一种水平井井下旋流冲击解堵洗井工具的制作方法

本实用新型涉及煤层气等油气开采技术领域，尤其涉及一种水平井井下旋流冲击解堵洗井工具。

背景技术：

我国大部分煤层地质构造复杂，水平井沿煤层钻进过程中，由于受煤层褶皱、煤矸层、小断层等因素影响，为了追求高的煤层钻遇率，水平井实钻井眼轨迹往往呈“波浪型”上翘。此外，煤层的胶结性差，剪切模量与抗剪切强度较低，既易压性破裂又易张性破损，水平井排采过程中由于受储层有效应力的升降、排采制度的突变或排采的不连续性等因素影响，井筒附近煤层容易发生破裂吐粉，甚至发生局部塌落。煤粉等固相颗粒随着气、水移动，在近井地带煤层微孔隙吼道、完井筛管孔眼或射孔炮眼处易发生堆积堵塞，大幅降低气水通过能力；在波浪型水平井“波谷”处容易发生沉淀、滞留，使水平井眼有效通过能力大幅降低；在狗腿度(狗腿度指的是从井眼内的一点到另一个点，井眼前进方向变化的角度。该角度既反映了井斜角度的变化，又反映了方位角度的变化，通常又叫全角变化率或井眼曲率)较大的“波谷”井段，地层水和固相颗粒会聚集形成段塞，大幅增加煤层气、水的流动阻力，从而致使单井产气量急剧下降。通过对水平井采取重入冲洗解堵工艺，可有效解除水平井井筒内固相颗粒堵塞及近井地带污染，恢复水平井自然产能。

目前煤层气水平井洗井解堵工艺主要有三种：(1)下光油管大排量清水冲洗解堵，该工艺操作简单、施工方便，但解堵效率相对较低；(2)下专用直射喷嘴解堵工具进行水力冲洗解堵，该工艺对水平井井眼低洼处的颗粒沉积冲洗效果好，但对筛管外井壁垮塌堵塞段及近井地带解堵效果差；(3)氮气泡沫冲洗解堵，该工艺采用氮气泡沫作为洗井液反循环冲洗井筒，返排携岩能力强、对井筒内堵塞物冲洗解堵效果较好，但成本相对较高、对筛管孔眼处及近井地带污染堵塞解堵效果一般。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种水平井井下旋流冲击解堵洗井工具，以克服现有技术的缺陷。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种水平井井下旋流冲击解堵洗井工具，克服现有技术中存在的解堵效果差、解堵效率低等问题，该水平井井下旋流冲击解堵洗井工具既能用于水平井正循环冲击解堵，也可用于水平井反循环洗井解堵，有效提高携岩效率和洗井效果。

本实用新型的目的是这样实现的，一种水平井井下旋流冲击解堵洗井工具，包括：

自旋转冲击部，包括冲击部本体，所述冲击部本体上沿轴向设置一端开口一端封闭的第一中心孔，所述冲击部本体上设置与第一中心孔连通的具有喇叭型出口的喷嘴，所述冲击部本体上设置能旋转破碎固相颗粒的机械爪；

循环切换部，与所述冲击部本体密封连接，所述循环切换部上设置轴向贯通的第二中心孔，所述循环切换部的侧壁上设置能连通井内环空和所述第二中心孔的第一侧通孔，所述循环切换部内设置能控制所述第二中心孔连通所述第一侧通孔或连通所述第一中心孔的切换结构，第二中心孔连通第一侧通孔构成反向循环洗井状态，第二中心孔连通第一中心孔构成正向冲击解堵状态；

