一种机械防砂装置的制作方法

本实用新型涉及一种防砂装置，尤其涉及一种机械防砂装置，属于采油设施技术领域。

背景技术：

受油藏物性、生产、作业等综合因素影响，部分油井存在不同程度的出砂问题，主要分布在典型疏松砂岩油藏，与其他区块相比，出砂周期更短，出砂更严重，治理难度更大。目前成熟应用的防砂工艺主要为机械复合防砂、化学防砂技术。

对于出砂严重的油井以机械复合防砂为主，油管下部设防砂绕丝筛管，筛管上方通过安全接头连接有充填工具，砾石随水流从油管向下，经过充填工具的第一通道进入充填工具下方的环空，使筛管与套管之间的环空充满砾石，建立起人工挡砂井壁，阻止油层细砂流出；水流进入筛管，经过充填工具的第二通道进入充填工具上方的环空，从套管闸门向外返流。

一直以来，机械复合防砂施工存在填砂难问题，原因之一是由于目前防砂充填工具不能控制填砂速度，人工工作量大，且常因为填砂不均匀影响填砂效果，甚至造成卡管防砂失败。

传统的安全接头主要采用锯齿型和方扣型两种，这两种安全接头由上接头、下接头和密封圈组成。上接头上端有与管柱相连接的内螺纹，下半部有宽锯齿外螺纹。在此两部分之间的外圆柱面上有“八字形”凸凹结构。下接头下端有与管柱相连接的外螺纹，内有宽锯齿内螺纹，在下接头的上端面有与上接头相配合的“八字形”凸凹结构。上下接头之间是通过螺纹连接，用来传递正反扭矩；而其上面的“八字形”凸凹结构是产生预拉力并保持恒定的锁紧装置。在丢脱时，首先对安全接头施加一定的下击力和反扭矩，使之脱开。正是由于螺纹连接，且施加的扭矩与管柱螺纹方向相反，常常出现退不开的现象。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种机械防砂装置，填砂方便且可有效控制水砂比，管柱不会发生砂堵，减轻操作工劳动强度。

为解决以上技术问题，本实用新型的一种机械防砂装置，包括填砂漏斗，所述填砂漏斗的喇叭口外周焊接有至少两个挂钩，所述挂钩分别悬挂在支杆上，各支杆分别横跨在水箱的上端口，所述填砂漏斗的喉口部位安装有填砂调节门，所述填砂调节门下方的漏斗竖管上分布有多个漏斗透水孔，所述漏斗竖管的下端连接有出口漏斗横管；所述漏斗横管的出口通过水泥车吸水管与水泥车的吸水口相连，水泥车的出水口通过水泥车出水管与井口四通的油管闸门相连，井口四通的套管闸门通过返流胶管与所述水箱相连。

相对于现有技术，本实用新型取得了以下有益效果：水箱可以为上端开口的长方体箱体且注有清水，在井场可以采用废弃管道作为支杆，将支杆搁置在水箱上，然后通过挂钩将填砂漏斗固定在水箱上。水泥车启动后，水流从漏斗透水孔进入漏斗竖管，由人工向填砂漏斗的喇叭口中倾倒砂砾，砂砾随水流进入水泥车吸水管，由水泥车泵出，通过水泥车出水管及油管闸门进入油管中并向井下流动，清水从环空向上返流，从套管闸门经返流胶管回到水箱，循环利用。改变填砂调节门的开度，可以控制填砂速度。

作为本实用新型的改进，所述油管的下端口设有丝堵，所述丝堵的上方设有多段与油层位置相对应的生产筛管，所述生产筛管的上方设有信号筛管，所述信号筛管的上部通过安全接头与充填工具相连，所述充填工具与上方的油管相连，相邻生产筛管或信号筛管之间分别安装有扶正器。砂砾随水流从油管向下，经过充填工具的第一通道进入充填工具下方的环空，向生产筛管与套管之间的环空填充砂砾，建立起人工挡砂井壁；水流进入筛管，经过充填工具的第二通道进入充填工具上方的环空，从套管闸门向外返流；当砂砾增高至信号筛管时，则填砂完成。然后通过套管闸门向环空注入热污水进行反洗井，直至出口返出液无砂为止，验证填砂符合要求后，向油管内投入钢球并开泵憋压，使安全接头实现丢手，即可起出充填管柱。

