喷砂射孔器的制造方法
【专利摘要】本发明提供的一种喷砂射孔器，包括具有上接头的本体，所述本体的侧壁上开设有开孔，所述本体设置有连通所述上接头和所述开孔的流体通道；能转动的设置在所述开孔内，且与所述开孔同轴的旋转体；偏心设置在所述旋转体上的喷嘴；能转动的设置在所述流体通道内的叶轮，当流体通道中有流体通过时，所述叶轮能被所述流体驱动转动，进而驱动所述旋转体转动。本发明提供的一种喷砂射孔器在喷砂射孔作业时，射穿套管的孔径在20-50mm之间可调，相对于现有技术提高了射穿套管的孔径大小。
【专利说明】喷砂射孔器
【技术领域】
[0001]本发明涉及石油天然气开采领域，尤其涉及一种喷砂射孔器。
【背景技术】
[0002]水力喷砂射孔是通过油管在地面向井底泵送高压含砂流体，高压含砂流体从喷嘴喷出，在井下目标层位处射穿套管及固井水泥环，并穿入地层一定深度，形成一定直径和深度的油气通道。
[0003]在进行射孔作业时，该孔是作为石油开采过程中原油流入井筒中的通道，在油井生产时候该孔的孔径越大越利于油气从地层流出到井筒，越小越不利于油气从地层流出。根据中国专利第ZL201220009979.5号，名称为《水力喷砂喷砂射孔器》揭示的内容，现有的喷砂射孔器喷嘴一般相对于管柱的位置是固定不动的。这样在喷砂射孔的作业中，要提高喷嘴射穿套管的孔径，可以认为可通过增大喷嘴的孔径的办法来实现。但如果采用该方法来提高现有技术中喷嘴射穿套管的孔径，那么为了维持从喷嘴中喷出的射流的流速及射流所射出的射程，必须增大提供该喷嘴射流的泵组设备的能力，但现有技术中该泵组设备能力有限，不能任意增大。所以在现有泵组的能力内，难以提高喷嘴射穿套管的孔径。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种能扩大射穿套管的孔径的喷砂射孔器。
[0005]本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现:一种喷砂射孔器，其包括:具有上接头的本体，所述本体的侧壁上开设有开孔，所述本体设置有连通所述上接头和所述开孔的流体通道；能转动的设置在所述开孔内，且与所述开孔同轴的旋转体；偏心设置在所述旋转体上的喷嘴；能转动的设置在所述流体通道内的叶轮，当流体通道中有流体通过时，所述叶轮能被所述流体驱动转动，进而驱动所述旋转体转动。
[0006]优选地，所述喷砂射孔器包括位于所述叶轮与所述旋转体之间的传动机构，所述传动机构能将所述叶轮的高速转动转换为所述旋转体的低速转动。
[0007]优选地,所述传动机构包括皮带传动,齿轮传动,链传动、蜗轮蜗杆传动其中一种或其组合。
[0008]优选地，所述叶轮与所述旋转体同轴设置。
[0009]优选地，包括位于所述本体上的平衡孔，所述平衡孔用于平衡所述传动机构的内外压力。
[0010]优选地，所述旋转体与所述开孔之间设置有密封材料。
[0011 ] 优选地，所述喷嘴与所述旋转体之间设置有密封材料。
[0012]优选地，所述本体远离所述上接头的一端设置有下接头，所述下接头适配于与所述上接头连接。
[0013]优选地，所述流体通道从所述上接头至所述下接头贯通所述本体。
[0014]优选地,所述叶轮的转动轴线与所述旋转体的转动轴线平行。
[0015]优选地，所述喷嘴具有靠近所述流体通道的入口端和相背对的出口端，所述喷嘴的内径从所述入口端至所述出口端减小。
[0016]本发明提供的喷砂射孔器的有益效果是:首先，本发明在现有泵组能力范围内，通过在喷砂射孔器上设置一种可围绕旋转轴中心旋转的喷嘴，使得在喷砂射孔作业时，该喷嘴所形成的旋转射流束射穿套管形成的孔径能达到20-50mm，扩大了射穿套管的孔径，在油井生产时候，扩大后的孔径有利于油气从地层流出到井筒。其次，因为喷嘴可围绕旋转轴中心旋转，所以该喷嘴所形成的射流束的射流点不会与该射流束的回流点一直重叠，降低了回流作用导致的射流速度的损失，有利于形成更深的射孔通道。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为本发明的结构示意图；