旋流发生部，与所述循环切换部密封连通，所述旋流发生部上设置轴向贯通的第三中心孔，所述旋流发生部的外壁上设置螺旋槽道。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述冲击部本体和所述循环切换部之间串接转速控制部，所述转速控制部包括线性阻尼器。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述循环切换部和所述转速控制部之间设置扶正部，所述扶正部的一端与所述循环切换部固定连接，所述扶正部的另一端转动连接所述转速控制部。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述循环切换部包括滑套外筒，所述滑套外筒的一端连接所述扶正部，所述滑套外筒的另一端连接所述旋流发生部；所述滑套外筒内密封滑动套设滑套内筒，所述滑套内筒的内腔构成所述第二中心孔，所述滑套外筒的侧壁上靠近所述扶正部的一端设置所述第一侧通孔，所述滑套内筒的侧壁上贯通设置能与所述第一侧通孔连通的第二侧通孔，所述第二中心孔靠近所述扶正部的一端设置单向阀，所述单向阀允许洗井液流向所述第一中心孔。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述滑套内筒的外壁上套设能使所述滑套内筒向所述旋流发生部移动复位的复位弹簧。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述第一侧通孔呈倾斜设置，所述第一侧通孔的径向内侧一端朝向靠近所述旋流发生部的方向设置；所述第二侧通孔呈倾斜设置，所述第二侧通孔的径向内侧一端朝向靠近所述旋流发生部的方向倾斜设置。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述单向阀远离所述自旋转冲击部的一端设置过滤堵头。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述冲击部本体上连接设置冲击部中心轴，所述冲击部中心轴上设置轴向贯通的中心轴通孔，所述冲击部中心轴转动穿设于所述转速控制部；所述中心轴通孔能连通所述单向阀和所述第一中心孔。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述冲击部本体的封闭端沿周向设置至少一对径向对称的螺纹孔，所述螺纹孔的径向内侧一端朝向所述转速控制部的方向倾斜设置，所述螺纹孔内密封连接所述喷嘴；所述冲击部本体的中部沿周向设置至少一对径向对称的螺纹孔，所述螺纹孔的径向内侧一端朝向所述转速控制部的方向倾斜设置，所述螺纹孔内密封连接所述喷嘴。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述冲击部本体的封闭端沿周向设置至少两个径向对称的所述机械爪，各所述机械爪共同构成圆锥形结构。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述旋流发生部的一端设有能与油管柱连接的母接头，所述旋流发生部上设置有3～4个所述螺旋槽道，所述螺旋槽道靠近所述母接头的一端为入口，所述螺旋槽道的入口的周向尺寸大于出口的周向尺寸。

由上所述，本实用新型提供的水平井井下旋流冲击解堵洗井工具具有如下有益效果：

本实用新型的水平井井下旋流冲击解堵洗井工具中，自旋转冲击部能在反冲射流的力矩作用下实现自旋转实现高速冲击解堵及旋冲解堵，自旋转冲击部上的喷嘴出口呈喇叭型设置，高速射流经喇叭口状射流通道后呈放射性高速冲击，冲击范围大幅增大，井筒轴向上冲击解堵效果可大幅提升；循环切换部可在不动管柱情况下实现水平井正向冲击解堵状态和反向循环洗井状态的来回切换，有效减少工作状态切换所需工作量；旋流发生部能在井内环空的洗井液冲击时形成高速旋流，冲击搅动起井内环空中固相颗粒等沉积物，洗井液携带固相颗粒经第一侧通孔、第二中心孔、第三中心孔及油管柱返排至地面，提高携岩效率和洗井效果；

本实用新型的水平井井下旋流冲击解堵洗井工具中，转速控制部依靠流体的粘滞作用产生阻力来实现阻尼限速，在输入较低的相对速度时，即可输出较大的阻力，且阻力随着速度的增大而增大，实现自旋转冲击部转速的安全可控；扶正部起居中扶正作用，防止水平井井下旋流冲击解堵洗井工具在旋流冲击解堵作业过程中发生拖底；

本实用新型的水平井井下旋流冲击解堵洗井工具既能用于水平井正循环冲击解堵，也可用于水平井反循环洗井解堵，适用于水平井完井后污染物的洗井处理及水平井生产过程中井筒内及近井地带的解堵处理。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：

