一种油气井压裂管柱的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种油气井压裂管柱，包括设于管套内的处于最下游的第一喷砂器以及布置在第一喷砂器的上游侧的至少一个第二喷砂器。第一喷砂器包括中空的第一本体、设于第一本体的侧壁上的第一喷嘴，以及布置在第一本体内的具有侧壁开口的衬套，所述衬套的内部通过侧壁开口而与第一喷嘴连通。第二喷砂器包括中空的第二本体、设于第二本体的侧壁上的第二喷嘴、布置在第二本体内的具有侧壁开口的滑套，以及用于固定滑套的剪切销，滑套内设有支撑阀球的球座。当在管柱内投入阀球时，滑套滑动使第二本体的侧壁开口与第二喷嘴对齐。该管柱结构简单、安装简便、制造成本低，能够有效地抵抗高速磨料液体对喷砂器本体内部的磨损，从而增加喷砂器的使用寿命。
【专利说明】一种油气井压裂管柱
【技术领域】
[0001]本发明涉及石油天然气开采领域的井下作业【技术领域】，具体涉及一种油气井压裂管柱。
【背景技术】
[0002]射流喷砂压裂器是油气井增产开发作业工具，该工具集水力洗井、射孔、压裂和酸化于一体。利用作业管柱可将多级射流喷砂压裂器下入到指定位置，高压磨料液体经射流喷砂压裂器高速射出，在地层中形成一定形状的孔道。然后向井内泵注高压混砂液体，孔道前端产生裂缝。混砂液体充填裂缝间隙并使其向地层深部扩展延伸。由于混砂液体中的砂粒充填并支撑了地层裂缝，提高了石油储层的渗透率，从而增加油气井产量。该技术造缝位置较准确，且可与酸化技术相结合，增加油气井压裂增产效率和成功率，缩短作业周期，提高压裂安全性，在油气井增产作业中获得了较广泛应用。
[0003]然而，由于通过喷嘴高速喷射混砂液体，液体中的磨料会对射流喷砂压裂器本体产生巨大磨损及冲蚀，当加砂规模超过40m3时会出现喷枪剧烈磨损的情形，甚至喷嘴脱落及喷枪本体断裂。因此该技术受加砂规模的限制，通常每级喷枪加砂规模仅仅在30nT35m3。对于大规模压裂改造油气井储层，该工艺无法满足要求，施工规模受限于喷枪本体及喷嘴耐磨性能。因此射流喷砂压裂器的使用寿命在很大程度上决定了工艺的应用程度。
[0004]专利申请201593406公开了一种提高使用寿命的水力喷砂射孔器结构。该发明通过在射孔器本体的外表面硫化一层橡胶层，以减少磨料液体对工具外表面本体的冲蚀。射流器喷嘴通过不同材料组件组装而成，一部分组件采用人造聚晶金刚石，一部分组件采用硬质合金，二者焊接而成，依次提高喷嘴的耐磨性能，增加水力喷砂射孔器的过砂量。该专利中描述的喷嘴，其制造成本高，加工困难，并且在高压高速磨料流体长时间对喷嘴内表面冲刷作用下，人造聚晶金刚石组件易于脱落，难以提高水力喷砂射孔器寿命。
[0005]专利申请201241674公开了一种水力喷砂射孔器的防反溅冲蚀结构，该技术通过在射流器本体上的喷嘴安装外表面、密封定位套前端面喷涂厚度为1_的硬质合金粉末耐磨涂层，该结构能降低水力喷砂射孔器在喷射过程中遭受的含砂射流的反溅冲蚀损害，提高水力喷射射孔器的整体寿命。该结构在一定程度上能抵抗高速磨料流体的冲击，但耐磨涂层厚度小，对于长时间施工作业仍不能很好地防止液体冲蚀。
[0006]文献“磨料射流射孔压裂一体化工具的设计”(《石油矿场机械》2011年03期)针对长庆油田的地质与水力压裂状况，并根据磨料射流射孔的技术状况设计了磨料射流射孔压裂一体化工具。该工具包括上扶正器，射孔器，下扶正器，单向阀。该文献没有涉及提高工具耐磨性能的相关内容。
[0007]通过对现有技术的分析，可总结出射流喷砂压裂器的局限性:射流喷砂压裂器本体耐磨程度不高，使用寿命短，施工规模受限，若对本体采用更加耐磨的材料，则加工制造成本较高。
