一種油氣井壓裂管柱的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種油氣井壓裂管柱，包括設于管套內的處于最下游的第一噴砂器以及布置在第一噴砂器的上游側的至少一個第二噴砂器。第一噴砂器包括中空的第一本體、設于第一本體的側壁上的第一噴嘴，以及布置在第一本體內的具有側壁開口的襯套，所述襯套的內部通過側壁開口而與第一噴嘴連通。第二噴砂器包括中空的第二本體、設于第二本體的側壁上的第二噴嘴、布置在第二本體內的具有側壁開口的滑套，以及用于固定滑套的剪切銷，滑套內設有支撐閥球的球座。當在管柱內投入閥球時，滑套滑動使第二本體的側壁開口與第二噴嘴對齊。該管柱結構簡單、安裝簡便、制造成本低，能夠有效地抵抗高速磨料液體對噴砂器本體內部的磨損，從而增加噴砂器的使用壽命。
【專利說明】一種油氣井壓裂管柱
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及石油天然氣開采領域的井下作業(yè)【技術領域】，具體涉及一種油氣井壓裂管柱。
【背景技術】
[0002]射流噴砂壓裂器是油氣井增產開發(fā)作業(yè)工具，該工具集水力洗井、射孔、壓裂和酸化于一體。利用作業(yè)管柱可將多級射流噴砂壓裂器下入到指定位置，高壓磨料液體經射流噴砂壓裂器高速射出，在地層中形成一定形狀的孔道。然后向井內泵注高壓混砂液體，孔道前端產生裂縫?；焐耙后w充填裂縫間隙并使其向地層深部擴展延伸。由于混砂液體中的砂粒充填并支撐了地層裂縫，提高了石油儲層的滲透率，從而增加油氣井產量。該技術造縫位置較準確，且可與酸化技術相結合，增加油氣井壓裂增產效率和成功率，縮短作業(yè)周期，提高壓裂安全性，在油氣井增產作業(yè)中獲得了較廣泛應用。
[0003]然而，由于通過噴嘴高速噴射混砂液體，液體中的磨料會對射流噴砂壓裂器本體產生巨大磨損及沖蝕，當加砂規(guī)模超過40m3時會出現噴槍劇烈磨損的情形，甚至噴嘴脫落及噴槍本體斷裂。因此該技術受加砂規(guī)模的限制，通常每級噴槍加砂規(guī)模僅僅在30nT35m3。對于大規(guī)模壓裂改造油氣井儲層，該工藝無法滿足要求，施工規(guī)模受限于噴槍本體及噴嘴耐磨性能。因此射流噴砂壓裂器的使用壽命在很大程度上決定了工藝的應用程度。
[0004]專利申請201593406公開了一種提高使用壽命的水力噴砂射孔器結構。該發(fā)明通過在射孔器本體的外表面硫化一層橡膠層，以減少磨料液體對工具外表面本體的沖蝕。射流器噴嘴通過不同材料組件組裝而成，一部分組件采用人造聚晶金剛石，一部分組件采用硬質合金，二者焊接而成，依次提高噴嘴的耐磨性能，增加水力噴砂射孔器的過砂量。該專利中描述的噴嘴，其制造成本高，加工困難，并且在高壓高速磨料流體長時間對噴嘴內表面沖刷作用下，人造聚晶金剛石組件易于脫落，難以提高水力噴砂射孔器壽命。
[0005]專利申請201241674公開了一種水力噴砂射孔器的防反濺沖蝕結構，該技術通過在射流器本體上的噴嘴安裝外表面、密封定位套前端面噴涂厚度為1_的硬質合金粉末耐磨涂層，該結構能降低水力噴砂射孔器在噴射過程中遭受的含砂射流的反濺沖蝕損害，提高水力噴射射孔器的整體壽命。該結構在一定程度上能抵抗高速磨料流體的沖擊，但耐磨涂層厚度小，對于長時間施工作業(yè)仍不能很好地防止液體沖蝕。
[0006]文獻“磨料射流射孔壓裂一體化工具的設計”(《石油礦場機械》2011年03期)針對長慶油田的地質與水力壓裂狀況，并根據磨料射流射孔的技術狀況設計了磨料射流射孔壓裂一體化工具。該工具包括上扶正器，射孔器，下扶正器，單向閥。該文獻沒有涉及提高工具耐磨性能的相關內容。
