專利名稱：豎直管線不動管柱清洗裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種用于石油機械領域地下豎直管線內壁除銹除垢 專用裝置及方法，尤其是豎直管線不動管柱清洗裝置及方法。
背景技術：
油田開采過程中尤其中后期注水開發作為保持地層壓力和提高 采油率的有效手段，已為國內外廣泛采用。近年來為增加油井產油量， 提高采收率，注入體系化學藥劑(主要是堿)的三元復合驅技術也被大 量運用。然而水和化學藥劑的注入， 一方面和地層中流體混合發生物 理化學反應，另一方面與巖石礦物發生反應，打破原流體和巖石礦物 間的物理化學平衡狀態，使地下流體及巖石、礦物發生變化。不溶混 合物在井下摻雜在一起，隨壓力和溫度的不斷變化，溶解的礦物質使 產出的油水混合物處于過飽和狀態。垢從水中沉淀出來，吸附在金屬 表面，形成硬的、層狀的沉積物，使油井出現嚴重的結垢現象。結垢. 使有效傳輸管徑減小，效率降低，物耗、能耗增加，增加了采油成本。 如果發生在地面集輸系統，直接影響油水輸送，更重要的是發生在采 油井筒、射孔眼，會直接導致工藝流程中斷，設備失效，甚至發生安 全事故，因此必須經常對管道進行清洗與維護。
地下豎直管線的清洗， 一直都是管路清洗中的難點。目前常規的 方法是起出管柱，然后分段清洗，費時費力。不動管柱的條件下的清 洗一般可分為化學清洗和物理清洗。化學清洗的傳統工藝是的"酸處 理工藝"，即對結垢嚴重的油水井采用酸洗方法。這種"酸"處理方 法存在如下弊端:①當垢被鹽酸溶解后，在局部區域會形成高濃度的 氯化鈣溶液，這種溶液同原來的地層水系混合，酸度下降，誘發鈣鹽 的二次沉淀，造成二次結垢。②酸除垢方法處理復雜、成本高。③油 水井頻繁酸洗會腐蝕油管、井筒、井泵等配套設備，縮短使用壽命， 頻繁酸化壓裂會傷害油層。傳統的物理除垢方法中采用容積式電動 機、銑刀、帶銑刀的沖擊錘或純液體的射流技術。但銑刀和類似的切 削工具在作業過程中會危害管道的完整性，另外，它們的尺寸受油井
最小部位尺寸的限制。井下液體射流工具是應用多個射流孔或一個分 度噴頭來實現整個井眼的除垢。盡管有些射流系統也使用酸，但它的 使用僅限于酸能溶解的垢及較宜于酸洗的油井，純水射流對清除一些 軟垢是有效的，但對于硬垢則無能為力。水力空化射流清洗技術已經 在各種水平管線的除垢清洗中取得了很好的實際效果，但針對豎直管 線的清洗還沒有先例。
采用水力空化射流清洗技，在不動管柱條件下清洗豎直管線，主
要存在以下技術問題。這些地下豎直管線長度大都在1000m左右，不
動管柱條件下清洗，水流必須是單向的，只能從下往上，這樣才能使 垢質隨水流排出，否則將造成垢質在井底堆積導致井筒堵塞報廢。這 樣清洗過程存在一個先下后上的過程，在下放的過程中為了保證順 暢，射流器的直徑要小于結垢后的管徑。同時射流器在向上工作的過 程中，射流器要張開緊貼內壁以保證清洗效果。而現有的空化射流清 洗器無法滿足這種工況，無法實現豎直管線不動管柱的清洗。
發明內容
為了克服現有的豎直管線清洗費時費力、易損傷油管及油層、成 本高的不足，本發明提供一種豎直管線不動管柱清洗裝置及方法，該 豎直管線不動管柱清洗裝置具有結構簡單、制造成本低的特點，使用 該裝置清洗豎直管線的方法操作方便、清洗好，且對管道無損傷、對 環境無污染。
本發明的技術方案是 一種豎直管線不動管柱清洗裝置，由鋼絲 繩、上、下螺母、射流器、配重組成，射流器由外翅片、彈性體、內 翅片依次疊加后被螺桿穿過其中心，通過內、外夾緊螺母固定住螺桿， 且射流器兩端別有上、下曲率，側面均勻地布置若干個縫隙。
一種利用權利要求1所述清洗裝置的豎直管線不動管柱清洗方 法，其特征在于
