一种组合型旋流冲砂器技术领域
本实用新型涉及油气井采油领域，特别涉及一种组合型旋流冲砂器。
背景技术
油气井在开采过程中，地层中胶结的砂粒容易受地层压力和采油、采气流
量增大的影响而成为自由砂散落在井内，造成油气井出砂现象，若不能将出砂
全部带至地面，便会造成井内砂粒堆积，堵塞油气通道，造成油气井减产、停
产，甚至损坏井下设备。所以，需要定期对油气井中的砂粒进行清除。因此，
提供一种有效的油气井冲砂装置是必要的。
现有技术提供了一种油气井冲砂装置，该装置包括冲砂本体、设置在本体
底部的喷嘴，设置在本体侧壁的循环孔、排水槽、以及设置在本体顶部的上接
头。该装置通过上接头与冲砂管柱相连，使流入冲砂本体的冲砂液从循环孔和
喷嘴高速冲出，从而破坏砂床，并将井壁的砂粒冲起。同时，通过将排水槽设
置成螺旋状，以使冲起的砂粒通过排水槽排出井外，从而清除井底的积砂，恢
复油井的生产。
设计人发现现有技术至少存在以下技术问题：
随着油气开采的不断深入，油气产层地层更加疏松，冲砂时冲砂液大量漏
失进入地层中，导致无法正常进行冲砂，影响油气井复产。所以，需要在冲砂
液出现漏失时，及时通过冲砂旁通向井内注入高粘暂堵冲砂液，减小或暂堵出
现漏失的地层，确保顺利完成冲砂作业和保护油气层。现有技术提供的油井冲
砂装置，其喷嘴直径较小，难以使高粘暂堵冲砂液流过，既造成冲砂装置堵塞
无法继续使用，又不能满足油气井暂堵的要求。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于，提供了一种能高效完成冲砂作业，
同时在砂埋地层被冲开后出现漏失时能够及时采用暂堵冲砂液实施堵漏的组合
型旋流冲砂器，具体技术方案如下：
本实用新型实施例提供了一种组合型旋流冲砂器，该装置包括：冲砂旁通
和旋流冲砂器。
所述冲砂旁通包括：阀体、阀套、阀芯；所述阀体顶部与冲砂管柱连接，
所述阀芯内嵌在所述阀体内，所述阀套内嵌在所述阀体的下部，且所述阀套上
部套装在所述阀芯下部的外壁上。
所述阀体侧壁上设有第一通孔；所述阀芯包括：中空本体、设置在所述中
空本体顶部的承压顶部、弹簧，所述中空本体的侧壁设有与所述第一通孔相对
应的第二通孔，所述弹簧套装在所述中空本体上，且顶部和底部分别连接所述
承压顶部的下端和所述阀套的上端，所述阀芯可在所述阀体内沿轴向运动，从
而控制所述第二通孔的打开与闭合。
所述旋流冲砂器包括：冲砂管和锥形冲砂头；所述锥形冲砂头的侧壁倾斜
设置有旋流喷嘴，所述锥形冲砂头底部设有直射喷嘴；所述旋流喷嘴的直径小
于或等于所述第二通孔的直径。
所述冲砂旁通的阀体下部与所述旋流冲砂器的冲砂管上部相连通。
具体地，作为优选，所述冲砂旁通的阀体下部外壁设有第一外螺纹，所述
冲砂管上部内壁设有与所述第一外螺纹相配合的第一内螺纹，以使所述冲砂旁
通与所述旋流冲砂器螺纹连接。
具体地，作为优选，所述旋流喷嘴的个数为5个，且5个所述旋流喷嘴均
匀分布在与所述锥形冲砂头的端面相平行的同一圆形平面内。
具体地，作为优选，每个所述旋流喷嘴的中心轴与通过所述圆形平面的圆
心且与所述中心轴相交的竖直方向上的直线之间的夹角为25°-35°；所述旋流喷
嘴的中心轴与所述锥形冲砂头的侧壁之间的夹角为55°-65°。
具体地，作为优选，所述第一通孔个数为4个，且沿同一径向平面均匀分
布在所述阀体中部侧壁上。所述第二通孔与所述第一通孔的数目和位置一致。
具体地，作为优选，所述冲砂旁通的阀体下端外径为75-82mm，上端外径
为90-98mm。
具体地，作为优选，所述第一通孔和所述第二通孔的直径均为20-22mm，
