一种集成化支管伸缩式井下割缝装置及方法

文档序号:34383105发布日期:2023-06-08 04:25阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种集成化支管伸缩式井下割缝装置,其特征在于:包括入口、高通溢流阀、阀旁主流道、胶筒入口、胶筒、压裂液出口、低通单向阀、射孔流道、壳体、钻头、低压流体腔和伸缩式分支管喷射系统;管状结构的壳体的前端设置入口,入口的后端设置高通溢流阀,高通溢流阀两侧设置压裂液流道,压裂液流道的中后部与胶筒的胶筒入口连通,胶筒内嵌式环套在壳体外侧,压裂液流道的后端部与压裂液出口连通,在高通溢流阀前后端压差达到40mpa时高通溢流阀开启,压裂液流道向胶筒和压裂液出口传递流体;高通溢流阀外侧圆周阵列式设置有四个阀旁主流道,阀旁主流道前端与入口连通,阀旁主流道的后端与螺钉状结构的低压流体腔连通,阀旁主流道能够在高通溢流阀关闭时传递流体到装置下游的低压流体腔中;低压流体腔后端与低通单向阀的输入端连通;低通单向阀输出端与壳体后端的钻头连通,当低通单向阀前后端压差在5mpa以下时低通单向阀开启,流体经由低通单向阀向钻头提供钻进时所需流体,钻头在低通单向阀开启时钻进、形成深入煤层或油层的井眼;低通单向阀外侧圆周阵列式分布有四个射孔流道,射孔流道前端与低压流体腔后端连通,射孔流道后端与伸缩式分支管喷射系统连通,在低通单向阀关闭时,射孔流道能够传递流体到伸缩式分支管喷射系统;伸缩式分支管喷射系统中安装有能够伸缩的分支管。

2.根据权利要求1所述的集成化支管伸缩式井下割缝装置,其特征在于:所述高通溢流阀由阀入口、永磁体、阀体、压裂液流道、前阀回位弹簧、低压流道和前阀腔组成;前阀腔由前部圆台状的前入口腔、中部筒状结构的前阀座腔、中后部筒状结构的前限位腔和后部筒状结构的前阀杆腔组成,前入口腔的直径小于前阀座腔的直径,前阀座腔的直径大于前限位腔的直径,前限位腔的直径大于前阀杆腔的直径;前阀腔前端与阀入口连通,阀入口前端与入口管道中部连通;前阀腔中安装有阀体,阀体由前部的前阀芯、中部的前阀座和后部的前阀杆一体组合构成,前阀芯能够与前入口腔、阀入口插卡式连接并将阀入口封堵;前阀芯后部连接前阀座,前阀座限位于前阀座腔中,前阀座上下分别对称设置磁槽,前阀座腔上下分别对称安装有永磁体,永磁体与磁槽相匹配能够卡槽式连接;前阀座后部连接前阀杆,前阀杆上套装有前阀回位弹簧,前阀回位弹簧限位于前限位腔中,前阀杆的后端限位于前阀杆腔,前阀杆腔后端两侧设置有低压流道,低压流道与装置外低压流体相通,从而保持开启后的阀体在高通溢流阀前后端压差为0.2mpa以上时保持开启状态。

3.根据权利要求2所述的集成化支管伸缩式井下割缝装置,其特征在于:所述永磁体所具磁力能够使阀体在阀入口所受压力达到40mpa时开启,阀体向后移动,永磁体与磁槽相分离;前阀回位弹簧最大位移弹力为永磁体最大吸力的1/200以下,前阀回位弹簧能够使阀体在高通溢流阀前后端压差为0.2mpa时回位、关闭。

4.根据权利要求3所述的集成化支管伸缩式井下割缝装置,其特征在于:所述前阀座腔的上下两侧对称设置有压裂液流道;低压流道设置在上下两组阀旁主流道之间的间隙中,压裂液流道设置在左右两组阀旁主流道之间的间隙中。

5.根据权利要求4所述的集成化支管伸缩式井下割缝装置,其特征在于:所述低通单向阀由后阀入口、后阀体、后阀回位弹簧和钻头水眼流道组成;低通单向阀的前部中心设置有后阀杆腔,后阀杆腔外侧圆周阵列式分布有四个后阀入口,后阀入口的输入端与低压流体腔后端连通,低通单向阀的后部设置有漏斗状的后阀腔,后阀入口的输出端与后阀腔的前端连通,后阀腔由前部圆台状的后阀帽腔和后部圆筒状的后阀限位腔一体设置构成;低通单向阀中设置有后阀体,后阀体由前部柱状结构的后阀杆和后部圆台状结构的后阀帽一体设置构成,后阀杆与后阀杆腔卡槽式连接并限位在后阀杆腔中,后阀帽限位在后阀帽腔中,后阀帽的后端与后阀回位弹簧的前端连通,后阀回位弹簧限位安装在后阀限位腔中,后阀限位腔的后端与钻头水眼流道的前端连通,钻头水眼流道的后端与钻头中的流体喷射管前端连通,流体喷射管后部分成两个以上流体喷射支管。

