一种具有液体阻尼减速装置的旋转洗井工具制造方法及图纸

一种具有液体阻尼减速装置的旋转洗井工具，包括主筒、液体阻尼减速总成、下芯轴、轴承、下接头、喷头和喷嘴，本实用新型专利技术用于处理油气井生产管柱的油垢、腊垢、锈垢或盐垢等管柱内壁附着物质。本实用新型专利技术中的旋转洗井工具一方面利用了动量守恒原理，在喷头上安装偏心喷嘴，使流体流出喷头时产生轴向、径向与周向三维速度，流体作用于喷头的周向反作用力将驱动喷头旋转；另一方面，与喷头同轴安装的阻尼装置将在喷头旋转时与通过液体相互作用，产生周向液体阻力，从而降低喷头转速、防止喷头旋转速度过快，保证清洗管壁时液流有一定的驻流时间，从而达到最优的清洗效果。

A rotary well washing tool with liquid damping deceleration device

【技术实现步骤摘要】
一种具有液体阻尼减速装置的旋转洗井工具
本专利技术属于石油与天然气钻探工程井下工具
，具体地说涉及一种用于洗井作业过程中可通过液体阻尼控制转速的旋转洗井工具。
技术介绍
油气井、注水井生产过程中常常出现地层出砂、结垢、结腊等问题，此外，在完井、修井及其他作业中出现的砂堵与砂卡现象。目前，连续管冲砂洗井作业已经成为现场施工的一个最基础应用，同时也是各种复杂作业中必不可少的一个重要环节。洗井类作业主要用于处理油气井生产管柱的油垢、腊垢、锈垢或盐垢等附着在管柱内壁的物质。连续管与高压水射流清洗技术结合进行管柱清洗相比传统的清洗方式，清洗效率高，操作简单且不污染环境。其基本原理是利用清洗工具射出高速射流冲击管柱内表面，与垢污发生碰撞、摩擦、剪切，以达到清洗除垢的目的。现有的各种洗井工具基本分为多孔喷嘴、旋流喷嘴和旋转喷嘴三类冲砂洗井工具。对于多孔喷嘴工具，流体通过喷头的喷孔时产生节流，形成高速射流，达到冲洗的目的，是最基本的一类洗井形式；对于旋流喷嘴工具，工作时，流体通过造旋器，流体的轨迹发生改变，强迫流体沿着造旋器的导引方向流动，流体产生三维速度，即轴向、径向与旋转，最终流体经过喷嘴时呈锥形高速喷出，喷射出的流体呈圆锥状，其工具的通过性强，可以应用在复杂井作业中，有一定的破岩能力，清洗效果好；在旋转喷嘴工具中，由于喷嘴的偏心安装，流出流体产生反作用力驱动喷头转动，通过限速环进行速度的控制，防止喷头旋转速度过快，保证清洗管壁时有一定的驻流时间，以便达到清洗的效果。专利CN107747484A（一种高压水动旋转射流洗井装置）公开了一种高压水动旋转射流洗井装置，包括端口段、轴承座、旋转轴、连接段和射流段。端口段上端开有内螺纹，下端开有外螺纹，端口段下端与轴承座螺纹连接，旋转轴通过轴承固定在轴承座内，旋转轴下端与连接段螺纹连接，连接段与射流段螺纹连接，在射流段头部设有侧向斜切孔及顶部中心孔。端口段、旋转轴、连接段均开有中心孔，用于液体流动。该装置在工作时，高压水管连接端口段的连接端口，高压水流向射流段后，经过射流段上的侧向斜切孔形成侧向斜切射流，依靠其反冲力驱动射流段快速旋转，冲击力强，结构紧凑简单，清洁注水井效果显著。该装置实质是一种不具有旋转限速功能的旋转喷嘴工具，在使用中可能会出现转速过快而不能保证冲洗液流在管壁的驻留时间的情况，甚至，在流体压力较大而使转速过快时，喷射出的冲洗液流将趋近于雾化状态，大大降低其冲洗能力。专利CN202108436U（一种洗井用水力自旋转喷头）公开了一种洗井用水力自旋转喷头，由喷头总成、独立喷嘴、中心管、限速机构、单向阀等组成，其技术特征是：在喷头的特定位置开螺纹孔，通过螺纹连接安装喷嘴；中心管两端装有滚动轴承，它在输送液体的同时又起到旋转轴作用，旋转轴上的限速机构利用摩擦块实现离心限速。该自旋转喷头实质上也是一种旋转喷嘴工具，与专利CN107747484A（一种高压水动旋转射流洗井装置）不同之处在于该工具的内部设置有摩擦限速机构，克服了转速过快而不能保证冲洗液流在管壁的驻留时间的缺点。