[0007]通過對現有技術的分析，可總結出射流噴砂壓裂器的局限性:射流噴砂壓裂器本體耐磨程度不高，使用壽命短，施工規(guī)模受限，若對本體采用更加耐磨的材料，則加工制造成本較高。
【發(fā)明內容】

[0008]針對如上所述的現有技術中的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種具有加強的噴砂器內壁耐磨性能的油氣井壓裂管柱，是一種耐磨噴砂與壓裂聯作的鉆井實施工具。
[0009]根據本發(fā)明，提供了一種油氣井壓裂管柱，包括設于管套內的處于最下游的第一噴砂器以及布置在第一噴砂器的上游側的至少一個第二噴砂器，
[0010]其中，第一噴砂器包括中空的第一本體、設于第一本體的側壁上的第一噴嘴，以及布置在第一本體內的具有側壁開口的襯套，所述襯套的內部通過側壁開口而與第一噴嘴連通，
[0011]第二噴砂器包括中空的第二本體、設于第二本體的側壁上的第二噴嘴、布置在第二本體內的具有側壁開口的滑套，以及將所述滑套固定在所述第二本體內的剪切銷，所述滑套內設有用于密封式地支撐閥球的球座，
[0012]其中，所述滑套能夠在第一位置和第二位置之間運動，當滑套處于第一位置時，所述滑套的側壁開口與第二噴嘴不對齊，而當在管柱內投入閥球而使閥球支撐于所述滑套的球座上時，管柱內的壓力增大而剪斷剪切銷，使得滑套滑動到第二位置，此時所述滑套的側壁開口與第二噴嘴對齊，導致所述滑套的內部通過側壁開口而與第二噴嘴連通。
[0013]容易理解，當管柱中設置多個第二噴砂器時，應使沿著上游的方向依次設置的第二噴砂器的球座內徑依次增大，相應地，投入的閥球的直徑逐級增大，從而使第二噴砂器自下游至上游逐個作業(yè)。
[0014]在一個實施例中，滑套的第二位置通過設于第二噴砂器的本體內壁的臺階來定位。也就是，當在管柱內投入閥球而使閥球支撐于滑套的球座上時，管柱內的壓力增大而剪斷剪切銷，使得滑套滑動至設于第二噴砂器的本體的內壁的臺階上，從而使滑套定位在第二位置處，此時滑套的側壁開口與第二噴嘴對齊，導致所述滑套的內部通過側壁開口而與第二噴嘴連通。
[0015]在一個優(yōu)選實施例中，球座為小端朝向下游的錐形球座。閥球的直徑大于小端的內徑。當投入閥球時，閥球給予球座沖擊力，從而使整個滑套向下游滑動，進而使滑套的側壁開口與第二噴嘴對齊。當向管柱中注入高壓磨料液體時，閥球被卡在錐形臺面上，堵住液體流向下游的出口，使磨料液體從閥球所在的第二噴砂器中噴出。
[0016]上述襯套可以通過設于第一本體的內壁上的臺階來定位，或者通過銷釘來定位。
[0017]在一個優(yōu)選實施例中，襯套的外壁與第一噴砂器的第一本體的內壁之間設有至少一道密封圈。
[0018]由于在管柱的作業(yè)過程中，第二噴砂器中的滑套和第二本體之間會發(fā)生相對位置的變化，因此優(yōu)選在滑套的外壁與第二噴砂器的第二本體的內壁之間設有至少一道密封圈。
[0019]在本發(fā)明中，襯套和/或滑套的材質優(yōu)選為耐磨合金鋼。
[0020]優(yōu)選地，第一噴嘴沿著第一本體的側壁的周向上呈直徑漸小的錐形。還優(yōu)選的是，第二噴嘴沿著第二本體的側壁的周向上呈直徑漸小的錐形。對于噴嘴的如上設計，可以使磨料液體或噴砂液體更加有力地向井壁噴射出來。
[0021]根據本發(fā)明的油氣井壓裂管柱具有構成簡單、安裝簡便、制造成本低的特點。尤其通過在第一噴砂器和第二噴砂器的中空本體內分別設置耐磨材料例如耐磨合金鋼制成的襯套和滑套，能夠有效地抵抗高速磨料液體對噴砂器本體內部的磨損，防止噴砂器本體內部過度磨損而被磨料液體刺穿而失效，大幅度地提高了噴砂器內壁的耐磨性能，從而增加噴砂器的使用壽命。此外，通過在管柱內設置多個第二噴砂器，能夠實現一根管柱多級噴砂器的壓裂施工。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為根據發(fā)明的油氣井壓裂管柱的結構示意圖；
