一种射压联作的高效喷砂器的制作方法

专利名称：一种射压联作的高效喷砂器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于石油开采增产措施领域，具体涉及一种射压联作的高效喷砂器。
背景技术：
水力喷砂压裂技术是利用伯努利方程发展起来的水力喷砂射孔和加砂压裂有效结合的压裂技术，因不带封隔器负压封隔、定点施工、施工安全等特点，在国外自1998年发展起来后得到了广泛的应用，目前已有上千口井采用该技术进行过分段加砂压裂或酸压施工。水力喷砂器是用于喷砂射孔和加砂压裂的关键工具，由喷砂器本体和喷嘴和喷孔堵头构成。常规的喷砂器本体为圆柱体管型结构，本体上开2-4排安装孔，每排沿180°、120° 周向分布2-3个孔，每相邻两排之间孔的方位错开，在下井作业时根据需要部署喷嘴数量。 近年来国内也研制成功了水力喷砂压裂工具，并在现场进行了试验应用，但是普遍存在喷嘴腐蚀严重，甚至喷嘴脱落的现象，特别是喷砂器上中间一排喷嘴，受损情况尤为严重，喷嘴脱落集中在中间一排，致使目前的水力喷砂压裂加砂规模小(20-30. Om3)，连续压裂施工能力差，一趟管柱仅能施工一段。现有技术通常采用中间一排布置4个喷嘴，两端分别布置2个喷嘴的方式，加砂 18.5 m3后，中间一排喷嘴最大扩径40%，甚至喷嘴脱落。一趟管柱仅能施工一段。利用计算流体力学(CFD)方法研究了不同布孔方式流场与压力场后发现，螺旋三排喷嘴的布孔方式，中间一排喷嘴射流速度高于两端(如图1所示)，等速核长度最长(如图 2所示)，而且射流速度衰减较慢，喷嘴之间有两个对称的负压区，在负压区有流体回流，同时，中间喷嘴的冲击压强最大(如图2所示)，在此情况下，中间喷嘴承受的射流速度最高、压强最大、时间长，因此中间的喷嘴容易受损。现有技术中，专利号为200820109255的专利公开了一种水力喷砂射孔器，其描述了水力喷砂射孔器的机构，本体上的布孔方式与喷嘴的结构、材质与安装方式，但未提及下井作业时喷嘴使用数量和布置方法。专利号为200810105643的专利公开了封隔器封隔多层水力喷砂射孔与压裂一体化工艺方法，其描述了封隔器封隔多层水力喷砂射孔与压裂一体化工艺方法，应用于石油套管完井的油气井多层射孔和压裂。管柱包括油管、安全接头、水力喷射器、K 3 4 4或Y 3 4 4封隔器、单流阀、筛管和堵头。其工作过程是将水力喷砂器下入到需要的射孔深度， 通过正循环对下层进行水力喷砂射孔，套管完成射孔后，再水力喷射压裂下层；当下层完成水力喷射压裂后，进行反循环压井，上提拖动管柱到上层射孔压裂层段，继续水力喷砂射孔压裂上层；完成后，起出管柱，下入完井管柱，排液求产。不需要每层单独射孔，只需拖动油管实现对油气井多层段的分层压裂改造。但是该专利未提及井下作业时喷砂使用数量和布置方法。文献《井下水力喷射压裂工具典型结构及应用》(石油钻探技术，2009. 12)中介绍了水力喷砂压裂系统的构成、施工工艺及其特点，并对这两种井下水力喷砂压裂工具的应用进行了介绍，说明了其适用性。但是该文献未提及喷砂器喷嘴结构、布孔等问题。[0008]文献《水力喷射分段压裂优化设计与施工》(石油钻采工艺，2010. 06)中建立了水力喷砂分段压裂的优化设计方法，通过数值计算给出了喷嘴数量与施工排量的匹配关系曲线和环空压力与排量的关系曲线，但是未提及喷砂器喷嘴结构、布孔等问题。喷砂器是喷砂射孔和加砂压裂的关键工具，下井作业时喷砂器上的喷嘴布置不当会造成两方面的影响1.各射流之间干扰，影响射流效果；2.加剧喷嘴的磨损，甚至使喷嘴脱落，导致施工失败。

