CN106437570A - 钻进式连续冲砂装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种钻进式连续冲砂装置，包括冲砂钻头、双壁钻柱、旋转密封井口、旋转驱动装置、冲砂液管汇、携砂液管汇；冲砂钻头包括钻头本体、钻头内体。旋转驱动装置驱动双壁钻柱旋转带动冲砂钻头旋转切削井底硬质砂柱；钻头本体下段内壁与钻头内体外壁之间形成具有多曲面腔室的高压震荡腔，高压震荡腔中的一部分冲砂液经后向射流喷嘴产生的高压射流能够提供抽吸负压，一方面能够保证低压井正常循环携砂，另一方面能够促使井底沉砂脱离井底，利于携砂；另一部分冲砂液经钻头喷嘴喷出，形成不对称射流，利于井底散沙进入携砂液吸入腔，提高携砂效率。该装置能够在保证油气井安全的同时，有效完成对低压油井硬质砂柱的清理作业。

Description

钻进式连续冲砂装置

技术领域

本发明涉及机械技术领域，尤其涉及一种钻进式连续冲砂装置。

背景技术

地层出砂是油气田开发生产过程中不可避免的重要问题之一，我国中东部油田由于开采时间长，采出程度高，储层压力系数严重降低等因素，地层出砂尤为严重。据统计，江汉油田的出砂井占总开采井数的50％左右，油田每年因地层出砂导致的修井作业次数占总修井次的45％-50％，大大增加了油田生产成本。地层砂在井筒中沉积形成砂柱，淹没产层，导致产量降低；同时，磨损井下和地面生产设备，造成油气井损坏；严重时可能引起井壁坍塌导致油气井停产。因此，在油气井生产开发过程中，进入井筒中的地层砂必须及时清除。

目前，现场常用的清砂技术主要分为两类：(1)水力冲砂，包括常规水力冲砂(正循环冲砂、反循环冲砂、正冲反洗冲砂等)、低密度气化液冲砂、暂封剂水力冲砂、射流负压冲砂等；(2)机械捞砂，包括钢丝绳输送式捞砂、油管输送式捞砂等。水力冲砂作业的关键是在井筒中建立循环，从而利用冲砂液将地层砂携带出井，但是对于中东部油田低压井(压力系数小于1)，采用常规携砂液无法建立循环，携砂液直接漏入地层；采用低密度冲砂液体或射流负压冲砂虽然能够正常循环，但是对于严重固结的硬质砂柱清砂效果不太明显。机械捞砂技术不需外来工作液循环，不会污染油层，操作简单，但当井底沉砂固结形成砂柱时，捞砂作业往往不易成功。

以上可知，目前尚未有行之有效的方法来解决低压油气井生产中产生的硬质砂柱问题。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种用于清除低压油井硬质砂柱的钻进式连续冲砂装置。

一种钻进式连续冲砂装置，包括：冲砂钻头、双壁钻柱、旋转密封井口、旋转驱动装置、冲砂液管汇、携砂液管汇；

所述冲砂钻头包括：钻头本体、钻头内体；

钻头内体的上端设置有钻头内接头，钻头内体为中空圆柱体结构，该中空圆柱体的上段为携砂液上返通道，中下段为携砂液吸入腔；

钻头本体的上端边缘构成钻头本体接头，钻头本体外侧的下段沿周向布置有切削翼肋，钻头本体的底面设置有携砂液入口,携砂液入口与所述携砂液吸入腔连通；携砂液入口与钻头本体的轴线重合；钻头本体下段内壁与钻头内体外壁之间形成具有多曲面腔室的高压震荡腔，钻头本体上段内壁与钻头内体外壁之间形成具有不等径环形空间的钻头环空；高压震荡腔与钻头环空连通；

钻头内体的下段布置有若干对后向射流喷嘴，钻头本体的底面布置有若干个钻头喷嘴；所述后向射流喷嘴入口与高压震荡腔连通，出口位于携砂液吸入腔内；钻头喷嘴的入口与所述高压震荡腔连通，出口与冲砂钻头外的井筒连通；

