自爬旋转脉冲移动式冲砂装置的制作方法

本发明涉及冲砂装置技术领域，是一种自爬旋转脉冲移动式冲砂装置。

背景技术：

随着油田开采时间的推移、开采技术的进步，水平井技术被越来越多的地方利用起来，给原油的开采打下了坚实的基础。水平井开采技术可大幅提高单井产量和原油采收率，近年来应用规模迅速扩大；然而由于水平井井身结构的特殊性，随着开采的进行，地层砂更易进入井筒，在井筒底部形成砂床甚至可能堵塞井眼，导致设备磨损及产量下降。因此，水平井冲砂洗井效果直接影响其产能和开采成本，水平井的修井作业施工难度大，突出反映在冲砂工序上；这是由于水平井井身结构存在着特殊性，即造斜井段及水平段较长、井筒轴线变化不规则，地层砂随原油运动到井筒内易重新沉降形成新的沉砂床，沉积砂床不仅成为井底流体流动阻力，还会对采油设备造成磨损，严重时将影响油井的正常生产，因此常采用连续管冲砂洗井方法清除井内沉积岩屑；连续管冲砂洗井需要井上动力源对井下冲洗移动的连续管及冲砂装置提供持续的动力，十分耗能；而且在压差的作用下，沉砂床发生固化，对下入防砂管的井，进入井筒的固相颗粒很细，因此沉积物很顽固，普通的冲洗工具的冲洗效果差，无法对顽固的沉积物有效清理。

技术实现要素：

本发明提供了一种自爬旋转脉冲移动式冲砂装置，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决采用连续管冲砂洗井方法对水平井进行冲砂作业时，耗能大；以及沉砂床固化，普通的冲洗工具无法对顽固的沉积物有效清理的问题。

本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种自爬旋转脉冲移动式冲砂装置，包括旋转座、冲砂头和分水器；旋转座包括上部的旋转连接部和下部的固定连接部；在固定连接部的上端安装有能转动的旋转连接部；在固定连接部与旋转连接部内设有上下贯通的进流通道；在旋转连接部的上端外密封固定安装有冲砂头；在冲砂头内设有与进流通道连通的冲砂腔；在冲砂头的下部圆周分布有至少两个与冲砂腔连通且方向向下的后推移动出水孔道；在冲砂头的上部圆周分布有至少两个与冲砂腔连通且旋向相同的旋推冲洗出水孔道，旋推冲洗出水孔道为反旋的斜孔道，在进流通道和冲砂腔内固定安装有能使后推移动出水孔道与旋推冲洗出水孔道互相旋转切换开启的分水器。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

上述后推移动出水孔道可为下端反旋倾斜的下倾斜孔道。

上述分水器可包括连接杆和分水轮；连接杆的下端周向限位安装在固定连接部上；连接杆的上端固定有分水轮，冲砂腔的上部呈柱状腔体，后推移动出水孔道的内端口位于冲砂腔上部柱状腔体的内环壁上；旋推冲洗出水孔道的内端口位于冲砂腔上部柱状腔体的顶壁上，分水轮位于冲砂腔上部的柱状腔体内；分水轮包括轮盘和分水叶片；在轮盘外设有与后推移动出水孔道数量及位置相对应的分水叶片，相邻分水叶片之间形成与旋推冲洗出水孔道内端口对应的开孔缺口；分水叶片包括水平封孔挡片段和垂直固定在水平封孔挡片段外弧面下端的弧形封口挡片段；水平封孔挡片的上端面与冲砂腔内顶面相接触；弧形封口挡片的外弧面与冲砂腔的柱形腔体的内环壁面相接触并将后推移动出水孔道的内端口封堵。

上述固定连接部的下端可固定安装有水管转换接头；连接杆的下端通过防转块周向限位安装在水管转换接头上。

上述固定连接部的下端可设有接头安装槽，防转块置于接头安装槽的上侧内，在防转块内设有带棱的内孔；在连接杆的下端设有与内孔形状相对应的防转杆头，防转杆头周向限位套在内孔内；在固定连接部的下端固定安装有水管转换接头，水管转换接头上端置于接头安装槽内并将防转块及连接杆轴向顶紧固定；在防转块的下端设有至少一个能将防转块与水管转换接头周向限位的限位凸块，在水管转换接头顶端设有与限位凸块对应的卡槽，限位凸块卡在与其位置对应的卡槽内；在内孔四周的防转块上设有能使水管转换接头与进流通道连通的连通孔。

