本发明涉及水平井冲砂，具体涉及一种水平井反循环螺旋负压冲砂装置。
背景技术：
1、水平井能显著增加与地层接触面积，从而扩大泄油区域，提升油田的产量和采收率，同时有效降低钻井成本，优化整体开发效果。然而，油气开采过程中常见的出砂问题对水平井的正常运作形成重大挑战。油井开采过程中，由于压力变化和地层稳定性被破坏，油藏地层中的砂粒进入井筒。地层破碎、生产压差过大、地层巩固性差以及井壁支撑结构失效是砂粒进入油管套管的主要原因，尤其是在松散砂岩地层中，砂粒更容易随油、气、水流动进入井内。此外，射孔压裂作业也可能导致砂粒进入油管套管。高压泵注入压裂液产生裂缝，破坏地层稳定性，射孔弹穿透套管和岩石结构，均可能引发砂粒脱落，特别是在胶结不良的地层中，裂缝产生会加剧砂粒的失稳和进入油管套管。
2、油气井出砂导致井下设备如抽油泵和管道严重磨损，缩短使用寿命，进而增加维修成本。此外，砂粒随着生产流体进入地面处理系统，可能造成管道和设备堵塞，降低生产效率，甚至显著减少产量，影响水平井的生产潜力和经济效益。因此，油气井发生出砂后，需要进行冲砂作业以清除积砂。然而，在进行水平井的冲砂作业时，由于砂粒受到重力的作用，会向下运动，在水平段位置，砂粒所受到的垂直方向的作用力，会在管壁形成砂床，沉砂在水平井段是无论冲砂液的携砂能力多强，都很难将沉砂全部循环至地面。普通的冲砂方式很容易因此砂粒的二次沉积作用而在造斜段形成砂床，严重时会造成砂卡，增加后期下入管柱时遇阻或卡住的可能性。
3、水平井与常规井在井身结构上存在一些差异，这也导致了水平井在冲砂施工中面临着不同的风险，但同时还涉及到水平井本身的风险。目前，水平井常规冲砂施工时，主要存在以下难处理的问题：
4、(1)在水平井段，冲砂管柱紧贴油管套管下端，冲砂管柱的上下环空流速存在很大差异，导致冲砂液的循环速度不均匀。这将使得冲砂管柱下端的流速较慢，沉砂循环速度变慢，从而导致了卡钻事故的发生；
5、(2)正冲砂方式是指冲砂液沿着冲砂管向下流动，以较高的流速冲击井底沉积物，砂粒与冲砂液混合后，沿着冲砂管与套管环形空间返回井口，随着冲砂作用不断冲散沉积物，冲砂管柱逐渐延长，这种方式有利于有效冲散井底的压实砂，但在水平段容易形成砂堆积，导致砂埋管柱，同时需要较大的泵注排量，导致地面泵注压力较高；
6、(3)冲砂液在水平井的射孔段漏失严重。冲砂液的漏失主要由于射孔长度较大，导致与地层接触面积增加，从而使液体通过地层孔隙、裂缝渗入地层。高渗透性或裂缝发育的地层尤为显著，滤失效应加剧了液体成分的渗漏，同时松散砂层也会产出地层砂，进一步增加冲砂液的漏失。最终，冲砂液渗透到射孔周围的地层中，地层的孔隙空间。在水平井的射孔段，冲砂液大量漏失会严重污染地层并降低冲砂作业的效率，有时甚至因漏失问题难以达到预期的冲砂效果，使地层砂无法有效带出地面；
7、(4)当水平井的水平段较长时，由于返排液在水平段内发生层流或流态变化，导致垂直方向上砂粒的运移距离受限。在砂粒受重力影响下，返排液中悬浮的砂粒往往容易在水平段井筒内发生二次沉降堆积，从而降低了冲砂的效果。
8、中国专利cn20368508u提出了一种负压旋流冲砂装置，它包括上接头下端外侧与中心管缸套上端内侧螺纹连接，喉管扩散管主体装在中心管缸套内，泵体内设有喷嘴，泵体与中心管缸套通过阀套固定连接，中心管缸套中部与皮碗轴套螺纹连接，硫化钢件一和硫化钢件二分别硫化在皮碗的上下两端，旋流主体与中心管缸套螺纹连接，旋流背帽套装在皮碗轴套下端，轴承和叶轮套装在中心管缸套外侧，缸套下端连接导向头并用稳钉固定。如果将该装置应用于水平井中，其设计仅依赖射流泵以下的旋流装置对水平井末端油管套管内的沉砂进行扰动，无法对整个水平井油管套管内的沉砂充分悬浮裹挟，冲砂效果不足，无法有效清理整个水平井井段内的沉砂。