作为本实用新型的进一步改进，所述安全接头包括上接头和下接头，所述上接头和下接头的中心孔共轴线且相互贯通，所述下接头的上端设有向上延伸的筒体，所述筒体的内腔安装有可沿筒体内壁轴向滑动的滑套，所述滑套的中心孔自上而下逐渐缩小且下端设有喇叭口状的球座，所述球座配套有可以将其关闭的钢投球，所述球座下端的喉口与所述下接头的中心孔相贯通；所述滑套的下端外壁通过剪钉固定在所述筒体上，所述上接头的下部插入于所述筒体中且旋转后与筒体的内壁相嵌合，所述上接头的下端通过花键与所述滑套的上端相插接。组装时，先把滑套放入筒体中，再将上接头的下端插入筒体内腔，然后旋转上接头使上接头的下部与筒体的内壁相嵌合，这样上接头与筒体之间既可以承受轴向拉力，又可以传递扭矩；接着滑套向上顶起，使滑套的上端与上接头的下端通过花键相连接，然后通过剪钉将滑套固定在筒体上，由此滑套限制了上接头的转动并提供扭矩。需要安全接头丢开时，将钢投球投入管柱内，钢投球落在球座处坐封，将中心孔道封闭产生憋压，憋压达到10mpa时，剪钉被剪断，滑套下滑与上接头脱离，此时反向转动上接头使之与筒体内壁脱离嵌合，然后上接头即可向上抽出，实现丢手。由于上接头与筒体之间未采用螺纹连接，而是采用相互嵌合，相互的结合力很小，丢手时，不受管柱与套管壁的摩擦阻力与井斜的影响，只要投入钢投球并微微转动上接头即可脱扣，脱开成功率高，操作方便，性能可靠。

作为本实用新型的进一步改进，所述上接头的中段设有上接头外台阶，所述上接头外台阶压在筒体的上端口上，所述上接头外台阶以下的部位直径逐段缩小；所述筒体的内腔自上而下设有多个孔径逐节缩小的筒体台阶孔。上接头外台阶可以对上接头插入筒体的深度进行轴向定位，上接头外台阶压在筒体的上端口上时，即可进行旋转，实现嵌合；上接头和筒体自上而下逐节缩径一方面便于车削加工，另一方面也便于各段之间的相互配合。

作为本实用新型的进一步改进，所述上接头外台阶下方的上接头大直径段的外周均匀设有三块上接头凸块，各上接头凸块的圆心角分别为40°，所述筒体上端的第一筒体台阶孔的内壁对称设有与上接头凸块相适配的l形嵌槽，各l形嵌槽的上端开口且上部的圆心角为40°，各l形嵌槽下部的圆心角为80°，各l形嵌槽的总高度是上接头凸块高度的两倍，且各上接头凸块分别嵌于相应l形嵌槽的根部。各上接头凸块分别从l形嵌槽上端的开口处插入，向下滑行相当于上接头凸块的高度后到达l形嵌槽的底部，然后旋转40°，使上接头凸块完全嵌入l形嵌槽的根部。由于l形嵌槽的总高度是上接头凸块的两倍，圆心角也是上接头凸块的两倍，上接头凸块嵌到位以后，其顶部完全与l形嵌槽下部的顶壁重合，轴向定位和径向定位均十分可靠，且传递拉力和扭矩的能力非常大。丢手时，上接头反向旋转40°，上提管柱即可实现脱离。

作为本实用新型的进一步改进，所述上接头大直径段的下方设有上接头密封段，所述上接头密封段的圆周上设有至少两道上接头密封槽，所述上接头密封槽中嵌装有上接头密封圈贴合在第二筒体台阶孔的内壁。上接头密封圈可实现上接头与筒体之间的可靠密封，且加工、安装均能方便，上接头密封圈插入第二筒体台阶孔前不会受到筒体内壁的刮蹭。

