水下井口区清理装置的制作方法

本发明涉及钻井工程技术领域，尤其涉及一种水下井口区清理装置。

背景技术：

采用水下生产系统开发深水及次深水石油天然气资源过程中，通常采用丛式井口方式，单井作业程序一般为：表层喷射下入导管或钻进井眼后下入导管固井、二开钻进、下套管、固井、下防喷器及隔水管、下开作业等。由于表层喷射或钻进及二开钻进作业井眼尺寸均较大，且均是在下防喷器及隔水管建立循环通道前，因此，表层喷射或钻进及二开钻进作业会产生的大量岩屑及固井过程返出的水泥浆。在海底洋流的影响下，岩屑及水泥浆会被运移至井中间管汇区域，导致井场中间区域地貌改变，平整度无法满足管汇安装，并且使井口周围水泥胶结，导致跨接管安装困难。

常用的用于水下井口区岩屑及水泥浆清理的装置主要包括小型rov搭载设备及大型钻屑转移系统，但实践表明：小型rov搭载设备操作相对简单方便，费用较低，但受限于设备功率，排量较小，导致清理时间长且效果难以得到有效保证；大型钻屑转移系统可将岩屑及水泥浆通过水下抽汲泵运移至远离井场的位置，处理量大，但设备复杂，费用高，且固井期间无法监测井口返出情况，容易造成井下固井作业风险。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，提供一种结构简单，可提供高排量、多角度旋转喷射功能，有效清理水下井口去岩屑及水泥浆的水下井口区清理装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种水下井口区清理装置，包括具有中心通道的芯轴、相对所述芯轴可转动套设在所述芯轴上的第一外壳、与所述第一外壳相接的第二外壳、以及安装在所述第二外壳内的旋转组件；

所述旋转组件将所述第二外壳的内部空间隔成轴向上相连通的第一腔室和第二腔室；所述第二外壳上设有多角度分布且与所述第二腔室相连通的喷嘴组件；

所述芯轴内的中心通道与所述第一腔室、第二腔室依次连通形成流体通道；流体沿着所述流体通道通过所述旋转组件至第二腔室时，带动所述旋转组件转动，从而带动所述第二外壳及第一外壳相对所述芯轴旋转，流体通过所述喷嘴组件向外多角度喷射。

优选地，所述旋转组件包括垂直所述第二外壳的中心轴线安装在所述第二外壳内的承托环、配合在所述承托环上的叶轮，所述承托环和叶轮的外周侧面与所述第二外壳的内壁面相对固定。

优选地，所述叶轮的外周侧面和所述第二外壳的内壁面之间嵌设有传递扭矩的单键。

优选地，所述承托环上设有与所述叶轮的中心通孔相匹配的中心轴，所述中心轴穿设在所述叶轮的中心通孔内。

优选地，所述旋转组件还包括盖合在所述承托环的中心轴上并抵接所述叶轮的锥形压帽。

优选地，所述叶轮为螺旋曲面叶轮。

优选地，所述喷嘴组件包括设置在所述第二外壳轴向侧面上且沿所述第二外壳周向间隔分布的多个第一喷嘴和多个第二喷嘴、设置在所述第二外壳封闭端上的多个第三喷嘴组件；所述第一喷嘴和所述第二喷嘴沿所述第二外壳的轴向相间隔。

优选地，所述第一喷嘴、第二喷嘴和第三喷嘴的方向延长线与所述第二外壳的中心轴线交于一点；

所述第一喷嘴的轴向与所述第二外壳的中心轴线相垂直；所述第二喷嘴的轴向与所述第二外壳的中心轴线之间形成15°-30°夹角；所述第三喷嘴的轴向与所述第二外壳的中心轴线之间形成30°-70°夹角。

优选地，所述第二外壳的封闭端端面为曲面。

优选地，所述芯轴远离所述第二外壳的第一端伸出所述第一外壳，该第一端上设有内螺纹；

所述芯轴朝向所述第二外壳的第二端伸出所述第一外壳延伸至所述第二外壳的第一腔室中。

优选地，所述水下井口区清理装置还包括设置在所述芯轴和第一外壳之间的止推轴承、位于所述止推轴承相对两侧并设置在所述芯轴和第一外壳之间的第一动密封组件和第二动密封组件；

所述止推轴承与所述芯轴相对固定，所述第一外壳通过所述第一动密封组件和第二动密封组件相对所述芯轴和止推轴承可转动。

优选地，所述第一动密封组件包括套设并固定在所述芯轴上的第一轴承静套、可转动套设在所述第一轴承静套上的第一轴承动套；所述第一轴承静套与所述止推轴承远离所述第二外壳的一端相抵接；

