无污染井下电驱循环清理装置及水平井井筒清理方法与流程

1.本发明涉及石油天然气行业中的井下工具技术领域，更具体地说，涉及一种无污染井下电驱循环清理装置及水平井井筒清理方法。


背景技术：

2.近年来，国内页岩气等非常规油气资源被大规模勘探开发，水平井年建井数量大幅增多，针对水平井井筒内的作业技术日趋成熟，但也有难以解决的问题。相较于垂直井，水平井井筒内滞留有大量松散的落物和碎屑，容易造成井筒堵塞，致使作业时出现卡钻、憋泵，井下工具与地面设备、管道磨损，甚至导致油气井减产或停产。因此这些井筒内杂物必须清理干净，才能保证后续作业正常、安全进行。常规井筒清理作业以下入强磁工具捕捞金属碎屑与下入文丘里打捞筒捕捞细小碎屑为主，均存在打捞不彻底、打捞对象不全面、打捞量低等问题，效果十分有限；有些井生产时间长、地层压力低，常规冲砂或捞砂作业困难，入井液还会大量漏入地层形成二次污染。常规井筒清理方法已经不能满足油气开发水平井的需求，亟需从根本上改变井筒清理的方法。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题在于，提供一种无污染井下电驱循环清理装置及水平井井筒清理方法，可以实现带压条件下一趟完成水平井井筒清理工作，不需向井内泵注工作液，不会造成二次污染。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种无污染井下电驱循环清理装置，包括从上到下依次设置的电驱短节、动力短节和集装短节；
5.所述电驱短节内设有电机、所述联轴器、减速器、输出轴和饶性轴；
6.所述动力短节上设有循环外筒和泵外筒，所述循环外筒上设有循环孔，泵外筒内安装有涡轮轴和涡轮组，所述涡轮组与涡轮轴固定连接；
7.所述集装短节上设有捕捞篮外筒、延长外筒和引鞋，筛管通过台阶挂在所述捕捞篮外筒内，所述引鞋内安装有单向阀门；
8.所述电机通过所述联轴器、减速器、输出轴、饶性轴和涡轮轴带动所述涡轮组旋转，搅动井筒内原有液体或气体，液体或气体从所述引鞋流入，通过所述单向阀门，流经延长外筒内通径，到达所述筛管内，将落物和碎屑过滤并留在所述筛管内，纯液或纯气体继续流入所述涡轮组中，经过所述涡轮组推动和加速，液体或气体快速流入所述循环外筒内，并经所述循环孔喷射到无污染井下电驱循环清理装置外部，然后受到井筒筒壁束缚重新回到所述引鞋流入口处。
9.上述方案中，所述电驱短节内还设有控制电路外筒、电机外筒、连接短节和承载短节，所述控制电路外筒上端为api母扣螺纹，所述控制电路外筒内安装有电缆插针，所述电缆插针安装在插针座上，所述插针座通过直螺纹与所述控制电路外筒连接，控制电路板通过紧固螺钉安装在控制电路外筒内，所述控制电路板与电缆插针通过电缆连接。
10.上述方案中，所述电机外筒内安装有电机与减速器，所述电机与控制电路板通过电缆连接，所述电机与减速器间通过联轴器串联，输出轴通过十字杆与所述减速器串联，所述输出轴安装在所述电机外筒与连接短节之间，所述连接短节内安装有浮动活塞。
11.上述方案中，所述输出轴两端安装有推力轴承与扶正轴承。
12.上述方案中，所述承载短节与连接短节之间安装有饶性轴，所述饶性轴通过十字杆与输出轴串联。
13.上述方案中，所述饶性轴两端安装有推力轴承组与扶正轴承组。
14.上述方案中，所述循环孔轴线与循环外筒轴线夹角为15-60
°
。
15.上述方案中，所述泵外筒内还安装有上固定垫圈、涡轮专用扶正承载、下固定垫圈和止退螺帽，所述涡轮组与所述涡轮轴通过键连接固定，所述涡轮专用扶正承载安装在所述涡轮组两端，通过所述上固定垫圈与下固定垫圈使所述涡轮专用扶正承载、涡轮组之间压紧，所述涡轮轴通过直螺纹与所述饶性轴串联，所述止退螺帽通过直螺纹安装在所述涡轮轴底端。
16.上述方案中，所述引鞋上设有斜坡。
17.本发明还提供了一种利用所述无污染井下电驱循环清理装置的水平井井筒清理方法，包括以下步骤：
18.s1、将所述无污染井下电驱循环清理装置连接在过电缆连续油管末端，对接好螺纹和电缆；
19.s2、使用过电缆连续油管将所述无污染井下电驱循环清理装置输送至水平井内待清理井段，井筒内原有液体或气体充满所述动力短节与集装短节的内空间；
20.s3、通过地面电源控制柜，向所述控制电路板提供运行指令和电能，所述控制电路板控制所述电机运行，所述电机通过所述联轴器、减速器、输出轴、饶性轴以及涡轮轴最后带动所述涡轮组旋转；所述涡轮组快速旋转，搅动井筒内原有液体或气体，并提供推力使无污染井下电驱循环清理装置内、外的液体或气体循环起来；循环方向是液体或气体从所述引鞋流入，通过所述单向阀门，流经延长外筒内通径，到达所述筛管内，将落物和碎屑过滤并留在所述筛管内，纯液或纯气体继续流入所述涡轮组中，经过所述涡轮组推动和加速，液体或气体快速流入所述循环外筒内，并经所述循环孔喷射到无污染井下电驱循环清理装置外部，然后受到井筒筒壁束缚重新回到所述引鞋流入口处，至此完成一个循环；