作为本实用新型的进一步改进，所述上接头密封段的下端连接有上接头小直径段，所述上接头小直径段插接于第三筒体台阶孔的上部，且上接头小直径段的外周对称设有三个向内凹陷且下端开口的上接头插槽，所述上接头插槽与所述上接头凸块在圆周上的相位相互错开；所述滑套的上部设有滑套大直径段，所述滑套大直径段位于第三筒体台阶孔的中部且两者间隙配合，所述滑套大直径段的上端口外周对称设有三个向上伸出的滑套插榫，各滑套插榫对应插接在相应的上接头插槽中；各滑套插榫的圆心角分别为40°，各上接头插槽的圆心角分别为80°。各滑套插榫对应插接在上接头插槽中形成花键配合，滑套插榫的内壁抵靠在上接头插槽的底壁上，保证滑套上端与上接头的下端共轴线，滑套插榫的侧壁与上接头插槽的侧壁接触传递扭矩，上接头插槽与上接头凸块在圆周上的相位相互错开便于加工。上接头插槽的圆心角与l形嵌槽下部的圆心角相等，滑套插榫的圆心角与上接头凸块的圆心角相等，使得上接头凸块嵌入l形嵌槽根部的同时，滑套插榫的侧壁与上接头插槽的侧壁相贴合，同步到达传递扭矩的状态。

作为本实用新型的进一步改进，所述滑套大直径段的外圆周对称设有三个沿轴向贯通的滑套滑槽，各滑套滑槽的圆心角分别为40°且与所述滑套插榫在周向的相位相互错开；所述第三筒体台阶孔的上部内壁对称设有三个向内凸出的筒体凸块，各筒体凸块的圆心角分别为40°且对应嵌于相应的滑套滑槽中。剪钉剪断前，筒体凸块嵌于滑套滑槽中使得滑套与筒体之间实现径向定位并可以传递扭矩；滑套滑槽与滑套插榫在周向的相位相互错开可以避免滑套插榫的根部受到削弱。剪钉剪断后，筒体凸块与滑套滑槽的配合使得滑套沿轴向向下滑落。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明，附图仅提供参考与说明用，非用以限制本实用新型。

图1为本实用新型机械防砂装置井上部分的结构示意图。

图2为图1中填砂漏斗的结构示意图。

图3为本实用新型机械防砂装置井下部分的结构示意图。

图4为图3中安全接头的主视图。

图5为图4中上接头的剖视图。

图6为图4中上接头的立体图一。

图7为图4中上接头的立体图二。

图8为图4中筒体的剖视图。

图9为图4中筒体的立体剖视图。

图10为图4中滑套的剖视图。

图11为图4中滑套的立体图一。

图12为图11的剖视图。

图13为图4中滑套的立体图二。

图中：t1.水箱；b1.水泥车；b1a.水泥车吸水管；b1b.水泥车出水管；y1.填砂漏斗；y1a.填砂调节门；y1b.漏斗竖管；y1c.漏斗横管；y1d.漏斗透水孔；y1e.挂钩；y1f.支杆；s1.四通；g1.油管；g2.套管；v1.油管闸门；v2.套管闸门；v2a.返流胶管；c1.充填工具；l1.信号筛管；f1.扶正器；l2.生产筛管；d1.丝堵；a1.安全接头；1.上接头；1a.上接头外台阶；1b.上接头大直径段；1b1.上接头凸块；1c.上接头密封段；1c1.上接头密封槽；1c2.上接头密封圈；1d.上接头小直径段；1d1.上接头插槽；1e.锥形母螺纹；2.筒体；2a.第一筒体台阶孔；2a1.l形嵌槽；2b.第二筒体台阶孔；2c.第三筒体台阶孔；2c1.筒体凸块；2d.第四筒体台阶孔；2d1.剪钉螺孔；2d2.筒体卸压凹槽；2e.第五筒体台阶孔；3.下接头；3a.锥形公螺纹；4.滑套；4a.滑套插榫；4b.滑套大直径段；4b1.滑套滑槽；4c.滑套小直径段；4c1.滑套密封槽；4c2.滑套密封圈；4c3.剪钉沉孔；4c4.滑套限位长槽；4d.球座；5.剪钉；6.限位销钉；7.钢投球。