【发明内容】
[0008]针对如上所述的现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提供一种具有加强的喷砂器内壁耐磨性能的油气井压裂管柱，是一种耐磨喷砂与压裂联作的钻井实施工具。
[0009]根据本发明，提供了一种油气井压裂管柱，包括设于管套内的处于最下游的第一喷砂器以及布置在第一喷砂器的上游侧的至少一个第二喷砂器，
[0010]其中，第一喷砂器包括中空的第一本体、设于第一本体的侧壁上的第一喷嘴，以及布置在第一本体内的具有侧壁开口的衬套，所述衬套的内部通过侧壁开口而与第一喷嘴连通，
[0011]第二喷砂器包括中空的第二本体、设于第二本体的侧壁上的第二喷嘴、布置在第二本体内的具有侧壁开口的滑套，以及将所述滑套固定在所述第二本体内的剪切销，所述滑套内设有用于密封式地支撑阀球的球座，
[0012]其中，所述滑套能够在第一位置和第二位置之间运动，当滑套处于第一位置时，所述滑套的侧壁开口与第二喷嘴不对齐，而当在管柱内投入阀球而使阀球支撑于所述滑套的球座上时，管柱内的压力增大而剪断剪切销，使得滑套滑动到第二位置，此时所述滑套的侧壁开口与第二喷嘴对齐，导致所述滑套的内部通过侧壁开口而与第二喷嘴连通。
[0013]容易理解，当管柱中设置多个第二喷砂器时，应使沿着上游的方向依次设置的第二喷砂器的球座内径依次增大，相应地，投入的阀球的直径逐级增大，从而使第二喷砂器自下游至上游逐个作业。
[0014]在一个实施例中，滑套的第二位置通过设于第二喷砂器的本体内壁的台阶来定位。也就是，当在管柱内投入阀球而使阀球支撑于滑套的球座上时，管柱内的压力增大而剪断剪切销，使得滑套滑动至设于第二喷砂器的本体的内壁的台阶上，从而使滑套定位在第二位置处，此时滑套的侧壁开口与第二喷嘴对齐，导致所述滑套的内部通过侧壁开口而与第二喷嘴连通。
[0015]在一个优选实施例中，球座为小端朝向下游的锥形球座。阀球的直径大于小端的内径。当投入阀球时，阀球给予球座冲击力，从而使整个滑套向下游滑动，进而使滑套的侧壁开口与第二喷嘴对齐。当向管柱中注入高压磨料液体时，阀球被卡在锥形台面上，堵住液体流向下游的出口，使磨料液体从阀球所在的第二喷砂器中喷出。
[0016]上述衬套可以通过设于第一本体的内壁上的台阶来定位，或者通过销钉来定位。
[0017]在一个优选实施例中，衬套的外壁与第一喷砂器的第一本体的内壁之间设有至少一道密封圈。
[0018]由于在管柱的作业过程中，第二喷砂器中的滑套和第二本体之间会发生相对位置的变化，因此优选在滑套的外壁与第二喷砂器的第二本体的内壁之间设有至少一道密封圈。
[0019]在本发明中，衬套和/或滑套的材质优选为耐磨合金钢。
[0020]优选地，第一喷嘴沿着第一本体的侧壁的周向上呈直径渐小的锥形。还优选的是，第二喷嘴沿着第二本体的侧壁的周向上呈直径渐小的锥形。对于喷嘴的如上设计，可以使磨料液体或喷砂液体更加有力地向井壁喷射出来。
[0021]根据本发明的油气井压裂管柱具有构成简单、安装简便、制造成本低的特点。尤其通过在第一喷砂器和第二喷砂器的中空本体内分别设置耐磨材料例如耐磨合金钢制成的衬套和滑套，能够有效地抵抗高速磨料液体对喷砂器本体内部的磨损，防止喷砂器本体内部过度磨损而被磨料液体刺穿而失效，大幅度地提高了喷砂器内壁的耐磨性能，从而增加喷砂器的使用寿命。此外，通过在管柱内设置多个第二喷砂器，能够实现一根管柱多级喷砂器的压裂施工。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为根据发明的油气井压裂管柱的结构示意图；
