本實(shí)用新型涉及石油、天然氣開采技術(shù)領(lǐng)域,是一種壓裂工具,具體是一種適用于從直井、大斜度井或水平井中進(jìn)行壓裂開采油氣等的防沖蝕免砂卡壓裂滑套。
背景技術(shù):
在石油開采中,對(duì)于異常高溫高壓低孔低滲油藏,其生產(chǎn)井以大斜度井、水平井等井型為主,在投產(chǎn)前必須進(jìn)行分段壓裂,其中在套管固井中一般為機(jī)械式分段壓裂,該壓裂方式能提高儲(chǔ)層的導(dǎo)流能力、增加開采井的產(chǎn)量或注入井的注入量,但是,其同時(shí)也存在著如下的不足:
在壓裂施工中,由壓裂封隔器強(qiáng)制性分段施工,壓裂完成一層段后,投球打滑套,進(jìn)行下一層段的壓裂施工,如果施工層段多,下入封隔器就多,上部封隔器反復(fù)擴(kuò)張次數(shù)多,封隔器性能及密封效果就受到影響,極易造成壓裂失敗;同時(shí),壓裂完后關(guān)井放噴,因井口壓力低,地層壓力高,液流從地層到井口時(shí)會(huì)不可避免的帶出部分壓裂砂,使得上提管柱時(shí)易出現(xiàn)砂卡,造成大修事故,處理難度大,周期長,人員勞動(dòng)強(qiáng)度大,安全性差。
同時(shí),在壓裂施工中,在加砂階段會(huì)對(duì)套管產(chǎn)生不可避免的損壞,主要表現(xiàn)為以下兩個(gè)方面:1、攜砂液中的陶粒由于高速通過噴砂口,在慣性的作用下,造成對(duì)套管壁的沖擊,這是套管壁的主要損壞方式;2、噴砂口周圍產(chǎn)生的紊流、湍流,造成陶粒對(duì)套管壁的犁削,使套管內(nèi)壁正對(duì)噴砂口周圍發(fā)生微觀上的剝落。
再者,在壓裂完成后,通常采用反洗井的方法來清洗管柱及油套環(huán)空內(nèi)的壓裂砂,即通過環(huán)空自上而下注入反洗液進(jìn)行清洗,但是,由于多段壓裂后,各壓裂段的噴砂口均已打開,反洗液會(huì)從位于上方的壓裂段的噴砂口處進(jìn)入油管,使得反洗液會(huì)因此而走捷徑,使位于下方的壓裂段內(nèi)的壓裂砂無法洗凈,增加了砂卡的機(jī)率。
有鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題,本發(fā)明人結(jié)合相關(guān)制造領(lǐng)域多年的設(shè)計(jì)及使用經(jīng)驗(yàn),提供一種防沖蝕免砂卡壓裂滑套,來克服上述缺陷。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本實(shí)用新型的目的是提供一種防沖蝕免砂卡壓裂滑套,以克服上述現(xiàn)有壓裂工具存在的缺陷,降低壓裂過程中對(duì)套管的損壞,避免上提管柱時(shí)出現(xiàn)砂卡,反洗徹底,壓裂效率高。
本實(shí)用新型的上述目的可采用下列技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
本實(shí)用新型提供一種防沖蝕免砂卡壓裂滑套,所述防沖蝕免砂卡壓裂滑套能與油管相連并設(shè)于套管內(nèi),其包括:外殼體,其上端與上接頭相連,其下端與關(guān)門外筒相連,所述關(guān)門外筒的周向上設(shè)有多個(gè)開孔,所述外殼體內(nèi)能移動(dòng)的設(shè)有活塞筒;噴砂主體,其上端卡設(shè)于所述外殼體與所述活塞筒之間,其下端與下接頭相連,所述噴砂主體內(nèi)嵌設(shè)有噴嘴,所述噴嘴沿其圓周方向設(shè)有多個(gè)喇叭口狀的噴孔,所述噴孔能與所述開孔對(duì)應(yīng)連通,所述噴砂主體的內(nèi)側(cè)設(shè)有密封所述噴孔的滑套,所述滑套與所述下接頭能拆卸的相連。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中,所述活塞筒的上端沿其圓周方向設(shè)有多個(gè)激光割縫,所述活塞筒的外壁凸設(shè)外凸臺(tái),所述外凸臺(tái)位于所述激光割縫的下端,所述活塞筒的外凸臺(tái)、所述外殼體的內(nèi)壁和所述上接頭之間圍設(shè)形成壓力腔,所述壓力腔能通過多個(gè)所述激光割縫與所述油管相連通。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中,所述外殼體的內(nèi)壁自上而下設(shè)有第一內(nèi)凸臺(tái)和第二內(nèi)凸臺(tái),所述第一內(nèi)凸臺(tái)、所述第二內(nèi)凸臺(tái)和所述活塞筒的外壁之間圍設(shè)形成容納腔,所述容納腔內(nèi)壓設(shè)有彈簧。