所述旋流喷嘴的直径为8-12mm，所述直射喷嘴的直径为10-14mm。
具体地，作为优选，所述阀套外壁上设有一圈第一凹槽，所述第一凹槽内
设置第一密封圈，所述阀套穿过所述第一密封圈，以与所述阀体密封接触。
具体地，作为优选，所述阀体内的下部设有一圈环形凹槽，所述环形凹槽
内设有挡圈，所述阀套的底端与所述挡圈相接触，以对所述阀套进行限位。
具体地，作为优选，所述阀芯的承压顶部外壁上设有一圈第二凹槽，所述
第二凹槽内设置有第二密封圈，所述承压顶部穿过所述第二密封圈，以与所述
阀体密封接触。所述阀芯的上部内壁上设有一圈第三凹槽，所述第三凹槽内设
置有第三密封圈，所述中空本体的下部穿过所述第三密封圈，以与所述阀套密
封接触。
本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本实用新型实施例提供的组合型旋流冲砂器，在正常冲砂时，冲砂液从冲
砂管柱流入冲砂旁通的阀体，并对阀芯承压顶部产生一定压力，从而使弹簧压
缩，阀芯向下移动，而使阀芯本体上的第二通孔进入阀套而关闭，此时冲砂液
全部流入旋流冲砂器中，并通过旋流冲砂器上的旋流喷嘴和直射喷嘴对井底砂
床和井壁进行冲击，清除井底和井壁积砂。当需要向井内注入高粘暂堵冲砂液
时，上提冲砂管柱，停止注入冲砂液，通过地面冲砂管路或等待旋流冲砂器自
然泄压，阀芯承压顶部受到压力减小或回复，在弹簧弹力作用下，阀芯向上移
动，而使阀芯中空本体上的第二通孔与阀体上第一通孔重合，控制排量使高粘
暂堵冲砂液从第二通孔、第一通孔和旋流冲砂器流入井内，满足暂堵的需要。
通过阀芯的轴向运动控制第二通孔的打开与闭合，以对流入冲砂旁通的液体流
出通道进行变换，保证高粘暂堵冲砂液流入井底，从而对出现漏失的地层进行
有效暂堵。通过设置旋流喷嘴和直射喷嘴，将液体直流转为旋转的紊流，增加
对井底和井壁的冲击能力，优化冲砂效果。可见，本实用新型提供的组合型旋
流冲砂器结构简单，能够有效完成油气井的冲砂作业，并能在地层出现漏失时，
使暂堵冲砂液顺利通过，满足暂堵冲砂要求，操作方便，便于规模化推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述
中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动
的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型实施例提供的冲砂旁通结构示意图；
图2是本实用新型又一实施例提供的旋流冲砂器结构示意图；
图3是本实用新型又一实施例提供的旋流冲砂器的锥形冲砂头的剖面图。
附图标记分别表示：
1冲砂旁通，
2旋流冲砂器，
3阀体，
301第一通孔，
4阀套，
5阀芯，
501中空本体，
5011第二通孔，
502承压顶部，
503弹簧，
6冲砂管，
7锥形冲砂头，
701旋流喷嘴，
702直射喷嘴，
8第一密封圈，
9挡圈，
10第二密封圈，
11第三密封圈。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本
实用新型实施方式作进一步地详细描述。
本实用新型实施例提供了一种组合型旋流冲砂器，如附图1和附图2所示，
该装置包括：冲砂旁通1和旋流冲砂器2。
冲砂旁通1包括：阀体3、阀套4、阀芯5；阀体3顶部与冲砂管柱连接，
阀芯5内嵌在阀体3内，阀套4内嵌在阀体3的下部，且阀套4上部套装在阀
芯5下部的外壁上。
