[发明专利]一种井下自动捞砂装置及其捞砂工艺

权利要求书

1.一种井下自动捞砂装置，其特征在于，该装置包括卷扬机构、钢丝绳绳长与载荷检测装置以及捞砂泵；

所述捞砂泵包括泵管(23)、松砂硾(24)、挡板(22)、进砂阀、单流阀、活塞、加重活塞杆(14)和盛砂阀；泵管(23)为倒置的桶状结构，泵管(23)顶部管壁周向开有排液用通孔，接近泵管(23)底部开口处固定有漏孔的挡板(22)；挡板(22)上部设有进砂阀，进砂阀阀座(21)固定在泵管(23)上；松砂硾(24)上部连杆穿过挡板(22)中心孔与进砂阀阀芯(20)连接；松砂硾(24)用于松动井底沉积砂，以及开启进砂阀；挡板(22)用于松砂硾(24)的运动导向与限位；当松砂硾(24)触及砂面，进砂阀即打开，携砂井液可由此进入泵管(23)；当松砂硾(24)离开砂面时进砂阀关闭；

进砂阀上部安装有盛砂阀，盛砂阀由挡簧板(10)、复位弹簧(11)、盛砂阀阀芯(12)和盛砂阀阀座(13)构成，盛砂阀阀芯(12)安装在盛砂阀阀座(13)上，挡簧板(10)位于盛砂阀阀座(13)上方，复位弹簧(11)套在加重活塞杆(14)上，并位于挡簧板(10)和盛砂阀阀座(13)之间；带漏孔的挡簧板(10)与盛砂阀阀座(13)固定在泵管(23)上；盛砂阀将泵管(23)分为上下两个腔；进砂阀与盛砂阀之间为游动腔(15)，盛砂阀之上为盛砂腔(9)；加重活塞杆(14)穿过泵管(23)顶部、挡簧板(10)、盛砂阀阀芯(12)与盛砂阀阀座(13)上的通孔，与游动腔(15)内的活塞组合体相连；活塞组合体包括活塞体(16)、密封环(17)及单流阀；活塞体(16)中空，内有单流阀阀芯(18)，单流阀阀座(1)(9)与活塞体(16)下部连接；活塞体(16)上部周向有通孔，下部外周设有密封环(17)；打开单流阀能够使游动腔(15)上下连通；钢丝绳(3)带动加重活塞杆(14)及活塞组合体在游动腔内上下运动，将携砂井液通过开启的进砂阀吸入游动腔，再注入盛砂腔(9)；由活塞组合体与游动腔(15)构成的活塞泵在泵管(23)底部；

卷扬机构内的钢丝绳(3)一端与卷扬机(1)相连，另一端通过导绳轮(2)、井口支架(7)上的定滑轮(4)与井下捞砂泵加重活塞杆(14)顶端相连；

所述钢丝绳绳长与载荷检测装置包括角位移检测装置(5)和载荷传感器(6)；角位移检测装置(5)与导绳轮(2)同轴安装，通过检测角位移能够计算钢丝绳的收放长度与速度，即捞砂泵的位移及运动速度；载荷传感器(6)安装在定滑轮(4)底座，用于检测钢丝绳载荷。

2.一种用于根据权利要求1所述井下自动捞砂装置的捞砂工艺，其步骤如下：

第1步卷扬机(1)正转，捞砂泵自井口下行，实时记录钢丝绳绳长及载荷测量值；

第2步当捞砂泵触及井下液面，受井液浮力的作用，随着捞砂泵下放深度加大，钢丝绳载荷测量值逐渐减小，计算载荷-绳长曲线的斜率，斜率突变处的绳长即为液面高度；

第3步松砂硾(24)和泵管(23)依次触及砂面，并因受砂面支撑而停止下行，而活塞组合体在游动腔内自上死点继续下行；

第4步当活塞组合体以正常速度下行完成大部分捞砂泵工作行程后，卷扬机(1)改为低速正转，避免冲击下死点；

第5步当活塞组合体触及下死点，钢丝绳载荷测量值逐渐减小，计算载荷-绳长曲线的斜率，斜率突变处的绳长即为捞砂泵下死点高度；

第6步自活塞组合体触及下死点后，卷扬机(1)改为以正常速度反转；活塞组合体上行完成大部分预定上行行程后，卷扬机(1)改为低速反转，避免冲击上死点；

第7步当活塞组合体上行至上死点，钢丝绳载荷测量值逐渐增大，计算载荷-绳长曲线的斜率，斜率突变处的绳长即为新的砂面高度；计算砂面与下死点的高度差，以该高度差作为下一个捞砂循环的预定上行行程；

第8步如完成预定捞砂循环次数，或者钢丝绳载荷超过预定值，卷扬机(1)将捞砂泵上提至井口，结束捞砂；否则，卷扬机(1)自上死点处改为以正常速度正转，重新进入第4步，开始下一个捞砂循环。

3.根据权利要求2所述的捞砂工艺，其特征在于，第6步中，所述预定上行行程的初始值等于捞砂泵工作行程。