井下防砂装置 【技术领域】
本发明涉及一种油气井井下工具，特别是适用于高压水射流径向水平钻井过程中采用磨料射流工艺时保证高压水射流径向水平钻井系统正常送钻起钻而不受砂卡所必需的井下防砂装置。
背景技术
目前石油开采作业中，高压水射流径向水平钻井技术是提高油井产能的重要前沿技术，我国目前正处于工业试用阶段。在美国专利US4497381A、US4763734A和英国专利GB2124278A及中国专利ZL03239019x中介绍了相关技术原理。大致操作是将径向水平钻井工具下入巳有的垂直井中，使转向器在前期预备的井深位套管扩孔段处的空腔中竖起，进入工作状态，然后利用高压水射流及液压推动技术实现钻井操作。然而，在涉及高压水射流及液压推动技术实现钻井的具体操作中，在整个系统采用磨料射流工艺后，射流磨料会大量沉入转向器的底部密封，导致底部密封对钻杆产生砂卡，如何解决这一技术问题，这些文献均未阐述其解决方案。事实上，高压水射流径向水平钻井系统采用射流工艺后，如何防止底部密封对钻杆产生砂卡，保证整个系统的送钻完钻不受影响是高压水射流径向水平钻井技术中尤为重要的环节。目前的现有技术是一片空白，还需要研制一种井下防砂装置，为完成高压水射流径向水平钻井系统正常送钻喷射、起钻而不受砂卡提供可靠的保证。
【发明内容】
本发明的发明目的是要研制出一种井下防砂装置，以解决高压水射流径向水平钻井系统采用磨料射流工艺后，射流磨料沉入转向器的底部密封导致底部密封沉砂而对钻杆产生卡阻，从而影响钻杆送进这一技术问题。
本发明的的发明目的是根据液缸-活塞原理，通过在活塞上设置不使转向器底部密封产生沉砂的防砂流道和为钻杆和钻头提供磨料射流液地磨料通道，研制一种由液缸和防砂活塞构成的井下防砂装置的技术方案实现的，具体方案如下：
本发明由液缸和防砂活塞构成，液缸上端与油管柱连接和下端与转向器内筒连接，活塞上端与抽油杆柱连接和下端与钻杆接头连接，活塞在液缸内可用抽油杆柱送进和提升；活塞的密封环组安装在活塞的本体下段，本体内具有两个相互隔离的液流通道，防砂流道的出口和入口分别在本体的上段和下段的密封环组之下，在防砂流道出口处的本体上外嵌装有滤网，磨料流道的入口和出口分别在本体的中段和本体的下端；液缸环腔内的磨料射流液中磨料经防砂流道出口处滤网阻隔而不能进入困水腔，液缸环腔内的磨料射流液可经磨料流道入口和出口并经钻杆接头进入钻杆和钻头，以进行径向水平井的喷射钻井。
本发明的液缸的上、下端具有外螺纹，其上端与油管柱螺纹连接，其下段与转向器内筒螺纹连接。
本发明的防砂活塞由本体、滤网、密封环组和钻杆接头组成。
防砂活塞的本体为中段上部具有隔离段的圆筒体，按其外径由上到下、由小到大分为上、中、下三段，其上端具有螺纹如内螺纹以与抽油杆柱螺纹连接，其下端具有螺纹如外螺纹以与钻杆接头螺纹连接；本体内具有两个相互隔离的液流通道，防砂流道由上筒体中心孔和下筒体侧孔构成，该流道的出口在上筒体的外圆柱面上和入口在下筒体下部的外圆柱面上，磨料流道为下筒体中心孔，该流道的入口在圆筒体中段的侧平面上和出口为下筒体中心孔的下端口；本体下段的外圆柱面上具有外螺纹以安装密封环组。
防砂活塞的滤网为孔径小于射流磨料粒径的金属网，其外嵌安装在上筒体外圆柱面上的防砂流道的出口处。
防砂活塞的密封环组由上密封环、密封套、下密封环和压紧套组成；上密封环为非金属材料如聚四氟乙烯，其外圆柱面上开有沉砂沟槽；密封套上段具有套装上密封环的台阶，其下段外圆柱面上开有沉砂沟槽，其内孔具有内螺纹；下密封环为非金属材料如聚四氟乙烯，其外圆柱面上开有沉砂沟槽，其内径比本体下段外径稍大；压紧套内孔具有内螺纹，其侧面具有止位销孔；上密封环套装在密封套上段台阶上，密封套通过螺纹安装在本体上，下密封环套装在本体上，压紧套通过螺纹和止位销安装在本体上。
防砂活塞的钻杆接头上端具有内螺纹以与本体下端螺纹连接，其下端内孔与钻杆焊接。