阀体3侧壁上设有第一通孔301；阀芯5包括：中空本体501、设置在中空
本体501顶部的承压顶部502、弹簧503，中空本体501的侧壁设有与第一通孔
301相对应的第二通孔5011，弹簧503套装在中空本体501上，且顶部和底部
分别连接承压顶部502的下端和阀套4的上端，阀芯5可在阀体3内沿轴向运
动，从而控制第二通孔5011的打开与闭合。
旋流冲砂器2包括：冲砂管6和锥形冲砂头7；锥形冲砂头7的侧壁倾斜设
置有旋流喷嘴701，锥形冲砂头7底部设有直射喷嘴702；旋流喷嘴701的直径
小于或等于第二通孔5011的直径。
冲砂旁通1的阀体3下部与冲砂管6上部相连通。
本实用新型实施例提供的组合型旋流冲砂器，在正常冲砂时，冲砂液从冲
砂管柱流入冲砂旁通1的阀体3，并对阀芯5承压顶部502产生一定压力，从而
使弹簧503压缩，阀芯5向下移动，而使阀芯5本体上的第二通孔5011进入阀
套4使第二通孔5011关闭，此时冲砂液全部流入旋流冲砂器2中，并通过旋流
冲砂器2上的旋流喷嘴701对井壁砂粒进行冲击和直射喷嘴702对井底砂床进
行冲击，清除井底的积砂。当需要向井内注入高粘暂堵冲砂液时，上提冲砂管
柱，停止注入冲砂液，通过地面冲砂管路或等待旋流冲砂器上的旋流喷嘴701
和直射喷嘴702自然泄压，阀芯5承压顶部502受到压力减小或回复，在弹簧
503弹力作用下，阀芯5向上移动，而使阀芯5中空本体501上的第二通孔5011
与阀体上第一通孔301重合，使第一通孔301与第二通孔5011连通，即使第二
通孔5011打开，控制排量使高粘暂堵冲砂液从第二通孔5011、第一通孔301和
旋流冲砂器2流入井内，满足暂堵的需要。通过阀芯5的轴向运动控制第二通
孔5011和第一通孔301的打开与闭合，以对流入冲砂旁通1的液体流出通道进
行变换，保证高粘暂堵冲砂液流入井底，从而对出现漏失的地层进行有效暂堵。
通过设置旋流喷嘴701和直射喷嘴702，将液体直流转为旋转的紊流，增加对井
底和井壁的冲击能力，优化冲砂效果。可见，本实用新型提供的组合型旋流冲
砂器结构简单，能够有效完成油气井的冲砂作业，并能在地层出现漏失时，使
暂堵冲砂液顺利通过，满足暂堵冲砂要求，操作方便，便于规模化推广应用。
具体地，冲砂旁通1的阀体3下端外径为75-82mm，优选为78.6mm，上端
外径为90-98mm，优选为94mm。冲砂管6上部外径为90-98mm，优选为94mm，
以使冲砂旁通1的阀体3下部能插入冲砂管6，并与冲砂管6连接，使组合型旋
流冲砂器成为一个整体，便于作业。同时，冲砂旁通1的阀体3下部外壁设有
第一外螺纹，冲砂管6上部内壁设有与第一外螺纹相配合的第一内螺纹，以使
冲砂旁通1与旋流冲砂器2螺纹连接，便于冲砂旁通1与旋流冲砂器2的拆卸，
使本实用新型实施例提供的组合型自动旋流冲砂器使用更灵活、方便。
具体地，如附图2和附图3所示，旋流喷嘴701的个数可为若干个，优选
为5个，且5个旋流喷嘴701设置在同一平面上，且该平面与锥形冲砂头7的
端面平行，同时，该平面可选择设置在锥形冲砂头7的中部。该平面为圆形，
每个旋流喷嘴701的中心轴与通过该圆形平面的圆心且与中心轴相交的竖直方
向上的直线之间的夹角为25°-35°，优选为30°。更详细地，旋流喷嘴701的中
心轴与锥形冲砂头7的侧壁之间的夹角为55°-65°，优选为60°。同时，锥形冲
砂头7具有一定的厚度，一般为22-30mm，以使从旋流喷嘴701中流出的液体
产生旋流，并具有较高的速度，一般为13-20m/s，以增强本组合型旋流冲砂器