所述第二动密封组件包括套设并固定在所述芯轴上的第二轴承静套、可转动套设在所述第二轴承静套上的第一轴承动套；所述第二轴承静套与所述止推轴承朝向所述第二外壳的一端相抵接；

所述第一外壳套设在所述第一轴承动套和第二轴承动套上。

优选地，所述第一轴承静套与所述止推轴承的一端之间设有第一锁母，所述第一锁母与所述第一轴承静套螺纹连接；

所述第一轴承动套与所述止推轴承的一端之间设有隔套，所述隔套套设在所述第一锁母上；所述隔套的轴向长度大于所述第一锁母的轴向长度。

优选地，所述芯轴上套设有第二锁母，所述第二锁母位于所述第二轴承静套远离所述止推轴承的一侧，与所述芯轴螺纹连接。

本发明的有益效果：结构简单，可与钻杆直接连接，降低作业成本，且可提供高排量、多角度旋转喷射功能，可有效清理水下井口区岩屑及水泥浆，经济有效地保障水下生产系统的中间管汇及跨接管安装。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一实施例的水下井口区清理装置的剖面结构示意图；

图2是本发明一实施例的水下井口区清理装置中承托环的结构示意图；

图3是本发明一实施例的水下井口区清理装置中叶轮的结构示意图；

图4是本发明一实施例的水下井口区清理装置中第二外壳的侧面结构示意图；

图5是本发明一实施例的水下井口区清理装置中第二外壳的端面结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明一实施例的水下井口区清理装置，用于清理水下井口去岩屑及水泥浆等，其可包括芯轴1、相对芯轴1可转动套设在芯轴11上的第一外壳10、与第一外壳10相接的第二外壳20、以及安装在第二外壳20内的旋转组件30。

其中，芯轴1具有中心通道100。第二外壳20与第一外壳10相接使其内部形成有与中心通道100相连通的内部空间。旋转组件30在第二外壳20内将第二外壳20的内部空间隔成轴向上相连通的第一腔室201和第二腔室20。第二外壳20上设有多角度分布且与第二腔室202相连通的喷嘴组件40。芯轴10内的中心通道100与第一腔室201、第二腔室202依次连通形成流体通道；流体沿着流体通道通过旋转组件30至第二腔室202时，利用液体动能，带动旋转组件30转动，从而带动第二外壳20及第一外壳10相对芯轴旋转，流体通过喷嘴组件40向外多角度喷射。

具体地，芯轴1整体呈圆柱状，其中心通道100贯通整个芯轴1的轴向，流通可从其一端流入通过中心通道100。芯轴1包括相对的第一端和第二端，第二外壳20处于芯轴1的第二端一侧与第一外壳10相接。芯轴1的第一端伸出第一外壳10，其上可设有内螺纹101，用于与钻杆连接，通过钻杆可将该水下井口区清理装置送入水下井口区进行清理操作。

第二外壳10为一端封闭一端开放的壳体，第一外壳10在套设在芯轴1的外周，第二外壳20以其开放端连接第一外壳10且将芯轴1的第二端封闭。芯轴10、第一外壳10和第二外壳20同轴。

第一外壳10和第二外壳20之间可通过螺纹连接，例如在第一外壳10上设外螺纹，第二外壳20上设置相适配的内螺纹。优选地，第一外壳10上的外螺纹沿着第一外壳10的轴向延伸且相对第一外壳10的中心轴线倾斜，第二外壳20上的内螺纹对应也是倾斜延伸。

芯轴1朝向第二外壳20的第二端伸出第一外壳10延伸至第二外壳20的第一腔室201中。芯轴1第二端的延伸不需延伸过长，在轴向上通过第一外壳10和第二外壳20的相接处即可。

旋转组件30可包括承托环31以及叶轮32。承托环31垂直第二外壳20的中心轴线安装在第二外壳20内，其外周侧面与第二外壳20的内壁面相对固定。叶轮31配合在承托环31上，外周侧面与第二外壳10的内壁面相对固定。

如图2所示，承托环31可由直径不等的内环和外环相接构成，其上设有与叶轮32的中心通孔相匹配的中心轴311，中心轴311穿设在叶轮32的中心通孔内。中心轴311凸出设置在承托环31的内环上。内环和外环之间的镂空区域连通第一腔室201和第二腔室202，且与叶轮32的通道相连通。

如图3所示，叶轮32为螺旋曲面叶轮。叶轮32的外周侧面和第二外壳20的内壁面之间嵌设有单键33，用于传递扭矩。对应单键33，叶轮32的外周侧面和第二外壳20的内壁面之间设有相配合的键槽311容置该单键33。

