排量控制轴径向转换喷枪的制作方法

1.本发明涉及油田油水井套管内壁清洗除垢领域，特别是涉及一种排量控制轴径向转换喷枪。


背景技术：

2.油田生产过程中，随着时间的积累，油水井套管的内壁会附着大量垢质，当垢质层的厚度影响生产后，便需要使用除垢喷枪进行除垢作业。通常，除垢喷枪包括轴向喷枪和径向喷枪两种，其中，径向喷枪喷出的射流方向沿喷枪的径向，其作用是清楚喷枪周围的垢质，轴向喷枪的射流从喷枪的下端面射出的，其作用是在套管通径太小径向喷枪无法下入时帮助打开供径向喷枪通过的通道。
3.本发明的设计者在生产实践中发现传统除垢喷枪存在的问题：套管内壁清洗除垢时，由于严重套管通径很小甚至没有通径时，使清洗除垢施工要分两步，第一步使用轴向喷枪打开通道，然后起出管柱，将轴向喷枪更换成径向喷枪后再下井，使得施工工作量较大，时间延长。同时，有些情况下需要反复多次起下管柱、更换喷枪，使得除垢施工工期进一步延长，施工成本进一步升高。例如，在油水井通径不明的情况下，无法选择枪型，若选择径向喷枪，遇到通径小于喷枪直径时，即需要起出管柱，下入轴向喷枪进行清洗除垢；若与选择轴向喷枪，其清洗除垢不彻底，还需要使用径向喷枪进行清洗除垢。
4.因此，有必要设计一种新型喷枪来解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种可同时提供轴向和径向两个方向射流的除垢喷枪，除垢喷枪下放过程中，操作人员可以根据井下情况选择性地开启轴向喷射通道或径向喷射通道，从而解决因喷枪更换造成的施工工作量大、周期长的问题。
6.本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
7.本发明提供了一种排量控制轴径向转换喷枪，包括上接头、壳体、枪头、上衬套、下衬套、活塞、旋转换向阀头、弹簧和弹簧座；
8.壳体为圆筒状结构，上接头和枪头分别固定连接在壳体的上下两端，壳体的侧壁上安装有径向喷嘴，枪头下端的边缘安装有轴向喷嘴；
9.上衬套的下端与下衬套的上端固定连接，下衬套的外侧加工有凸缘，凸缘与所述壳体的内壁滑动密封配合，凸缘的上下两侧分别设置有上腔和下腔，所述径向喷嘴内部的射流通道与上腔连通，轴向喷嘴内部的射流通道与下腔连通；下衬套的侧壁上与所述上腔对应设置有上进液孔，与所述下腔对应设置有下进液孔和回液孔，回液孔位于下进液孔的下方；
10.活塞位于上衬套和下衬套构成的组合体的内侧，活塞上端的外侧与上衬套的内壁滑动密封配合，活塞的下端插在下衬套上端的内侧；活塞下端的外侧加工有凸出于活塞外表面的导向块，对应地，下衬套上加工有与导向块滑动配合导向槽，导向槽的长度方向与下
衬套的轴线平行；活塞的下端为环状锯齿结构，对应地，所述长键的上端加工有与所述环状锯齿结构内的齿面配合的导向斜面；活塞的顶部设置有节流孔；
11.旋转换向阀头从下衬套的下侧插入下衬套和上衬套的内侧；下衬套上端的内侧加工有键槽，对应地，旋转换向阀头下部的外侧设置有与所述键槽滑动配合的长键；
12.旋转换向阀座内部设置有进液通道，进液通道出口位于旋转换向阀座下端的侧面，使用径向喷嘴除垢时，进液通道出口与所述上进液孔对齐并连通，使用轴向喷嘴除垢时，进液通道出口与所述下进液孔对齐并连通；
13.弹簧座固定设置在所述下衬套的下端，所述弹簧位于旋转换向阀头和弹簧座之间，旋转换向阀头在弹簧的弹力作用下始终保持向上的运动趋势；
14.弹簧座内部设置有用于连通所述回液孔和轴向喷嘴的排液通道。
15.作为优选方案，所述径向喷嘴在所述壳体外表面沿螺旋线等间距排列。