图1：为本实用新型的水平井井下旋流冲击解堵洗井工具的示意图。

图中：

100、水平井井下旋流冲击解堵洗井工具；

1、自旋转冲击部；

10、第一中心孔；11、冲击部本体；12、喷嘴；13、机械爪；14、冲击部中心轴；140、中心轴通孔；

2、循环切换部；

20、第二中心孔；21、滑套外筒；211、第一侧通孔；22、滑套内筒；221、第二侧通孔；23、单向阀；24、过滤堵头；25、复位弹簧；

3、旋流发生部；

30、第三中心孔；31、螺旋槽道；32、母接头；

4、转速控制部；

5、扶正部。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。

在此描述的本实用新型的具体实施方式，仅用于解释本实用新型的目的，而不能以任何方式理解成是对本实用新型的限制。在本实用新型的教导下，技术人员可以构想基于本实用新型的任意可能的变形，这些都应被视为属于本实用新型的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，本实用新型提供一种水平井井下旋流冲击解堵洗井工具100，包括：

自旋转冲击部1，包括冲击部本体11，冲击部本体11上沿轴向设置一端开口一端封闭的第一中心孔10，冲击部本体11上设置与第一中心孔10连通的具有喇叭型出口的喷嘴12，冲击部本体11上设置能旋转破碎固相颗粒的机械爪13；洗井液流经第一中心孔10、喷嘴12后产生反冲射流，在力矩作用下带动整个自旋转冲击部1实现自旋转，对筛管孔眼及近井地带进行高速冲击解堵及旋冲解堵；机械爪13在自旋转冲击部1自旋转作用下，可对井壁等处冲刷掉落的固相颗粒等进行机械破碎；现有技术中，水平井高压旋流解堵采用的旋转喷头前端为顶锥设置或直射喷嘴设置，采用顶锥设置的旋转喷头只能对井筒径向上进行旋流冲击解堵，井筒内轴向上的堵塞无法解堵；采用直射喷嘴设置的旋转喷头，射流直冲范围有效，井筒轴向上的冲击解堵效果不理想；而本实用新型采用的喷嘴12的出口呈喇叭型设置，洗井液高速液流经喇叭口状射流通道后呈放射性高速冲击，冲击范围大幅增大，井筒轴向上冲击解堵效果可大幅提升；

循环切换部2，与冲击部本体11密封连接，循环切换部2上设置轴向贯通的第二中心孔20，循环切换部2的侧壁上设置能连通井内环空(工具和套管内壁或井内壁之间的环空)和第二中心孔20的第一侧通孔211，循环切换部2内设置能控制第二中心孔20连通第一侧通孔211或连通第一中心孔10的切换结构，第二中心孔20连通第一侧通孔211构成反向循环洗井状态，反向循环洗井状态时，第二中心孔20与第一中心孔10断开连通，井内环空的洗井液携带固相颗粒经第一侧通孔211、第二中心孔20返排；第二中心孔20连通第一中心孔10构成正向冲击解堵状态，第二中心孔20与第一侧通孔211断开连通，洗井液经第二中心孔20、第一中心孔10流向喷嘴12产生反冲射流，自旋转冲击部1进行正向冲击解堵；现有技术中，水平井高压旋流解堵主要采用清水正循环洗井解堵工艺，当井筒内或井壁处脱落的固相颗粒粒径较大时，清水在波浪型井筒内及油套环空内的携岩效果相对较差，大颗粒在洗井液返排过程中容易再次发生沉积堆积，甚至造成油管遇卡等井下复杂情况发生；而本实用新型的循环切换部2，可以实现水平井正向冲击解堵状态(正循环旋流洗井解堵)和反向循环洗井状态(反循环旋流洗井解堵)的来回切换，当井筒及井壁附近有较严重污染堵塞时，可采用洗井液(活性水)正向冲击解堵(正循环旋流洗井解堵)，当井筒内沉积的固相颗粒或井壁脱落的固相颗粒粒径较大时，可在不动管柱情况下切换为反向循环洗井状态(反循环旋流洗井解堵，可以是反循环活性水或氮气泡沫洗井)。

