一种油井旋转喷射堵漏装置的制作方法

1.本发明涉及油气的钻探开发领域，具体为一种油井旋转喷射堵漏装置。


背景技术：

2.在石油生产领域，无论在陆地还是海洋，钻井作业环境都相对比较恶劣，施工过程中存在着多种不安全因素，其中井漏是石油钻井过程中经常遇到的复杂问题，井漏不仅会造成钻井作业成本大幅上升，而且由此引起的井下复杂情况和由它诱发的其他井下恶性事故，对钻井工程危害巨大。
3.目前，常用的钻具组合底部安装有螺杆钻具、旋转导向、mwd等精密工具，当遇到井漏地层时，需用堵漏材料进行堵漏作业，大颗粒的堵漏材料通过上述工具会对其造成损伤，需起钻重新下管柱，不但浪费大量作业时间，还容易出现井壁坍塌、卡钻、井喷事故。目前，现有堵漏工具主要有两种形式：一种为在需要进行堵漏时，通过投球堵住内通道，然后打压打开旁通循环通道，进行循环堵漏作业，作业完成后起钻重新修复堵漏工具，这样做虽能进行堵漏作业但浪费了大量作业时间。另外一种为可多次开关堵漏工具，通过投球堵住内通道，然后打压打开旁通循环通道，进行循环堵漏作业，采用轨道设计可多次进行堵漏作业。但两种方案均采用堵漏液提直流喷射，即其喷射方向是垂直于井壁，容易冲刷井壁，造成井壁掉块，影堵漏效果。


技术实现要素：

4.本发明提供一种油井旋转堵漏装置，在堵漏时喷出旋流堵漏液，克服了现有的堵漏设备将堵漏液垂直射向井壁对井壁造成冲击的问题。
5.本发明的油井旋转堵漏装置，包括外筒、位于所述外筒内且与所述外筒同轴且固定的中筒及位于所述中筒内且可相对于所述中筒旋转并可沿所述中筒的轴向移动的内筒，所述外筒设有多个第一流通孔，所述中筒设有与多个第一流通孔一一对应地连通的第二流通孔；所述油井旋转堵漏装置还包括球座总成、导向总成、弹簧总成和旋流总成，其中旋流总成包括套在所述外筒的外壁上且和相对于所述外筒旋转的环形的旋流器，所述旋流器的具有多个与所述第一流通孔在高度上一致的造流斜孔，所述造流斜孔的轴线相对于所述外筒的径向倾斜，且多个所述造流斜孔相对于所述外筒的径向倾斜的角度相同。
6.作为优选，环形的旋流器的上下两边缘的厚度大于其中部的厚度，所述中部与所述外筒的外壁之间形成环形的腔体，所述造流斜孔设在中部且其在上下方向上的尺寸小于所述腔体在上下方向上的尺寸。
7.作为优选，所述外筒的外壁形成环形的卡槽，所述旋流器位于所述卡槽内，所述旋流总成还包括套在所述卡槽内的两个减阻垫片，其中一个减阻垫片平行且紧贴卡槽的上侧壁，另一个减阻垫片平行且紧贴卡槽的下侧壁，所述旋流器与所述减阻垫片之间形成动密封。
8.作为优选，所述旋流器与所述卡槽的竖向底壁之间形成动密封。
9.作为优选，所述造流斜孔的数量与所述第一流通孔的数量相同。
10.作为优选，所述外筒包括上段和下段，所述上段的下端通过螺纹与所述下段的上端固定连接，所述卡槽的上侧壁由所述下段的下端面形成，所述卡槽的上侧壁和竖底壁形成在所述下段上。
11.作为优选，所述球座总成位于所述内筒内，所述球座总成包括从上至下依次排列的球座挡环、上球座、中球座和下球座，所述上球座、中球座和下球座为同轴设置的环状，内筒设有多个第三流通孔，中球座设有多个第四流通孔，所述中球座设有向上伸出的定位键，所述内筒的内壁设有平行于轴向延伸的定位槽，所述中球座设有伸入所述定位槽内从而使得中球座与内筒同步旋转的定位键使多个所述第三流通孔与多个所述第四流通孔一一对应地连通。
