应用于水力作业套管旋转清洗中的组件、装置以及清洗方法

本公开涉及油田地面作业领域，具体而言，涉及一种利用水力对井下套管进行清洗的装置。

背景技术：

1、油田开发过程中，由于作业环境恶劣，受到各种因素的污染，套管易产生管壁结垢、锈片、结盐、结蜡、稠油等现象。若此时结垢较为严重且不及时清理，就会降低套管的使用寿命甚至造成套管的报废，国内每年因结垢问题而报废的套管至少占总量的30％。现如今，随着国际油价大幅度攀升，高含水油田开发难度越来越大，采油成本不断升高，油田需提升对套管的再利用，以降低油田的生产综合成本，因此对结垢套管进行清洗就成为其中较重要环节。由于石油组分、压力、温度等因素发生变化，容易在套管内壁等处产生结垢、结蜡现象。特别是聚合物驱和三元复合驱采油在油气田领域的推广使用，使得污垢成分发生显著变化，结垢、结蜡现象更加明显。此现象会堵塞套管内壁，对生产造成不利影响，严重时甚至会导致停井停产，造成不可预测的经济损失。目前，清洗难度也随着三元复合驱技术的推广应用变得更加复杂，现有技术中，存在三方面技术问题需要解决：一、针对结垢严重的套管，都是将其起出后，运至专门场地清洗部门加以处理，这样的清洗方式浪费了大量的人力物力。二、现有的清洗设备还停留在传统工艺上，如化学除垢，机械除垢，都不能对套管内壁的三元复合驱井套管做高效清理，还会造成环境污染，钻具的使用也会损坏其他装置设备，造成不必要的经济浪费。三、常用的水射流清洗装置仅在清洗软质垢时有较好的效果，清洗硬质垢时对压力要求较高，不适用于高围压下。增强水射流的冲击力则是除垢的重要目标，因此提出一种安全、高效、低成本、绿色环保的套管清洗装置是必要的。

技术实现思路

1、为解决油田开发过程中套管清洗所遇到的技术问题，本发明提出一种用于作业现场的套管清洗装置，该清洗装置具有两种振荡发生器，可替换使用，直接在作业现场对结垢套管进行清洗，本装置可同时高效清洗软质垢与硬质垢，对于软质垢推荐使用第一振荡结构的振荡发生器，对于硬质垢推荐使用第二振荡结构的振荡发生器，且可在高围压下完成高效清洗工作。

2、本公开所述的应用于水力作业套管旋转清洗中的组件，基础方案1：包括旋转结构，其独特之处在于：

3、所述旋转结构包括中心连接体7、两组角接触轴承18、一组推力轴承8、组合密封3以及组合切片式限速体，所述组合切片式限速体包含压紧弹簧5、阻尼片6、减速圈16与黄铜摩擦片17；在中心连接体7外侧嵌入所述组合切片式限速体，利用压紧弹簧5的预紧力使所述组合切片式限速体贴紧中心连接体7；组合密封3安装在中心连接体7最前端，挡圈19与其中一组角接触球轴承18安装在中心连接体7前端，垫片15与另一组角接触球轴承18安装在中心连接体7后端，隔环14用于将推力轴承8和角接触球轴承18隔开；中心连接体7安装在外壳体4内；密封弹簧13、高压密封9以及密封压帽12安装在中心连接体7尾部，形成一道主密封结构。

4、进一步地，所述组合密封3由条状聚四氟乙烯和圆环状橡胶组成，与外壳体4内的沟槽过盈连接，与中心连接体7间隙连接。

5、进一步地，所述阻尼片6的加工材料为陶瓷，通过键槽将阻尼片6与中心连接体7连接在一起，实现同步旋转，腔体内阻尼液为聚二甲基硅氧烷油。

6、基础方案2，所述应用于水力作业套管旋转清洗中的组件，还包括液力释放器1。液力释放器1的外侧开有三个沿周向均匀分布的螺纹孔并置有3个风琴管空化喷嘴2，构成一组扭矩喷嘴组，所述扭矩喷嘴组中的风琴管空化喷嘴2的中心轴线与液力释放器1的中心轴线垂直，且风琴管空化喷嘴2与液力释放器1径向相距一个风琴管入口宽度，提供喷头旋转所需的扭矩，扭矩喷嘴与振荡腔配合使用，产生具有空化效果的高速射流，所有风琴管空化喷嘴均通过细牙螺纹与液力释放器1连接；风琴管空化喷嘴2内部设置入口腔、谐振腔、圆柱段及扩散段；液力释放器1内的液体流道与风琴管空化喷嘴2入口腔相连通，液力释放器1尾端以螺纹连接的形式与中心连接体7首端相连接，且液力释放器1和中心连接体7内的流道相通。

7、基础方案3，所述应用于水力作业套管旋转清洗中的组件，还包括与中心体连接的振荡产生器11；通过调节密封弹簧13的预紧力保证振荡产生器11与中心连接体7紧密接触；

8、所述振荡产生器内部流道是回流式自激振荡腔；所述振荡产生器的内部流道沿过轴线的水平面被分为两部分，每部分加工有一半回流式自激振荡腔结构，通过连接器连接至一起组成完整回流式自激振荡腔结构；所述振荡产生器的后端连接在连续管作业车上用于接收高压水；

9、第一振荡结构下，所述振荡产生器具有射流入口段1101、出口段1102、上腔体1103、下腔体1104、斜坡面1105、平坡面1106以及回流道1107；入口宽与出口宽比值范围在0.8-1之间；入口段1101与斜坡面1105连接的空间部分构成上腔体1103，出口段1102与平坡面1106连接的空间部分构成下腔体1104，斜坡面1105与平坡面1106平滑连接，回流道1107用于将入口段1101和出口段1102相连。