上述接头安装槽可为锥形槽，在接头安装槽内设有螺纹，在水管转换接头上侧外设有锥螺纹并通过螺纹固定安装在接头安装槽内并将防转块轴向顶紧固定。

上述冲砂头可包括出水头部和连接颈部；出水头部的外径大于连接颈部的外径；在出水头部的上端外导斜形成上冲洗筒锥台，出水头部的下端导斜形成下冲洗筒锥台；分水轮位于出水头部内冲砂腔的柱状腔体内；后推移动出水孔道的外端口和旋推冲洗出水孔道的外端口分别位于出水头部上；冲砂头的连接颈部与旋转连接部固定安装在一起。

上述连接颈部上可设有开口向下的锥槽，在锥槽内设有螺纹，旋转连接部的上侧外设有锥螺纹并通过螺纹固定安装在锥槽内。

上述冲砂头的顶端中部可设有与冲砂腔连通的分水器安装定位孔，分水器安装定位孔与冲砂腔的上部柱状腔体同轴；在分水轮的上端设有扶正杆头，扶正杆头套在分水器安装定位孔内。

上述后推移动出水孔道可包括相互连通的水平连通孔段和下斜孔段；水平连通孔段的内端口位于冲砂腔上部柱状腔体的内环壁上，水平连通孔段的外端口与下斜孔段的上端口连通；下斜孔段为方向向下且下端反旋倾斜的下倾斜孔，下斜孔段上端与水平连通孔段中部连通，下斜孔段的外下端口位于下冲洗筒锥台上；旋推冲洗出水孔道包括竖直孔段、上斜孔段和水平出水孔段；竖直孔段为方向向上且上端封闭的盲孔段，竖直孔段的下端口位于冲砂腔的上部环腔顶壁上；上斜孔段为外斜向上的斜孔，上斜孔段的内端与竖直孔段连通，上斜孔段的外端口位于上冲洗筒锥台上；水平出水孔段为水平径向贯通孔，水平出水孔段与上斜孔段的纵向位置相对应；水平出水孔段的内端与竖直孔段连通，水平出水孔段的外端口位于出水头部的中部位置且与水平连通孔段平行间隔；竖直孔段轴线与旋转头轴线形成径向面，水平出水孔段的轴线与径向面之间有夹角α，夹角α为90°；上斜孔段轴线的水平投影与水平出水孔段相重叠；水平连通孔段的内端口与竖直孔段的下端口沿圆周呈等距间隔交替分布。

本发明结构合理而紧凑，使用方便；冲砂头在旋转的同时能够使后推移动出水孔道与旋推冲洗出水孔道切换开启，使本冲砂装置在自爬移动与旋转冲洗的两个状态之间不断切换，不仅保证了冲洗除砂，还能使本冲砂装置能够在水平井内自爬移动，无需外接动力源，更加节能；且自爬移动呈现间断脉冲式，更容易将顽固的沉砂床击碎，对顽固的沉积物的清砂效果好，满足使用。

附图说明

附图1为本发明最佳实施例的主视结构示意图。

附图2为附图1的局部剖视结构示意图。

附图3为附图1中冲砂头的立体结构示意图。

附图4为附图2中a-a向的剖视结构示意图。

附图5为附图1中冲砂头的仰视结构示意图。

附图6为附图5中b-b向剖视结构示意图。

附图7为附图4中c-c向剖视结构示意图。

附图8为本发明中分水器的立体结构示意图。

附图9为本发明中防转块的立体结构示意图。

附图中的编码分别为：1为旋转座，2为旋转连接部，3为固定连接部，4为进流通道，5为冲砂头，6为冲砂腔，7为连接杆，8为分水轮，9为轮盘，10为分水叶片，11为开孔缺口，12为水管转换接头，13为内孔，14为防转杆头，15为限位凸块，16为防转块，17为连通孔，18为下斜孔段，19为竖直孔段，20为上斜孔段，21为水平出水孔段，22为分水器安装定位孔，23为扶正杆头，24为水平连通孔段，25为上冲洗筒锥台，26为下冲洗筒锥台，α为水平出水孔段21的轴线与径向面之间水平出水孔段21的轴线与径向面之间的夹角。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

在本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图1的布图方向来确定的。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：

