专利名称：用于水力喷射压裂的水力喷枪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于水力喷射压裂的水力喷枪，用于石油天然气钻井过程的完井增产措施，属于酸化压裂技术装备的设计制造技术领域。
背景技术：
多级水力喷射压裂技术是90年代末发展起来的，也是国外应用比较广泛的技术，是水力喷射和压裂技术相结合的产物。在水动力中，管流可分为多种，其中嘴流就是一种高速管流，根据流体射流原理进行喷射射孔压裂的，属于淹没非自由射流，水力喷射时每个喷嘴就是一个单独的管流喷射，喷嘴出口速度的部分液体叫边界层，射流中心保持出口速度的部分液体叫做等速核心。高压水射流射孔是在 井口利用压裂车泵入液体，在欲实施射孔作业井段由等速核心内的高速流动的对套管障碍物产生冲击力，由于液体中含有120Kg/m3粉砂，通过喷嘴射出的高速流动含粉砂液体穿透套管，与此同时，在高压流体作用下，高压含砂水流经水力喷枪的喷嘴后，以较高速度冲击破碎油气储层岩石，并切割穿透岩层，形成一定直径，一定深度的水平孔道，主要用途就是使射孔深度穿透井筒周围的钻井侵入带，不产生射孔压实带，且射孔孔眼直径和深度远大于常规聚能弹射孔。水力喷射分段压裂技术原理是把压能转变为动能，油管流体加压后经喷嘴喷射而出的喷射速度大于126 m/s的高速射流，在地层中射流成缝，水力喷砂射孔后，接着提高排量，在已射开孔上下部的井眼中产生负压值形成隔离，高速流体在地层岩石中形成孔洞，直接作用于孔洞底部，产生高于地层破裂压力的压势，在地层中造出一条裂缝，然后加砂压
裂现有技术中采用水力喷嘴表面进行防锈处理，喷嘴外表面和密封定位套前端面喷涂硬质合金粉末耐磨涂层的水力喷砂射孔器也有报道，但是，现有技术的水力喷砂射孔器防反溅冲蚀结构在实践中喷嘴周边的本体任然损害严重。特别是在实施3到6级的多级水力射孔压裂中，现有技术的喷嘴基本只能使用一级，而且还不具有防砂卡功能。随着油井水平井水力喷射压裂施工层数的增加、井深增加，封隔器长时间处于高温高压环境中，并且存在多次反复坐封的可能，常规的不动管柱水力喷射与压裂联作工艺是在管柱层间实施无封隔器进行有效分隔，在这种情况下，目前的水力喷枪只能用一次，已经不适用当前水平井多层次水力喷射与压裂联作改造。现有技术在水力喷枪没有喷涂硬质合金时，由于一级喷枪外表面没做硬化处理，因此被反溅伤害掏空了喷嘴，导致工具失效的情况时常出现。根据大量的实验结果，采用这种只能进行一级施工的单级喷枪带封隔器进行水力喷射压裂联作，受喷嘴材料性能限制，单体喷枪连续使用2小时以上就会因为磨损过大，导致水力喷枪失效，如若设计施工为6段以上，则需要起钻更换钻具，这样会增加了施工作业周期及作业成本。发明内容本实用新型的目的在于克服现有水力喷枪存在的上述问题，提供一种用于水力喷射压裂的水力喷枪，本实用新型不仅使喷嘴能够有效的防止水力喷砂射孔器在喷砂过程的反溅冲蚀，而且能使喷枪本体具有更好的防止喷砂过程的反溅冲蚀，保证多级水力喷射压裂酸化技术的顺利完成。为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下:一种用于水力喷射压裂的水力喷枪，其特征在于:包括喷枪本体、喷嘴套和喷嘴，喷枪本体两端分别为上接头和下接头，喷枪本体上设置有喷射水眼，喷嘴套设置在喷射水眼中，喷嘴设置在喷嘴套中，喷嘴外表面和喷嘴套前端面均设置有保护层，且所述喷射水眼四周的喷枪本体外壁上设置有保护层。所述喷嘴外表面和喷嘴套前端面均喷焊有保护层，且所述喷射水眼四周的喷枪本体外壁上喷焊有保护层。所述喷嘴套前端面的保护层延伸至喷射水眼四周的喷枪本体外壁上，在喷射水眼四周的喷枪本体外壁上形成保护层。所述喷枪本体2外壁上喷焊的保护层覆盖整个喷枪本体2外壁。