16.作为优选方案，所述旋转换向阀头下端的外侧加工有环形槽，所述进液通道的出口位于环形槽的槽底，对应地，所述上进液孔和下进液孔均沿圆周均匀分布在下衬套的侧壁上。
17.本发明的有益效果为：
18.1、本发明将传统的轴向喷枪和径向喷枪集于一体，使得同一喷枪即可以完成轴向喷射除垢工作，又可以完成径向喷射除垢工作，解决了因起下管柱和更换喷枪造成的除垢施工工期过长、施工成本过高的问题。
19.2、本发明设计了基于活塞、上衬套、下衬套和旋转换向阀头的独特切换机构，实现了轴向除垢动作和径向除垢动作的切换。切换机构的设置，使得轴向除垢动作和径向除垢动作得以单独进行，进而使压力得以集中作用在更小范围内，从而在泵压和排量一定的情况下改善除垢效果。
附图说明
20.图1是本发明的内部结构示意图；
21.图2是本发明的外部结构示意图；
22.图3是下衬套的结构示意图；
23.图4是图3的左视图；
24.图5是活塞的结构示意图；
25.图6是图5的仰视图；
26.图7是旋转换向阀头的结构示意图；
27.图8是图7的俯视图；
28.图9是活塞、下衬套和旋转换向阀头的组合图。
29.图中，1、枪头，2、壳体，3、径向喷嘴，4、上接头，5、轴向喷嘴，6、弹簧座，7、弹簧，8、旋转换向阀头，9、下衬套，10、上衬套，11、活塞，12、节流孔，13、上腔，14、上进液孔，15、下腔，16、下进液孔，17、回液孔，18、排液通道，19、键槽，20、凸缘，21、导向块，22、环状锯齿结构，23、长键，24、进液通道，25、导向斜面，26、环形槽。
具体实施方式
30.下面结合附图对本发明的技术方案做进一步说明：
31.如图1所示，本实施例包括上接头4、壳体2、枪头1、上衬套10、下衬套9、活塞11、旋转换向阀头8、弹簧7和弹簧座6。壳体2为圆筒状结构，上接头4和枪头1分别固定连接在壳体2的上下两端，壳体2的侧壁上安装有径向喷嘴3，径向喷嘴3射出的水流方向沿喷枪的径向，以便去除枪身周围的垢质。枪头1下端的边缘安装有轴向喷嘴5，轴向喷嘴5射出的水流方向偏向于枪身的轴向，以便去除阻碍枪身向下行进的垢质。本发明将传统的轴向喷枪和径向喷枪集于一体，使得同一喷枪即可以完成轴向喷射除垢工作，又可以完成径向喷射除垢工作，解决了因起下管柱和更换喷枪造成的除垢施工工期过长、施工成本过高的问题。
32.如图1所示，上衬套10的下端与下衬套9的上端固定连接，下衬套9的外侧加工有凸缘20，凸缘20与所述壳体2的内壁滑动密封配合，凸缘20的上下两侧分别设置有上腔13和下腔15，所述径向喷嘴3内部的射流通道与上腔13连通，轴向喷嘴5内部的射流通道与下腔15连通。通过分隔出上下两个腔室，可使得轴向喷嘴5和径向喷嘴3的供液腔彻底隔离，以实现轴向喷嘴5或径向喷嘴3单独参与工作。本发明设计了基于活塞11、上衬套10、下衬套9和旋转换向阀头8的独特切换机构，实现了轴向除垢动作和径向除垢动作的切换。切换机构的设置，使得轴向除垢动作和径向除垢动作得以单独进行，进而使压力得以集中作用在更小范围内，从而在泵压和排量一定的情况下改善除垢效果。
33.如图1所示，下衬套9的侧壁上与所述上腔13对应设置有上进液孔14，与所述下腔15对应设置有下进液孔16和回液孔17，回液孔17位于下进液孔16的下方，液体经过进液通道24和下进液孔16进入下腔15后，再经由回液孔17返回至下衬套9内侧。
