专利名称：冲砂笔尖的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及采油机械领域，属于一种用于直井、大斜度井和水平井的冲砂装置，具体而言，涉及一种冲砂笔尖。
背景技术：
随着许多油田逐步进入到开发中后期，出砂井越来越多，出砂状况日趋严重，尤其是后期侧钻井、水平井的大量出现，对冲砂工具的要求越来越高。虽然目前现场使用的冲砂工具种类繁多，但质量参差不齐，尤其是在大斜度井和水平井中使用的冲砂工具更是少之又少，大大影响了冲砂时效。因此我们研制出了喷射旋流式冲砂笔尖，该工具不仅通用于直井、大斜度井和水平井，还能在低压、低排量实现冲砂速度快、冲击力强和冲砂效率高的特点。专利号为200720015619. 5的中国专利，能实现磨铣冲砂，但冲砂效率较低，且遇到泥质等细粉砂，冲砂进尺率将很低；专利号为200810073038. 6的专利能实现在冲砂过程中不断提高冲砂压力，但提高后因投球无法捞出而无法降低压力，导致持续的高压力状态下使冲砂液更易于漏失，造成油、水井地层污染；专利号为201020564825. 3的专利能实现旋流高效冲砂和清洗井筒的目的，但其喷嘴为外旋转，很容易卡死而无法工作；以上专利均不适合在大斜度井和水平井使用。专利号为200620075761. 4的专利能实现在水平井、大斜度井中旋流冲砂，但因其携砂液通道较窄，遇到大块砂或者泥质砂等情况，将无法返排而冲不出砂。
实用新型内容本实用新型旨在提供一种冲砂笔尖，以解决冲砂或携砂能力弱的问题。为此，本实用新型提出一种冲砂笔尖，用于连接在冲砂管柱的下方，所述冲砂笔尖包括筒体，所述筒体具有形成冲砂液流动通道的内腔；转子，设置在所述冲砂液流动通道中；下部喷嘴，设置在所述转子的下部；搅砂叶轮，安装在所述转子上并位于所述下部喷嘴之下，所述下部喷嘴的喷射方向与所述筒体的轴线的夹角大于0度小于90度。例如，所述下部喷嘴的喷射方向与所述筒体的轴线的夹角大于等于20度小于等于60度。进一步地，支撑凸台，突出设置在所述筒体的内腔中，所述转子支撑于所述支撑凸台上并通过轴套套接于所述支撑凸台内，所述支撑凸台中设有与所述冲砂液流动通道连通的驱动喷嘴。进一步地，所述转子上设有位于所述驱动喷嘴与所述下部喷嘴之间的转子叶轮。进一步地，所述筒体的上部设有贯穿所述筒体的侧壁并位于所述转子上方的正向喷嘴和反向喷嘴，所述正向喷嘴的喷射方向为斜向下，斜度为大于20度小于60度，所述反向喷嘴的喷射方向为斜向上，斜度为大于20度小于60度；所述冲砂笔尖还包括可移动的设置在所述冲砂液流动通道中的换向阀，所述换向阀具有连接所述冲砂液流动通道与所述正向喷嘴的正向喷口以及连接所述冲砂液流动通道与所述反向喷嘴的反向喷口。进一步地，所述换向阀为套筒状，套接在所述筒体内，所述正向喷口与所述反向喷口分别设置在所述换向阀的侧壁上，所述正向喷嘴位于所述反向喷嘴的下方，所述正向喷口位于所述反向喷口的下方。进一步地，所述筒体中设有抵压在所述换向阀下方的弹簧以及设置在所述换向阀上方的轴向限位装置。进一步地，所述轴向限位装置为挡圈或限位台阶，所述弹簧位于所述转子上方。进一步地，所述筒体的上部还设有连接扶正器的上接头。进一步地，所述换向阀位于上接头的下方。所述下部喷嘴的喷射方向与所述筒体的轴线的夹角大于等于30度小于等于60度。由于本实用新型的下部喷嘴的喷射方向与所述筒体的轴线的夹角大于0度小于 90度，下部喷嘴安装在转子上，在冲砂过程中，随着转子转动，从下部喷嘴喷出的冲砂液形成了旋流，相对于现有的下部喷嘴的喷射方向与所述筒体的轴线方向相同的冲砂装置，本实用新型利用涡轮离心力原理，在旋转力和冲击力的双重作用下，砂粒都将被卷入携砂液中，提高了冲砂和携砂效果。另外，本实用新型使用正反喷射原理，不仅具有清洗井壁、炮眼和冲击砂面的作用，还具有提高携砂液上返速度和携砂液的能力，从而解决了大斜度段和水平段携砂液返速慢，携砂能力差的瓶颈技术难题。