所述双壁钻柱包括双壁钻杆外接头、中空结构的双壁钻杆内管；所述双壁钻杆内管内部通道构成中心过流通道；双壁钻杆内管的底端设置有双壁钻杆内接头，所述双壁钻杆内管的外壁与双壁钻柱的内壁构成双壁钻杆环空，所述双壁钻杆内接头的出口与中心过流通道连通；

双壁钻柱通过多根双壁钻杆顺序螺纹连接而成，所述双壁钻杆外接头和双壁钻杆内接头分别与钻头本体接头和钻头内接头螺纹连接；双壁钻杆环空与钻头环空相连通，双壁钻杆环空与冲砂液管汇连通，钻头环空、双壁钻杆环空和冲砂液管汇构成冲砂液入井通道；中心过流通道与携砂液上返通道相通道，中心过流通道与携砂液管汇相连通，携砂液上返通道、中心过流通道与携砂液管汇构成携砂液的出井通道；

旋转密封井口设置在地面上，用于将双壁钻柱密封固定在井口；旋转驱动装置设置在地面以上，用于驱动双壁钻柱和冲砂钻头旋转。

进一步地，如上所述的钻进式连续冲砂装置，所述携砂液入口为圆锥形。

进一步地，如上所述的钻进式连续冲砂装置，后所述后向射流喷嘴对称布置，数量为2-3对，后向射流喷嘴与钻头本体轴线的夹角为10°-30°。

进一步地，如上所述的钻进式连续冲砂装置，所述钻头喷嘴112呈现不对称布置，数量为3-5个。

进一步地，如上所述的钻进式连续冲砂装置，所述钻头喷嘴的当量直径小于后向喷嘴的当量直径。

进一步地，如上所述的钻进式连续冲砂装置，所述切削翼肋成对布置，数量为2-3对。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)本申请的旋转冲砂钻头，代替常规机械捞砂中的捞砂锥或砂铲，实现了钻头在钻压的作用下旋转切削井底硬质砂柱，将严重固结的地层砂变为碎砂、散沙，利于冲砂液的携砂，提高清砂效率；

(2)本申请的后向射流喷嘴产生的后向射流能够产生抽吸负压，能够有效的降低井底压差，一方面能够保证低压井正常循环携砂，另一方面能够促使井底沉砂脱离井底，提高冲砂效率；

(3)本申请的高压震荡腔具有震荡回流的作用，冲砂液在此产生漩涡，涡量扰动与碰撞壁相互作用，从而增加了后向射流喷嘴和钻头喷嘴出口流体的能量，利于冲砂和携砂。

附图说明

图1是本发明一种钻进式连续冲砂装置的结构示意图；

图2是本发明一种钻进式连续冲砂装置的冲砂钻头的结构示意图；

图3是本发明一种钻进式连续冲砂装置的冲砂钻头的三维示意图；

图4是本发明一种钻进式连续冲砂装置的双壁钻杆结构示意图。

图中：1、冲砂钻头，2、井筒，3、双壁钻柱，4、地面，5、旋转密封井口，6、旋转驱动装置，7、冲砂液管汇，8、携砂液管汇，11、钻头内接头，12、钻头内体，13、钻头本体，14、钻头本体接头，15、钻头环空，16、携砂液吸入腔，17、携砂液上返通道，18、高压震荡腔，19、后向射流喷嘴，110、切削翼肋，111、携砂液入口，112、钻头喷嘴，31、双壁钻杆外接头，32、双壁钻杆内接头，33、双壁钻杆环空，34、双壁钻杆内管，35、中心过流通道。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图4所示，本发明的可钻式连续冲砂装置，包括冲砂钻头1，双壁钻柱3，旋转密封井口5，旋转驱动装6，冲砂液管汇7，携砂液管汇8。