9、中国专利cn213450293u提出了一种返抽吸冲砂洗井器，该装置包括上接头和固定安装在其下端的射流本体，射流本体上部中间固定有射流嘴，两侧设有返排口，中部有进液口。连接套安装在射流本体下端，内部穿插过流防落物套，下端固定引流嘴。旋流套固定在连接套一端中部，表面两侧设有侧向槽。下井时皮碗紧贴套管内壁，冲砂洗井液通过进液口进入射流嘴，高速射流至上接头内腔，形成负压。但该装置主要依赖射流嘴的高速射流对井底的砂粒进行清理。虽然射流嘴周围形成了负压，但其影响范围有限，无法对远离射流嘴区域或整个水平井油管套管内的沉砂进行有效吸取和裹挟，尤其当水平井较长时，清砂效果会更差。
技术实现思路
1、现有技术中存在的问题是：常规水平井冲砂方式容易发生砂砾二次沉降堆积，冲砂液的冲砂携砂能力差。针对上述问题，本发明提供一种水平井反循环螺旋负压冲砂装置，其包括从左到右依次固定连接的扶正器、螺旋混砂发生器、射流泵、截流皮碗和吸砂头，
2、所述扶正器可以保持水平井反循环螺旋负压冲砂装置在水平井内居中，
3、所述扶正器包括中心管本体以及中心管本体外壁上套设的弹性叶片，所述中心管本体与油管套管共轴线，所述弹性叶片套设于中心管本体外壁的中部，
4、所述中心管本体的左端部安装有上部接头，用于连通进口循环装置，
5、所述中心管本体的右端部与发送器连接管相邻的端面密闭固定连接，
6、所述螺旋混砂发生器包括螺旋管柱，所述螺旋管柱与油管套管共轴线，螺旋混砂发生器的直径比油管套管的内径小6-10mm，
7、螺旋管柱的外壁上沿其轴向延伸设置有螺旋叶片，所述螺旋叶片的节距为螺旋管柱外径的1.5-2倍，螺旋叶片在螺旋管柱表面轴向延伸的圈数至少四圈，
8、螺旋叶片的宽度是25-40mm，
9、所述中心管本体与发送器连接管相邻的端面密闭固定连接，
10、所述射流泵包括从左到右依次连通的汇流管段、扩散管段、喉管段、喷嘴管段和溢流管段，汇流管段、扩散管段、喉管段、喷嘴管段和溢流管段均与油管套管共轴线，
11、所述汇流管段的内径处处相等，所述扩散管段的内径从左至右渐缩，所述喉管段的内径处处相等，
12、汇流管段、扩散管段、喉管段两两相邻的端面密闭固定连接，汇流管段与扩散管段、喉管段两两相邻端面处的内径相等，
13、所述喷嘴管段包括内管以及套设在内管外壁的外管，内管与外管共轴线，所述外管的直径大于内管的直径，
14、所述内管包括从左到右相互连通的锥形管段和圆柱管段，
15、所述圆柱管段一端开口，另一端密闭，
16、圆柱管段的开口端与锥形管段相邻的端面密闭固定连接，
17、所述锥形管段的内径从左至右渐缩，锥形管段左端面处形成喷嘴，所述锥形管段左端面的内径满足以下公式一：
18、
19、面积比满足以下公式二：
20、
21、所述圆柱管段的内径处处相等，
22、内管的圆柱管段与外管被一根直管贯通，直管与外管管壁或内管管壁相交的部分全部被去除，在外管侧壁上形成注入口，直管与外管、内管相邻的端面密闭固定连接，所述直管的长度等于内管内壁与外管外壁之间的径向距离，所述直管与内管的轴线互相垂直，所述直管的侧壁位于内管圆柱管段右端面的上部，所述直管的内径是25-100mm，
23、所述内管的轴向长度小于外管，所述内管与外管的右端面共面，所述锥形管段与外管左端面之间的轴向距离等于0.5-1倍的喉管内径，
24、喷嘴管段的外管与喉管段相邻的端面密闭固定连接，
25、所述溢流管段的内径处处相等，所述溢流管段与喷嘴管段相邻的端面密闭固定连接，
26、所述截流皮碗包括截留管和截留管外壁上套设的弹性套筒，所述弹性套筒是由等腰梯形作为轴截面以截留管的轴线为中心旋转一周形成的旋转体，所述等腰梯形的底边与截留管的外壁贴合，等腰梯形的底边与截留管的轴线平行，所述弹性套筒的最大直径比油管套管的直径小0.5mm，所述弹性套筒的内壁与截留管的外壁贴合固定连接，