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中,所述噴砂主體的外壁設(shè)有凹槽,所述外殼體上間隔穿設(shè)第二剪釘和第三剪釘,所述第二剪釘和所述第三剪釘穿出所述外殼體的內(nèi)壁的端部分別卡設(shè)于所述凹槽內(nèi)的上端和下端。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中,在上提所述外殼體使所述第二剪釘剪斷、所述第三剪釘位于所述凹槽內(nèi)的上端的狀態(tài)下,所述開孔與所述噴孔相分離,所述關(guān)門外筒密封所述噴孔;在上提所述外殼體使所述第二剪釘和所述第三剪釘均剪斷的狀態(tài)下,所述噴砂主體與所述外殼體和所述活塞筒相分離。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中,所述滑套的內(nèi)徑小于所述活塞筒的內(nèi)徑,所述滑套與所述下接頭通過第四剪釘相連,在向所述滑套上投球憋壓使所述第四剪釘剪斷的狀態(tài)下,所述滑套與所述噴孔分離,所述油管通過所述噴孔與所述油管和所述套管之間的環(huán)空相連通。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中,所述噴砂主體的內(nèi)壁凹設(shè)有內(nèi)凹斜坡,所述噴嘴呈圓臺(tái)狀,所述噴嘴的上端抵接于所述內(nèi)凹斜坡,所述噴嘴的下端抵接于所述下接頭,所述內(nèi)凹斜坡沿其圓周方向設(shè)有多個(gè)喇叭口狀的通孔,所述通孔與所述噴孔對(duì)應(yīng)連通。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中,所述噴孔為三個(gè),三個(gè)所述噴孔沿所述噴嘴的圓周方向均勻設(shè)置。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中,所述噴孔的軸向中心線與所述噴砂主體的軸向中心線之間具有一夾角。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中,所述噴孔沿其軸向的截面形狀為雙曲線形,所述噴孔的內(nèi)徑為17mm~20mm。
本實(shí)用新型防沖蝕免砂卡壓裂滑套的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)是:
1、本實(shí)用新型與油管串聯(lián)后設(shè)于套管內(nèi),通過在外殼體下端連接關(guān)門外筒,關(guān)門外筒上開設(shè)與噴嘴的噴孔和噴砂主體的通孔相對(duì)應(yīng)的開孔,使壓裂加砂過程中,攜砂液能從油管依次經(jīng)噴嘴的噴孔、噴砂主體的通孔和關(guān)門外筒的開孔后進(jìn)入油管和套管的環(huán)空,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)壓裂和加砂,同時(shí),在反洗過程中,通過上提管柱,使關(guān)門外筒上行以密封噴嘴的噴孔和噴砂主體的通孔,保證反洗液能徹底清洗油管和套管環(huán)空內(nèi)及其他各管柱內(nèi)的壓裂砂,避免反洗液從各噴孔串行而造成無法洗凈,有效避免了管柱的砂卡,保證管柱上下行的順暢,安全環(huán)保,施工風(fēng)險(xiǎn)低。
2、本實(shí)用新型通過在噴砂主體內(nèi)設(shè)置圓臺(tái)狀噴嘴,沿噴嘴的圓周方向均勻設(shè)置多個(gè)喇叭口狀的噴孔,特別的,使噴孔沿其軸向的截面形狀呈雙曲線形,并使噴孔的軸向中心線與噴砂主體的軸向中心線之間具有一夾角,以提高開采井中進(jìn)行壓裂加砂的效率,同時(shí)高速經(jīng)過該噴孔的攜砂液能減小對(duì)套管的沖擊,避免噴孔周圍產(chǎn)生紊流或湍流,降低對(duì)套管壁的犁削,減少套管的損壞,延長套管使用壽命,而且在施工過程中,能隨著壓裂砂對(duì)噴嘴的噴孔的研磨,使噴嘴處的截流壓差變小,自動(dòng)降低施工壓力。
3、本實(shí)用新型通過使噴砂主體的上端卡設(shè)于外殼體與活塞筒之間,使壓裂過程中,活塞筒下行,將噴砂主體緊密卡設(shè)于外殼體與活塞筒之間,同時(shí)通過外殼體和活塞筒的上行,剪斷第二剪釘和第三剪釘,實(shí)現(xiàn)噴砂主體和下接頭的丟手,便于操作,施工風(fēng)險(xiǎn)低。