冲砂钻头1包括钻头本体13、钻头本体接头14，钻头内体12，钻头内接头11，切削翼肋110，钻头环空15，高压震荡腔18，后向射流喷嘴19，钻头喷嘴112，携砂液入口111，携砂液吸入腔16，携砂液上返通道17。钻头本体13外侧的下段沿周向布置有2对切削翼肋110；钻头内体12为中空圆柱体，中空圆柱体上段为携砂液上返通道17，中空圆柱体下段为携砂液吸入腔16；携砂液入口111为圆锥形位于钻头本体13的底面，与携砂液吸入腔16连通，携砂液入口111与钻头本体13的轴线重合。钻头环空15为钻头本体13上段内壁与钻头内体12外壁之间形成的不等径环形空间；高压震荡腔18为钻头本体13下段内壁与钻头内体12外壁之间形成的多曲面腔室，钻头环空15与高压震荡腔18连通；钻头内体12的下段布置有3对后向射流喷嘴19，后向射流喷嘴19的轴线与钻头本体13的轴线呈30°夹角，后向射流喷嘴19的入口与高压震荡腔18连通，后向射流喷嘴19的出口位于携砂液吸入腔16内，后向射流喷嘴19的出口位于携砂液吸入腔16的同一平面内；钻头本体13的底面不对称布置有5个钻头喷嘴112，钻头喷嘴112的入口与高压震荡腔18连通，钻头喷嘴112的出口与井筒2连通。

所述双壁钻柱3包括：双壁钻杆外接头31、双壁钻杆内接头32、双壁钻杆环空33、双壁钻杆内管34、中心过流通道35。双壁钻柱3通过多根双壁钻杆顺序螺纹连接而成，双壁钻柱3最下端的双壁钻杆外接头31和双壁钻杆内接头分别与冲砂钻头1的钻头本体接头14和钻头内接头11分别与32螺纹连接；双壁钻杆环空33与钻头环空15相连通，双壁钻柱3最上端双壁钻杆环空33与冲砂液管汇7连通，钻头环空15、双壁钻杆环空33和冲砂液管汇7构成冲砂液入井通道；双壁钻杆内管34的中心过流通道35与钻头本体13的携砂液上返通道17相连通，双壁钻柱3最上端双壁钻杆内管34的中心过流通道35与携砂液管汇8相连通，携砂液上返通道17、中心过流通道35与携砂液管汇8构成携砂液的出井通道。旋转密封井口5安装在地面4之上，用于保证捞砂作业安全；旋转驱动装置6主要用于作业过程中带动整个入井管柱旋转。

采用该装置进行低压油气井硬质砂柱冲砂作业的工作过程和工作原理如下：

在进行冲砂作业时，首先测定井筒中硬质砂柱的顶面深度，根据该深度确定需要使用的双壁钻杆的根数，然后组装入井管柱，将组装好的入井管柱下入井筒2中。当冲砂钻头1接触井底硬质砂柱时，开动旋转驱动装置6带动双壁钻柱3和冲砂钻头1旋转，冲砂钻头1开始切削井底硬质砂柱，使严重固结的地层砂变为碎砂、散沙；同时从冲砂液管汇7泵入冲砂液。高压冲砂液经冲砂液管汇7进入双壁钻柱3的双壁钻杆环空33，然后通过钻头环空15进入高压震荡腔18。进入高压震荡腔18的高压冲砂液一部分由后向射流喷嘴19喷出形成高速射流，在携砂液吸入腔16内产生负压，该负压通过携砂液入口111对井筒2中的冲砂液和碎砂进行抽吸；同时高压震荡腔18的另一部分高压携砂液由钻头喷嘴112喷出，搅动井底产生的碎砂、散沙，使得井底沉砂在冲砂液的清岩作用和携砂液吸入腔16的负压作用下，进入携砂液上返通道17，进而沿中心过流通道35与携砂液管汇8循环出井。随着冲砂钻头1不断切削井底硬质砂柱，地层砂在冲砂液的携带下来连续出井，进而完成低压油气井硬质砂柱的清砂过程。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种钻进式连续冲砂装置，其特征在于，包括：冲砂钻头(1)、双壁钻柱(3)、旋转密封井口(5)、旋转驱动装置(6)、冲砂液管汇(7)、携砂液管汇(8)；