27、所述吸砂头是由一根圆柱形直管沿与其轴线成45-60°角度方向斜切切掉其部分右端端部的结构形成冲砂笔尖，
28、所述吸砂头的左端面与右端面不接触，
29、所述吸砂头与截流皮碗的截留管相邻的端面密闭固定连接，
30、中心管本体、螺旋管柱、截留管和吸砂头的外径和内径均相等，所述射流泵的外径与中心管本体的外径相等，溢流管段、汇流管段与中心管本体的内径和外径均相等，
31、中心管本体、螺旋管柱、射流泵、截留管、吸砂头依次连通形成油管二，
32、所述油管二与进口循环装置中的油管一通过上部接头相互连通形成油管，
33、水平井反循环螺旋负压冲砂装置安装在水平井段，进口循环装置将高压冲砂液沿油管二外壁与套管之间形成的环形空腔向水平井段进行输送，冲砂液通过射流泵侧壁上的注入口反向进入油管二内，经喷嘴喷射进入喉管段内，在进口循环装置的作用下沿油管被抽吸至地面，
34、冲砂液经喷嘴喷射过程中，在射流泵喷嘴管段的锥形管段左端面以外内管与外管之间形成的间隙内形成负压区二，在射流泵扩散管段内形成负压区一，水平井内吸砂头前方堆积的沙砾在负压的作用下被吸砂头吸入油管内向地面输送。
35、优选地，所述弹性叶片的左右、上下均为对称结构，所述弹性叶片的两端与中心管本体的两端分别通过锁紧环锁紧固定连接，锁紧后，弹性叶片的几何中心沿中心管本体的外壁径向向外高高隆起，隆起的高度小于油管套管的半径，所述弹性叶片至少4片。
36、优选地，所述中心管本体的内径是88.9-114.3mm。
37、优选地，扶正器与螺旋混砂发生器、射流泵、截流皮碗和吸砂头两两相邻之间的固定连接方式为丝扣连接。
38、优选地，所述螺旋叶片与螺旋管柱之间的固定连接方式是焊接。
39、优选地，所述截留管与弹性套筒之间的固定连接方式为焊接。
40、优选地，所述螺旋管柱的长度是10-20m。
41、优选地，所述螺旋叶片为单头或多头叶片。
42、优选地，扶正器、螺旋混砂发生器、射流泵、截流皮碗和吸砂头在与油管轴线垂直的平面内的正投影长度比是6-8:6-10:3-7:2-4:3.5-4.5。
43、一种水平井冲砂方法，其包括以下步骤：
44、(1)将水平井反循环螺旋负压冲砂装置沿油管套管的内壁置入水平井内，将水平井反循环螺旋负压冲砂装置前部的冲砂笔尖刺入水平井末端的沉积沙砾堆，促使沙砾松动，
45、(2)上提油管二，使得冲砂笔尖距离水平井末端的沉积沙砾堆0.1-1m，将油管二与油管一进行密闭固定连接，开启进口循环装置，冲砂液从水平井反循环螺旋负压冲砂装置与油管套管之间形成的环形空腔高速泵入，冲砂液受到螺旋混砂发生器螺旋叶片的作用，形成螺旋流，冲砂液的流动速度加快，油管套管内的沉积的沙砾被充分裹挟，携带沙砾的冲砂液受到截流皮碗的截留作用，大部分裹挟沙砾冲砂液从射流泵反向喷射进入油管内，少部分冲砂液经截流皮碗与油管套管之间的缝隙进入水平井末端，对水平井末端的堆积沙砾进行混合，并通过吸砂头的负压抽吸进入油管内，油管内的冲砂液经进口循环装置对油管进行泵吸排出井外。
46、本发明具有如下有益效果：
47、(1)本发明中的扶正器是一种整体式弹性扶正器，安装在螺旋混砂发生器的前部，其位置紧邻水平井眼壁，所述扶正器表面的弹性叶片可以通过弹性变形适应井壁的不规则性或井径的变化，以此来帮助保持水平井反循环螺旋负压冲砂装置在井眼的中心位置，减少摩擦，扶正器具有外径小于油管套管内径的特点，刚性大且起动力小，能够有效适应井径的变化，有效保证良好扶正效果，使螺旋叶片与油管套管不产生接触摩擦和磨损；