[0023]圖2為根據發(fā)明的第一噴砂器的結構示意圖；
[0024]圖3為根據發(fā)明的第二噴砂器的結構示意圖。
[0025]其中，附圖并未按照實際的比例繪制。
【具體實施方式】
[0026]下面將結合附圖對本發(fā)明作進一步地說明，但本發(fā)明的范圍并不限于此。
[0027]圖1是根據本發(fā)明的油氣井壓裂管柱100的結構示意圖，包括設于管套70內的處于最下游的第一噴砂器40以及布置在第一噴砂器40上游側的至少一個第二噴砂器60。此夕卜，管柱100還可包括布置在第一噴砂器40的下游的常規(guī)的導向頭10、多孔管20和單向閥30，以及設置在第一噴砂器40和第二噴砂器60之間的扶正器50。
[0028]圖2是第一噴砂器40的結構示意圖，包括中空的第一本體1、設于第一本體I的側壁上的第一噴嘴2，以及布置在第一本體I內的具有側壁開口 4的襯套3，襯套3的內部通過側壁開口 4而與第一噴嘴2連通。
[0029]圖3是第二噴砂器60的結構示意圖，包括中空的第二本體11、設于第二本體11的側壁上的第二噴嘴12、布置在第二本體內的具有側壁開口 14的滑套13，以及將滑套13固定在第二本體11內的剪切銷15，滑套13內設有用于密封式地支撐閥球16的球座17。其中，閥球16不屬于第二噴砂器60的組成部件，而是在管柱100作業(yè)過程中人為投入。
[0030]在根據本發(fā)明的管柱100在使用過程中，首先將如圖2和圖3分別所示的第一噴砂器40和第二噴砂器60安裝于管柱中。其中，第一噴砂器40的襯套3和第二噴砂器60的滑套13均可從噴砂器的端頭插入各自的本體的中空部分中。此時，第二噴砂器60中的滑套13處于第一位置，滑套13的側壁開口 14與第二噴嘴12不對齊。然后將管柱100下入至指定的壓裂位置，從地面注入高壓磨料液體。磨料液體進入帶襯套3的第一噴砂器40，并經過襯套3的側壁開口 4和第一本體I的側壁上的第一噴嘴2高速噴出，打穿管套70，在地層中形成孔道。接著再注入混砂液體進行后續(xù)壓裂施工，混砂液體從第一噴砂器40的第一噴嘴2中噴出，將之前在地層中已經形成的孔道進行壓裂。磨料液體和混砂液體直接作用于布置在第一噴砂器40內部的由耐磨材料制成的襯套3，而不是在第一噴砂器40的第一本體I內壁上，因此大幅減小了第一噴砂器40的第一本體I內壁的磨損量。
[0031]當第一噴砂器40完成射孔和壓裂任務之后，從地面向管柱100中投入閥球16，閥球16到達帶有滑套13的第二噴砂器60的球座17時，滑套13由于受到沖擊力而向下游滑動至第二噴砂器60內壁上的臺階18。此時，滑套13處于第二位置，滑套13的側壁開口 14與第二噴嘴12對齊，導致滑套13的內部通過側壁開口 14而與第二噴嘴12連通。從地面注入高壓磨料液體，由于受到閥球16的阻擋，磨料液體只能從第二噴砂器60的第二噴嘴12中噴出，打穿管套70，在地層中形成孔道。接著再注入混砂液體進行后續(xù)壓裂施工。當管柱100中設有多個第二噴砂器時，自下游往上游的每個噴砂器逐個地重復如上所述的射孔壓裂的作業(yè)過程。
[0032]在一個實施例中，襯套3通過設于第一本體I的內壁上的臺階來定位，或者通過銷釘(圖中未示出)來定位。
[0033]如圖3所示，第二噴砂器60的滑套13的球座17設置為小端朝向下游的錐形球座。
[0034]在一個優(yōu)選實施例中，襯套3的外壁與第一噴砂器40的第一本體I的內壁之間設有至少一道密封圈(圖中未示出)。