將清洗裝置與地面纜車連接，轉動纜車將其下滑到管線終端，射 流器由地熱誘發彈性形變使得下曲率完全打開，上曲率部分打開，然 后由套管內注入高壓水，高壓水到井底后，又向上通過射流器底部， 在縫隙處形成射流，即可除去結構管內的垢質，同時推動射流器向上 運行。
本發明具有如下有益效果1、該清洗裝置結構簡單、制作容易、 成本低；2、射流器的翅片采用記憶合金制成，利用不同地層的不同 地熱溫度誘發形變，解決了地下豎直結垢管線不動管柱清洗過程中的
核心問題——射流器的變徑問題；3、利用水力空化效應，在清洗過 程中產生強力微射流和空泡潰滅沖擊波，對管線中的油垢、化學垢、 水垢、銹垢、軟性垢、粘性垢等多種垢質進行清除，具有較好的清洗 效果；4、射流器外層沒有寬大葉片，水流通過窄縫形成空化射流后 沒有障礙直接作用在垢質上，提高了空化射流壓力；5、射流器緊貼 在垢質上，跟隨垢質的形狀，作用面積加大，空化射流與垢質之間流 體阻隔層面積小，射流的沖擊能量損耗小，而且空泡也大量直接在垢 質表面沖擊潰滅，隨水流沖走的大大減少，提高了空泡的有效破滅率； 6、彈性翅片的縫隙使得射流器的直徑收縮比可達30%，通過能力強 可預防卡阻；7、本發明采用純物理清洗技術，對管道無損傷，對環 境無污染，并且不會產生二次結垢。
附圖1是本發明中射流器的結構示意圖； 附圖2是沿附圖1中A-A的剖視圖； 附圖3是本發明下放狀態的示意圖； 附圖4是本發明工作狀態的示意圖； 附圖5是沿附圖4中B-B的剖視圖; 附圖6是射流器翅片及彈性體展開圖。
圖中l一外翅片，2 —彈性體，3—內翅片，4一內夾緊螺母，5 — 螺桿，6—外夾緊螺母，7 —垢質，8—結構管，9一鋼絲繩，10 —上螺 母，ll一射流器，12 —下螺母，13 —配重，14-縫隙。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步說明
由圖3所示， 一種豎直管線不動管柱清洗裝置，由鋼絲繩9、螺 母(IO， 12)、射流器ll、配重13組成，射流器11上、下兩端通過 螺母(IO， 12)連接鋼絲繩9，并且下部的鋼絲繩9下端連接配重13， 配重13的作用是為了克服管線內水的浮力，使清洗裝置順利下入井 內。上部的鋼絲繩9上部連接纜車，使裝置下入井內，或者當裝置在
井內遇卡時，將其提到地面。
射流器11的結構由圖1及圖2所示，射流器11由外翅片1、彈
性體2、內翅片3依次疊加后將螺桿5穿過中心并固定內、外夾緊螺 母(4， 6)組成，且其上、下兩端別有上、下曲率(SR， XR)，上、下曲 率(SR， XR)即為兩個圓角，其半徑根據結構管8內徑的大小而設定， 下曲率XR目的是保證裝置在下放過程中不至卡在結構管8內的垢質 7上，每個射流器11在清洗工作開始之前根據管線內徑制作。射流 器11側面均勻地布置若干個縫隙14，形成一個彈狀射流器11，當該 清洗裝置工作時，高壓水流從管道內流過，使得彈性體2向外彎曲包 裹在外翅片1上，形成狹窄的縫隙14，縫隙14使得射流器11的直 徑收縮比可達30%，通過能力強可預防卡阻。
圖6為射流器11內的翅片(l， 3)及彈性體2的展開圖，內、外 層翅片(l， 3)的材質、形狀均相同，其材料為記憶合金，記憶合金的 成分和制作工藝由所清洗管線終端所處地層溫度決定，翅片(l， 3) 及彈性體2中間沒有被切除的部分為封水面積，封水面積為待清洗結 構管8內徑面積的1/4±10%;彈性體2的材料為聚氨酯或硅橡膠， 彈性體2單個葉片的寬度為翅片l(或翅片3)單個葉片寬度加上1.8 倍翅片1(或翅片3)的厚度；翅片(l， 3)以及彈性體2的葉片個數和 厚度，要保證進入待清洗管后狹縫14的寬度與厚度的比在1: 2—1: IO之間，單個翅片(l， 3)的寬度為厚度的2-3倍，同時狹縫14的總
寬度與待清洗管的內徑周長的比在l: 3-1: IO之間；上曲率SR為待
清洗管管徑的1/3±10%,下曲率XR為記憶合金翅片l(或翅片3)厚 度的5-15倍。