4、本實(shí)用新型能與封隔器配套使用,結(jié)構(gòu)合理,壓裂效果好,通過外殼體的外壁上設(shè)置的凹槽,便于丟手后的打撈,通過活塞筒上端激光割縫的設(shè)計(jì),可防止壓裂砂從激光割縫處進(jìn)入防沖蝕免砂卡壓裂滑套的各零部件的內(nèi)部而阻礙零部件的運(yùn)動(dòng),通過使滑套采用高強(qiáng)度合金結(jié)構(gòu)鋼、噴嘴采用硬質(zhì)合金材料,使滑套和噴嘴均有較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,能適用于井下的復(fù)雜的高溫高壓環(huán)境。
附圖說明
為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案,下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例,對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下,還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本實(shí)用新型防沖蝕免砂卡壓裂滑套的半剖的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2-1為本實(shí)用新型防沖蝕免砂卡壓裂滑套的下井狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2-2為本實(shí)用新型防沖蝕免砂卡壓裂滑套的投球狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2-3為本實(shí)用新型防沖蝕免砂卡壓裂滑套的壓裂狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2-4為本實(shí)用新型防沖蝕免砂卡壓裂滑套在未關(guān)閉噴孔時(shí)進(jìn)行返排及反洗的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2-5為本實(shí)用新型防沖蝕免砂卡壓裂滑套在關(guān)閉噴孔時(shí)進(jìn)行返排及反洗的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2-6為本實(shí)用新型防沖蝕免砂卡壓裂滑套的丟手狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3-1為本實(shí)用新型的噴嘴的主視結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3-2為本實(shí)用新型的噴嘴的左視結(jié)構(gòu)示意圖;
圖4為本實(shí)用新型防沖蝕免砂卡壓裂滑套的應(yīng)用示意圖。
附圖標(biāo)號(hào)說明:
1上接頭,2外殼體,3第一內(nèi)凸臺(tái),4第二內(nèi)凸臺(tái),5活塞筒,6激光割縫,7外凸臺(tái),8壓力腔,9容納腔,10彈簧,11第一剪釘,12噴砂主體,13錨爪,14凹槽,15第二剪釘,16第三剪釘,17內(nèi)凹斜坡,18通孔,19關(guān)門外筒,20開孔,21噴嘴,22噴孔,23滑套,24下接頭,25第四剪釘,26密封圈,27套管,28油管,29安全接頭,30防砂水力錨,31第一封隔器,32第二封隔器,33第三封隔器,34第四封隔器,35下直噴,36鋼球,37定位孔,A1第一級(jí)防沖蝕免砂卡壓裂滑套,A2第二級(jí)防沖蝕免砂卡壓裂滑套,A3第三級(jí)防沖蝕免砂卡壓裂滑套,D1內(nèi)徑,D2內(nèi)徑。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖,對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例?;诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例,都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
除非單獨(dú)定義指出的方向以外,本文中涉及到的上、下等方向均是以本實(shí)用新型所示的圖1中的上、下等方向?yàn)闇?zhǔn),在此一并說明。