12.作为优选，所述外筒设有多个第一安装孔，所述中筒设有多个第二安装孔，多个所述第一安装孔与多个所述第二安装孔一一对应地设置，所述内筒的外壁设有导向结构；所述导向结构包括沿轴向延伸的短滑槽和长滑槽，所述短滑槽和长滑槽沿内筒的外壁的圆周交错排列，且所述短滑槽的上端与长滑槽的上端对齐，所述短滑槽包括上段、下段和连通所述上段与下段之间的倾斜段，所述倾斜段具有沿向下同时沿圆周延伸的下侧壁，所述长滑槽包括上段、下段和连通上段与下段的倾斜段，长滑槽的倾斜段具有沿向下同时沿内筒的外壁的圆周延伸的倾斜下侧壁，所述导向结构还包括连通所述短滑槽的上段与相邻的所述长滑槽的上段的第一连通段，所述第一连通段具有沿向上同时沿内筒的外壁的圆周延伸的倾斜上侧壁，所述导向结构还包括连通所述长滑槽的上段与相邻的另一个短滑槽的上段的第二连通段，所述第二连通段具有沿向上同时沿内筒的外壁的圆周延伸的倾斜上侧壁；所述油井旋转堵漏装置还包括一端穿过所述第一安装孔和第二安装孔伸入所述导向结构的导向销，所述导向销与所述导向结构相配合形成所述导向总成。
13.作为优选，所述第一安装孔的数量与所述第一流通孔的数量相同，且多个所述第一安装孔一一对应地位于多个所述第一流通孔的正下方。
14.作为优选，所述弹簧总成包括位于所述外筒内的芯轴，所述芯轴的外壁与所述外筒的内壁之间形成弹簧腔，所述芯轴上端的外螺纹与所述内筒的下端的内螺纹配合，所述弹簧总成还包括套在所述芯轴外、位于所述弹簧腔内的弹簧，所述内筒的下端面构成阻挡弹簧向上运动的上限位挡，所述外筒的内壁设有用于阻挡弹簧向下运动的下限位挡，所述芯轴上还套有密封件，所述密封件位于所述弹簧的下方在所述芯轴的外壁与所述外筒的内壁之间形成动密封。
15.本发明的油井旋转堵漏装置与现有技术相比具有以下有益效果：
16.1、本发明的油井旋转堵漏装置在进行堵漏作业时，堵漏液从第一流通孔喷出时，液流会冲击旋流器使其发生旋转，堵漏液从旋流器的造流斜孔喷出时，液体是倾斜的，形成旋转的流体流向井壁，而不是垂直地喷向井壁，这种旋转射流的流体具有三维向的速度及更强的混掺卷吸能力，并可在出口附近形成回流区，有利于堵漏材料颗粒的分散以及快速进入各种复杂形态和走向的孔隙、裂缝，使之在更深的距离滞留、堆集,可有效提高微裂缝地层堵漏材料进入近井壁地带的深度和致密性，降低对井壁冲击，提高地层承受压力。
17.2、环形的旋流器的上下两边缘的厚度大于其中部的厚度，中部与外筒的外壁之间形成环形的腔体，腔体可以缓解堵漏液的部分冲击压力。
18.3、外筒的外壁形成环形的卡槽，旋流器位于卡槽内，卡槽可使得旋流器稳定地限位在设定的位置，不会发生轴向的运动。
19.4、外筒包括上段和下段，上段的下端通过螺纹与下段的上段固定连接，即，上段的下端具有内螺纹，下段的上段具有外螺纹，卡槽的上侧壁由下段的下端面形成，卡槽的上侧壁和竖底壁形成在下段上。在安装时，可先将旋流器安装在外筒的下段的上段，然后将上段安装在下段上。这种结构使得旋流器的安装更简单、更易操作，同时可形成稳定的结构。
附图说明
20.图1为本发明一实施例的油井旋流堵漏装置的整体结构示意图。
21.图2为图1中的油井旋流堵漏装置的局部放大示意图，其中示出了旋流总成、球座总成和导向总成。
22.图3为图1中的油井旋流堵漏装置的旋流器和外筒沿图1中的a-a线的剖视放大示意图。
23.图4为本发明一实施例的油井旋流堵漏装置的旋流器的旋转剖视放大结构示意图。
24.图5为本发明一实施例的油井旋流堵漏装置的中球座的局部放大示意图。
25.图6为本发明一实施例的油井旋流堵漏装置的内筒上的导向结构的展开示意图。