21.s4、通过来回的上提、下放连续油管，并向无污染井下电驱循环清理装置持续供输电能以达到清理整个水平井井筒的目的；清理过程中，通过观察输出电流的变化，调节无污染井下电驱循环清理装置运行的功率；
22.s5、清理完成后，通过地面电源控制柜，向所述控制电路板提供停止指令，使用过电缆连续油管将所述无污染井下电驱循环清理装置起出井筒，所述单向阀门会防止起出过程中集装的井下落物和碎屑掉落出所述集装短节；
23.s6、所述无污染井下电驱循环清理装置起至地面后，拆开所述捕捞篮外筒与延长外筒，收集清理出来的井下下落物和碎屑。
24.实施本发明的无污染井下电驱循环清理装置及水平井井筒清理方法，具有以下有益效果：
25.1、本发明通过电机带动涡轮组快速旋转，推动井下局部的液体或气体循环起来，
将循环覆盖空间内的落物和碎屑吸入集装短节内，通过来回的上提、下放连续油管，达到清理整个水平井井筒的目的。
26.2、本发明能够很好的打捞井筒内滞留的小尺寸落物和碎屑，能够实现带压条件下一趟完成水平井井筒清理工作，打捞对象覆盖广、打捞量高、效果好。使用本发明无污染井下电驱循环清理装置清理井筒施工过程中不需地面向井筒内泵注工作液，直接利用井下的液体或气体形成局部循环，不会造成产层的二次污染，不产生废水，节省环保处理费用，有助于油气井畅通生产通道、提升单井开发产量。
附图说明
27.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
28.图1是本发明中一种无污染井下电驱循环清理装置的结构示意图；
29.图2是本发明中电驱短节的结构示意图；
30.图3是本发明中动力短节的结构示意图；
31.图4是本发明中集装短节的结构示意图；
32.图5是本发明中涡轮的结构示意图；
33.图6是本发明中筛管的结构示意图；
34.图7是本发明中单向阀门的结构示意图；
35.图8是本发明中一种无污染井下电驱循环清理装置液体流向示意图；
36.图中：1-电驱短节、2-动力短节、3-集装短节、101-控制电路外筒、102-电机外筒、103-连接短节、104-承载短节、10101-api母扣螺纹、10102-电缆插针、10103-插针座、10104-控制电路板、10201-电机、10202-联轴器、10203-减速器、10204-输出轴、10205推力轴承、10206-扶正轴承、10207-上注油孔、10301-下注油孔、10302-浮动活塞、10401-推力轴承组、10402-饶性轴、10403-扶正轴承组、201-循环外筒、202-泵外筒、20101-循环孔、20201-涡轮轴、20202-上固定垫圈、20203-涡轮专用扶正承载、20204-涡轮组、20205-键、20206-下固定垫圈、20207-止退螺帽、301-捕捞篮外筒、302-延长外筒、303-引鞋、30101-筛管、30301-单向阀门、30303-斜坡。
具体实施方式
37.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。
38.如图1所示，本发明无污染井下电驱循环清理装置包括电驱短节1、动力短节2与集装短节3。
39.电驱短节1包括控制电路外筒101、电机外筒102、连接短节103以及承载短节104。控制电路外筒101、电机外筒102、连接短节103以及承载短节104之间通过直螺纹连接，并在连接处安装密封圈，防止筒外液、气进入。
40.如图2所示，控制电路外筒101上端为api母扣螺纹10101，可以与过电缆马笼头等其它工具连接。控制电路外筒101内安装有电缆插针10102，可以与上部电缆连接，用于传输电能与电信号。电缆插针10102安装在插针座10103上，所述插针座10103通过直螺纹与控制电路外筒101连接，并在连接处安装密封圈，防止筒外液、气进入。控制电路板10104通过紧
固螺钉安装在控制电路外筒101内，并有电缆连接控制电路板10104与电缆插针10102，所述控制电路板10104具有地面-井下通信、电机监测和电机保护功能。
41.电机外筒102内通过螺钉固定安装有电机10201与减速器10203，并有电缆连接电机10201与控制电路板10104，电机10201与减速器10203间通过联轴器10202串联，输出轴10204通过十字杆与减速器10203串联，输出轴10204安装在电机外筒102与连接短节103之间，输出轴10204两端安装有推力轴承10205与扶正轴承10206。本实施例中的电机10201为直流电机。电机外筒102外壁上设计有上注油孔10207，连接短节103外壁上设计有下注油孔10301，注油孔用丝堵封闭，防止筒外液、气进入。连接短节103内安装有浮动活塞10302。通过注油孔向电机外筒102内注满硅油，浮动活塞10302可根据外部压力自行调节位置，保证电机外筒102内压力与筒外压力相同。
