保证冲砂作业顺畅、低阻的实施。由此可以降低埋住管柱1的可能性，预防卡死事故。芯腔3能够接收由修井机所提供的冲砂液并将其提供冲砂头2，保证冲砂头2能实施冲砂作业，而环腔4能接收修井机所提供惰性气体并运输到冲砂头2的周边，并使惰性气体能在冲砂头2外与冲砂液混合。
22.根据本发明的实施例，该冲砂装置100将管柱1改为由内管11和外管12所构成的双层结构，且使其的径向尺寸沿着自上而下方向逐渐收缩，这不但可以降低冲砂装置100的自重而且可以降低内冲砂液的容纳体积，有效降低其对驱动设备的载重能力、输出扭矩的要求，为修井机能够驱动该冲砂装置100而打下坚实基础，并确保了可以通过渐缩的内管11来提高冲砂液压在离开冲砂头2时的冲击力，使该冲击力足够冲散沙堵，虽然修井机的冲砂液泵送压力并未提高，但却可以通过由外管12与内管11之间的环腔4送入井底的惰性气体来提高冲砂液携砂上升的能力，以使携砂的冲砂液能返回至地面，完成冲砂作业。也就是说，该冲砂装置100降低了对驱动设备的载重能力、输出扭矩和冲砂液泵送压力的要求，允许了应用使用费低的修井机来驱动其完成冲砂作业。
23.在本实施例中，冲砂装置100还包括设在芯腔3内并与冲砂头2相邻(≤2m)的第一单向阀5，其能够准许冲砂液自上而下从其内部流过，以防止井底的流体通过第一单向阀5逆向流入芯腔3内造成不利的损失。同样地，冲砂装置100还包括设在环腔4内并与冲砂头2相邻(≤2m)的第二单向阀6，其能够准许惰性气体自上而下从其内部流过，以防止井底的流体通过第二单向阀6逆向流入环腔4内造成不利的损失。
24.在本实施例中，为了降低制造难度和制造成本，内管11和外管12的径向尺寸沿着自上而下以间断方式同步地收缩，且该内管11包括沿着自上而下方向顺序连接且径向尺寸依次递减的第一节11a、第二节11b和第三节11c，该外管12也包括沿着自上而下方向顺序连接且径向尺寸依次递减的第一节12a、第二节12b和第三节12c。其中，外管12和内管11皆优选由s135钢制成，由于该材质屈服强度大，耐腐蚀好，可以大幅度提高管柱1的使用寿命。
25.实验表明，当按照下面参数构造内管11和外管12时，冲砂装置100可进一步地降低对修井机的载重能力、输出扭矩和冲砂液泵送压力要求，并进一步地降低管柱被卡死的事故。即，内管11的第一节11a的内径可为待修油井的套管7的内径的0.360-0.364倍，其壁厚为套管7的内径的0.043-0.047倍，其长度为1400m-1600m。内管11的第二节11b的内径可为
套管7的内径的0.308-0.312倍，其壁厚为套管7的内径的0.037-0.041倍，其长度为2400-2600m。内管11的第三节11c的内径可为套管7的内径的0.184-0.188倍，其壁厚为套管7的内径的0.034-0.038倍，其长度为3900-4100m。外管12的第一节12a的内径可为套管7的内径的0.693-0.689倍，其壁厚为套管7的内径的0.063-0.067倍，其长度为1400m-1600m。外管12的第二节12b的内径可为套管7的内径的0.536-0.540倍，其壁厚为套管7的内径的0.057-0.061倍，其长度为2400-2600m。外管12的第三节12c的内径可为套管7的内径的0.452-0.456倍，其壁厚为套管7的内径的0.058-0.062倍，其长度为3900-4100m。
26.当按照下面参数构造内管11和外管12时，冲砂装置100可以更进一步地降低对修井机的载重能力、输出扭矩和冲砂液泵送压力要求，并更进一步降低管柱1被卡死的事故。内管11的第一节11a的内径为套管7的内径的0.362倍，其壁厚为套管7的内径的0.045倍，其长度为1500m。内管11的第二节11b的内径为套管7的内径的0.310倍，其壁厚为套管7的内径的0.039倍，其长度为2500m。内管11的第三节11c的内径为套管7的内径的0.187倍，其壁厚为套管7的内径的0.036倍，其长度为4000m。外管12的第一节12a的内径为套管7的内径的0.691倍，其壁厚为套管7的内径的0.065倍，其长度为1500m。外管12的第二节12b的内径为套管7的内径的0.538倍，其壁厚为套管7的内径的0.059倍，其长度为2500m。外管12的第三节12c的内径为套管7的内径的0.454倍，其壁厚为套管7的内径的0.060倍，其长度为4000m。也就是说，这些参数的选择有助于减轻管柱整体质量，在选择修井机时可以选择功率更小，成本更低的型号。同时降低管柱的卡死风险，提高冲砂液冲出的速度，提高输出扭矩传递时的安全性。
27.在本实施例中，该冲砂装置100还包括井口接头，使得其内管11的上端和外管12的上端能够通过井口接头连接井外的修井机，并保证修井机能更轻松地带动管柱1及冲砂头2同步转动。优选地，该井口接头包括用于将管柱1的芯腔3连接修井机的冲砂液供应系统的第一通道，以及用于将管柱1的环腔4连接修井机的惰性气体供应系统的第二通道，其中惰性气体优选为氮气。上述供应系统启动后，冲砂液通过第一通道进入芯腔3，氮气通过第二通道进入环腔4，两者在冲砂头2外混合，通过环形空间8返回至地面，建立流体循环，达到冲砂的目的。其中，所述冲砂液供应系统和惰性气体供应系统皆为本领域技术人员熟知的产品，在此不再赘述。
28.下面介绍本发明实施例的应用在待修油井中并能由修井机驱动的冲砂装置100的冲砂操作：
29.步骤1、该冲砂装置100快速下放到待修油井的套管7内并在距离人工井底100m左右时减慢下放速度，探到砂面后，复探三次；
30.步骤2，将该冲砂装置提升1m，开启修井机，以驱动冲砂装置进行转动，并通过冲砂液供应系统和惰性气体供应系统分别向冲砂装置100供应冲砂液和惰性气体，然后在5min后下放冲砂装置10并借助其实施冲砂作业。
31.综上所述，该冲砂装置100可以降低对驱动设备的载重能力、输出扭矩和冲砂液泵送压力的要求，并允许应用使用费低的修井机来驱动其完成冲砂作业。
32.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本
发明的限制。
33.此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
34.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.以上仅为本发明的优选实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。