26.图7为图1中的油井旋流堵漏装置的另一位置的局部放大示意图，图中示出了弹簧总成。
27.附图标记
28.1外筒，11上段，12下段，121第一流通孔，122第一安装孔，13卡槽，131上侧壁，132下侧壁，133竖向底壁，14减阻垫片；
29.2中筒，21第二流通孔，22第二安装孔；
30.3内筒，31第三流通孔，32短滑槽，321上段，322下段，323倾斜段，3231倾斜下侧壁，33长滑槽，331上段，332下段，333倾斜段，3331倾斜下侧壁，34第一连通段，341倾斜上侧壁，35第二连通段，351倾斜上侧壁；
31.4导向销；
32.5旋流总成，51旋流器，511造流斜孔，512腔体，513上边缘，514下边缘，515中部，516密封垫片；
33.6球座总成，61球座挡环，62上球座，63中球座，631第四流通孔，632定位键，64下球座；
34.7弹簧总成，71芯轴，72弹簧腔，73弹簧，74下限位挡，75密封件，76挡环。
具体实施方式
35.本发明提供一种油井旋转堵漏装置，可安装在钻井上，用于对井壁进行修复。如图1和图2所示，本发明的油井旋转堵漏装置包括外筒1、位于所述外筒1内且与所述外筒1同轴且固定的中筒2及位于所述中筒2内且可相对于所述中筒2旋转并可沿所述中筒2的轴向移动的内筒3，所述外筒1设有多个第一流通孔121，所述中筒2设有与多个第一流通孔121一一对应地连通的第二流通孔21；所述油井旋转堵漏装置还包括球座总成6、导向总成、弹簧总
成7和旋流总成5，其中旋流总成5包括套在所述外筒1的外壁上且和相对于所述外筒1旋转的环形的旋流器51，如图3和图4所示，所述旋流器51的具有多个与所述第一流通孔121在高度上一致的造流斜孔511，所述造流斜孔511的轴线相对于所述外筒1的径向倾斜，且多个所述造流斜孔511相对于所述外筒1的径向倾斜的角度相同。
36.本发明的油井旋转堵漏装置在进行堵漏作业时，堵漏液从第一流通孔121喷出时，液流会冲击旋流器51使其发生旋转，堵漏液从旋流器51的造流斜孔511喷出时，液体是倾斜的，形成旋转的流体流向井壁，而不是垂直地喷向井壁，这种旋转射流的流体具有三维向的速度及更强的混掺卷吸能力，并可在出口附近形成回流区，有利于堵漏材料颗粒的分散以及快速进入各种复杂形态和走向的孔隙、裂缝，使之在更深的距离滞留、堆集,可有效提高微裂缝地层堵漏材料进入近井壁地带的深度和致密性，降低对井壁冲击，提高地层承受压力。
37.在本实施例中，如图4所示，环形的旋流器51的上边缘513和下边缘514的厚度大于其中部515的厚度，所述中部515与所述外筒1的外壁之间形成环形的腔体512，腔体512可以缓解堵漏液的部分冲击压力，所述造流斜孔511设在中部515且其在上下方向上的尺寸小于所述腔体512在上下方向上的尺寸。
38.如图2所示，所述外筒1的外壁形成环形的卡槽13，所述旋流器51位于所述卡槽13内，卡槽13可使得旋流器51稳定地限位在设定的位置，不会发生轴向的运动。所述旋流总成5还包括套在所述卡槽13内的两个减阻垫片14，其中一个减阻垫片14平行且紧贴卡槽13的上侧壁131，另一个减阻垫片14平行且紧贴卡槽13的下侧壁132，如图4所示，所述旋流器51的边缘设有密封垫片516，与所述减阻垫片14之间形成动密封。卡槽13的竖向底壁133设有密封圈，使得旋流器51与所述卡槽13的竖向底壁133之间也形成动密封。在本实施例中，所述造流斜孔511的数量与所述第一流通孔121的数量相同，均为5个，造流斜孔511沿旋流器51的环形均匀布置，第一流通孔121沿所述外筒1的圆周均布布置，第二流通孔21沿所述中筒2的圆周均匀布置。