如附图1、2、3、4所示，该自爬旋转脉冲移动式冲砂装置包括旋转座1、冲砂头5和分水器；旋转座1包括上部的旋转连接部2和下部的固定连接部3；在固定连接部3的上端安装有能转动的旋转连接部2；在固定连接部3与旋转连接部2内设有上下贯通的进流通道4；在旋转连接部2的上端外密封固定安装有冲砂头5；在冲砂头5内设有与进流通道4连通的冲砂腔6；在冲砂头5的下部圆周分布有至少两个与冲砂腔6连通且方向向下的后推移动出水孔道；在冲砂头5的上部圆周分布有至少两个与冲砂腔6连通且旋向相同的旋推冲洗出水孔道，旋推冲洗出水孔道为反旋的斜孔道，在进流通道4和冲砂腔6内固定安装有能使后推移动出水孔道与旋推冲洗出水孔道互相旋转切换开启的分水器。使用时，首先将本发明安装在连接油管上，并一同下至水平井内；通过地面开泵循环，冲洗液经连接油管和进流通道4进入到冲砂腔6内；受分水器作用，在初始状态为旋推冲洗出水孔道处于开启状态，后推移动出水孔道处于关闭状态下，冲洗液经旋推冲洗出水孔道喷出，由于旋推冲洗出水孔道为反旋的斜孔道，在通过旋推冲洗出水孔道喷液时，会对冲砂头5产生反向推力，给冲砂头5旋转的动力，使冲砂头5绕分水器旋转的同时，对水平井旋转冲洗；当冲砂头5旋转至一定角度后，受分水器作用，旋推冲洗出水孔道关闭，后推移动出水孔道开启，冲洗液经后推移动出水孔道喷出时，冲砂头5会受喷液时产生的反向推力，使整个本冲砂装置向前自爬移动；冲砂头5受惯性继续旋转至一定角度后，继续受分水器的作用，旋推冲洗出水孔道再次被开启，后推移动出水孔道被关闭；如此往反复，使本冲砂装置在自爬移动与旋转冲洗的两个状态之间不断切换，不仅保证了冲洗除砂，还能通过高压冲洗液的压力给自身一个推动力，使本冲砂装置能够在水平井内自爬移动，无需外接动力源，更加节能；由于自爬移动与旋转冲洗为相互切换的模式，使得本冲砂装置的自爬移动呈现间断脉冲式，这种脉冲式的自爬移动方式使本冲砂装置对井内沉砂形成冲击，更容易将顽固的沉砂床击碎，提高清砂效果，满足使用。

可根据实际需要，对上述自爬旋转脉冲移动式冲砂装置作进一步优化或/和改进：

如附图5、6所示，后推移动出水孔道为下端反旋倾斜的下倾斜孔道。使用时受分水器作用，在初始状态为旋推冲洗出水孔道处于关闭状态，后推移动出水孔道处于开启状态下，冲砂头5会受喷液时产生的反向推力，不仅使整个本冲砂装置自爬移动，还能给冲砂头5旋转的初始动力，使冲砂头5能够旋转，保证本冲砂装置的正常运行。

如附图5、6、7所示，后推移动出水孔道包括相互连通的水平连通孔段24和下斜孔段18；水平连通孔段24的内端口位于冲砂腔6上部柱状腔体的内环壁上，水平连通孔段24的外端口与下斜孔段18的上端口连通；下斜孔段18为方向向下且下端反旋倾斜的下倾斜孔，下斜孔段18上端与水平连通孔段24中部连通，下斜孔段18的外下端口位于下冲洗筒锥台26上；旋推冲洗出水孔道包括竖直孔段19、上斜孔段20和水平出水孔段21；竖直孔段19为方向向上且上端封闭的盲孔段，竖直孔段19的下端口位于冲砂腔6的上部环腔顶壁上；上斜孔段20为外斜向上的斜孔，上斜孔段20的内端与竖直孔段19连通，上斜孔段20的外端口位于上冲洗筒锥台25上；水平出水孔段21为水平径向贯通孔，水平出水孔段21与上斜孔段20的纵向位置相对应；水平出水孔段21的内端与竖直孔段19连通，水平出水孔段21的外端口位于出水头部的中部位置且与水平连通孔段24平行间隔；竖直孔段19轴线与旋转头轴线形成径向面，水平出水孔段21的轴线与径向面之间有夹角α，夹角α为90°；上斜孔段20轴线的水平投影与水平出水孔段21相重叠；水平连通孔段24的内端口与竖直孔段19的下端口沿圆周呈等距间隔交替分布。其中，上斜孔段20与水平出水孔段21的孔轴线沿水平方向倾斜与其内端口中心点过旋转头轴心形成的径向面之间有夹角α为90°，能够进一步提高冲洗液喷液时对冲砂头5的作用效果。