34.如图1所示，活塞11位于上衬套10和下衬套9构成的组合体的内侧，活塞11上端的外侧与上衬套10的内壁滑动密封配合，活塞11的下端插在下衬套9上端的内侧；活塞11下端的外侧加工有凸出于活塞11外表面的导向块21，对应地，下衬套9上加工有与导向块21滑动配合导向槽(图中未示出)，导向槽的长度方向与下衬套9的轴线平行导向块21和导向槽的作用是防止活塞11与下衬套9相对转动，在活塞11不转动的情况下，才能保证旋转换向阀头8顺利旋转，从而保证机构的动作顺利进行。活塞11的下端为环状锯齿结构22，对应地，所述长键23的上端加工有与所述环状锯齿结构22内的齿面配合的导向斜面25，工作时，通过环状锯齿结构22与导向斜面25的配合实现旋转换向阀头8的转动动作。活塞11的顶部设置有节流孔12，泵排量升高后，节流孔12使得水流对活塞11的推力增大，从而实现对活塞11动作的控制。
35.如图1所示，旋转换向阀头8从下衬套9的下侧插入下衬套9和上衬套10的内侧；下衬套9上端的内侧加工有键槽19，对应地，旋转换向阀头8下部的外侧设置有与所述键槽19滑动配合的长键23。长键23处于键槽19内时的稳定状态下，旋转换向阀头8处于如图1所示的缩回状态，长键23处于脱离键槽19的稳定状态下，旋转换向阀头8处于向下伸出的状态。
36.如图1所示，旋转换向阀座内部设置有进液通道24，进液通道24出口位于旋转换向阀座下端的侧面，使用径向喷嘴3除垢时，进液通道24出口与所述上进液孔14对齐并连通，使用轴向喷嘴5除垢时，进液通道24出口与所述下进液孔16对齐并连通。弹簧座6固定设置在所述下衬套9的下端，所述弹簧7位于旋转换向阀头8和弹簧座6之间，旋转换向阀头8在弹簧7的弹力作用下始终保持向上的运动趋势；弹簧座6内部设置有用于连通所述回液孔17和
轴向喷嘴5的排液通道18。
37.如图2所示，所述径向喷嘴3在所述壳体2外表面沿螺旋线等间距排列。
38.如图1所示，所述旋转换向阀头8下端的外侧加工有环形槽26，所述进液通道24的出口位于环形槽26的槽底，对应地，所述上进液孔14和下进液孔16均沿圆周均匀分布在下衬套9的侧壁上。
39.工作原理：
40.在如图1所示的状态下，径向喷嘴3参与除垢工作，除垢用水经过泵车和管柱泵送至活塞11上方，然后依次经由节流孔12、进液通道24、上进液孔14、上腔13和径向喷嘴3高速射出，实现径向除垢。径向喷枪清洗除垢过程中遇井径缩小，喷枪无法推进时，需要转换喷射方向。转换喷射方向时，只需提高地面泵车的排量(高出正常清洗除垢排量)，在活塞11上的节流孔12的节流作用下，水流对活塞11施加的方向向下的作用力增大，当活塞11受到的向下推力大于弹簧7的支撑力及摩擦阻力时，活塞11向下移动，活塞11下端的环状锯齿结构22的齿面抵在所述长键23上端的导向斜面25上，并推动长键23及旋转换向阀头8向下移动，当旋转换向阀头8上的长键23从下衬套9内侧的键槽19内脱出后，旋转换向阀头8摆脱键槽19的约束，此时，在所述环状锯齿结构22和导向斜面25的配合以及弹簧7推力的作用下，旋转换向阀头8与下衬套9相对旋转，使得所述长键23的上端卡在所述键槽19的下端无法复位。与此同时，旋转换向阀头8内的进液通道24出口与所述下进液孔16对齐，完成喷枪的切换动作。此时，除垢用水依次经由节流孔12、进液通道24、下进液孔16、下腔15、回液孔17、排液通道18和轴向喷嘴5高速射出，实现轴向除垢。
41.需要径向除垢时，再次提高排量，使水流推动活塞11向下运动，在所述环状锯齿结构22和导向斜面25的配合以及弹簧7推力的作用下，旋转换向阀头8与下衬套9再次相对旋转，使得所述长键23的上端重新进入所述键槽19，此时，旋转换向阀头8得以在弹簧7的弹力作用下向上复位至如图1所示的位置状态，从而再次切换至径向除垢工作状态。