但是，改专利简单地通过摩擦制动的方式限速具有三个缺点：摩擦力固定，无法根据管柱内的流体的压力、流速等条件自动调节，适用区间狭窄；摩擦力来源于套筒和摩擦块的所产生的热量无法及时排出，势必导致套筒和摩擦块的热磨损，一方面使套筒和摩擦块都成为易损件，大大降低了工具的使用寿命、提高了使用成本和维护难度的同时；另一方面当套筒和/或摩擦块磨损到一定程度后，其间的摩擦力将相较于预设值降低，使工具的工作性能无法得到保障。作为旋转冲洗井工具，以上两个专利提供了具有一定价值的设计思路，但是在转速控制、转速自调节和可靠性方面均有很大的缺陷，无法做到在限速驻流的基础上实现转速的自动调节，从而难以最大化发挥工具的冲洗井的效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有液体阻尼减速装置的旋转洗井工具，用于处理油气井生产管柱的油垢、腊垢、锈垢或盐垢等管柱内壁附着物质。本工具中，一方面利用了动量守恒原理，在喷头上安装偏心喷嘴，使流体流出喷头时产生轴向、径向与周向三维速度，流体作用于喷头的周向反作用力将驱动喷头旋转；另一方面，与喷头同轴安装的阻尼装置将在喷头旋转时与通过液体相互作用，产生周向液体阻力，从而降低喷头转速、防止喷头旋转速度过快，保证清洗管壁时液流有一定的驻流时间，从而达到最优的清洗效果。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种具有液体阻尼减速装置的旋转洗井工具，包括主筒、液体阻尼减速总成、下芯轴、轴承、下接头、喷头和喷嘴，其中，所述液体阻尼减速总成包括上芯轴、安装在上芯轴的套筒和阻尼叶片、用于限制叶片和套筒周向转动的键、用于限制叶片和套筒轴向移动的弹簧垫圈和端帽，下接头与主筒固定连接，下芯轴与上芯轴固定连接，下芯轴与喷头固定连接，下芯轴上开设有下芯轴中心流道和旁通流道，喷头上开设有与所述下芯轴中心流道连通的喷头中心流道，喷头上开设有与喷头中心流道相连的水孔，喷嘴固定于喷头上的水孔内。本专利技术中，压力液体自主筒上端流入，通过主筒与上芯轴之间的环空之后，经下芯轴旁通流道流入下芯轴中心流道。由于下芯轴与喷头固定连接，下芯轴中心流道与喷头中心流道自然连通，压力液体经下芯轴中心流道流出后将直接流入喷头，最后从固定于喷头水孔内的喷嘴流出。作为优选，所述喷头上开设有至少两个水孔，且至少有一个所述水孔轴线与所述喷头轴线异面。上述方案中，通过设置水孔轴线与喷头轴线异面（即水孔为偏心水孔，在喷头俯视图或仰视图上表现为水孔轴线与喷头轴线之间存在偏移距），可以使压力液体流出喷嘴（喷嘴固定于水孔内，其轴线与水孔轴线重合）时，产生沿喷头周向的速度分量，根据动量守恒定律和牛顿第三定律，自偏心水孔射出的液流将产生推动喷头绕自身轴线旋转的周向推力，并通过偏心距形成扭矩，即旋转洗井工具的旋转驱动力（力矩）。另一方面，由于阻尼叶片、上芯轴、下芯轴和喷头之间均为固定连接，所以阻尼叶片将会随喷头做同轴转动。又，阻尼叶片在空间位置上处于上芯轴和主筒的环空之内，因此周向旋转的阻尼叶片将与原本沿工具轴线方向流经环空的压力液体接触，轴向流动的液体势必会干涉周向旋转的阻尼叶片，即液流将会对阻尼叶片施加与叶片旋转方向相反的轴向作用力（旋转阻力），从而阻碍叶片的转动。根据流体力学分析结果，在阻尼叶片的尺寸和数量一定的情况下，旋转阻力受到液体流速和叶片转速的共同影响，其影响规律为：旋转阻力与液体流速和叶片转速均成正相关关系。由此可知，喷头转速越快，叶片转速越快；叶片转速越快，则叶片所受旋转阻力越大，从而叶片降速越快。在喷头的旋转驱动力和叶片所受的旋转阻力共同作用下，喷头的转速将稳定在特定的水平。在实际操作过程中，可根据特定的流量，通过调整叶片的尺寸和数量来调整喷头的稳定旋转速度，使喷头旋转速度降低到适宜的区间，在实现旋转射流的基础上，保证冲洗液流在管壁的驻留时间，避免喷射出的冲洗液流因转速过快而大大降低其冲洗能力。进一步地，所述喷头上开设有偶数（大于或等于2）个水孔，且每两个水孔均相对于工具轴线呈中心对称布置。...