所述冲砂钻头(1)包括：钻头本体(13)、钻头内体(12)；

钻头内体(12)的上端设置有钻头内接头(11)，钻头内体(12)为中空圆柱体结构，该中空圆柱体的上段为携砂液上返通道(17)，中下段为携砂液吸入腔(16)；

钻头本体(13)的上端边缘构成钻头本体接头(14)，钻头本体(13)外侧的下段沿周向布置有切削翼肋(110)，钻头本体(13)的底面设置有携砂液入口(111),携砂液入口(111)与所述携砂液吸入腔(16)连通；携砂液入口(111)与钻头本体(13)的轴线重合；钻头本体(13)下段内壁与钻头内体(12)外壁之间形成具有多曲面腔室的高压震荡腔(18)，钻头本体(13)上段内壁与钻头内体(12)外壁之间形成具有不等径环形空间的钻头环空(15)；高压震荡腔(18)与钻头环空(15)连通；

钻头内体(12)的下段布置有若干对后向射流喷嘴(19)，钻头本体(13)的底面布置有若干个钻头喷嘴(112)；所述后向射流喷嘴(19)入口与高压震荡腔(18)连通，出口位于携砂液吸入腔(16)内；钻头喷嘴(112)的入口与所述高压震荡腔(18)连通，出口与冲砂钻头(1)外的井筒(2)连通；

所述双壁钻柱(3)包括双壁钻杆外接头(31)、中空结构的双壁钻杆内管(34)；所述双壁钻杆内管(34)内部通道构成中心过流通道(35)；双壁钻杆内管(34)的底端设置有双壁钻杆内接头(32)，所述双壁钻杆内管(34)的外壁与双壁钻柱(3)的内壁构成双壁钻杆环空(33)，所述双壁钻杆内接头(32)的出口与中心过流通道(35)连通；

双壁钻柱(3)通过多根双壁钻杆顺序螺纹连接而成，所述双壁钻杆外接头(31)和双壁钻杆内接头(32)分别与钻头本体接头(14)和钻头内接头(11)螺纹连接；双壁钻杆环空(33)与钻头环空(15)相连通，双壁钻杆环空(33)与冲砂液管汇(7)连通，钻头环空(15)、双壁钻杆环空(33)和冲砂液管汇(7)构成冲砂液入井通道；中心过流通道(35)与携砂液上返通道(17)相通道，中心过流通道(35)与携砂液管汇(8)相连通，携砂液上返通道(17)、中心过流通道(35)与携砂液管汇(8)构成携砂液的出井通道；

旋转密封井口(5)设置在地面上，用于将双壁钻柱(3)密封固定在井口；旋转驱动装置(6)设置在地面以上，用于驱动双壁钻柱(3)和冲砂钻头(1)旋转。

2.根据权利要求1所述的钻进式连续冲砂装置，其特征在于，所述携砂液入口(111)为圆锥形。

3.根据权利要求1所述的钻进式连续冲砂装置，其特征在于，后所述后向射流喷嘴(19)对称布置，数量为2-3对，后向射流喷嘴(19)与钻头本体(13)轴线的夹角为10°-30°。

4.根据权利要求1所述的钻进式连续冲砂装置，其特征在于，所述钻头喷嘴(112)呈现不对称布置，数量为3-5个。

5.根据权利要求1所述的钻进式连续冲砂装置，其特征在于，所述钻头喷嘴(112)的当量直径小于后向喷嘴的当量直径。

6.根据权利要求1所述的钻进式连续冲砂装置，其特征在于，所述切削翼肋(110)成对布置，数量为2-3对。