10、进一步地，优选方案为：所述振荡产生器内部流道的纵向切面为正方形，回流道宽度与入口段宽度比值限定在2/3-3/4之间，以保证回流平稳可靠；入口段1101呈梯形，与回流直管段呈60度夹角，对来流具有缩进效果，能增加清洗的冲击力，斜坡面1105与回流直管段夹角在45度到75度之间。

11、对于软质垢特别适用第一振荡结构的振荡发生器。

12、而对于硬质垢的最优适用，则在第一振荡结构的基础上，增设以下内容，构成第二振荡结构：

13、所述振荡产生器的下腔体中央设置有一个圆柱形的整流块1108，诉所述整流块直径与出口段喉部直径之比范围在1.4-1.6之间，用于强化腔体内的扰流效应，自激振荡频率随整流块直径的增大而呈现先增大后降低的趋势，选取与出口段喉部直径比为1.5时，频率最大，产生自激振荡效果最强，除垢效果最好。

14、基础方案4，所述应用于水力作业套管旋转清洗中的组件，还包括扶正胶囊21；扶正胶囊21包裹着外壳体4和振荡产生器11，连接器20将扶正胶囊21与振荡产生器11的两个半体一起固定；所述扶正胶囊能够稳定喷头作业且强化振荡产生器11的密封效果。

15、扶正胶囊21表面装有充水口，用于根据清洗套管的内径提前调节好充水量，以实现扶正作用；扶正胶囊21与振荡产生器11共用一组连接器20实现固定；扶正胶囊21材料为一种硫化后的橡胶及纤维混合物，具有高耐磨性和低摩擦性。

16、基础方案4：一种应用于水力作业套管旋转清洗中的清洗装置，其独特之处在于，应用基础方案3中所述组件，与井口连续管作业车配合使用，通过连接水管向设置在所述清洗装置内的旋转结构输送高压水。

17、基础方案5：一种应用于水力作业套管旋转清洗中的清洗方法，其特征在于，应用基础方案4中所述的清洗装置，按照如下步骤，进行作业：

18、步骤一：振荡产生器11后端安装在连续管作业车上，与其配合使用，通过其内部的流道的连接完成高压水的传输，高压水经连续管流至振荡产生器，将高压水调制为振荡射流；

19、步骤二：高压水由振荡产生器经中心连接体7流过密封压帽12、高压密封9以及密封弹簧13流至喷头体，最后经喷头体上安装的风琴管空化喷嘴2射出具有空化效果的振荡射流；

20、步骤三：射流射出后对喷头产生反作用力，作用力由喷头传递至中心连接体，通过中心连接体上安装的轴承产生旋转效果；中心连接体上的组合密封3与中心连接体一同旋转，保证了喷头内部的密封性；

21、步骤四：中心连接体旋转时其上阻尼片6旋转，黄铜密封片17静止，两者形成相对运动产生摩擦力，同时结合腔内阻尼液的作用将喷头旋转速度控制在300-500r/min；

22、步骤五：连续管车供压需维持在10mpa-19mpa，作业排量为100-160l/min，连续管下降速度控制在5-15m/min。

23、本说明书一个或多个实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

24、首先，本公开给出的装置可在井下有限空间内，以自激振荡空化射流为主要清洗手段，与连续管作业车配合使用，直接对井下套管直接进行清洗，通过回流式自激振荡腔与风琴管空化喷嘴配合使用，形成自激振荡空化射流对套管内垢质进行清洗，其振荡产生器11具有两种可选择的结构，对于软质垢推荐第一振荡结构，对于硬质垢推荐使用第二振荡结构，第二振荡结构较第一振荡结构多加入了一个中央整流块，设计出了适用于油田作业现场套管清洗的具有回流式自激振荡腔的空化水射流旋转喷头结构，振荡产生器中的回流式自激振荡腔可以使接收的高压水从液力释放器喷出时产生自激振荡效果，同时也会产生左右摆动的喷流形态，增加湍动能，实现了对结有硬质与软质垢套管的有效清洗，市面上喷头大多具有较多数量的喷嘴，振荡结构与风琴管喷嘴的配合使用所提供的较强能量，可以减少设定的喷嘴数量，降低了结垢套管的清洗成本，降低了结垢套管的清洗条件，提高了清洗作业的安全性，为油田作业现场清洗结垢套管提供了新选择，装置结构精密，密封性好，可在井下复杂条件下完成高效稳定清洗，且中央整流块的振荡产生装置具有更好的调频效果，增强了射流的自激振荡频率。其次，安装在液力释放器上的喷嘴中心轴线与中心连接体轴线有一定距离，为液力释放器提供旋转所需的扭矩，以驱动液力释放器旋转，其布置方式通过大量试验与模拟进行了验证，以确保其在提供足够扭矩的前提下，具有较好的清洗效果。另外，外壳体内具有限速装置，限速装置主要依靠阻尼片与黄铜片间的相对运动以及阻尼液的物理特性所产生的阻力，来对液力释放器的旋转速度进行控制，以防止自激振荡空化射流因转速过快而产生雾化现象，进而保证对结垢套管的高效清洗，在外壳体和振荡产生器外侧包裹着扶正胶囊，可根据清洗套管的内径来提前调节好充水量，以更好地起到扶正作用，具有较好的适用性。连接器将扶正胶囊与振荡产生器的两半一起固定，用于稳定喷头作业，且使振荡产生器具有更好的密封效果。

25、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，而非限制本公开。

26、根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。