[0023]图2为根据发明的第一喷砂器的结构示意图；
[0024]图3为根据发明的第二喷砂器的结构示意图。
[0025]其中，附图并未按照实际的比例绘制。
【具体实施方式】
[0026]下面将结合附图对本发明作进一步地说明，但本发明的范围并不限于此。
[0027]图1是根据本发明的油气井压裂管柱100的结构示意图，包括设于管套70内的处于最下游的第一喷砂器40以及布置在第一喷砂器40上游侧的至少一个第二喷砂器60。此夕卜，管柱100还可包括布置在第一喷砂器40的下游的常规的导向头10、多孔管20和单向阀30，以及设置在第一喷砂器40和第二喷砂器60之间的扶正器50。
[0028]图2是第一喷砂器40的结构示意图，包括中空的第一本体1、设于第一本体I的侧壁上的第一喷嘴2，以及布置在第一本体I内的具有侧壁开口 4的衬套3，衬套3的内部通过侧壁开口 4而与第一喷嘴2连通。
[0029]图3是第二喷砂器60的结构示意图，包括中空的第二本体11、设于第二本体11的侧壁上的第二喷嘴12、布置在第二本体内的具有侧壁开口 14的滑套13，以及将滑套13固定在第二本体11内的剪切销15，滑套13内设有用于密封式地支撑阀球16的球座17。其中，阀球16不属于第二喷砂器60的组成部件，而是在管柱100作业过程中人为投入。
[0030]在根据本发明的管柱100在使用过程中，首先将如图2和图3分别所示的第一喷砂器40和第二喷砂器60安装于管柱中。其中，第一喷砂器40的衬套3和第二喷砂器60的滑套13均可从喷砂器的端头插入各自的本体的中空部分中。此时，第二喷砂器60中的滑套13处于第一位置，滑套13的侧壁开口 14与第二喷嘴12不对齐。然后将管柱100下入至指定的压裂位置，从地面注入高压磨料液体。磨料液体进入带衬套3的第一喷砂器40，并经过衬套3的侧壁开口 4和第一本体I的侧壁上的第一喷嘴2高速喷出，打穿管套70，在地层中形成孔道。接着再注入混砂液体进行后续压裂施工，混砂液体从第一喷砂器40的第一喷嘴2中喷出，将之前在地层中已经形成的孔道进行压裂。磨料液体和混砂液体直接作用于布置在第一喷砂器40内部的由耐磨材料制成的衬套3，而不是在第一喷砂器40的第一本体I内壁上，因此大幅减小了第一喷砂器40的第一本体I内壁的磨损量。
[0031]当第一喷砂器40完成射孔和压裂任务之后，从地面向管柱100中投入阀球16，阀球16到达带有滑套13的第二喷砂器60的球座17时，滑套13由于受到冲击力而向下游滑动至第二喷砂器60内壁上的台阶18。此时，滑套13处于第二位置，滑套13的侧壁开口 14与第二喷嘴12对齐，导致滑套13的内部通过侧壁开口 14而与第二喷嘴12连通。从地面注入高压磨料液体，由于受到阀球16的阻挡，磨料液体只能从第二喷砂器60的第二喷嘴12中喷出，打穿管套70，在地层中形成孔道。接着再注入混砂液体进行后续压裂施工。当管柱100中设有多个第二喷砂器时，自下游往上游的每个喷砂器逐个地重复如上所述的射孔压裂的作业过程。
[0032]在一个实施例中，衬套3通过设于第一本体I的内壁上的台阶来定位，或者通过销钉(图中未示出)来定位。
[0033]如图3所示，第二喷砂器60的滑套13的球座17设置为小端朝向下游的锥形球座。
[0034]在一个优选实施例中，衬套3的外壁与第一喷砂器40的第一本体I的内壁之间设有至少一道密封圈(图中未示出)。