具体实施方式

如图1、图2所示，本实用新型机械防砂装置，包括填砂漏斗、y1水箱t1、水泥车b1和位于井口的四通s1，油管g1的上端从四通s1的中心穿过，四通s1的左右两侧分别连接有与套管g2环空相连通的套管闸门v2，油管g1的上部两侧分别连接有油管闸门v1，填砂漏斗y1的喇叭口外周焊接有至少两个挂钩y1e，挂钩y1e分别悬挂在支杆y1f上，各支杆y1f分别横跨在水箱t1的上端口，填砂漏斗y1的喉口部位安装有填砂调节门y1a，填砂调节门y1a下方的漏斗竖管y1b上分布有多个漏斗透水孔y1d，漏斗竖管y1b的下端连接有出口漏斗横管y1c；漏斗横管y1c的出口通过水泥车吸水管b1a与水泥车b1的吸水口相连，水泥车b1的出水口通过水泥车出水管b1b与油管闸门v1相连，套管闸门v2通过返流胶管v2a与水箱t1相连。

水箱t1可以为上端开口的长方体箱体且注有清水，在井场可以采用废弃管道作为支杆y1f，将支杆y1f搁置在水箱t1上，然后通过挂钩y1e将填砂漏斗y1固定在水箱t1上。水泥车b1启动后，水流从漏斗透水孔y1d进入漏斗竖管y1b，由人工向填砂漏斗y1的喇叭口中倾倒砂砾，砂砾随水流进入水泥车吸水管b1a，由水泥车b1泵出，通过水泥车出水管b1b及油管闸门v1进入油管g1中并向井下流动，清水从环空向上返流，从套管闸门v2经返流胶管v2a回到水箱t1，循环利用。改变填砂调节门y1a的开度，可以控制填砂速度。

如图3所示，油管g1的下端口设有丝堵d1，丝堵d1的上方设有多段与油层位置相对应的生产筛管l2，生产筛管l2的上方设有信号筛管l1，信号筛管l1的上部通过安全接头a1与充填工具c1相连，充填工具c1与上方的油管g1相连，相邻生产筛管l2或信号筛管l1之间分别安装有扶正器f1。砂砾随水流从油管g1向下，经过充填工具c1的第一通道进入充填工具c1下方的环空，向生产筛管l2与套管g2之间的环空填充砂砾，建立起人工挡砂井壁；水流进入筛管，经过充填工具c1的第二通道进入充填工具c1上方的环空，从套管闸门v2向外返流；当砂砾增高至信号筛管l1时，则填砂完成。然后通过套管闸门v2向环空注入热污水进行反洗井，直至出口返出液无砂为止，验证填砂符合要求后，向油管g1内投入钢球并开泵憋压，使安全接头a1实现丢手，即可起出充填管柱。

如图4至图13所示，安全接头a1包括上接头1和下接头3，上接头1的上部内腔设有与上方管柱相旋接的锥形母螺纹1e，下接头3的外端设有与下方管柱相旋接的锥形公螺纹3a。上接头1和下接头3的中心孔共轴线且相互贯通，下接头3的上端设有向上延伸的筒体2，筒体2的内腔安装有可沿筒体2内壁轴向滑动的滑套4，滑套4的中心孔自上而下逐渐缩小且下端设有喇叭口状的球座4d，球座4d配套有可以将其关闭的钢投球7，球座4d下端的喉口与下接头3的中心孔相贯通；滑套4的下端外壁通过剪钉5固定在筒体2上，上接头1的下部插入于筒体2中且旋转后与筒体2的内壁相嵌合，上接头1的下端通过花键与滑套4的上端相插接。

组装时，先把滑套4放入筒体2中，再将上接头1的下端插入筒体2内腔，然后旋转上接头1使上接头1的下部与筒体2的内壁相嵌合，这样上接头1与筒体2之间既可以承受轴向拉力，又可以传递扭矩；接着滑套4向上顶起，使滑套4的上端与上接头1的下端通过花键相连接，然后通过剪钉5将滑套4固定在筒体2上，由此滑套4限制了上接头1的转动并提供扭矩。需要安全接头丢开时，将钢投球7投入管柱内，钢投球7落在球座4d处坐封，将中心孔道封闭产生憋压，憋压达到10mpa时，剪钉5被剪断，滑套4下滑与上接头1脱离，此时反向转动上接头1使之与筒体2内壁脱离嵌合，然后上接头1即可向上抽出，实现丢手。由于上接头1与筒体2之间未采用螺纹连接，而是采用相互嵌合，相互的结合力很小，丢手时，不受管柱与套管壁的摩擦阻力与井斜的影响，只要投入钢投球7并微微转动上接头1即可脱扣，脱开成功率高，操作方便，性能可靠。