图1为根据本实用新型实施例的冲砂笔尖的剖视结构示意图；图2为图1所示的B-B向剖面结构示意图；图3为图1所示的A-A向剖面结构示意图。附图标号说明1、上接头2、反向喷嘴3、正向喷嘴4、弹簧5、筒体6、转子叶轮7、下部喷嘴9、换向阀10、驱动喷嘴11、转子12、搅砂叶轮51、内腔53、轴向限位装置55、支撑凸台
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式
。根据本实用新型实施例的冲砂笔尖，用于连接在冲砂管柱的下方，如图1至图3所示，所述冲砂笔尖包括筒体5，所述筒体5例如为圆筒形(包括阶梯形的圆筒)，筒体5具有形成冲砂液流动通道的内腔51，所述筒体5的上部还设有连接扶正器的上接头1，上接头 1具有连接螺纹，扶正器的上部连接冲砂管柱 ’转子11，例如为杆状，设置在所述冲砂液流动通道中，可以转动的设置在内腔51中；下部喷嘴7，例如数量为四个，设置在所述转子11 的下部，随转子11 一起转动，用于喷出冲砂液；搅砂叶轮12，例如数量为四个，安装在所述转子11上并位于所述下部喷嘴7之下，搅砂叶轮12使携砂液高速旋转，从而更进一步搅动地层砂，使大块的砂粒也被搅入携砂液中并跟随携砂液上返。下部喷嘴7可以通过斜孔进行喷射，所述下部喷嘴7的喷射方向与所述筒体5的轴线的夹角大于0度小于90度，所述下部喷嘴的喷射方向与所述筒体的轴线的夹角大于等于20度小于等于60度，例如可以为 10度，30度，45度，60度等。下部喷嘴7高速喷出的冲砂液以较高的涡轮旋转冲击力作用在砂面上，使大量的地层砂随着携砂液一起高速旋转流动，而搅砂叶轮12在转子11的高速带动下，使携砂液高速旋转，从而更进一步搅动地层砂，使大块的砂粒也被搅入携砂液中并跟随携砂液上返。环形的支撑凸台55，突出设置在所述筒体的内腔51中，所述转子11的上部支撑于所述支撑凸台55的上端面上，转子11的中部或下部通过轴套(图中未示出)套接于环形的支撑凸台55内，所述支撑凸台55中设有与所述冲砂液流动通道连通的驱动喷嘴10。驱动喷嘴10例如具有直形孔，驱动喷嘴10的喷射方向与所述筒体的轴线平行。这样在保证转子11转动的同时也不会堵塞冲砂液流动通道。所述转子11上设有位于所述驱动喷嘴 10与所述下部喷嘴7之间的转子叶轮6。转子叶轮6设置在转子11的外侧面上，冲砂液经过驱动喷嘴10以较高的冲速冲击到转子11的转子叶轮6上，从而驱动转子11高速旋转， 能够带动下部喷嘴7的旋转以及搅砂叶轮12的旋转。转子叶轮6的设置使得转子11的转动无需额外的能源驱动，例如无需电机或液压油的驱动，只需利用冲砂液自身的动力即可， 这样，结构简单，成本低，而且解决能源。进一步地，所述筒体5的上部设有贯穿所述筒体5的侧壁并位于所述转子11上方的正向喷嘴3和反向喷嘴2，所述正向喷嘴3的喷射方向为向下或斜向下，例如数量为四个，所述反向喷嘴2的喷射方向为向上或斜向上，例如数量为四个。所述冲砂笔尖还包括 可移动的设置在所述冲砂液流动通道中的换向阀9，所述换向阀具有连接所述冲砂液流动通道与所述正向喷嘴的正向喷口 83以及连接所述冲砂液流动通道与所述反向喷嘴的反向喷口 82。正向喷口 83和反向喷口 82数量为四个，以对应正向喷嘴和反向喷嘴。冲砂液从反向喷嘴82高速喷出，从而加大携砂液上返动力，大大提高了携砂液的上返速度和携砂能力，尤其是提高了在大斜度段和水平段携砂的能力。