[0035]由于在管柱的作业过程中，第二喷砂器60中的滑套13和第二本体13之间会发生相对位置的变化，因此在本发明的一个优选实施例中，滑套13的外壁与第二喷砂器60的第二本体11的内壁之间设有至少一道密封圈19。
[0036]在本发明中，衬套3和/或滑套13的材质优选为具有高耐磨性能的耐磨合金钢。
[0037]在本发明中，优选第一喷嘴2沿着第一本体I的侧壁的周向上呈直径渐小的锥形。同样地，优选第二喷嘴12沿着第二本体11的侧壁的周向上呈直径渐小的锥形。这样有利于提高射孔和喷砂压裂的效果。
[0038]以上参考了优选实施例对本发明进行了描述，但本发明的保护范围并不限制于此，任何落入权利要求的范围内的所有技术方案均在本发明的保护范围内。在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。
【权利要求】
1.一种油气井压裂管柱，包括设于管套内的处于最下游的第一喷砂器以及布置在第一喷砂器的上游侧的至少一个第二喷砂器， 其中，第一喷砂器包括中空的第一本体、设于第一本体的侧壁上的第一喷嘴，以及布置在第一本体内的具有侧壁开口的衬套，所述衬套的内部通过侧壁开口而与第一喷嘴连通， 第二喷砂器包括中空的第二本体、设于第二本体的侧壁上的第二喷嘴、布置在第二本体内的具有侧壁开口的滑套，以及将所述滑套固定在所述第二本体内的剪切销，所述滑套内设有用于密封式地支撑阀球的球座， 其中，所述滑套能够在第一位置和第二位置之间运动，当滑套处于第一位置时，所述滑套的侧壁开口与第二喷嘴不对齐，而当在管柱内投入阀球而使阀球支撑于所述滑套的球座上时，管柱内的压力增大而剪断剪切销，使得滑套滑动到第二位置，此时所述滑套的侧壁开口与第二喷嘴对齐，导致所述滑套的内部通过侧壁开口而与第二喷嘴连通。
2.根据权利要求1所述的管柱，其特征在于，所述滑套的第二位置通过设于第二喷砂器的本体内壁的台阶来定位。
3.根据权利要求1所述的管柱，其特征在于，所述球座为小端朝向下游的锥形球座。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的管柱，其特征在于，所述衬套通过设于第一本体的内壁上的台阶来定位。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的管柱，其特征在于，所述衬套通过销钉来定位。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的管柱，其特征在于，所述衬套的外壁与第一喷砂器的第一本体的内壁之间设有至少一道密封圈。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的管柱，其特征在于，所述滑套的外壁与第二喷砂器的第二本体的内壁之间设有至少一道密封圈。
8.根据权利要求1所述的管柱，其特征在于，所述衬套和/或滑套的材质为耐磨合金钢。
9.根据权利要求1所述的管柱，其特征在于，所述第一喷嘴沿着第一本体的侧壁的周向上呈直径渐小的锥形。
10.根据权利要求1所述的管柱，其特征在于，所述第二喷嘴沿着第二本体的侧壁的周向上呈直径渐小的锥形。
【文档编号】E21B43/267GK103967469SQ201310030272
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2013年1月25日 优先权日:2013年1月25日
【发明者】曲海, 蒋廷学, 曾义金 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院