本发明在下井时由抽油杆柱将防砂活塞送至液缸内，在磨料射流钻进时高压钻井液的液力驱动防砂活塞和钻杆向下运动；防砂流道具有两项功能，即阻隔磨料进入困水腔和让困水腔内的困水向上流入液缸环腔而不致于因困水的不可压缩而阻碍防砂活塞下行；磨料流道具有向钻杆和钻头提供磨料射流液以保证径向水平钻井需要的功能；试验证明，本发明设计新颖，结构简单、合理，性能安全、可靠，功效显著，在高压水射流径向水平钻井系统采用磨料射流工艺后，成功地避免了射流磨料大量沉入转向器的底部密封而导致底部密封对钻杆产生砂卡的可能，为进行水平钻井喷射工序提供了可靠保证，圆满地满足了高压水射流径向水平钻井的需要。
【附图说明】
图1是本发明在工作状态下的结构示意图；
图2是本发明防砂活塞本体中段横截面剖视图。
【具体实施方式】
本发明的发明内容通过下面的实施例及其附图进一步详加说明如下：
参照图1，本发明由液缸(1)和防砂活塞(2)构成，液缸(1)上端与油管柱连接和下端与转向器内筒(7)连接；活塞(2)上端与抽油杆柱连接和下端与钻杆接头(5)连接，活塞(2)在液缸(1)内可用抽油杆柱送进和提升；活塞(2)的密封环组(4)安装在活塞(2)的本体(3)下段，本体(3)内具有两个相互隔离的液流通道(I、II)，防砂流道(I)的出口(9)和入口(18)分别在本体(3)的上段和下段的密封环组(4)之下，在防砂流道(I)出口(9)处的本体(3)上外嵌装有滤网(10)，磨料流道(II)的入口(12)和出口(19)分别在本体(3)的中段和本体(3)的下端；液缸环腔(13)内的磨料射流液中磨料经防砂流道(I)出口(9)处滤网(10)阻隔而不能进入困水腔(20)，液缸环腔(13)内的磨料射流液可经磨料流道(II)入口(12)和出口(19)并经钻杆接头(5)进入钻杆(6)和钻头，以进行径向水平井的喷射钻井。
参照图1，液缸(1)上、下端具有外螺纹，其上端与油管柱螺纹连接，其下端与转向器内筒(7)螺纹连接。
参照图1，防砂活塞(2)由本体(3)、滤网(10)、密封环组(4)和钻杆接头(5)组成。
本体(3)为中段上部具有隔离段(11)的圆筒体，按其外径由上到下、由小到大分为上、中、下三段，其上端具有螺纹如内螺纹以与抽油杆柱螺纹连接，其下端具有螺纹如外螺纹以与钻杆接头(5)螺纹连接；本体(3)内具有两个相互隔离的液流通道(I、II)，防砂流道(I)由上筒体中心孔和下筒体侧孔构成，该流道(I)的出口(9)在上筒体的外圆柱面上和入口(18)在下筒体下部的外圆柱面上，磨料流道(II)为下筒体中心孔，该流道(II)的入口(12)在圆筒体中段的侧平面上和出口(19)为下筒体中心孔的下端口；本体(3)下段的外圆柱面上具有外螺纹以安装密封环组(4)；参照图2，为安装方便，可在本体(3)中段磨料通道(II)的入口(12)处加工有2个扁方。
滤网(10)为孔径小于射流磨料粒径的金属网，其外嵌安装在上筒体外圆柱面上的防砂流道(I)出口(9)处。
密封环组(4)由上密封环(14)、密封套(15)、下密封环(16)和压紧套(17)组成；上密封环(14)为非金属材料如聚四氟乙烯，其外圆柱面上开有沉砂沟槽；密封套(15)上段具有套装上密封环(14)的台阶，其下段外圆柱面上开有沉砂沟槽，其内孔具有内螺纹；下密封环(16)为非金属材料如聚四氟乙烯，其外圆柱面上开有沉砂沟槽，其内径比本体(3)下段外径稍大；压紧套(17)内孔具有内螺纹，其侧面具有止位销孔；上密封环(14)套装在密封套(15)上段台阶上，密封套(15)通过螺纹安装在本体(3)上，下密封环(16)套装在本体(3)上，压紧套(17)通过螺纹和止位销安装在本体(3)上。
钻杆接头(5)上端具有内螺纹以与本体(3)下端螺纹连接，其下端内孔与钻杆(6)焊接。
本发明作业过程如下：用径向水平钻井送进系统将防砂活塞(2)送入液缸(1)，到达预定位置后，磨料射流钻井开始；高压射流钻井液的液力驱动活塞(2)和钻杆(6)向下运动，钻井液中的磨料被防砂流道(I)中滤网(10)阻隔而留在液缸环腔(13)内，磨料钻井液在高压下迅速通过磨料流道(II)进入钻杆(6)内腔进行正常射流钻井；由于活塞(2)向下运动，其下部的困水空间逐渐缩小，困水腔(20)内的困水会慢慢地通过防砂流道(I)经滤网(10)进入液缸环腔(13)，因此使整个困水腔(20)内无磨料进入而达到防砂目的，困水腔(20)中困水也不会影响活塞(2)和钻杆(5)向下运动。