[发明专利]一种井下动力除砂工具

说明书

本发明公开了一种井下动力除砂工具。包括：旋流分离装置、多级吸砂装置、变速螺旋排砂装置、双层管连接装置。本发明下端双层管连接装置可与双层管连接，双层管连接装置上端连接变速螺旋排砂装置，变速螺旋排砂装置上端连接多级吸砂装置，多级吸砂装置上端连接旋流分离装置。最内层套管内流动的钻井液驱动液压马达旋转，并带动液压马达工作。本发明采用了液驱动力机构，实现了含砂混合浆液的自主旋流吸入、螺旋与旋流耦合分离除砂、大颗粒泥砂二次破碎与动力机构辅助排砂，解决了油气和水合物开采中因井筒内举升浆液含砂高、排砂困难造成砂堵、设备冲蚀磨损等问题，提高了井下复杂工况环境下除砂效率，保障了井下作业安全性。

技术领域

本发明涉及天然气水合物与油气开采装备领域，具体涉及一种井下动力除砂工具。

背景技术

石油与天然气是社会经济发展中的重要能源，它的高效开采是社会快速发展的重要支柱。我国疏松砂岩油藏分布范围广、储量大，产量在能源开发中占有重要的地位。在一般开采条件下,油井出砂危害极大,高速的砂粒造成地面及井下设备加剧磨蚀,造成砂卡,严重时砂埋油层或井砂砂堵会造成油井停产，出砂量过大导致地层亏空并坍塌造成套管损坏使油井报废。目前针对开采疏松砂岩油藏的出砂问题虽然采取了一系列工艺措施，但是仍然存在诸多问题：

(1)目前开采油气时采用的除砂方式仍然采用机械和化学的防砂方式，此方式虽然能阻止砂粒进入井筒，但是会添加砾石充填防砂装置和滤砂等装置，因此加大了地层液进入井筒的阻力；

(2)现有的除砂工艺通常是将高含砂地层液通过举升泵举升到地面，但抽油泵类型单一,不能满足出砂井举升需求，特别是当出砂量大时极易对井筒、泵等开采设备造成堵塞的风险；

(3)在采油过程当中，采用传统的除砂方式，存在分离后泥砂在井筒回流的现象，大大降低了分离除砂的效率，严重时泥砂回流到吸入口，造成吸入口堵塞；

(4)当地层液中所含泥砂块状较大时，极易造成开采设备或者通道砂卡，极大降低其使用寿命，从而导致失效率高，增大开采成本。

天然气水合物，亦称“可燃冰”，是天然气和水在低温高压条件下形成的一种固体晶状物，天然气水合物由于其资源储量大、分布广泛、清洁低碳等优点，被公认为是潜在的替代能源。中国南海北部神狐海域水合物储集层具有埋藏浅、胶结差、泥质含量高等特点,且粉砂主要是微米级极细-细粒粉砂与中粗粒粉砂，具有粒径跨尺度、微米级极细等特点，加上天然气水合物开采时生产压差较大,出砂问题是目前制约天然气水合物安全、高效开采的一个重要问题。针对天然气水合物开采过程中现有的出砂问题目前开采工艺还不太成熟，还存在以下问题：

(1)因水合物开采时产生的粉砂主要是微米级极细细砂，采用传统的防砂方式还是不能阻止细小砂砾进入井筒，无法达到有效除砂的要求；

(2)天然气水合物开采时，由于对水合物的抽吸不稳定，因此除砂量不稳定，会加剧泥砂对运输管道的冲蚀磨损，从而损坏设备，增大了开采成本；

(3)当出砂量大时，输送水合物泥砂混合物将产生更大的能量损耗，同时出砂量大将导致油气储层疏松，促使采空区后井壁不稳定，最终导致储层坍塌。

因而为了解决疏松砂岩油气藏以及海底非成岩天然气水合物开采过程中出砂量大、防砂困难的瓶颈问题，防止泥砂对井筒、设备等的冲蚀磨损与堵塞，同时将原位分离出的泥砂及时回填，避免采油时发生坍塌事故，实现其持续、安全、高效开发，亟需一套全新的除砂防砂工具，以实现深海油气与天然气水合物开采过程中泥砂井下原位分离与排出。

发明内容