旋流发生部3，与循环切换部2密封连通，旋流发生部3上设置轴向贯通的第三中心孔30，旋流发生部3的外壁上设置螺旋槽道31。现有技术中，反循环洗井过程中固相颗粒等污染堵塞物在自身重力作用下容易在水平井段发生沉降，携岩效率低、洗井效果差，而本实用新型的旋流发生部3，通过特殊设置的旋流槽道(螺旋槽道31)，反向循环洗井过程中，井内环空的洗井液流经旋流发生部3后，会形成高速旋流，冲击搅动起井内环空中固相颗粒等沉积物，洗井液携带固相颗粒经第一侧通孔211、第二中心孔20、第三中心孔30及油管柱返排至地面，由于油管柱内腔截面积相对油套环空截面积要小得多，因而洗井液在油管柱内腔上返速度大幅增大，洗井携岩性能大幅提升，从而提高携岩效率和洗井效果。

本实用新型的水平井井下旋流冲击解堵洗井工具中，自旋转冲击部能在反冲射流的力矩作用下实现自旋转实现高速冲击解堵及旋冲解堵，自旋转冲击部上的喷嘴出口呈喇叭型设置，高速射流经喇叭口状射流通道后呈放射性高速冲击，冲击范围大幅增大，井筒轴向上冲击解堵效果可大幅提升；循环切换部可在不动管柱情况下实现水平井正向冲击解堵状态和反向循环洗井状态的来回切换，有效减少工作状态切换所需工作量；旋流发生部能在井内环空的洗井液冲击时形成高速旋流，冲击搅动起井内环空中固相颗粒等沉积物，洗井液携带固相颗粒经第一侧通孔、第二中心孔、第三中心孔及油管柱返排至地面，提高携岩效率和洗井效果；本实用新型的水平井井下旋流冲击解堵洗井工具既能用于水平井正循环冲击解堵，也可用于水平井反循环洗井解堵，适用于水平井完井后污染物的洗井处理及水平井生产过程中井筒内及近井地带的解堵处理。

进一步，如图1所示，冲击部本体11和循环切换部2之间串接转速控制部4，转速控制部4包括线性阻尼器(现有技术)，其依靠流体的粘滞作用产生阻力来实现阻尼限速，在输入较低的相对速度时，即可输出较大的阻力，且阻力随着速度的增大而增大，实现自旋转冲击部1转速的安全可控。

进一步，如图1所示，循环切换部2和转速控制部4之间设置扶正部5，扶正部5的一端与循环切换部2固定连接，扶正部5的另一端转动连接转速控制部4。扶正部5主要起居中扶正作用，防止水平井井下旋流冲击解堵洗井工具100在旋流冲击解堵作业过程中发生拖底。

进一步，如图1所示，循环切换部2包括滑套外筒21，滑套外筒21的一端连接扶正部5，滑套外筒21的另一端连接旋流发生部3；滑套外筒21内密封滑动套设滑套内筒22，滑套内筒22的内腔构成前述的第二中心孔20，滑套外筒21的侧壁上靠近扶正部5的一端设置第一侧通孔211，滑套内筒22的侧壁上贯通设置能与第一侧通孔211连通的第二侧通孔221，在本实用新型的一具体实施例中，第一侧通孔211和第二侧通孔221均为三个，在初始状态下，各第一侧通孔211与相应的第二侧通孔221呈连通状态。

第二中心孔20靠近扶正部5的一端设置单向阀23，单向阀23允许洗井液流向第一中心孔10。在本实施方式中，单向阀23远离自旋转冲击部1的一端(即洗井液的入口端)设置过滤堵头24。单向阀23初始状况下处于闭合状态，正向冲击解堵状态(正循环旋流洗井解堵)时单向阀23开启，反向循环洗井状态(反循环旋流洗井解堵)时单向阀23闭合；通过单向阀23的开启与闭合控制自旋转冲击部1正循环洗井过程中的旋流解堵与反循环洗井过程中的防堵功能。

