一种自旋钻进式井筒捣砂器的制作方法

本发明涉及石油工业中油水井应用抽捞砂工具进行井筒清砂作业的技术领域，具体涉及一种自旋钻进式井筒捣砂器。

背景技术：

油井出砂是国内外砂岩性油藏开采过程中面临的主要问题之一，严重影响和制约原油的正常生产和经济效益的提高。尤其是对于处在中后期开采的油田，受油井含水高、地层压降大及单井高强度放差提液与生产层段的注采不平衡等不利因素的影响，地层亏空、负压严重，油井普遍严重出砂。

捞砂泵负压捞砂工艺技术是被各油田广泛应用的一种用于清除井筒沉积砂的方法。捞砂泵由两个核心部分组成，即顶部的捞砂泵筒总成和底部的捞砂锥(又称捣砂器)。负压捞砂工艺管柱结构自上而下依次为：动力油管，捞砂泵筒总成，储砂油管，捞砂锥，采用反复上提下放的连续抽汲方式将井筒中的沉积砂抽汲进并沉降在储砂油管中。这种捞砂技术具有工艺成熟、操作简单的特点。但是，当井筒沉积砂柱的顶部，即砂面较硬，形成硬质砂盖(面)后，传统上在砂面上采用垂直上下加压方式工作的捞砂锥就无法将硬质砂盖捣碎，最终导致反复抽汲均无进尺，捞砂失败。

因此，人们在传统捞砂工艺的基础上又设计了一种可以传递井口扭矩，具有使整个捞砂管柱旋转钻进功能的捞砂泵。这种钻进式捞砂泵的柱塞拉杆采用扁方形或多边形结构，配合捞砂泵筒上的扁方形或多边形结构的螺帽，既可实现同轴上下运动，又能传递扭矩实现同轴旋转运动，从而将井口正转油管的扭矩传递到捞砂管柱底部的捞砂锥上，将井筒沉积砂柱的硬质砂盖钻磨捣碎，进而实现正常的抽汲捞砂作业，提高捞砂成功率。但是，这种井口传扭式钻进捞砂工艺具有很大的局限性，一是当在斜井、深井操作时，将造成井口扭矩很大，需要安装高功率液压钳才能满足旋转整个捞砂管柱所需要的扭矩；二是井口操作很复杂，需要同时悬吊管柱和液压钳，而且液压钳需要打好背钳来限位，防止同步旋转；三是井口旋转油管柱具有一定的安全风险性，操作人员必须远离井口使用长绳远距离拉动液压钳开关来进行操作；四是钻磨捞砂效率很低，由于管柱重量很重，摩擦阻力很大，只能以很低的转速来提供足够大的驱动扭矩。因此，该工艺并没有成功解决无法捅破硬质砂盖这一造成捞砂失败的瓶颈问题，也因此没有得到推广应用。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种能提高捞砂成功率的自旋钻进式井筒捣砂器。

本发明所采用的技术方案为：一种自旋钻进式井筒捣砂器，包括驱动螺杆，在驱动螺杆的外壁沿周向设有多条螺旋滑道，在驱动螺杆外套装有棘轮机构，所述棘轮机构上设有径向凸出件，所述径向凸出件对应嵌设在螺旋滑道内，并能沿螺旋滑道的轨迹进行滑移，从而将径向凸出件的螺旋滑移运动转化成棘轮机构的旋转运动，所述棘轮机构通过设置在驱动螺杆上的复位弹簧复位，在棘轮机构下端依次连接有支撑筒和捣砂锥，所述驱动螺杆的下端伸入支撑筒之内，并通过密封接头与支撑筒密封套接，且可相对支撑筒轴向滑移；在进行捣砂时，控制驱动螺杆的向下运动，带动棘轮机构正向(俯视顺时针)旋转，所述棘轮机构的旋转带动支撑筒及捣砂锥正向旋转实现捣砂，上提驱动螺杆时，从动棘轮不发生旋转，主动棘轮与从动棘轮在复位弹簧的作用下复位。