48、(2)本发明中吸砂头端部冲砂笔尖的尖角结构可以增强穿透力和冲击力，使冲砂液流更集中，同时减少了阻力和堵塞，从而提高了砂层的可流动性，有效清除了水平井内的堆积沙砾，并减少了阻力和设备损伤，还能有效清理水平井内狭窄区域和死角区域堆积的沙砾，进一步降低了对井底设备的损伤，提升冲砂效率和精准性；
49、(3)本发明提供的水平井反循环螺旋负压冲砂装置具有操作简单且适应性强，螺旋混砂发生器结构简单且合理，与冲砂管、射流泵丝扣连接，在不改变冲砂洗井油管套管的结构与受力状态前提下，可在不同工况下保持稳定的工作效果，从而提高了水平井的冲砂效率，延长了水平井的使用寿命，并减少了作业过程中的能耗和维护成本；
50、(4)本发明提供的一种水平井反循环螺旋负压冲砂装置，其螺旋混砂发生器产生螺旋流，在螺旋叶片的螺旋运动下对油管套管中堆积的沙砾产生剧烈冲击，使得油管套管与油管之间环形空间内的沙砾被螺旋流扬起并悬浮，悬浮的沙砾与环形空间内的冲砂液充分混合，加快冲砂液流速，提高冲砂液的携砂能力和流动性，使冲砂携砂过程更加均匀和高效，从而提高了油管套管内的清洁度，有效解决了油管套管内砂粒发生二次沉降的弊端，提高了水平井的冲砂效果，降低了作业时间和成本，延长了水平井的使用寿命；
51、(5)本发明提供的一种水平井反循环螺旋负压冲砂装置，其射流泵通过反向流动机制，部分冲砂液以高速向油管喷射，产生举升力和抽吸力；另一部分冲砂液则透过截留皮碗与油管套管之间的缝隙进行水平井末端形成混砂液，被吸砂头吸入油管并举升至地面，这种设计有效增强了混砂液的返排速度和冲击力，具备良好的反排功能，同时也克服了冲砂液的大量漏失问题且上返困难的问题，原因如下：
52、射流泵通过反向流动的设计，使部分冲砂液以高速向油管喷射，提供了强大的举升力和抽吸力，确保了冲砂液在下行时有效地被引导，不容易分散到周围环境中，从而减少了漏失；且该装置能使冲砂液返排速度加快，并增强冲击力，使得混砂液能够迅速返回地面，减少了在井下的停留时间，从而克服了漏失风险；
53、(6)本发明提供的一种水平井反循环螺旋负压冲砂装置，其吸砂头端末端倾斜面的设计，可以增大油管管柱的截面积，防止冲砂过程中因沉积物过多而导致冲砂管柱堵塞，保持流体更加顺畅流动排出，提高冲砂作业的效率，改善冲砂效果。
1.一种水平井反循环螺旋负压冲砂装置，其特征在于，包括从左到右依次固定连接的扶正器(5)、螺旋混砂发生器(6)、射流泵(7)、截流皮碗和吸砂头(8)，
2.根据权利要求1所述的一种水平井反循环螺旋负压冲砂装置，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的一种水平井反循环螺旋负压冲砂装置，其特征在于，所述中心管本体(51)的内径是88.9-114.3mm。
4.根据权利要求1所述的一种水平井反循环螺旋负压冲砂装置，其特征在于，扶正器(5)与螺旋混砂发生器(6)、射流泵(7)、截流皮碗和吸砂头(8)两两相邻之间的固定连接方式为丝扣连接。
5.根据权利要求1所述的一种水平井反循环螺旋负压冲砂装置，其特征在于，所述螺旋叶片(62)与螺旋管柱(61)之间的固定连接方式是焊接。
6.根据权利要求1所述的一种水平井反循环螺旋负压冲砂装置，其特征在于，所述截留管与弹性套筒之间的固定连接方式为焊接。
7.根据权利要求1所述的一种水平井反循环螺旋负压冲砂装置，其特征在于，所述螺旋管柱(61)的长度是10-20m。
8.根据权利要求1所述的一种水平井反循环螺旋负压冲砂装置，其特征在于，所述螺旋叶片(62)为单头或多头叶片。
9.根据权利要求1所述的一种水平井反循环螺旋负压冲砂装置，其特征在于，扶正器(5)、螺旋混砂发生器(6)、射流泵(7)、截流皮碗(9)和吸砂头(8)在与油管(3)轴线垂直的平面内的正投影长度比是6-8:6-10:3-7:2-4:3.5-4.5。
10.一种水平井冲砂方法，其特征在于，包括以下步骤：