[0019]图2为流体通道右剖视图；
[0020]图3为传动机构示意图；
[0021]图4为流体通道位置图；
[0022]图5为喷嘴旋转轴结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0024]请参阅图1，本发明提供一种喷砂射孔器9，其包括:具有上接头11的本体10，所述本体的侧壁上开设有开孔12，所述本体设置有连通所述上接头11和所述开孔12的流体通道14 ;能转动的设置在所述开孔12内，且与所述开孔12同轴的旋转体56 ;偏心设置在所述旋转体56上的喷嘴18 ;能转动的设置在所述流体通道14内的叶轮20，当流体通道14中有流体通过时，所述叶轮20能被所述流体驱动转动,进而驱动所述旋转体56转动。
[0025]本发明提供的喷砂射孔器9，在现有设备所能提供的流量下，通过在喷砂射孔器9上设置一种可围绕旋转体56中心旋转的喷嘴18，使得在喷砂射孔作业时，该喷嘴18所形成的旋转射流束射穿套管形成的孔径能达到20-50mm，扩大了射穿套管的孔径，在油井生产时候，扩大后的孔径有利于油气从地层流出到井筒。另一方面，因为喷嘴18可围绕旋转体56中心旋转，所以该喷嘴18所形成的射流束的射流点不会与该射流束的回流点一直重叠，降低了回流作用导致的射流速度的损失，有利于形成更深的射孔通道。
[0026]本发明提供的喷砂射孔器可以应用于石油井、天然气井。
[0027]如图1所示，在本实施方式中，本体10整体纵长延伸，具有相背对的顶部8和底部13，在顶部8上设置有上接头11。本体10可以通过上接头11与外部的高压流体泵相连接，以使高压流体泵提供的高压流体能够进入本体10内。顶部8与上接头11之间的连接关系包括:二者一体成型制成、或二者采用螺纹连接，或者二者焊接。
[0028]本体10的侧壁设置有开孔12，在开孔12与上接头11之间形成有流体通道14。在上接头11与高压流体泵连接后，高压流体能够通过流体通道14到达开孔12。
[0029]在流体通道14上设置有叶轮安装部24，该叶轮安装部24能够至少收容叶轮20，且该叶轮安装部24上收容叶轮20的部分位于流体通道14内，以使高压流体流经叶轮20时，能够带动叶轮20转动。在本实施方式中，叶轮安装部24包括第一部分26、第二部分28和第三部分35。该第一部分26、第二部分28和第三部分35为一连通的整体，且第二部分28位于流体通道14内用于收容叶轮20。
[0030]在叶轮安装部24与开孔12间设置有传动机构安装部38，该传动机构安装部38为用于安装传动机构70。该传动机构安装部38包括第二齿轮安装孔40、第二齿轮轴承座孔42和第三齿轮安装孔43。第二齿轮安装孔40、第二齿轮轴承座孔42和第三齿轮安装孔43为一连通的整体。第二齿轮安装孔40与叶轮安装部24的第一部分26相连通，第三齿轮安装孔43与开孔12相连通，所以传动机构安装部38分别与叶轮安装部24和开孔12相连通。[0031 ] 如图2所示，在本实施方式中，叶轮20位于流体通道内，当高压流体流经流体通道14时，将冲击叶轮20使叶轮20转动，产生旋转扭矩。叶轮20包括叶轮片21和固定部23。叶轮片21沿该固定部23周向分布，该叶轮片21数量可以少到几个，多到几十个。当高压流体流经流体通道14冲击叶轮时，流体冲击叶轮片21使叶轮20转动，产生旋转扭矩。固定部23具有一凹槽29，叶轮20通过该凹槽29固定在叶轮转动轴30上，使得叶轮20相对于该叶轮转动轴30在周向上被固定从而当叶轮20受流体冲击而转动并带动该叶轮转动轴30转动时，叶轮20不发生周向转动。