所述换向阀9为套筒状，套接在所述筒体5内，例如位于上接头1的下方。所述正向喷口 83与所述反向喷口 82分别设置在所述换向阀9的侧壁上，所述正向喷嘴3位于所述反向喷嘴2的下方，所述正向喷口 83位于所述反向喷口 82的下方。所述筒体5中设有抵压在所述换向阀9下方的弹簧4以及设置在所述换向阀9上方的轴向限位装置53。所述轴向限位装置53为挡圈或限位台阶，限制换向阀9过度向上移动。所述弹簧4位于所述转子11上方。冲砂液进入冲砂笔尖后，推动换向阀9压缩弹簧4，当达到正向喷射的额定压力范围时，换向阀9下行，使换向阀的正向喷口 83到达正向喷嘴3位置，一部分冲砂液便以很高的压力和流速从正向喷嘴3喷出，从而起到清洗管壁油污和冲击下部砂粒的作用。当压力达到反向喷射的额定压力值时，换向阀9再下行，使换向阀的反向喷口 82到达反向喷嘴 2位置，此时正向喷嘴3已远离换向阀的正向喷口 83而无冲砂液流出，一部分冲砂液从反向喷嘴2高速喷出，从而加大携砂液上返动力。采用换向阀9、弹簧4以及设置正向喷嘴3 和反向喷嘴2达到了通过简单的结构完成了加大携砂液上返动力的功能，做到了用弹簧控制喷射压力和喷射反向，控制准确，而且无需其他辅助能源，充分利用了冲砂笔尖的内部空间，没有增加冲砂笔尖的体积。下面描述一下本实用新型的工艺原理在冲砂笔尖的上部连接扶正器，在扶正器的上部连接冲砂管柱，下放冲砂笔尖到砂面以上5m位置，开泵向冲砂管柱内泵入冲砂液， 冲砂液进入冲砂笔尖后，推动换向阀9压缩弹簧4，当达到正向喷射的额定压力范围时，换向阀9下行，使换向阀9喷口到达正向喷嘴3位置，一部分冲砂液便以很高的压力和流速从正向喷嘴3喷出，从而起到清洗管壁油污和冲击下部砂粒的作用，另外绝大部分冲砂液则经过驱动喷嘴10以较高的冲速冲击到转子11的转子叶轮6上，从而驱动转子11高速旋转， 从下部喷嘴7高速喷出的冲砂液以较高的涡轮旋转冲击力作用在砂面上，使大量的地层砂随着携砂液一起高速旋转流动，而搅砂叶轮12在转子11的高速带动下，使携砂液高速旋转，从而更进一步搅动地层砂，使大块的砂粒也被搅入携砂液中并跟随携砂液上返。当压力达到反向喷射的额定压力值时，换向阀9再下行，使换向阀9喷口到达反向喷嘴2位置，此时正向喷嘴3已远离正向喷口 83而无冲砂液流出，一部分冲砂液从反向喷嘴2高速喷出， 从而加大携砂液上返动力，大大提高了携砂液的上返速度和携砂能力，尤其是提高了在大斜度段和水平段携砂的能力。在冲砂过程中随着携砂液带着大量砂粒返排到地面，冲砂管柱需慢慢下放，直到将所有地层砂冲到地面位止。本实用新型适合直井、大斜度井和水平井冲砂。本实用新型利用水流喷射、涡轮旋转、水力搅砂形成水力涡轮旋转冲砂技术，利用弹簧开关技术与水流喷射技术结合形成定压开关喷射技术。本实用新型采用正向喷嘴的高速高压水流喷射能力，达到了清洗井壁、炮眼和冲击地层砂的目的；搅砂叶轮和下部喷嘴在高速旋转的转子带动下，利用力学原理，以较高的涡轮离心力和旋转冲击力将大量的地层砂冲入携砂液中，以较小的地面压力和排量便达到了对地层砂的强劲冲击力，使冲砂作业更安全，油井漏失、污染更轻。利用反向喷嘴为携砂液提供强劲的携砂动力和返排速度，使大斜度井段和水平段的携砂能力得到进一步加强，解决了大斜度井、水平井在斜度段携砂力较弱的瓶颈难题，使大斜度井、水平井冲砂技术进一步得到充实和完善。本实用新型内部结构简单，制造难度低，操作方便，更易于油田广泛推广使用；使用了正反喷射原理，不仅具有清洗井壁、炮眼和冲击砂面的作用，还具有提高携砂液上返速度和携砂液的能力，从而解决了大斜度段和水平段携砂液返速慢，携砂能力差的瓶颈技术难题；采用水力喷射旋转提供高速动力，以最小的地面压力和排量达到了冲砂的目的，大大提高了冲砂安全系数，降低了地层漏失污染程度；利用涡轮离心力原理，在旋转力和冲击力的双重作用下，无论何种砂粒都将被卷入携砂液中，提高了冲砂效果；为直井、大斜度井和水平井冲砂提供了有力的设备支持，大大提高了油田修井作业的施工效率。以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式