圖3為該清洗裝置下放時的示意圖，此時，上、下曲率(SR， XR) 為初始狀態，射流器11上部由纜車員起，在配重13的作用下由地面 下滑至管線終端。圖4及圖5為工作狀態下的示意圖，此時，在井下 高壓水流的作用下，下曲率XR完全打開，上曲率SR部分打開，彈性 體2向外彎曲包裹在外翅片1上，在相臨的兩個葉片之間形成狹窄的 縫隙14，高壓水流通過狹窄縫隙14，在出口處形成射流，對結構管 8內的垢質7進行清除。
利用該清洗裝置對豎直管線不動管柱的清洗方法
① 、將預先根據待清洗管柱內徑制作好的射流器11與螺母(io， 12)及鋼絲繩9、配重13連接，鋼絲繩9由地面纜車提供；
② 、轉動纜車將潔洗裝置下放，根據下入井內的鋼絲繩9的長度 確定下入的深度，當該裝置下到井底時，停止纜車轉動，過5-10分 鐘后，由記憶合金制成的射流器11由地熱誘發形變，張開恢復原有 形狀，下曲率XR完全打開，上曲率SR部分打開，射流器ll由于翅 片(l， 3)自身彈性和上曲率SR的作用緊貼于垢質7上；
③ 、然后由套管內向井下注入高壓水，高壓水到井底后，又向上 通過射流器11的底部，在狹窄縫隙14處形成射流，并且由于水力空 化效應——流體流過一個收縮裝置時會產生壓降區，當壓力降至蒸汽 壓甚至負壓時，溶解在流體中的氣體會釋放出來，同時流體汽化而產 生大量空化泡，從而產生空化射流。空泡在隨流體進一步流動的過程 中，碰撞管壁壓力增大時，體積將急劇縮小直至潰滅，瞬時激射出強 力的微射流，在射流和空泡潰滅的聯合作用下粉碎了沉積物清洗垢 質；
④ 、隨著高壓水流的上升，帶出被清掉的垢質，并且射流器11 也隨之上升，從而由下而上除去管壁內的垢質。
權利要求
1、一種豎直管線不動管柱清洗裝置，由鋼絲繩(9)、螺母(10，12)、射流器(11)、配重(13)組成，其特征在于射流器(11)由外翅片(1)、彈性體(2)、內翅片(3)依次疊加后被螺桿(5)穿過其中心，通過內、外夾緊螺母(4，6)固定住螺桿(5)，且射流器(11)兩端分別有上、下曲率(SR，XR)，側面均勻地布置若干個縫隙(14)。
2、 一種利用權利要求1所述清洗裝置的豎直管線不動管柱清洗 方法，其特征在于將清洗裝置與地面纜車連接，轉動纜車將其下滑到管線終端，射 流器(11)由地熱誘發彈性形變使得下曲率(XR)完全打開，上曲率(SR) 部分打開，然后向井下注入高壓水，高壓水到井底后，又向上通過射 流器(ll)底部，在縫隙(14)處形成射流，即可除去結構管(8)內的垢 質(7),同時推動射流器(ll)向上運行。
3、 根據權利要求1所述的豎直管線不動管柱清洗裝置，其特征在于狹縫(14)的寬度與厚度比在1: 2—1: IO之間。
4、 根據權利要求1所述的豎直管線不動管柱清洗裝置，其特征 在于單個翅片(l， 3)的寬度為厚度的2-3倍。
全文摘要
本發明提供一種豎直管線不動管柱清洗裝置及方法。主要解決現有的豎直管線清洗費時費力、易損傷油管及油層、成本高的問題。該裝置中的射流器(11)由外翅片(1)、彈性體(2)、內翅片(3)依次疊加后將螺桿(5)穿過中心并固定夾緊螺母(4，6)組成，且其上、下部分別有曲率(SR，XR)，側面均勻地布置若干個縫隙(14)，使用該裝置清洗管柱的方法為首先將裝置下放到井下，射流器(11)由地熱誘發彈性形變，下曲率(XR)完全打開，上曲率(SR)部分打開，底部高壓水通過射流器(11)底部，在縫隙(14)處形成射流，從而除去管壁內的垢質(7)。該發明具有結構簡單、對管道無損傷、對環境無污染的特點。
文檔編號E21B37/00GK101387191SQ20081013734
公開日2009年3月18日 申請日期2008年10月17日 優先權日2008年10月17日
發明者劉桂芳, 劉海龍, 孫紅鐿, 徐方俊, 李曉東, 柱 殷, 王俊巍, 宇 陳 申請人:大慶石油管理局