上接头1的中段设有上接头外台阶1a，上接头外台阶1a压在筒体2的上端口上，上接头外台阶1a以下的部位直径逐段缩小；筒体2的内腔自上而下设有多个孔径逐节缩小的筒体台阶孔。上接头外台阶1a可以对上接头1插入筒体2的深度进行轴向定位，上接头外台阶1a压在筒体2的上端口上时，即可进行旋转，实现嵌合；上接头1和筒体2自上而下逐节缩径一方面便于车削加工，另一方面也便于各段之间的相互配合。

上接头外台阶1a下方的上接头大直径段1b的外周均匀设有三块上接头凸块1b1，各上接头凸块1b1的圆心角分别为40°，筒体2上端的第一筒体台阶孔2a的内壁对称设有与上接头凸块1b1相适配的l形嵌槽2a1，各l形嵌槽2a1的上端开口且上部的圆心角为40°，各l形嵌槽2a1下部的圆心角为80°，各l形嵌槽2a1的总高度是上接头凸块1b1高度的两倍，且各上接头凸块1b1分别嵌于相应l形嵌槽2a1的根部。

各上接头凸块1b1分别从l形嵌槽2a1上端的开口处插入，向下滑行相当于上接头凸块1b1的高度后到达l形嵌槽2a1的底部，然后旋转40°，使上接头凸块1b1完全嵌入l形嵌槽2a1的根部。由于l形嵌槽2a1的总高度是上接头凸块1b1的两倍，圆心角也是上接头凸块1b1的两倍，上接头凸块1b1嵌到位以后，其顶部完全与l形嵌槽2a1下部的顶壁重合，轴向定位和径向定位均十分可靠，且传递拉力和扭矩的能力非常大。丢手时，上接头1反向旋转40°，上提管柱即可实现脱离。

上接头大直径段1b的下方设有上接头密封段1c，上接头密封段1c的圆周上设有至少两道上接头密封槽1c1，上接头密封槽1c1中嵌装有上接头密封圈1c2贴合在第二筒体台阶孔2b的内壁。上接头密封圈1c2可实现上接头1与筒体2之间的可靠密封，且加工、安装均能方便，上接头密封圈1c2插入第二筒体台阶孔2b前不会受到筒体2内壁的刮蹭。

上接头密封段1c的下端连接有上接头小直径段1d，上接头小直径段1d插接于第三筒体台阶孔2c的上部，且上接头小直径段1d的外周对称设有三个向内凹陷且下端开口的上接头插槽1d1，上接头插槽1d1与上接头凸块1b1在圆周上的相位相互错开；滑套4的上部设有滑套大直径段4b，滑套大直径段4b位于第三筒体台阶孔2c的中部且两者间隙配合，滑套大直径段4b的上端口外周对称设有三个向上伸出的滑套插榫4a，各滑套插榫4a对应插接在相应的上接头插槽1d1中；各滑套插榫4a的圆心角分别为40°，各上接头插槽1d1的圆心角分别为80°。

各滑套插榫4a对应插接在上接头插槽1d1中形成花键配合，滑套插榫4a的内壁抵靠在上接头插槽1d1的底壁上，保证滑套4上端与上接头1的下端共轴线，滑套插榫4a的侧壁与上接头插槽1d1的侧壁接触传递扭矩，上接头插槽1d1与上接头凸块1b1在圆周上的相位相互错开便于加工。上接头插槽1d1的圆心角与l形嵌槽2a1下部的圆心角相等，滑套插榫4a的圆心角与上接头凸块1b1的圆心角相等，使得上接头凸块1b1嵌入l形嵌槽2a1根部的同时，滑套插榫4a的侧壁与上接头插槽1d1的侧壁相贴合，同步到达传递扭矩的状态。