[0032]如图1所示，叶轮转动轴30设于叶轮安装部24中，包括第一端25和第二端27。叶轮旋转轴30的第一端25位于叶轮安装部24的第一部分26内，第二端27位于叶轮安装部24的第二部分28内。叶轮旋转轴30的第一端25与叶轮安装部24的第一部分26间通过密封材料进行密封，使得流体通道14内的流体冲击叶轮20时，不会有流体流入叶轮安装部24的第一部分26。叶轮旋转轴30的第二端27通过滚动轴承32安装在轴承座34上，轴承座34固定在叶轮安装部24的第三部分35内。如图2所示，叶轮旋转轴30的第二端27上具有与叶轮固定部23上的凹槽29相配合的凹腔33，该凹腔33与叶轮固定部23上的凹槽29相配合形成一个槽腔，该槽腔用于容纳键31，该键31 —部分位于凹槽29中，另一部分位于凹腔33中，从而当叶轮转动时，位于叶轮上的凹槽29也转动，由于键31位于凹槽29中，所以该键31也随之转动，又因为键31位于凹腔33，从而也带动凹腔33所在的叶轮旋转轴30转动。通过键31与槽腔配合将叶轮20固定在叶轮旋转轴30的第二端27上，而该第二端27位于叶轮安装部24的第二部分28内且叶轮安装部24的第二部分28位于流体通道14内，所以叶轮20被限位于流体通道14内。当高压流体从流体泵流经流体通道14时，将会冲击叶轮20，使叶轮20转动，产生旋转扭矩，叶轮20的旋转将带动叶轮旋转轴30的旋转。
[0033]如图1所示，在本实施方式中，旋转体56设置在开孔12内，且与开孔12同轴设置，开孔12的旋转轴线与叶轮旋转轴30的旋转轴线平行，因而旋转体56的旋转轴线与叶轮旋转轴30的旋转轴线平行。旋转体56通过滚动轴承64固定在开孔12上，旋转体56与开孔12间用密封材料66密封。如图5所示，旋转体56上设有安装第三齿轮54的安装部55，旋转体56与第三齿轮54间通过过盈配合相连接。如图5所示，旋转体56上偏心设置有喷嘴安装孔58，该喷嘴安装孔58为一通孔，通孔内设置有喷嘴18。当流体从流体通道流入喷嘴18时，最终能从喷嘴18中喷射出来。
[0034]如图5所示，在本实施方式中，喷嘴18固定在喷嘴安装孔58内，喷嘴18的轴线与旋转体56轴线平行。喷嘴18与喷嘴安装孔58间采用密封材料密封，使得流体经流体通道14流入开孔12时，只能从喷嘴18流出。喷嘴18具有靠近流体通道14的入口端60和相背对的出口端62，喷嘴18的内径从该入口端60至该出口端62减小，使得流体经喷嘴18流出时，产生的射流束冲击力强，有利于射流束射穿套管的射孔作业。喷嘴18的轴线与旋转体56的轴线之间的距离决定了射流束射穿套管的孔径大小，使得在现有泵组的能力内，通过使用不同的旋转体56，来改变喷嘴18的轴线与旋转体56的轴线之间的距离，来实现该旋转喷嘴在喷砂射孔作业时，射穿套管的孔径在20-50mm之间可调。
[0035]在本实施方式中，传动机构70设于叶轮20与旋转体56之间，该传动机构70能将叶轮20的高速转动转换为旋转体56的低速转动。传动机构70包括皮带传动，齿轮传动，链传动、蜗轮蜗杆传动其中一种或其组合；该传动机构70还可以为叶轮传动轴30，叶轮20可以与旋转体56同轴设置。
[0036]在本实施方式中，传动机构70设于传动机构安装部38内，如图3所示，传动机构70包括第一齿轮36、第二齿轮46和第三齿轮54。第一齿轮36固定在叶轮旋转轴30的第一端25上,位于叶轮安装部24的第一端26内；第二齿轮46位于传动机构安装部38的第二齿轮安装孔40内，并固定在第二齿轮轴48上，第二齿轮轴48的一端装有滚动轴承，滚动轴承固定在第二齿轮轴承座50上，第二齿轮轴承座50固定在第二齿轮轴承座孔42内；第三齿轮54固定在旋转体56上，位于第三齿轮安装孔43内。第一齿轮36固定在叶轮旋转轴30上,与叶轮20同轴设置,第二齿轮46的一端与第一齿轮36卩齿合,另一端与第三齿轮54啮合。第一齿轮36、第二齿轮46与第三齿轮54的齿轮半径由小到大依次递增，所以由第一齿轮36、第二齿轮46和第三齿轮54组成的减速传动机构能将高速转动转换为的低速转动。当高压流体流经流体通道14冲击叶轮20使叶轮20产生旋转扭矩，高速转动时，叶轮安装轴30转动,从而叶轮安装轴30上的第一齿轮36旋转,从而第二齿轮46旋转,从而第三齿轮54旋转，因为第三齿轮54过盈配合地套设于旋转体56上，所以当第三齿轮54旋转时将会带动旋转体56旋转。所以传动机构70能将叶轮20的高速转动转换为旋转体56的低速转动。