，并非用以限定本实用新型的范围。为本实用新型的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。
权利要求1.一种冲砂笔尖，用于连接在冲砂管柱的下方，所述冲砂笔尖包括筒体，所述筒体具有形成冲砂液流动通道的内腔；转子，设置在所述冲砂液流动通道中；下部喷嘴，设置在所述转子的下部；搅砂叶轮，安装在所述转子上并位于所述下部喷嘴之下，其特征在于，所述下部喷嘴的喷射方向与所述筒体的轴线的夹角大于0度小于90度。
2.如权利要求1所述的冲砂笔尖，其特征在于，支撑凸台，突出设置在所述筒体的内腔中，所述转子支撑于所述支撑凸台上并通过轴套套接于所述支撑凸台内，所述支撑凸台中设有与所述冲砂液流动通道连通的驱动喷嘴。
3.如权利要求2所述的冲砂笔尖，其特征在于，所述转子上设有位于所述驱动喷嘴与所述下部喷嘴之间的转子叶轮。
4.如权利要求1所述的冲砂笔尖，其特征在于，所述筒体的上部设有贯穿所述筒体的侧壁并位于所述转子上方的正向喷嘴和反向喷嘴，所述正向喷嘴的喷射方向为斜向下，斜度为大于20度小于60度，所述反向喷嘴的喷射方向为斜向上，斜度为大于20度小于60度； 所述冲砂笔尖还包括可移动的设置在所述冲砂液流动通道中的换向阀，所述换向阀具有连接所述冲砂液流动通道与所述正向喷嘴的正向喷口以及连接所述冲砂液流动通道与所述反向喷嘴的反向喷口。
5.如权利要求4所述的冲砂笔尖，其特征在于，所述换向阀为套筒状，套接在所述筒体内，所述正向喷口与所述反向喷口分别设置在所述换向阀的侧壁上，所述正向喷嘴位于所述反向喷嘴的下方，所述正向喷口位于所述反向喷口的下方。
6.如权利要求4所述的冲砂笔尖，其特征在于，所述筒体中设有抵压在所述换向阀下方的弹簧以及设置在所述换向阀上方的轴向限位装置。
7.如权利要求6所述的冲砂笔尖，其特征在于，所述轴向限位装置为挡圈或限位台阶， 所述弹簧位于所述转子上方。
8 如权利要求4所述的冲砂笔尖，其特征在于，所述筒体的上部还设有连接扶正器的上接头。
9.如权利要求8所述的冲砂笔尖，其特征在于，所述换向阀位于上接头的下方。
10.如权利要求1所述的冲砂笔尖，其特征在于，所述下部喷嘴的喷射方向与所述筒体的轴线的夹角大于等于30度小于等于60度。
专利摘要本实用新型提出一种冲砂笔尖，用于连接在冲砂管柱的下方，冲砂笔尖包括筒体，筒体具有形成冲砂液流动通道的内腔；转子，设置在冲砂液流动通道中；下部喷嘴，设置在转子的下部；搅砂叶轮，安装在转子上并位于下部喷嘴之下，下部喷嘴的喷射方向与筒体的轴线的夹角大于0度小于90度。本实用新型内部结构简单，制造难度低，操作方便，更易于油田广泛推广使用；本实用新型使用了正反喷射原理，不仅具有清洗井壁、炮眼和冲击砂面的作用，还具有提高携砂液上返速度和携砂能力，降低了地面压力和排量，不仅解决了大斜度段和水平段携砂液返速慢、携砂能力差的瓶颈技术难题，还大大提高了冲砂安全系数，降低了地层漏失污染程度。
文档编号E21B21/00GK202228022SQ201120350238
公开日2012年5月23日 申请日期2011年9月19日 优先权日2011年9月19日
发明者何建中, 张嘉彧, 徐猛, 战云峰, 潘建华, 赵云峰, 金兆勋, 高本成 申请人:中国石油天然气股份有限公司