所述保护层为预制件，分别焊接在喷嘴外表面、喷嘴套前端面和喷射水眼四周的喷枪本体外壁上。所述喷枪本体外壁上的预制件焊接后覆盖整个喷枪本体外壁。所述喷嘴设置有3-9个,直径为3.5 mm -6.5mm。所述喷嘴与喷嘴套焊接成一体，喷嘴套与喷枪本体通过螺纹连接。所述喷嘴为硬度达到HRA90的钨钴硬质合金喷嘴。所述喷嘴为镍基合金喷嘴或碳化钨喷嘴。 所述保护层可以为碳化钨保护层或硬质合金保护层。采用本实用新型的优点在于:一、本实用新型包括喷枪本体、喷嘴套和喷嘴，喷枪本体两端分别为上接头和下接头，喷枪本体上设置有喷射水眼，喷嘴套设置在喷射水眼中，喷嘴外表面和喷嘴套前端面均设置有保护层，且所述喷射水眼四周的喷枪本体外壁上设置有保护层，采用此结构，由于喷嘴外表面和喷嘴套前端面均设置有保护层，能够有效的防止水力喷砂射孔器在喷砂过程的反溅冲蚀，因此能够保证多级水力喷射压裂管柱实施设计的多级水力喷射压裂酸化技术；并且在所述喷射水眼四周的喷枪本体外壁上设置有保护层，能保证喷枪本体具有更好的防止喷砂过程的反溅冲蚀，保证多级水力喷射压裂酸化技术的顺利完成。二、本实用新型中，所述喷嘴外表面和喷嘴套前端面均喷焊有保护层，且所述喷射水眼四周的喷枪本体外壁上喷焊有保护层，使保护层和喷枪本体外壁达到良好结合，抗冲击性能较好、耐磨、耐腐蚀。三、本实用新型中，所述喷嘴套前端面的保护层延伸至喷射水眼四周的喷枪本体外壁上，在喷射水眼四周的喷枪本体外壁上形成保护层，采用延伸形成的方式，整体性更好，提高抗冲击性能。四、本实用新型中，所述喷枪本体2外壁上喷焊的保护层覆盖整个喷枪本体2外壁，提高了喷枪本体的耐磨、耐腐蚀性能，保证整个喷枪本体具有更好的防止喷砂过程的反溅冲蚀，进一步保证多级水力喷射压裂酸化技术的顺利完成。五、本实用新型中，所述保护层为预制件，分别焊接在喷嘴外表面、喷嘴套前端面和喷射水眼四周的喷枪本体外壁上，采用预制件焊接的方式，工艺更加简单可靠，并且可在现场焊接，使用更加灵活。六、本实用新型中，所述喷枪本体外壁上的预制件焊接后覆盖整个喷枪本体外壁，同样提高了喷枪本体的耐磨、耐腐蚀性能，也能进一步保证整个喷枪本体具有更好的防止喷砂过程的反溅冲蚀。七、本实用新型中，所述喷嘴设置有3-9个,直径为3.5 mm _6.5mm,采用此结构,尤其适用于多级水力喷射压裂，使每一段射孔阶段压力更加平稳。八、本实用新型中，所述喷嘴与喷嘴套焊接成一体，喷嘴套与喷枪本体通过螺纹连接，采用此结构，使喷嘴、喷嘴套和喷枪本体三者的整体性更好，提高抗冲击性能。九、本实用新型中，所述喷嘴为硬度达到HRA90的钨钴硬质合金喷嘴，或所述喷嘴为镍基合金喷嘴或碳化钨喷嘴，采用此结构，不仅保证了喷嘴自身的抗冲击性能，并且有利于喷嘴与其上的保护层结合为一体。
图1为本实用新型单级喷枪结构示意图图中标记为:1、上接头，2、喷枪本体，3、喷射水眼，4、喷嘴，5、喷嘴套，6、保护层，7、
下接头。
具体实施方式
实施例1一种用于水力喷射压裂的水力喷枪，包括喷枪本体2、喷嘴套5和喷嘴4，喷枪本体2两端分别为上接头I和下接头7，喷枪本体2上设置有喷射水眼3，喷嘴套5设置在喷射水眼3中，喷嘴4设置在喷嘴套5中，喷嘴4外表面和喷嘴套5前端面均设置有保护层，且所述喷射水眼3四周的喷枪本体2外壁上设置有保护层。本实用新型的优选实施方式为，保护层选择为碳化钨层，此为优选，但并不局限于此，与碳化钨性质相近的硬质合金均可。本实用新型中，所述保护层可以为碳化钨保护层或硬质合金保护层，硬质合金采用现有技术中的硬质合金。本实施例中，所述喷嘴4外表面和喷嘴套5前端面均喷焊有保护层，且所述喷射水眼3四周的喷枪本体2外壁上喷焊有保护层。如图1所示的单级喷枪结构，可通过上下接头连接成多级喷枪。