进一步，如图1所示，滑套内筒22的外壁上套设能使滑套内筒22向旋流发生部3移动(可称为“向后”移动)复位的复位弹簧25。滑套内筒22、复位弹簧25和单向阀23共同构成前述的切换结构。正向冲击解堵时，洗井液进入滑套内筒22的内腔(第二中心孔20)，在节流压差作用下，滑套内筒22向扶正部5的方向(可称为“向前”)移动，各第一侧通孔211与相应的第二侧通孔221发生错位而不再连通，实现旁通孔“闭合”，复位弹簧25在此过程中处于压缩状态，正向冲击解堵结束后，复位弹簧25在复位过程中推动滑套内筒22向旋流发生部3移动；反向循环洗井过程中，单向阀23在弹簧力及压差作用下处于关闭状态，可有效保护自旋转冲击部1，防止固体颗粒等污染堵塞物进入自旋转冲击部1的喷嘴内造成堵塞。

进一步，如图1所示，第一侧通孔211呈倾斜设置，第一侧通孔211的径向内侧一端朝向靠近旋流发生部3的方向设置；第二侧通孔221呈倾斜设置，第二侧通孔221的径向内侧一端朝向靠近旋流发生部3的方向倾斜设置。第一侧通孔211和第二侧通孔221斜向后设置，方便洗井液携固相颗粒进入第二中心孔20实现返排。

进一步，如图1所示，冲击部本体11上连接设置冲击部中心轴14，冲击部中心轴14上设置轴向贯通的中心轴通孔140，冲击部中心轴14转动穿设于转速控制部4；中心轴通孔140能连通单向阀23和第一中心孔10。

进一步，冲击部本体11的封闭端沿周向设置至少一对径向对称的螺纹孔(在本实用新型的一具体实施例中，沿周向设置两对螺纹孔)，螺纹孔的径向内侧一端朝向转速控制部4的方向倾斜设置(反向斜置)，螺纹孔内密封连接喷嘴12。冲击部本体11的中部沿周向设置至少一对径向对称的螺纹孔(在本实用新型的一具体实施例中，沿周向设置两对螺纹孔)，螺纹孔的径向内侧一端朝向转速控制部4的方向倾斜设置(反向斜置)，螺纹孔内密封连接喷嘴12。喷嘴12整体呈轴向倾斜设置，喷嘴12的出口呈喇叭口状，正向冲击解堵状态(正循环旋流洗井解堵)时，可在水平井井下旋流冲击解堵洗井工具100前端轴向上产生高速冲击射流对井筒内的堵塞物进行冲击解堵。洗井液流经第一中心孔10、喷嘴12后产生反冲射流(产生朝前上方的高速射流)，在力矩作用下带动整个自旋转冲击部1实现自旋转，对筛管孔眼及近井地带进行高速冲击解堵及旋冲解堵。

进一步，冲击部本体11的封闭端沿周向设置至少两个径向对称的机械爪13(在本实用新型的一具体实施例中，沿周向设置四个机械爪)，各机械爪13共同构成圆锥形结构，可减小水平井井下旋流冲击解堵洗井工具100入井过程中的摩擦阻力。

进一步，如图1所示，旋流发生部3一端设有母接头32，为水平井井下旋流冲击解堵洗井工具100的上接头，与油管柱(现有技术)相连接；旋流发生部3上设置有3～4个螺旋槽道31，螺旋槽道31靠近母接头32的一端为入口，螺旋槽道31的入口周向尺寸大于出口周向尺寸，井内环空的洗井液流经螺旋槽道31后会形成高速旋流。