实用新型内容本实用新型的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种射压联作的高效喷砂器，既能充分发挥喷嘴的作用，减少喷嘴射流间的干扰，又能提高喷嘴的寿命和连续施工能力。本实用新型是通过以下技术方案实现的一种射压联作的高效喷砂器，包括喷砂器本体6和喷嘴；所述喷砂器本体6为圆柱体管状结构；在喷砂器本体6的管壁上开有三排安装孔，分别为第一排、第二排和第三排， 其中第二排位于第一排和第三排之间。第一排和第三排均包括四个安装孔，每排的四个安装孔对称均布在圆周上，即每排上相邻两安装孔之间在圆周上的间隔为90°。第二排包括两个安装孔，两个安装孔对称均布在圆周上，即相邻两安装孔之间在圆周上的间隔为180°。相邻两排的安装孔在圆周上交错均布，即一排的安装孔相当于相邻一排安装孔在圆周上旋转45°。每个所述安装孔里最多安装一个喷嘴；第二排的安装孔里安装的喷嘴的总数为0 个或2个；第一排、第三排的安装孔里安装的喷嘴的总数为0个或2个或4个。所述高效喷砂器上安装的喷嘴的总数为2、4、6、8或10个；当总数为2时，在任一排上安装2个喷嘴即可。当第一排或第三排设置2个喷嘴时，2个喷嘴是对称设置的，以使各方向上的冲击力平衡，减少管柱摆动。相邻两排安装孔之间的距离为50. 0mm。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是使用本发明的射压联作的高效喷砂器后，中间排上喷嘴的磨损情况大为减轻，一趟管柱可以完成2-3段施工，加砂40. 7m3，喷嘴最大扩径5%，加砂能力可以达到80-90. Om3 ；各喷嘴射流之间干扰小，射流效率高，对中间排喷嘴的磨蚀轻，可有效提高喷嘴使用次数，提高连续作业能力200%-300%。本实用新型可用于单独喷砂射孔，也可喷砂射孔与加砂压裂一体化。可用于直井的分层压裂和水平井的分段压裂。勘探发现的鄂尔多斯致密砂岩气藏储量十分丰富，均具有多层、薄层的特征，提高垂向动用程度须进行分层压裂改造，水力喷砂压裂是分层压裂有效地技术手段。进入“十一五”，水平井技术得以快速应用，至2010年12月，中国水平井数超过6000 口，随着勘探开发的不断深入，低渗透水平井数量将不断增加，水力喷砂压裂将为水平井分段压裂改造提供技术支持，应用前景十分广泛。
图1是不同位置的喷嘴射流速度的变化曲线图，中间一排的喷嘴射流速度最高， 衰减最慢。在离喷嘴不同位置处射流速度不同。图2是不同位置的喷嘴射流影像图，中间一排的喷嘴等速核长度最长，在中间喷嘴与两端喷嘴之间有两个对称的负压区，在负压区有流体回流，对中间喷嘴造成冲击。图3是本实用新型射压联作的高效喷砂器的结构示意图。其中，1为喷嘴a，2为喷嘴b，3为喷嘴c，4为喷嘴d，5为喷嘴e，6为喷砂器本体。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细描述如图3所示，一种射压联作的高效喷砂器，包括喷砂器本体6和喷嘴。所述喷砂器本体6为圆柱体管状结构；在喷砂器本体6的管壁上开有三排安装孔， 分别为第一排、第二排和第三排，其中第二排位于第一排和第三排之间。第一排和第三排包括四个安装孔，每排的四个安装孔对称均布在圆周上，即每排上相邻两安装孔之间在圆周上的间隔为90°。第二排包括两个安装孔，两个安装孔对称均布在圆周上，即相邻两孔之间在圆周上的间隔为180° ；相邻两排的孔在圆周上交错均布，即一排的孔相当于相邻一排孔在圆周上旋转45° (图3中的虚线是喷嘴a和e的连线以及喷嘴c和e的连线，在同一个圆周上， 喷嘴a和e的连线与喷嘴c和e的连线的夹角呈90° )；总布孔数是10个，相邻两排孔之间的距离为50. Omm (即喷嘴a和e，c和e，b禾Π e，d禾Π e之间的距离均为50. 0mm)，这个距离是指两个孔的圆心连线的长度，该长度也是一个优化的长度，如果长度太小，射流之间干扰大，如果长度太大，射流汇聚不到一起，长度太大和太小都会影响射流效率，因此必须是一个优化的长度。每个所述安装孔里最多安装一个喷嘴；第二排的安装孔里安装的喷嘴的总数为0 个或2个；第一排、第三排的安装孔里安装的喷嘴的总数为0个或2个或4个。