如附图2、8所示，分水器包括连接杆7和分水轮8；连接杆7的下端周向限位安装在固定连接部3上；连接杆7的上端固定有分水轮8，冲砂腔6的上部呈柱状腔体，后推移动出水孔道的内端口位于冲砂腔6上部柱状腔体的内环壁上；旋推冲洗出水孔道的内端口位于冲砂腔6上部柱状腔体的顶壁上，分水轮8位于冲砂腔6上部的柱状腔体内；分水轮8包括轮盘9和分水叶片10；在轮盘9外设有与后推移动出水孔道数量及位置相对应的分水叶片10，相邻分水叶片10之间形成与旋推冲洗出水孔道内端口对应的开孔缺口11；分水叶片10包括水平封孔挡片段和垂直固定在水平封孔挡片段外弧面下端的弧形封口挡片段；水平封孔挡片的上端面与冲砂腔6内顶面相接触；弧形封口挡片的外弧面与冲砂腔6的柱形腔体的内环壁面相接触并将后推移动出水孔道的内端口封堵。其中，旋推冲洗出水孔道位于分水轮8的开孔缺口11处，与冲砂腔6连通开启；后推移动出水孔道受弧形封口挡片封堵关闭，冲砂启动，冲砂头5旋转，在转动过程中，冲砂头5上的旋推冲洗出水孔道逐渐转至分水叶片10的水平封孔挡片段处，被水平封孔挡片段阻挡关闭；与此同时，后推移动出水孔道转至开孔缺口11处，脱离了弧形封口挡片的阻隔，后推移动出水孔道与冲砂腔6连通开启，实现切换；这种切换方式不仅满足使用，还能够实现连贯的启闭切换，连续性更好，使自爬移动与旋转冲洗的切换更加连贯可靠。

如附图2所示，在固定连接部3的下端固定安装有水管转换接头12；连接杆7的下端通过防转块16周向限位安装在水管转换接头12上。

如附图2、8所示，在固定连接部3的下端设有接头安装槽，防转块16置于接头安装槽的上侧内，在防转块16内设有带棱的内孔13；在连接杆7的下端设有与内孔13形状相对应的防转杆头14，防转杆头14周向限位套在内孔13内；在固定连接部3的下端固定安装有水管转换接头12，水管转换接头12上端置于接头安装槽内并将防转块16及连接杆7轴向顶紧固定；在防转块16的下端设有至少一个能将防转块16与水管转换接头12周向限位的限位凸块15，在水管转换接头12顶端设有与限位凸块15对应的卡槽16，限位凸块15卡在与其位置对应的卡槽16内；在内孔13四周的防转块16上设有能使水管转换接头12与进流通道4连通的连通孔17。由于在除砂过程中本冲砂装置内携带有大量泥砂，因此在除砂后需要对冲砂装置进行清理；采用的防转块16结构，通过带棱的内孔13与连接杆7的防转杆头14轴向限位连接，以及与水管转换接头12通过限位凸块15及卡槽16连接，均属于较为方便拆卸的结构，不容易被泥砂卡住而导致无法拆卸的情况；防转块16内设有带棱的内孔13为四方孔或五方孔或六方孔等多方孔；防转杆头14可为与防转块16带棱内孔13形状相对应的四方杆头或五方杆头或六方杆头等多方杆头。

如附图2所示，接头安装槽为锥形槽，在接头安装槽内设有螺纹，在水管转换接头12上侧外设有锥螺纹并通过螺纹固定安装在接头安装槽内并将防转块16轴向顶紧固定。通过锥螺纹连接的水管转换接头12与固定连接部3之间既方便连接，又能保证密封，提高本冲砂装置的使用效果。

如附图2所示，冲砂头5包括出水头部和连接颈部；出水头部的外径大于连接颈部的外径；在出水头部的上端外导斜形成上冲洗筒锥台25，出水头部的下端导斜形成下冲洗筒锥台26；分水轮8位于出水头部内冲砂腔6的柱状腔体内；后推移动出水孔道的外端口和旋推冲洗出水孔道的外端口分别位于出水头部上；冲砂头5的连接颈部与旋转连接部2固定安装在一起。其中，导斜形成的上冲洗筒锥台25和下冲洗筒锥台26能够进一步方便冲砂装置进出水平井。

如附图2所示，连接颈部上设有开口向下的锥槽，在锥槽内设有螺纹，旋转连接部2的上侧外设有锥螺纹并通过螺纹固定安装在锥槽内。通过锥螺纹连接的冲砂头5的连接颈部与旋转座1的旋转连接部27之间既方便连接，又能保证密封，提高本冲砂装置的使用效果。

如附图2所示，在冲砂头5的顶端中部设有与冲砂腔6连通的分水器安装定位孔22，分水器安装定位孔22与冲砂腔6的上部柱状腔体同轴；在分水轮8的上端设有扶正杆头23，扶正杆头23套在分水器安装定位孔22内。这样可保证冲砂头5与扶正器之间保持同轴转动，避免偏磨，影响孔道的开启和关闭。

以上技术特征构成了本发明的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。