39.在本实施例中，所述外筒1包括上段11和下段12，所述上段11的下端通过螺纹与所述下段12的上端固定连接，即，上段11的下端具有内螺纹，下段12的上端具有外螺纹，所述卡槽13的上侧壁131由所述下段12的下端面形成，所述卡槽13的上侧壁131和竖底壁形成在所述下段12上。在安装时，可先将旋流器51安装在外筒1的下段12的上端，然后将上段与11下段12通过螺纹安装在一起。这种结构使得旋流器51的安装更简单、更易操作，同时可形成稳定的结构。
40.所述球座总成6位于所述内筒3内，如图2所示，所述球座总成6包括从上至下依次排列的球座挡环61、上球座62、中球座63和下球座64，所述上球座62、中球座63和下球座64为同轴设置的环状，内筒3设有多个第三流通孔31，中球座63设有多个第四流通孔631。如图5所示，所述中球座63设有向上伸出的定位键632，所述内筒3的内壁设有平行于轴向延伸的定位槽(图中未示出)，所述定位键632伸入所述定位槽内从而使得中球座63与内筒3同步旋转，多个所述第三流通孔31与多个所述第四流通孔631一一对应地连通。
41.在本实施例中，上球座62和下球座64由弹性材料，例如聚氨酯材料制成，且上球座62和下球座64的内壁的中部略向内部鼓，使得中部的内径略小于上部边缘和下部边缘的内径。中球座63采用硬质合金材料表面喷涂陶瓷材料制成。如此设置的原因将在下文介绍油
井旋转堵漏装置的工作原理时进行描述。
42.所述外筒1设有多个第一安装孔122，所述中筒2设有多个第二安装孔22，多个所述第一安装孔122与多个所述第二安装孔22一一对应地设置，所述内筒3的外壁设有导向结构；如图6所示，所述导向结构包括沿轴向延伸的短滑槽32和长滑槽33，在本实施例中，短滑槽32和长滑槽33是在内筒3的外壁上加工而成的。所述短滑槽32和长滑槽33沿内筒3的外壁的圆周交错排列，且所述短滑槽32的上端与长滑槽33的上端对齐，所述短滑槽32包括上段321、下段322和连通所述上段321与下段322之间的倾斜段323，所述倾斜段323具有沿向下同时沿圆周延伸的倾斜下侧壁3231。所述长滑槽33包括上段33、下段332和连通上段331与下段332的倾斜段333，倾斜段333具有沿向下同时沿内筒3的外壁的圆周延伸的倾斜下侧壁3331，所述导向结构还包括连通所述短滑槽32的上段与相邻的所述长滑槽33的上段的第一连通段34，所述第一连通段34具有沿向上同时沿内筒3的外壁的圆周延伸的倾斜上侧壁341，所述导向结构还包括连通所述长滑槽33的上段与相邻的另一个短滑槽32的上段的第二连通段35，所述第二连通段35具有沿向上同时沿内筒3的外壁的圆周延伸的倾斜上侧壁351；所述导向总成还包括一端穿过所述第一安装孔122和第二安装孔22伸入所述导向结构的导向销4，导向销4固定安装在第一安装孔122内，所述导向销4与所述导向结构相配合形成所述导向总成。
43.所述第一安装孔122的数量与所述第一流通孔121的数量相同，且多个所述第一安装孔122一一对应地位于多个所述第一流通孔121的正下方。