实施例2本实施例与上述实施例基本相同，主要区别在于:所述喷嘴套5前端面的保护层延伸至喷射水眼3四周的喷枪本体2外壁上，在喷射水眼3四周的喷枪本体2外壁上形成保护层。延伸的方式同样可以采用喷焊，依次从喷嘴、喷嘴套至喷枪本体外壁。实施例3[0044]本实施例与上述实施例基本相同，主要区别在于:所述喷枪本体2外壁上喷焊的保护层覆盖整个喷枪本体2外壁。实施例4本实施例与上述实施例基本相同，主要区别在于:所述保护层为预制件，分别焊接在喷嘴4外表面、喷嘴套5前端面和喷射水眼四周的喷枪本体2外壁上。可以采用烧结或铸造后形成预制件，然后焊接上去的方法。实施例5本实施例与上述实施例基本相同，主要区别在于:所述喷枪本体2外壁上的预制件焊接后覆盖整个喷枪本体2外壁。实施例6本实施例是对上述实施例的进一步说明:本实用新型中，所述喷嘴4设置有3-9个,直径为3.5 mm -6.5mm。本实用新型中，所述喷嘴4与喷嘴套5焊接成一体，喷嘴套5与喷枪本体2通过螺纹连接。此结构为最佳，但并不局限于焊接和螺纹连接。进一步地，所述喷嘴4为硬度达到HRA90的钨钴硬质合金喷嘴。或者，所述喷嘴4为镍基合金喷嘴或碳化钨喷嘴。实施例7本实用新型包括喷枪本体和喷嘴，喷枪本体2的两端是连接管柱的上接头I和下接头7 ;上接头I和下接头7之间的喷枪本体外壁上设有保护层6，喷嘴包括喷射水眼3、喷嘴4和喷嘴套5 ;在喷枪本体2的中段设置有喷射水眼3,喷射水眼3中设置有喷嘴4,所述喷嘴直径为0 3.5 mm _6.5mm ;根据实验和井眼的不同，喷嘴直径选择为3.5 mm、4.5 mm、
5.5 mm、6.3 mm 为最佳。根据射孔层的设计，在喷枪本体上可以设置3-9个喷嘴，根据大量施工实例，选择喷嘴的数量最佳是3个、4个、6个、8个或者9个。实施例8现场实施例:(I)经过表面喷涂保护层处理过的喷枪在承受了五段水力喷射射孔及压裂施工之后，喷嘴依然保持完好，封隔器也无明显损坏，有效的提高了工具使用的安全性。设计的喷焊有硬质合金的水力喷枪进行了两级、三级水力喷射分段压裂管柱的地面试验，现场应用64套工具压裂35 口井292段，加砂5523 m3，单井缩短施工周期5_6天，一趟管柱最多分段压裂13段，最多加砂量225m3，喷焊有硬质合金的水力喷抢使用良好，因此大幅度提高了水平井施工效率，工具性满足施工要求。在一 口水平井的三叠系延长组长3层进行实验，完钻井深1862.0m,水平段长度为333.96m，方案设计为对水平段8个喷点进行水力喷射加砂压裂，分别加陶粒7m3+10m3+12m3+15m3+15m3+12m3+10m3+7m3,施工管柱采用水平井高效管柱组合'2 7/8"外加厚油管+PSK344-110喷射封隔器+滑套坐落接头+ —级水力喷枪+K344-108封隔器+单流阀+眼管+堵头。用一级喷枪对该井三段(层)进行了水力喷射压裂施工，施工顺利，快速有效的完成了施工任务，缩短施工周期约1.5天。[0067](2)另一口水平井，施工层位是长6-3，完钻井深3100.0m，方案设计为对水平段14个喷点进行水力喷射加砂压裂，用三趟管柱完成水力喷射与压裂联作，第一趟管柱加陶粒 20m3+30m3+35m3+35m3+35m3+40m3，第二趟管柱加陶粒 40m3+40m3+35m3+35m3，第三趟管柱加陶粒30m3+25m3+20m3+15m3，施工管柱均采用水平井高效管柱组合'2 7/8"外加厚油管+PSK344-110喷射封隔器+滑套坐落接头+ —级水力喷枪+K344-108封隔器+单流阀+眼管+堵头。下多级水力喷射与压裂联作工具管柱，先用一级喷枪拖动管柱对第一、第二、第三段进行水力喷射及压裂施工，每一段射孔阶段压力平稳，压裂施工过程显示正常。