[0035]由于在管柱的作業(yè)過程中，第二噴砂器60中的滑套13和第二本體13之間會發(fā)生相對位置的變化，因此在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，滑套13的外壁與第二噴砂器60的第二本體11的內壁之間設有至少一道密封圈19。
[0036]在本發(fā)明中，襯套3和/或滑套13的材質優(yōu)選為具有高耐磨性能的耐磨合金鋼。
[0037]在本發(fā)明中，優(yōu)選第一噴嘴2沿著第一本體I的側壁的周向上呈直徑漸小的錐形。同樣地，優(yōu)選第二噴嘴12沿著第二本體11的側壁的周向上呈直徑漸小的錐形。這樣有利于提高射孔和噴砂壓裂的效果。
[0038]以上參考了優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了描述，但本發(fā)明的保護范圍并不限制于此，任何落入權利要求的范圍內的所有技術方案均在本發(fā)明的保護范圍內。在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對其進行各種改進并且可以用等效物替換其中的部件。尤其是，只要不存在結構沖突，各個實施例中所提到的各項技術特征均可以任意方式組合起來。
【權利要求】
1.一種油氣井壓裂管柱，包括設于管套內的處于最下游的第一噴砂器以及布置在第一噴砂器的上游側的至少一個第二噴砂器， 其中，第一噴砂器包括中空的第一本體、設于第一本體的側壁上的第一噴嘴，以及布置在第一本體內的具有側壁開口的襯套，所述襯套的內部通過側壁開口而與第一噴嘴連通， 第二噴砂器包括中空的第二本體、設于第二本體的側壁上的第二噴嘴、布置在第二本體內的具有側壁開口的滑套，以及將所述滑套固定在所述第二本體內的剪切銷，所述滑套內設有用于密封式地支撐閥球的球座， 其中，所述滑套能夠在第一位置和第二位置之間運動，當滑套處于第一位置時，所述滑套的側壁開口與第二噴嘴不對齊，而當在管柱內投入閥球而使閥球支撐于所述滑套的球座上時，管柱內的壓力增大而剪斷剪切銷，使得滑套滑動到第二位置，此時所述滑套的側壁開口與第二噴嘴對齊，導致所述滑套的內部通過側壁開口而與第二噴嘴連通。
2.根據權利要求1所述的管柱，其特征在于，所述滑套的第二位置通過設于第二噴砂器的本體內壁的臺階來定位。
3.根據權利要求1所述的管柱，其特征在于，所述球座為小端朝向下游的錐形球座。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的管柱，其特征在于，所述襯套通過設于第一本體的內壁上的臺階來定位。
5.根據權利要求1-4中任一項所述的管柱，其特征在于，所述襯套通過銷釘來定位。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的管柱，其特征在于，所述襯套的外壁與第一噴砂器的第一本體的內壁之間設有至少一道密封圈。
7.根據權利要求1-6中任一項所述的管柱，其特征在于，所述滑套的外壁與第二噴砂器的第二本體的內壁之間設有至少一道密封圈。
8.根據權利要求1所述的管柱，其特征在于，所述襯套和/或滑套的材質為耐磨合金鋼。
9.根據權利要求1所述的管柱，其特征在于，所述第一噴嘴沿著第一本體的側壁的周向上呈直徑漸小的錐形。
10.根據權利要求1所述的管柱，其特征在于，所述第二噴嘴沿著第二本體的側壁的周向上呈直徑漸小的錐形。
【文檔編號】E21B43/267GK103967469SQ201310030272
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年1月25日 優(yōu)先權日:2013年1月25日
【發(fā)明者】曲海, 蔣廷學, 曾義金 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院