滑套大直径段4b的外圆周对称设有三个沿轴向贯通的滑套滑槽4b1，各滑套滑槽4b1的圆心角分别为40°且与滑套插榫4a在周向的相位相互错开；第三筒体台阶孔2c的上部内壁对称设有三个向内凸出的筒体凸块2c1，各筒体凸块2c1的圆心角分别为40°且对应嵌于相应的滑套滑槽4b1中。剪钉5剪断前，筒体凸块2c1嵌于滑套滑槽4b1中使得滑套4与筒体2之间实现径向定位并可以传递扭矩；滑套滑槽4b1与滑套插榫4a在周向的相位相互错开可以避免滑套插榫4a的根部受到削弱。剪钉5剪断后，筒体凸块2c1与滑套滑槽4b1的配合使得滑套4沿轴向向下滑落。

滑套大直径段4b的下方连接有滑套小直径段4c，滑套小直径段4c的上部位于第三筒体台阶孔2c中，滑套小直径段4c的中部以下位于第四筒体台阶孔2d中，滑套小直径段4c的中部设有至少两道滑套密封槽4c1，滑套密封槽4c1中分别嵌装有滑套密封圈4c2，滑套密封圈4c2贴合在第四筒体台阶孔2d的内壁。滑套小直径段4c的上部位于第三筒体台阶孔2c中使得滑套大直径段4b的底部比第三筒体台阶孔2c的台阶高出一段距离，为丢手时，滑套大直径段4b的下滑及滑套插榫4a的脱开提供了空间。滑套密封圈4c2实现了滑套4与筒体2内壁的密封，且与上部的筒体2内壁无刮蹭。

筒体2的下部圆周上对称设有两个剪钉螺孔2d1，两剪钉螺孔2d1中分别旋接有剪钉5，两剪钉5的内端头分别插接在滑套4的剪钉沉孔4c3中，剪钉沉孔4c3在高度方向与球座4d下方的喉口部位等高。喉口部位的壁厚最厚，强度最高，有利于布置剪钉沉孔4c3；剪钉5内端头插接在滑套4的剪钉沉孔4c3中，将滑套4固定在筒体2上；当滑套4承受的压力足够大，剪钉5将被剪断。

滑套小直径段4c的下部圆周上对称设有两道沿轴向上延伸的滑套限位长槽4c4，滑套限位长槽4c4的轴向高度大于滑套插榫4a的高度；筒体2的圆周上对称旋接有限位销钉6，限位销钉6与剪钉5位于同一个圆周上且相互错开90°，各限位销钉6的内端头分别插接在相应的滑套限位长槽4c4中。限位销钉6的内端头对称插接在滑套限位长槽4c4中，使得滑套4只能沿直线向下滑动，即滑动过程中不会发生转动；保养后，在筒体2上重新旋接剪钉5，剪钉5的内端头十分容易对准滑套4的剪钉沉孔4c3，滑套插榫4a和滑套滑槽4b1的相位也不会发生变化，免去了转动找正的麻烦。

剪钉螺孔2d1上方的第四筒体台阶孔2d内壁设有内径放大的筒体卸压凹槽2d2，当滑套大直径段4b的下台阶抵靠在第四筒体台阶孔2d的上台阶上时，滑套密封圈4c2位于筒体卸压凹槽2d2中，且滑套插榫4a的顶部脱离上接头插槽1d1；第四筒体台阶孔2d的下方设有第五筒体台阶孔2e。钢投球7被投入管柱内后，在球座4d处坐封，将中心孔道憋压至丢手压力，将剪钉5剪断，滑套4下滑后，滑套插榫4a与上接头插槽1d1脱离，滑套密封圈4c2到达筒体卸压凹槽2d2处，使上方的液压被卸压，地面操作人员由此判断可以继续进行丢手操作，即反向转动上接头40°，然后上提管柱，实现脱离。第四筒体台阶孔2d的下方设有内径更小的第五筒体台阶孔2e作为下接头3的中心孔，可以避免滑套4滑入下方的管柱。