44.所述弹簧总成7包括位于所述外筒1内的芯轴71，如图7所示，所述芯轴71的外壁与所述外筒1的内壁之间形成弹簧腔72，所述芯轴71上端的外螺纹与所述内筒3的下端的内螺纹配合，所述弹簧总成7还包括套在所述芯轴71外、位于所述弹簧腔72内的弹簧73，所述内筒3的下端面构成阻挡弹簧73向上运动的上限位挡，所述外筒1的内壁设有用于阻挡弹簧73向下运动的下限位挡74，所述芯轴71上还套有密封件75，密封件75为浮动活塞，所述密封件75位于所述弹簧73的下方在所述芯轴71的外壁与所述外筒1的内壁之间形成动密封，芯轴71的下端设有挡环76。
45.下面结合球座总成6、导向总成、弹簧总成7的结构来说明本发明的油井旋转堵漏装置的工作原理：
46.在正常钻井时，钻井液内筒3内从下向下经过，此时，在弹簧73的作用力下，球座总成6高于旋流器51。此时的导向销4的一端位于导向结构的长滑槽33内，其位置为a。当需要堵漏时，先向上球座62投开关球，开关球堵住上球座62的孔，上球座62以上的液体压力增加，推动球座总成6及内筒3一起向下运动，与此同时，内筒3上导向结构相对于导向销4向下运动。从导向销4进入到长滑槽33的b位置开始，球座总成6继续向下运动时，在导向结构的第二连通段36的倾斜上侧壁131的作用下，导向结构相对于导向销4向图6中的左方旋转，使得内筒3带动中球座63旋转。当导向销4的位置在c时，球座总成6的位置如图2所示。此时继续加压，上球座62被挤压发生变形允许开关球通过，开关球通过中球座63和下球座64后继续向下被冲走，最终被捕球器捕获，捕球器为现有技术。上球座62和下球座64的内壁的中部515略鼓且由弹性材料制成的目的即为了在液体压力较小时，使开关球堵住上球座62，推动球座总成6下移，在压力足够大时，使开关球通过三个球座。中球座63采用硬质合金材料表面喷涂陶瓷材料制成，可以提高强度和耐磨性能，其内径略大于上球座62和下球座64的内
径，是允许开关球和下文中的隔离球可以在液体压力的作用下顺利通过。
47.开关球被冲走后向下球座64投放隔离球，同时使堵漏液从上方进入外筒1，隔离球堵住下球座64的孔阻止堵漏液继续向下流。在此过程中，球座总成6承受的向下的液体压力减小，因此在弹簧73的作用下，球座总成6和内筒3向上运动，在向上运动的过程中，导向结构的短滑槽32的倾斜下侧壁132遇到导向销4，即导向销4位置d，在导向销4的作用下带动球座总成6继续向图6中的左侧旋转，直到导向销4进入e位置，此时内筒3的第三流通孔31与中筒2的第二流通孔21对齐，堵漏通道打开，堵漏液通过第四流通孔631、第三流通孔31、第二流通孔21和第一流通孔121后进入旋流器51，在旋流器51的作用下形成旋转射流。
48.在堵漏完成后，对堵漏液加压，弹簧73再次被压缩，球座总成6下移，导向销4进入位置f后，第二连通段35的上倾斜侧壁351受到导向销4作用带动内筒3和中球座63继续向图6中的左侧旋转，进入长滑槽33的上段，直至位置g，此时第二连通孔21与第三连通孔31逐渐错开。对堵漏液继续加压，堵漏液将隔离球冲走，液体压力减小，球座总成6在弹簧力的作用下上升，在导向销4的位置为h，长滑槽33的下倾斜侧壁3331遇到导向销4，导向结构带动内筒3和中球座63继续向图6中的左侧旋转进入长滑槽33的下段，第二连通孔21与第三连通孔31完全错开，堵漏通道完全关闭。球座总成6和内筒3在弹簧力的作用下上升，直至导向销4到达a’位置，完成一次堵漏操作。
49.以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出的各种修改或等同替换也落在本发明的保护范围内。