6.根据权利要求5所述的集成化支管伸缩式井下割缝装置,其特征在于:所述后阀回位弹簧所具预紧力与低通单向阀前后端存在5mpa压差时后阀体承受的作用力相当,从而后阀体能够在5mpa低压下开启;当低通单向阀前后端压差在5mpa以下时,后阀体开启,流体依次经由后阀入口、后阀腔进入钻头水眼流道,钻头水眼流道向钻头提供钻进时所需流体;当低通单向阀前后端压差在5mpa以上时,后阀体在流体压力作用下后移,后阀回位弹簧压缩,后阀体将后阀腔后部的后阀限位腔封堵,低通单向阀关闭。

7.根据权利要求6所述的集成化支管伸缩式井下割缝装置,其特征在于:所述伸缩式分支管喷射系统由呈中心对称结构的两个分支部组成,两个分支部钻头水眼流道每个分支部包括限位挡环、活塞环、分支管、回位弹簧、转向轨道、射流喷嘴和伸缩腔;两个分支部对称设置于钻头水眼流道两侧;伸缩腔前端与射孔流道后端连通,伸缩腔内前部设置有环状结构的限位挡环,限位挡环后侧安装有环状结构的活塞环,限位挡环用来限位活塞环,活塞环能够在伸缩腔中移动;活塞环的后端与分支管前端连通,分支管由长2m-4m、外径4mm-8mm的弹性钢管组成,分支管外侧套设有回位弹簧,回位弹簧限位在伸缩腔后半部,回位弹簧具有的预紧力能够抵挡射流喷嘴内外存在20mpa压差时分支管受到的伸出推力,分支管缩回时回位弹簧为分支管提供回位弹力;伸缩腔后端与转向轨道的前端连通,转向轨道呈圆弧状,转向轨道能够使分支管转向90度从伸缩腔中径向伸出;分支管后端安装有射流喷嘴,活塞环前端压力与射流喷嘴外侧压力的压差达到20mpa以上时,流体能够推动活塞环为分支管提供伸出推力。

8.根据权利要求7所述的集成化支管伸缩式井下割缝装置,其特征在于:所述射流喷嘴由角形喷嘴、二级震荡腔和一级震荡腔组成,一级震荡腔呈漏斗状结构的腔槽,一级震荡腔的前端圆管与分支管的输出端连通,一级震荡腔的漏斗部输出端与漏斗状结构的二级震荡腔前部圆管连通,二级震荡腔的漏斗部输出端与喇叭状结构的角形喷嘴前端连通;一级震荡腔能够产生强化的脉冲空化锥形射流来高效破碎岩石,进而形成大于分支管外径的割缝。

9.根据权利要求8所述的集成化支管伸缩式井下割缝装置,其特征在于:所述集成化支管伸缩式井下割缝装置实现伸缩式分支管径向水射流割缝、压裂的方法,包括:低压钻井、中低压割缝、中压增渗和装置回收;具体步骤为:


技术总结
本发明属于煤矿、油气田割缝设备技术领域,涉及一种集成化支管伸缩式井下割缝装置及方法,包括高通溢流阀、阀旁主流道、低通单向阀、低压流体腔和伸缩式分支管喷射系统等;壳体入口后端设置高通溢流阀,高通溢流阀两侧设置压裂液流道,压裂液流道后部依次与胶筒、压裂液出口连通,高通溢流阀外侧设置的阀旁主流道前后端分别与入口、低压流体腔连通,低压流体腔、低通单向阀、钻头依次连通,低通单向阀外侧分布的射孔流道前后端分别与低压流体腔、伸缩式分支管喷射系统连通;该装置通过射流压差驱动下伸缩式分支管和多级脉冲锥形喷嘴,提高了水射流割缝的深度、宽度和效率,实现了中低压水射流下更深更宽的水力割缝,成本低、效果显著。

技术研发人员:李木坤,王刚,王振洋,孙路路,杨赫,黄启铭
受保护的技术使用者:山东科技大学
技术研发日:
技术公布日:2024/1/13
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