42.承载短节104与连接短节103之间安装有饶性轴10402，饶性轴10402通过十字杆与输出轴10204串联，饶性轴10402两端安装有推力轴承组10401与扶正轴承组10403。
43.如图3所示，动力短节2由循环外筒201、泵外筒202组成动力短节外筒，循环外筒201与泵外筒202通过直螺纹连接，并在连接处安装密封圈，防止筒外液、气进入。
44.循环外筒201设计有循环孔20101，一般沿圆周设计4-8个，循环孔20101轴线与循环外筒201轴线夹角为15-60
°
，利于液体或气体从喷射到装置外部后回到所述引鞋303流入口处的过程中减少能量损耗。循环孔20101内可安装孔径更小的喷嘴，利于形成冲击力更强的液体或气体流达到清洗井筒筒壁的目的。
45.泵外筒202内安装有涡轮轴20201、上固定垫圈20202、涡轮专用扶正承载20203、涡轮组20204、下固定垫圈20206以及止退螺帽20207。涡轮组20204与涡轮轴20201通过键20205连接固定，涡轮专用扶正承载20203安装在涡轮组20204两端，通过上固定垫圈20202与下固定垫圈20206使涡轮专用扶正承载20203、涡轮组20204之间压紧。根据需要安装2-5组涡轮组。涡轮轴20201通过直螺纹与饶性轴10402串联，止退螺帽20207通过直螺纹安装在涡轮轴20201底端。
46.如图3所示，集装短节3由捕捞篮外筒301、延长外筒302以及引鞋303组成动力集装短节外筒，捕捞篮外筒301、延长外筒302以及引鞋303通过直螺纹连接，并在连接处安装密封圈，防止与筒外液、气串通。
47.捕捞篮外筒301通过直螺纹与泵外筒202连接，并在连接处安装密封圈，防止与筒外液、气串通。筛管30101通过台阶挂在捕捞篮外筒301内。筛管30101表面打有细密小孔，具有过滤碎屑的功能。
48.延长外筒302根据需要安装1-3节，一般1节长度为1-1.5m。
49.引鞋303内安装有2组单向阀门30301，具有允许流入、防止流出的功能，引鞋303设计有斜坡30302，具有方便入井的功能。
50.本发明还提供了一种利用上述无污染井下电驱循环清理装置的水平井井筒清理方法，具体步骤如下：
51.s1、将无污染井下电驱循环清理装置连接在过电缆连续油管末端，对接好螺纹和电缆；
52.s2、使用过电缆连续油管将无污染井下电驱循环清理装置输送至水平井内待清理井段，井筒内原有液体或气体充满动力短节2与集装短节3的内空间。
53.s3、通过地面电源控制柜，向控制电路板10104提供运行指令和电能，控制电路板10104控制电机10201运行，电机10201通过联轴器10202、减速器10203、输出轴10204、饶性轴10402以及涡轮轴20201最后带动涡轮组20204旋转。涡轮组20204快速旋转，搅动井筒内原有液体或气体，并提供足够的推力使无污染井下电驱循环清理装置内、外的液体或气体循环起来。循环方向是液体或气体从引鞋303流入，通过单向阀门30302，流经延长外筒302内通径，到达筛管30101内，将落物和碎屑过滤并留在筛管30101内，纯液或纯气体继续流入涡轮组20204中，经过涡轮组20204推动和加速，液体或气体快速流入循环外筒201内，并经循环孔20101喷射到无污染井下电驱循环清理装置外部，然后受到井筒筒壁束缚重新回到引鞋303流入口处，至此完成一个循环，如图8所示。通过这种循环，可源源不断的将循环覆盖空间内的落物和碎屑随液体或气体吸入集装短节3内。
54.s4、通过来回的上提、下放连续油管，并向无污染井下电驱循环清理装置持续供输电能以达到清理整个水平井井筒的目的。清理过程中，通过观察输出电流的变化，调节无污染井下电驱循环清理装置运行的功率。
55.s5、清理完成后，通过地面电源控制柜，向控制电路板10104提供停止指令，使用过电缆连续油管将无污染井下电驱循环清理装置起出井筒，单向阀门30302会防止起出过程中集装的井下落物和碎屑掉落出集装短节3。
56.s6、无污染井下电驱循环清理装置起至地面后，拆开捕捞篮外筒301与延长外筒302，便可收集清理出来的井下下落物和碎屑。
57.上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于所述的具体实施方式，所述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。