一种大斜度井三维定向水力喷射压裂装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种大斜度井三维定向水力喷射压裂装置及其设置方法，包括定向接头、壳体、上接头、下接头、喷嘴和滑套开关，定向接头连接在上接头上，外壳的两端分别连接上接头和下接头，上接头和下接头通过中空腔体进行连接，壳体的靠近上接头的侧壁上开设有多个与壳体呈一定夹角的螺纹孔，螺纹孔内通过螺纹结构固定安装有喷嘴，中空腔体内部设有控制喷嘴开启和关闭的滑套开关，滑套开关为可投球开关，本发明可以在大斜度井压裂中使喷口处于水平面，可对准某一主应力方向实施压裂施工，解决了大斜度井压裂起裂压力高、已形成近井多裂缝、易沙堵等弊端，由于射流是以一定角度接触壳体及岩石，返溅现象会更弱，有利于保护喷嘴和壳体。
【专利说明】一种大斜度井三维定向水力喷射压裂装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及石油天然气钻井装备的制造技术应用领域，特别是一种大斜度井三维定向水力喷射压裂装置。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]现有的水力喷射压裂装置主要有以下缺点:
[0004]1.大斜度井压裂时起裂压力高、已形成近井多裂缝、易砂堵，同时现有技术在水力喷嘴没有进行特殊的设置，因此被反溅伤害掏空了喷嘴，导致喷嘴工具失效的情况时常出现。
[0005]2.现有技术中的喷嘴水流喷出的方向都是水平方向的，不能进行调整，孔眼方向、最大主应力方向和裂缝初始起裂方向都不一致，压裂效果不好。
【发明内容】
[0006]针对上述问题，本发明提供一种大斜度井三维定向水力喷射压裂装置。
[0007]为实现上述目的，本发明包括定向接头、壳体、上接头、下接头、喷嘴和滑套开关，定向接头连接在上接头上，外壳的两端分别连接上接头和下接头，上接头和下接头通过中空腔体进行连接，壳体的靠近上接头的侧壁上开设有多个与壳体呈一定夹角的孔，孔内通过螺纹结构或焊接的方法安装喷嘴，喷嘴与壳体内的中空腔体连通，喷嘴的喷口与壳体的夹角等于地层与铅垂线的夹角减去井斜角，使喷嘴朝向岩石的水平最小主应力和水平最大主应力的所在平面。
[0008]进一步的，喷嘴方位朝向水平最大主应力方向。
[0009]进一步的，喷嘴与壳体的夹角角度为15-45度，喷嘴为2组且按照90度相位设置，每组的个数为2-3个，每个喷嘴的直径为2.5-8毫米。
[0010]进一步的，中空腔体内部设有控制喷嘴开启和关闭的滑套开关，滑套开关为可投球开关，包括沿中空腔体轴向可以滑动的滑套和位于滑套内部一端的压裂球，壳体中间部分设置有固定滑套开关位置的销钉。
[0011]同时公开了一种大斜度井三维定向水力喷射压裂装置的设置方法，包括如下步骤:
[0012]第一，测量工作区域井斜角，测量工作区域地层所在平面的最小主应力和地层所在平面的水平最大主应力的方向；
[0013]第二，在壳体上下端均安置扶正器，下井前将喷嘴方位对准最大水平主应力方向，下入井中后通过旋转壳体进行校正，以保证喷嘴与工具的所在平面中包含最大水平主应力方向；
[0014]第三，开启工作，工作流体需采用100千克每立方米到150千克每立方米的磨料射流进行水力喷砂射孔。
[0015]本发明主要有以下有益效果:
[0016]1.该工具的优势在于利用磨料射流定向好的特点，可以以一定角度穿过壳体并在地层中形成与壳体成一定夹角的孔眼。这是由于高速射流撞击孔的底部时动能转化成了压能，即压力最大的地方处于孔眼最深处，也就是原始地应力受大斜度井影响最小的地方。在这种方式下，孔眼方向、最大主应力方向和裂缝初始起裂方向基本一致，因此，该方法将具有很好的三维定向效果。
[0017]2.该设计中的喷嘴存在一定角度，因此该工具能有效防止水力喷砂射孔过程中的由于工作流体反溅造成的工具损坏。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明水力喷射装置关闭状态下的结构示意图；