所述高效喷砂器上安装的喷嘴的总数为2、4、6、8或10个；当需要装两个喷嘴时， 在其中某一排孔里装两个对称的喷嘴即可。当第一排或第三排设置2个喷嘴时，2个喷嘴是对称设置的，以使各方向上的冲击力平衡，减少管柱摆动。该下井作业时的喷嘴布置方法，各喷嘴射流之间干扰小，射流效率高，对中间排喷嘴的磨蚀轻，可有效提高喷嘴使用次数，提高连续作业能力200-300%。为了验证本实用新型的效果，进行了以下实验实验1 采用现有技术的排孔和喷嘴布进行的某油田水力喷砂压裂下井试验第一段压裂施工，该井喷砂器上布喷嘴8只，中间一排4只，两端对称各2只，加砂 18.5 m3后，中间一排喷嘴最大扩径40%;第二段压裂施工，喷砂器上布喷嘴数量和方式与第一段相同，加砂25. 3 m3后，中间一排喷嘴最大扩径45%。实验2 采用本实用新型的装置进行的某油田水力喷砂压裂试验该井喷砂器上布喷嘴8只，中间一排2只，一端4只，另一端2只，压裂三段，加砂 40. 7 m3后，中间一排喷嘴最大扩径不超过5%。[0039] 上述技术方案只是本实用新型的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言， 在本实用新型公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本实用新型上述具体实施方式
所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。
权利要求1.一种射压联作的高效喷砂器，包括喷砂器本体(6)和喷嘴，其特征在于所述喷砂器本体(6)为圆柱体管状结构；在喷砂器本体(6)的管壁上开有三排安装孔， 分别为第一排、第二排和第三排，其中第二排位于第一排和第三排之间；第一排和第三排均包括四个安装孔，每排的四个安装孔对称均布在圆周上，即每排上相邻两安装孔之间在圆周上的间隔为90° ；第二排包括两个安装孔，两个安装孔对称均布在圆周上，即相邻两安装孔之间在圆周上的间隔为180° ；相邻两排的安装孔在圆周上交错均布，即一排的安装孔相当于相邻一排安装孔在圆周上旋转45°。
2.根据权利要求1所述的射压联作的高效喷砂器，其特征在于每个所述安装孔里最多安装一个喷嘴；第二排的安装孔里安装的喷嘴的总数为0个或 2个；第一排、第三排的安装孔里安装的喷嘴的总数为0个或2个或4个；所述高效喷砂器上安装的喷嘴的总数为2、4、6、8或10个；当总数为2时，在任一排上对称安装2个喷嘴即可。
3.根据权利要求1或2所述的射压联作的高效喷砂器，其特征在于相邻两排安装孔之间的距离为50. 0mm。
专利摘要本实用新型提供了一种射压联作的高效喷砂器，属于石油开采增产措施领域。本喷砂器包括所述喷砂器本体(6)为圆柱体管状结构；在喷砂器本体(6)的管壁上开有三排安装孔，其中第二排位于第一排和第三排之间；第一排和第三排包括四个安装孔，每排的四个安装孔对称均布在圆周上；第二排包括两个安装孔，两个安装孔对称均布在圆周上；相邻两排的孔在圆周上交错均布；高效喷砂器上安装的喷嘴的总数为2、4、6、8或10个。相邻两排孔之间的距离为50.0mm。利用本喷砂器，既能充分发挥喷嘴的作用，减少喷嘴射流间的干扰，又能提高喷嘴的寿命和连续施工能力。一趟管柱可以完成2-3段施工，加砂能力可以的达到80-90.0m3；提高连续作业能力200%-300%。
文档编号E21B43/267GK201982076SQ20112012178
公开日2011年9月21日 申请日期2011年4月22日 优先权日2011年4月22日
发明者刘世华, 徐胜强, 王宝峰, 秦钰铭, 陈作, 黄静 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