按上述技术方案，所述棘轮机构包括主动棘轮和从动棘轮，所述径向凸出件对称安设在主动棘轮的内壁，所述主动棘轮的下端面设有主动啮合齿，所述从动棘轮的上端面设有从动啮合齿，主动啮合齿与从动啮合齿相啮合。

按上述技术方案，在驱动螺杆的上端有一体式加工成的螺杆接头，所述复位弹簧抵接在螺杆接头和棘轮机构之间。

按上述技术方案，在支撑筒顶部的螺纹根部对称设有对穿的支撑筒呼吸孔。

按上述技术方案，所述钻头式底阀总成包括捣砂锥本体和捣砂锥钻头，在捣砂锥本体内设有进砂腔，在捣砂锥本体上设有多个捣砂锥本体进液孔与进砂腔相连通，捣砂锥本体的上端设有盖板式阀片，所述盖板式阀片的一端与捣砂锥本体通过扭簧相铰接，所述盖板式阀片用于打开和关闭在捣砂锥本体上设置的排砂通道，所述捣砂锥钻头与捣砂锥本体相连。

按上述技术方案，在所述捣砂锥钻头的外壁设有多个螺旋式钻齿，在相邻钻齿形成的凹槽上设有多个钻头进液孔，所述钻头进液孔与捣砂锥钻头的中心孔相连通。

按上述技术方案，在驱动螺杆的外壁圆周均布设置有四条螺旋滑道。

本发明所取得的有益效果为：1、本发明通过控制驱动螺杆的向下运动，带动棘轮机构正向(俯视顺时针)旋转，所述棘轮机构的旋转带动支撑筒及捣砂锥正向旋转实现捣砂，上提驱动螺杆时，从动棘轮不发生旋转，主动棘轮与从动棘轮在复位弹簧的作用下复位，能够以自动旋转钻磨的方式将井筒沉积砂柱的硬质砂盖钻磨捣碎，进而实现正常的抽汲捞砂作业，提高捞砂成功率；2、本发明的捣砂锥的下端设有捣砂锥钻头，在捣砂锥钻头上设有钻齿，有效的提高了捣砂效率。

附图说明

图1为本发明的结构图。

图2为图1的A-A剖视图。

图3为驱动螺杆-径向凸出件的传动示意图。

图4为本发明中驱动螺杆的机构图。

图5为本发明中棘轮机构的主视图。

图6为本发明中棘轮机构的爆炸示意图。

图中：1—驱动螺杆；1-1—螺杆接头；1-2—螺杆螺旋滑道；2—弹簧；3—滑动垫片；4—销钉；5—驱动棘轮；6—从动棘轮；7—支撑筒；7-1—支撑筒呼吸孔；8—密封接头；9—密封圈；10—密封环；11—变扣接头；12—钻头式底阀总成；12-1—盖板式阀片；12-2—捣砂锥本体；12-2-1—捣砂锥本体进液孔；12-3—捣砂锥钻头；12-3-1—钻头进液孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1-6所示，本实施例提供了一种自旋钻进式井筒捣砂器，包括驱动螺杆1，在驱动螺杆1的外壁沿周向设有至少4条螺旋滑道1-2，在驱动螺杆1外套装有棘轮机构，所述棘轮机构包括主动棘轮5和从动棘轮6，主动棘轮5的下端面设有主动啮合齿，所述从动棘轮6的上端面设有从动啮合齿，主动啮合齿与从动啮合齿相啮合。在主动棘轮5的内壁对称设有4个径向凸出件4，所述径向凸出件4对应嵌设在螺旋滑道1-2内，并能沿螺旋滑道的轨迹进行滑移，从而将径向凸出件的螺旋滑移运动转化成棘轮机构的旋转运动，其中径向凸出件4可以为销钉也可以为其它类型的部件，本实施例以为销钉为例进行说明。在驱动螺杆1的上端有一体式加工成的螺杆接头1-1，所述复位弹簧2抵接在螺杆接头1-1和主动棘轮5之间，所述棘轮机构通过复位弹簧2复位，在复位弹簧2的下端设有滑动垫片3。在棘轮机构下端依次连接有支撑筒7、变扣接头11和钻头式底阀总成12，所述驱动螺杆1的下端伸入支撑筒7内，在驱动螺杆1的下端连接有密封接头，所述密封接头的上端通过密封圈9与驱动螺杆1密封连接，下端通过密封圈9与支撑筒7实现密封套接，且可相对支撑筒7轴向滑移。在支撑筒7上位于密封接头8的上方设有支撑筒呼吸孔7-1。