又如图1所示，旋转组件30还包括锥形压帽34，盖合在承托环31的中心轴311上并抵接叶轮32。承托环31的中心轴311及锥形压帽34的中心线位于第二外壳20的中心轴线上，也位于芯轴1的中心轴线上。锥形压帽34的锥形面朝向芯轴1，流体通过芯轴1到达旋转组件30时，沿着锥形压帽34的锥形面分流至叶轮32，并通过叶轮32至第二外壳20的第二腔室202内，再通过喷嘴组件40向外喷射。

本实施例中，如图1、4、5所示，喷嘴组件40包括多个第一喷嘴41、多个第二喷嘴42以及多个第三喷嘴43。多个第一喷嘴41设置在第二外壳20轴向侧面上且沿第二外壳20的周向间隔分布，多个第二喷嘴42也设置在第二外壳20轴向侧面上且沿第二外壳20的周向间隔分布，并且第二喷嘴42与第一喷嘴41沿第二外壳的轴向相间隔布置，第二喷嘴42处于第一喷嘴41远离芯轴的一侧。多个第三喷嘴43设置在第二外壳20的封闭端上，呈圆周间隔分布。

进一步地，如图1中所示，第一喷嘴41、第二喷嘴42和第三喷嘴43的方向延长线与第二外壳10的中心轴线交于一点。第一喷嘴41的轴向与第二外壳20的中心轴线相垂直；第二喷嘴42的轴向与第二外壳20的中心轴线之间形成15°-30°夹角；第三喷嘴43的轴向与第二外壳20的中心轴线之间形成30°-70°夹角。

作为选择，第二外壳20的封闭端端面可为曲面，第三喷嘴43设置在封闭端端面上，曲面的设置降低了喷嘴的加工难度。

喷嘴组件40通过多个喷嘴在不同位置上及朝向的设置，满足大排量多角度喷射，提高清理岩屑及水泥浆冲击力，既可将岩屑及水泥浆搅动起来，又可将其推向远离井口区方向。

进一步地，又如图1所示，本发明的水下井口区清理装置还包括设置在芯轴1和第一外壳10之间的止推轴承50、位于止推轴承50相对两侧并设置在芯轴1和第一外壳10之间的第一动密封组件60和第二动密封组件70。止推轴承50与芯轴1相对固定，且在芯轴1轴向上处于第一动密封组件60和第二动密封组件70之间。第一外壳10通过第一动密封组件60和第二动密封组件70相对芯轴1和止推轴承50可转动。

其中，第一动密封组件60位于止推轴承50远离第二外壳10的一侧，在芯轴1上靠近芯轴1的第一端；第二动密封组件70位于止推轴承50朝向第二外壳10的一侧，且靠近芯轴1的第二端。

第一动密封组件60可包括第一轴承静套61和第一轴承动套62。第一轴承静套61套设并固定在芯轴1上，还与止推轴承50远离第二外壳20的一端相抵接；第一轴承动套62可转动套设在第一轴承静套61上并与第一外壳10固定连接。第一轴承动套62与第一外壳10可通过螺纹连接相对固定。

第二动密封组件70包括第二轴承静套71和第二轴承动套72。第二轴承静套71套设在芯轴1上，还与止推轴承50朝向第二外壳20的一端相抵接；第二轴承动套72可转动套设在第二轴承静套71上并与第一外壳10固定连接。

第一外壳10套设在第一轴承动套62和第二轴承动套62上，从而第一外壳10、第一轴承动套62与第二轴承动套72可相对第一轴承静套61、第二轴承静套71和芯轴1旋转(圆周转动)。

第一轴承静套61与止推轴承50的一端之间设有第一锁母81，第一锁母81与第一轴承静套61螺纹连接。第一轴承动套62与止推轴承50对应的一端之间设有隔套82，隔套82套设在第一锁母81上；隔套82的轴向长度大于第一锁母81的轴向长度，以保持该部分的结构稳定。

芯轴1上套设有第二锁母83，第二锁母3位于第二轴承静套71远离止推轴承50的一侧，与芯轴1螺纹连接。第二轴承静套71位于芯轴1和第二锁母83之间，并与两者相抵接。

本发明的水下井口区清理装置工作时，海水进入芯轴1，沿着流体通道流入叶轮32，带动第二外壳20及第一外壳10等同时旋转，第二外壳20上的喷嘴组件40将海水多角度喷射出来，实现大排量多角度旋转喷射清理水下井口区岩屑及水泥浆的目的，提高岩屑及水泥浆清理效率。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。