本实用新型用于施工时，将水平井井下旋流冲击解堵洗井工具100连接于油管柱的底部，在初始状态下，各第一侧通孔211与相应的第二侧通孔221呈连通状态。

进行正向冲击解堵(正循环旋流洗井解堵)时，洗井液经油管柱、旋流发生部3的第三中心孔30进入滑套内筒22的内腔(第二中心孔20)，在节流压差作用下，滑套内筒22向扶正部5的方向(可称为“向前”)移动，各第一侧通孔211与相应的第二侧通孔221发生错位而不再连通，实现旁通孔“闭合”，复位弹簧25在此过程中处于压缩状态；过滤堵头24打开，洗井液经单向阀23、扶正部5和转速控制部4进入自旋转冲击部1的第一中心孔10，洗井液流经喷嘴12产生反冲射流，在力矩作用下带动整个自旋转冲击部1实现自旋转，机械爪13在自旋转冲击部1自旋转作用下，对井壁等处冲刷掉落的固相颗粒等进行机械破碎；高压旋转水射流冲击水平井井筒内及井壁附近(筛管孔眼及近井地带)污染堵塞物，实现旋流冲击解堵，洗井液携带冲击和脱落的堵塞物自油套环空循环至地面；正向冲击解堵结束后，复位弹簧25恢复原状过程中推动滑套内筒22向旋流发生部3的方向(可称为“向后”)移动，各第一侧通孔211与相应的第二侧通孔221连通，旁通孔“开启”；

进行反向循环洗井状态(反循环旋流洗井解堵)时，向井内环空注入洗井液，洗井液流经旋流发生部3后形成高速旋流，冲击解堵水平井井筒内及井壁附近污染堵塞物，并冲击搅动起井内环空中固相颗粒等沉积物，洗井液携带固相颗粒经第一侧通孔211、第二中心孔20、第三中心孔30及油管柱返排至地面。

本实用新型的水平井井下旋流冲击解堵洗井工具100可用于水平井活性水或氮气泡沫反循环洗井解堵，通过旋流发生部3产生高速旋流实现对井筒内及套管壁处污染堵塞物进行旋流冲洗、循环解堵；也可用于水平井活性水正循环旋流冲击解堵，通过自旋转冲击部1产生高压旋转水射流实现对井筒内及近井地带污染堵塞物进行旋流冲击解堵。

由上所述，本实用新型提供的水平井井下旋流冲击解堵洗井工具具有如下有益效果：

本实用新型的水平井井下旋流冲击解堵洗井工具中，自旋转冲击部能在反冲射流的力矩作用下实现自旋转实现高速冲击解堵及旋冲解堵，自旋转冲击部上的喷嘴出口呈喇叭型设置，高速射流经喇叭口状射流通道后呈放射性高速冲击，冲击范围大幅增大，井筒轴向上冲击解堵效果可大幅提升；循环切换部可在不动管柱情况下实现水平井正向冲击解堵状态和反向循环洗井状态的来回切换，有效减少工作状态切换所需工作量；旋流发生部能在井内环空的洗井液冲击时形成高速旋流，冲击搅动起井内环空中固相颗粒等沉积物，洗井液携带固相颗粒经第一侧通孔、第二中心孔、第三中心孔及油管柱返排至地面，提高携岩效率和洗井效果；

本实用新型的水平井井下旋流冲击解堵洗井工具中，转速控制部依靠流体的粘滞作用产生阻力来实现阻尼限速，在输入较低的相对速度时，即可输出较大的阻力，且阻力随着速度的增大而增大，实现自旋转冲击部转速的安全可控；扶正部起居中扶正作用，防止水平井井下旋流冲击解堵洗井工具在旋流冲击解堵作业过程中发生拖底；

本实用新型的水平井井下旋流冲击解堵洗井工具既能用于水平井正循环冲击解堵，也可用于水平井反循环洗井解堵，适用于水平井完井后污染物的洗井处理及水平井生产过程中井筒内及近井地带的解堵处理。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。