所述捣砂锥12通过变扣接头11与支撑筒7相连，所述捣砂锥12包括捣砂锥本体12-2和捣砂锥钻头12-3，在捣砂锥本体12-2内设有进砂腔，在捣砂锥本体上设有多个捣砂锥本体进液孔12-2-1与进砂腔相连通，捣砂锥本体的上端设有盖板式阀片12-1，所述盖板式阀片12-1的一端与捣砂锥本体12-2通过扭簧相铰接，所述盖板式阀片用于打开和关闭在捣砂锥本体上设置的排砂通道，所述捣砂锥钻头12-3与捣砂锥本体12-2相连。

在所述捣砂锥钻头12-3的外壁设有多个螺旋式钻齿，在相邻钻齿形成的凹槽上设有多个钻头进液孔12-3-1，所述钻头进液孔12-3-1与捣砂锥钻头的中心孔相连通。

本发明的自旋钻进式井筒捣砂器可以配套各种常规捞砂泵筒总成的使用，采用常规捞砂工艺操作时，本发明的捣砂器支撑在硬质砂盖上，只需井口垂直上下反复提放管柱，使向下压力传递到本发明的捣砂器的驱动螺杆1上，尽管捞砂泵筒总成中的柱塞和泵筒为同轴装配的圆柱体部件，两者理论上既可直线滑动也可同轴旋转，但是由于捣砂器至捞砂泵柱塞之间连接的储砂油管和捞砂泵筒总成两部分管柱很重，一般至少达到半吨力，这样的高负荷加压在驱动螺杆1上，就使得驱动螺杆1以上至捞砂泵筒整体管柱只能产生上下直线运动，而不会发生扭转。由于主动棘轮5上镶嵌的四颗驱动销钉是一一对应嵌入在驱动螺杆的四条螺旋滑道中的，当驱动螺杆1向下垂直运动时，就会将旋转扭矩通过销钉传导到主动棘轮5上，在弹簧2的压力和螺旋滑道1-2对销钉的正向摩擦力作用下，对主动棘轮5产生俯视顺时针的旋转扭力，由于棘轮机构始终啮合，主动棘轮5就会将旋转扭力传导到从动棘轮6上，进而带动支撑筒7、变扣接头11和捣砂锥12产生俯视顺时针的旋转运动，进而使底部捣砂锥钻头12-3对硬质砂盖产生钻磨捣碎力量；当井口向上提起捞砂管柱时，驱动螺杆1同步上行，此时，在弹簧2的压力和螺旋滑道对销钉的反向摩擦力作用下，主动棘轮5产生俯视逆时针的旋转运动，但是根据棘轮机构的原理，主动棘轮5和从动棘轮6将退出啮合状态，即主动棘轮5会在从动棘轮6上反向滑动，无法将反向旋转扭矩传递到从动棘轮6以下部件上，即从动棘轮6以下部件会被驱动螺杆1同步提起，但却不会发生旋转，避免了所有连接处螺纹松动退扣的发生。当井口再次向下加压整个捞砂管柱时，本发明的捣砂器将再次重复上述动作，如此循环，达到捣碎硬质砂盖，捞砂顺利进尺的目的。

通过对螺旋滑道的具体设计，本发明的捣砂器每次下冲程可自动旋转3圈，可有效起到对硬质砂盖的钻磨作用。

本发明的捣砂器使用起出后经过清洗、检查、修复可以重复多次使用，其捣砂锥12、盖板式阀片12-1、弹簧2等均可以拆卸更换。