[0037]如图4所示，在本实施方式中，在本体上设置有平衡孔7，该平衡孔7的上端与上接头11连通，下端与第三齿轮安装孔43相连通，用于将上接头11内的高压流体引入第三齿轮安装孔43内。该第三齿轮安装孔43内安装有第三齿轮54且该第三齿轮安装孔43充满润滑油，高压流体被引入该第三齿轮安装孔43内，将对润滑油产生挤压作用，该作用力作用在第三齿轮54上，从而对该第三齿轮54产生轴向的外压力Fl。另一方面，当高压流体流入流体通道14中，从喷嘴18喷射出来时，对旋转体56产生沿旋转体56轴向的作用力，该作用力作用在与旋转体56相固定的第三齿轮54上，对该第三齿轮54产生轴向的内压力F2，该内压力F2与外压力Fl相抵消，使得受到该内外压力的第三齿轮54在轴向上受到的作用力减少，有利于传动机构的转动。
[0038]当高压流体从流体泵流出进入上接头11流经流体通道14时，将会冲击叶轮20，产生旋转扭矩，叶轮20的旋转将带动叶轮旋转轴30的旋转，该叶轮旋转轴30的旋转通过传动机构70驱动旋转体56的旋转，进而偏心位于旋转体56上的喷嘴18绕旋转体56的轴线旋转，高压流体经流体通道到达喷嘴18，最后从喷嘴18中射出，形成旋转射流束，进行套管切割作业，可射穿套管形成的孔径在20-50mm之间可调。
[0039]如图1所示，在本实施方式中，喷砂射孔器本体10底部13上设置有下接头22，该下接头22适配于嗔砂射孔器本体10顶部8的上接头11连接。该上接头11与该下接头22之间通过流体通道14贯通。射孔的时候，根据油层数量和泵的工作能力，可采取单个喷砂射孔器或者多个喷砂射孔器串联在一起使用。
[0040]以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。
【权利要求】
1.一种喷砂射孔器，其特征在于，其包括: 具有上接头的本体，所述本体的侧壁上开设有开孔，所述本体设置有连通所述上接头和所述开孔的流体通道； 能转动的设置在所述开孔内，且与所述开孔同轴的旋转体； 偏心设置在所述旋转体上的喷嘴； 能转动的设置在所述流体通道内的叶轮，当流体通道中有流体通过时，所述叶轮能被所述流体驱动转动，进而驱动所述旋转体转动。
2.根据权利要求1所述的喷砂射孔器，其特征在于:所述喷砂射孔器包括位于所述叶轮与所述旋转体之间的传动机构，所述传动机构能将所述叶轮的高速转动转换为所述旋转体的低速转动。
3.根据权利要求2所述的喷砂射孔器，其特征在于:所述传动机构包括皮带传动，齿轮传动，链传动、蜗轮蜗杆传动其中一种或其组合。
4.根据权利要求1所述的喷砂射孔器，其特征在于:所述叶轮与所述旋转体同轴设置。
5.根据权利要求2所述的喷砂射孔器，其特征在于:包括位于所述本体上的平衡孔，所述平衡孔用于平衡所述传动机构的内外压力。
6.根据权利要求1所述的喷砂射孔器，其特征在于:所述旋转体与所述开孔之间设置有密封材料。
7.根据权利要求1所述的喷砂射孔器，其特征在于:所述喷嘴与所述旋转体之间设置有密封材料。
8.根据权利要求1所述的喷砂射孔器，其特征在于:所述本体远离所述上接头的一端设置有下接头，所述下接头适配于与所述上接头连接。
9.根据权利要求8所述的喷砂射孔器，其特征在于:所述流体通道从所述上接头至所述下接头贯通所述本体。
10.根据权利要求1所述的喷砂射孔器，其特征在于:所述叶轮的转动轴线与所述旋转体的转动轴线平行。
11.根据权利要求1所述的喷砂射孔器，其特征在于:所述喷嘴具有靠近所述流体通道的入口端和相背对的出口端，所述喷嘴的内径从所述入口端至所述出口端减小。
【文档编号】E21B43/114GK104373091SQ201410608352
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月3日 优先权日:2014年11月3日
【发明者】王文涛, 梁兴, 胡胜勇, 韩锋, 白凤侠, 王锦生, 许卫, 仇志宁 申请人:中国石油天然气股份有限公司