[0019]图2是本发明水力喷射装置开启状态下的结构示意图。
[0020]图中，1、喷嘴；2、壳体；3、销钉；4、上接头螺纹；5、滑套开关；6、压裂球；7、下接头；8、下接头螺纹；9、上接头。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0022]如图1所示，一种大斜度井三维定向水力喷射压裂装置，包括定向接头、壳体2、上接头9、下接头7、喷嘴I和滑套开关5，定向接头连接在上接头上，外壳的两端分别连接上接头和下接头，上接头和下接头通过中空腔体进行连接，壳体的靠近上接头的侧壁上开设有多个与壳体呈一定夹角的螺纹孔，螺纹孔内通过螺纹结构固定安装有喷嘴，喷嘴与壳体内的中空腔体连通，中空腔体内部设有控制喷嘴开启和关闭的滑套开关，滑套开关为可投球开关，包括沿中空腔体轴向可以滑动的滑套和位于滑套内部一端的压裂球6，喷嘴的喷口与壳体的夹角等于90度减去井斜角，使喷嘴朝向岩石的水平最小主应力和水平最大主应力的所在平面。壳体中间部分设置有固定滑套开关位置的销钉3。上接头为内壁具有螺纹4的圆锥体形，下接头为外壁具有螺纹8的圆锥体形，下接头可以和上接头的螺纹相配合，从而将多个压裂装置连接到一起。
[0023]工作时，高压水射流会在孔内憋起压力，而裂缝起裂扩展之前会在孔眼周围产生微裂缝。因此在射孔完成后停止添加磨料的同时还需适当加沙，沙比在5% -15%之间，以填充微裂缝和形成的次级裂缝。在大斜度井压裂中，由于井斜角在55度到85度之间，因此在大斜度井压裂中喷嘴的角度在15度到45度之间。对于其他斜度的井，保证喷嘴朝向水平最小主应力所在的垂直面上即可。为了保障该工具可以顺利切割岩石，该工具的喷嘴出口喷射速度需达到120每秒-170米每秒。喷砂射孔阶段，工作流体需采用100千克每立方米到150千克每立方米的磨料射流进行水力喷砂射孔。喷嘴与喷嘴套焊接后通过螺纹与壳体连接。
【权利要求】
1.一种大斜度井三维定向水力喷射压裂装置，包括定向接头、壳体、上接头、下接头、喷嘴和滑套开关，所述定向接头连接在所述上接头上，所述外壳的两端分别连接上接头和下接头，上接头和下接头通过中空腔体进行连接，所述壳体的靠近上接头的侧壁上开设有多个与壳体呈一定夹角的孔，所述孔内通过螺纹结构或焊接的方法安装喷嘴，所述喷嘴与壳体内的中空腔体连通，所述喷嘴的喷口与壳体的夹角等于地层与铅垂线的夹角减去井斜角，使所述喷嘴朝向岩石的水平最小主应力和水平最大主应力的所在平面。
2.根据权利要求1所述的一种大斜度井三维定向水力喷射压裂装置，其特征在于，喷嘴方位朝向水平最大水平主应力方向。
3.根据权利要求1所述的一种大斜度井三维定向水力喷射压裂装置，其特征在于，所述喷嘴与所述壳体的夹角角度为15-45度，所述喷嘴为2组且按照90度相位设置，每组的个数为2-3个，每个喷嘴的直径为2.5-8毫米。
4.根据权利要求1所述的一种大斜度井三维定向水力喷射压裂装置，其特征在于，中空腔体内部设有控制喷嘴开启和关闭的滑套开关，所述滑套开关为可投球开关，包括沿中空腔体轴向可以滑动的滑套和位于滑套内部一端的压裂球，所述壳体中间部分设置有固定滑套开关位置的销钉。
5.一种如权利要求1所述的大斜度井三维定向水力喷射压裂装置的设置方法，包括如下步骤: 第一，测量工作区域井斜角，测量工作区域地层所在平面的最小主应力和地层所在平面的水平最大主应力的方向； 第二，在壳体上下端均安置扶正器，下井前将喷嘴方位对准最大水平主应力方向，下入井中后通过旋转壳体进行校正，以保证喷嘴与工具的所在平面中包含最大水平主应力方向； 第三，开启工作，工作流体需采用100千克每立方米到150千克每立方米的磨料射流进行水力喷砂射孔。
【文档编号】E21B43/26GK104047586SQ201410330981
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年7月9日 优先权日:2014年7月9日
【发明者】徐梓辰 申请人:徐梓辰