【技术保护点】
1.一种具有液体阻尼减速装置的旋转洗井工具，其特征在于：包括主筒（1）、液体阻尼减速总成（2）、下芯轴（3）、轴承（4）、下接头（5）、喷头（6）和喷嘴（7），所述液体阻尼减速总成（2）包括上芯轴（21）、安装在上芯轴（21）的套筒（22）和阻尼叶片（23）、键（24）、弹簧垫圈（25）和端帽（26），所述下接头（5）与所述主筒（1）固定连接，所述下芯轴（3）与所述上芯轴（21）固定连接，所述下芯轴（3）与所述喷头（6）固定连接，所述下芯轴（3）上开设有下芯轴中心流道（31）和旁通流道（32），所述喷头（6）上开设有与所述下芯轴中心流道（31）连通的喷头中心流道（61）以及与喷头中心流道（61）相连的水孔（62），所述喷嘴（7）固定于喷头（6）上的水孔（62）内。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有液体阻尼减速装置的旋转洗井工具，其特征在于：包括主筒（1）、液体阻尼减速总成（2）、下芯轴（3）、轴承（4）、下接头（5）、喷头（6）和喷嘴（7），所述液体阻尼减速总成（2）包括上芯轴（21）、安装在上芯轴（21）的套筒（22）和阻尼叶片（23）、键（24）、弹簧垫圈（25）和端帽（26），所述下接头（5）与所述主筒（1）固定连接，所述下芯轴（3）与所述上芯轴（21）固定连接，所述下芯轴（3）与所述喷头（6）固定连接，所述下芯轴（3）上开设有下芯轴中心流道（31）和旁通流道（32），所述喷头（6）上开设有与所述下芯轴中心流道（31）连通的喷头中心流道（61）以及与喷头中心流道（61）相连的水孔（62），所述喷嘴（7）固定于喷头（6）上的水孔（62）内。


2.根据权利要求1所述的一种具有液体阻尼减速装置的旋转洗井工具，其特征在于：所述喷头（6）开设有至少两个所述水孔（62），且至少有一个所述水孔（62）轴线与所述喷头（6）的轴线异面。


3.根据权利要求1所述的一种具有液体阻尼减速装置的旋转洗井工具，其特征在于：所述水孔（62）轴线与所述喷头（6）轴线之间的夹角在10°至150°之间。
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【专利技术属性】
技术研发人员：石擎天，刘欣宜，石域亨，李颍初，董孟忱，吕映辰，李伟，马御琛，
申请(专利权)人：成都阿斯贝瑞科技有限公司，
类型：新型
国别省市：四川;51