在水平井段中使用时冲砂液携带积砂的能力。旋流喷嘴701的直径为8-12mm，
直射喷嘴702的直径为10-14mm。旋流喷嘴701与直射喷嘴702相互配合，以
实现紊流携砂，提高旋流冲砂器2在水平井段的冲砂效率，解决直井与水平井
冲砂作业中沉砂、携砂、钻压传递的技术难题。
具体地，阀体3侧壁上第一通孔301个数可为若干个，优选为4个，且沿
圆形平面均匀分布在阀体3中部侧壁上，且第二通孔5011与第一通孔301的数
目和位置一致，以使阀芯5内的液体能快速流出，满足对漏失地层尽快暂堵的
要求。第一通孔301和第二通孔5011的直径均为20-22mm，且大于旋流喷嘴701
和直射喷嘴702的直径，以在注入高粘暂堵冲砂液时，使其尽快从第二通孔5011
和第一通孔301流出，既实现了高粘暂堵冲砂液进入漏失地层的速度，又避免
了高粘暂堵冲砂液对旋流喷嘴701和直射喷嘴702的堵塞，满足暂堵冲砂要求。
具体地，阀体3内的下部设有一圈环形凹槽，环形凹槽内设有挡圈9，该挡
圈9为A型孔用弹性挡圈，阀套4的底端与挡圈9相接触，以对阀套4进行限
位。同时，阀套4外壁上设有一圈第一凹槽，第一凹槽内设置第一密封圈8，阀
套4穿过第一密封圈8，以与阀体3密封接触。通过挡圈9和第一密封圈8，阀
套4稳固且密封内嵌在阀体3下部，以为阀芯5中的弹簧503提供支撑，从而
保证阀芯5对第二通孔5011打开或闭合的控制，实现组合型旋流冲砂器对进入
其中的液体流动通道的控制，满足冲砂和暂堵的要求。
具体地，通过调节冲砂管柱中冲砂液流量的大小，可以对阀芯5的位置进
行调整。本实用新型实施例提供的组合型旋流冲砂器入井前，第二通孔5011处
于打开状态，并与第一通孔301连通，正常冲砂过程中，当冲砂液排量大于
350L/min时由于冲砂液对承压顶部502的压力作用，弹簧503压缩，致使第二
通孔5011进入阀套4而关闭，同时切断与第一通孔301的连通，使冲砂液全部
流入旋流冲砂器2中，保证旋流冲砂器2发挥最佳冲砂效果。在本实用新型实
施例中，当需要向井内注入高粘暂堵冲砂液时，上提冲砂管柱，停止注入冲砂
液，通过地面冲砂管路或等待旋流冲砂器上的旋流喷嘴701和直射喷嘴702自
然泄压，阀芯5承压顶部502受到压力减小或回复，在弹簧503弹力作用下，
阀芯5向上移动，而使阀芯5中空本体501上的第二通孔5011与阀体上第一通
孔301重合，使第一通孔301与第二通孔5011连通，当冲砂液排量控制在小于
300L/min时，冲砂液对承压顶部502的压力作用不足以克服弹簧503的弹力，
无法推动阀芯5做轴向移动，冲砂旁通始终处于常开状态，冲砂液通过第二通
孔5011和第一通孔301流出，以实现液体流动通道的调整，保证组合型旋流冲
砂器对漏失地层的暂堵。
具体地，阀芯5的承压顶部502外壁上设有一圈第二凹槽，第二凹槽内设
置有第二密封圈10，承压顶部502穿过第二密封圈10，以与阀体3密封接触。
阀套的上部内壁设有一圈第三凹槽，第三凹槽内设置有第三密封圈11，阀芯5
的中空本体501的下部穿过第三密封圈11，以与阀套4密封接触，从而使阀芯
5的中空本体501向下运动时更加平稳。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型的保护
范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进
等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。