考虑到一级喷枪已经进行了大砂量的施工，为了避免一级喷枪在第四段射孔失效，投①34mm钢球打开PSK344-110喷射封隔器工具，滑套开启正常，用PSK344-110喷射封隔器工具继续完成第四、第五、第六段水力喷射及压裂施工，每一段射孔阶段平稳，压裂施工正常。下第二趟多级水力喷射与压裂工具管柱，先用一级喷枪拖动管柱进行了第七、第八两段的水力喷射及压裂施工，每一段射孔阶段压力平稳，压裂施工过程显示正常。考虑到一级喷枪已经进行了两段大砂量的施工，为了避免一级喷枪在第九段射孔失效，投0 34mm钢球打开PSK344-110喷射封隔器工具，滑套开启正常，用PSK344-110喷射封隔器工具继续完成第九、第十两段水力喷射及压裂施工，每一段射孔阶段平稳，压裂施工正常。
权利要求1.一种用于水力喷射压裂的水力喷枪，其特征在于:包括喷枪本体(2)、喷嘴套(5)和喷嘴(4)，喷枪本体(2)两端分别为上接头(I)和下接头(7)，喷枪本体(2)上设置有喷射水眼(3 )，喷嘴套(5 )设置在喷射水眼(3 )中，喷嘴(4)设置在喷嘴套(5 )中，喷嘴(4)外表面和喷嘴套(5 )前端面均设置有保护层，且所述喷射水眼(3 )四周的喷枪本体(2 )外壁上设置有保护层。
2.根据权利要求1所述的用于水力喷射压裂的水力喷枪，其特征在于:所述喷嘴(4)夕卜表面和喷嘴套(5)前端面均喷焊有保护层，且所述喷射水眼(3)四周的喷枪本体(2)外壁上喷焊有保护层。
3.根据权利要求1所述的用于水力喷射压裂的水力喷枪，其特征在于:所述喷嘴套(5)前端面的保护层延伸至喷射水眼(3)四周的喷枪本体(2)外壁上，在喷射水眼(3)四周的喷枪本体(2)外壁上形成保护层。
4.根据权利要求2所述的用于水力喷射压裂的水力喷枪，其特征在于:所述喷枪本体(2)外壁上喷焊的保护层覆盖整个喷枪本体(2)外壁。
5.根据权利要求1所述的用于水力喷射压裂的水力喷枪，其特征在于:所述保护层为预制件，分别焊接在喷嘴(4)外表面、喷嘴套(5)前端面和喷射水眼(3)四周的喷枪本体(2)外壁上。
6.根据权利要求5所述的用于水力喷射压裂的水力喷枪，其特征在于:所述喷枪本体(2)外壁上的预制件焊接后覆盖整个喷枪本体(2)外壁。
7.根据权利要求1一6中任一所述的用于水力喷射压裂的水力喷枪，其特征在于:所述喷嘴(4)设置有3-9个，直径为3.5 mm -6.5mm。
8.根据权利要求1一6中任一所述的用于水力喷射压裂的水力喷枪，其特征在于:所述喷嘴(4)与喷嘴套(5)焊接成一体，喷嘴套(5)与喷枪本体(2)通过螺纹连接。
9.根据权利要求1一6中任一所述的用于水力喷射压裂的水力喷枪，其特征在于:所述喷嘴(4)为硬度达到HRA90的钨钴硬质合金喷嘴。
10.根据权利要求1一6中任一所述的用于水力喷射压裂的水力喷枪，其特征在于:所述喷嘴(4)为镍基合金喷嘴或碳化钨喷嘴。
专利摘要本实用新型公开了一种用于水力喷射压裂的水力喷枪，包括喷枪本体、喷嘴套和喷嘴，喷枪本体两端分别为上接头和下接头，喷枪本体上设置有喷射水眼，喷嘴套设置在喷射水眼中，喷嘴外表面和喷嘴套前端面均设置有保护层，且所述喷射水眼四周的喷枪本体外壁上设置有保护层。本实用新型不仅使喷嘴能够有效的防止水力喷砂射孔器在喷砂过程的反溅冲蚀，而且能使喷枪本体具有更好的防止喷砂过程的反溅冲蚀，保证多级水力喷射压裂酸化技术的顺利完成。
文档编号B05B9/01GK203161199SQ20132009166
公开日2013年8月28日 申请日期2013年2月28日 优先权日2013年2月28日
发明者邓小强, 苏敏文, 张文, 李景彬, 侯俊耀, 陈全明, 徐孝山, 贾定峰, 杨文明, 游正远, 宫娜娜 申请人:中国石油集团川庆钻探工程有限公司, 中国石油集团公司川庆钻探工程有限公司长庆井下技术作业公司