如圖1至圖2-6所示,本實(shí)用新型提供一種防沖蝕免砂卡壓裂滑套,所述防沖蝕免砂卡壓裂滑套能與油管28相連并設(shè)于套管27內(nèi),所述防沖蝕免砂卡壓裂滑套包括:外殼體2,其上端與上接頭1相連,其下端與關(guān)門外筒19相連,所述關(guān)門外筒19的周向上設(shè)有多個(gè)開孔20,所述外殼體2內(nèi)能移動(dòng)的設(shè)有活塞筒5;噴砂主體12,其上端卡設(shè)于所述外殼體2與所述活塞筒5之間,其下端與下接頭24相連,所述噴砂主體12內(nèi)嵌設(shè)有噴嘴21,所述噴嘴21沿其圓周方向設(shè)有多個(gè)喇叭口狀的噴孔22,所述噴孔22能與所述開孔20對(duì)應(yīng)連通,所述噴砂主體12的內(nèi)側(cè)設(shè)有密封所述噴孔22的滑套23,所述滑套23與所述下接頭24能拆卸的相連。
具體的,如圖1所示,外殼體2大體呈圓筒狀,外殼體2的上端的內(nèi)壁和下端的外壁分別設(shè)有連接螺紋,上接頭1的下端外壁設(shè)有連接螺紋,關(guān)門外筒19的上端的內(nèi)壁設(shè)有連接螺紋,使外殼體2與上接頭1之間和外殼體2與關(guān)門外筒19之間均通過螺紋連接,還可在外殼體2與上接頭1的螺紋連接處和外殼體2與關(guān)門外筒19的螺紋連接處設(shè)置緊固螺釘,以實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)固的連接,同時(shí)上接頭1的上端的內(nèi)壁設(shè)有連接螺紋,以利于其與油管28相連;關(guān)門外筒19大體呈圓筒狀,其上的多個(gè)開孔20沿其圓周方向均勻分布;噴砂主體12大體呈圓筒狀,其上端設(shè)有錨爪13,錨爪13的上端具有一向外凸出的凸起,以卡設(shè)在外殼體2內(nèi)壁上設(shè)置的卡槽內(nèi),以使錨爪13卡設(shè)于外殼體2與活塞筒5之間并由活塞筒5將其緊密壓設(shè)于外殼體2上,實(shí)現(xiàn)噴砂主體12與外殼體2的連接,其中錨爪13可為沿圓周方向間隔設(shè)置的多個(gè)長條狀卡爪,噴砂主體12的外壁凸設(shè)一臺(tái)階,噴砂主體12的該臺(tái)階抵接于外殼體2的下端并使噴砂主體12的臺(tái)階下方的外壁貼靠于關(guān)門外筒19的內(nèi)壁,噴嘴21由硬質(zhì)合金材料制成,噴嘴21上的喇叭口狀的噴孔22能使流過其的攜砂液產(chǎn)生截流壓差,滑套23可由高強(qiáng)度合金結(jié)構(gòu)鋼制成,以滿足高壓、高硫化氫等惡劣的工作環(huán)境,滑套23緊貼于所述噴砂主體12的內(nèi)壁、所述噴嘴21的內(nèi)壁和所述下接頭24的內(nèi)壁,以密封所述噴嘴21的噴孔22。
進(jìn)一步的,如圖1所示,所述活塞筒5的上端沿其圓周方向設(shè)有多個(gè)激光割縫6,所述活塞筒5的外壁凸設(shè)外凸臺(tái)7,所述外凸臺(tái)7位于所述激光割縫6的下端,所述活塞筒5的外凸臺(tái)7、所述外殼體2的內(nèi)壁和所述上接頭1之間圍設(shè)形成壓力腔8,所述壓力腔8能通過多個(gè)所述激光割縫6與所述油管28相連通,具體的,激光割縫6是通過激光技術(shù)在活塞筒5的圓周方向上形成的多條細(xì)長的縫隙,其寬度為0.16mm~0.18mm,其能允許壓力液進(jìn)入或流出壓力腔8以使活塞筒5運(yùn)動(dòng),且能阻止壓裂砂進(jìn)入,避免壓裂砂磨損各部件,影響各部件的正常工作,同時(shí),外凸臺(tái)7為圓環(huán)形凸臺(tái),外凸臺(tái)7位于上接頭1的下方,活塞筒5與外殼體2之間設(shè)有第一剪釘11,第一剪釘11位于所述外凸臺(tái)7的下方,在壓裂時(shí),壓力液經(jīng)激光割縫6進(jìn)入壓力腔8內(nèi)后,壓力液作用于活塞筒5以剪斷第一剪釘11并驅(qū)動(dòng)活塞筒5下行,使活塞筒5的下部緊密壓緊位于噴砂主體12的錨爪13,在返排或反洗時(shí),液體自下而上流動(dòng)以驅(qū)動(dòng)活塞筒5上行,以使壓力腔8內(nèi)的液體從激光割縫6流入油管28內(nèi)。
進(jìn)一步的,如圖1所示,所述外殼體2的內(nèi)壁自上而下設(shè)有第一內(nèi)凸臺(tái)3和第二內(nèi)凸臺(tái)4,所述第一內(nèi)凸臺(tái)3、所述第二內(nèi)凸臺(tái)4和所述活塞筒5的外壁之間圍設(shè)形成容納腔9,所述容納腔9內(nèi)壓設(shè)有彈簧10,具體的,第一內(nèi)凸臺(tái)3和第二內(nèi)凸臺(tái)4均為圓環(huán)形凸臺(tái),第一內(nèi)凸臺(tái)3水平向內(nèi)延伸后豎直向下延伸再水平向內(nèi)延伸形成第二內(nèi)凸臺(tái)4,使容納腔9的軸向截面呈倒L形,較佳的,第一內(nèi)凸臺(tái)3位于活塞筒5的外凸臺(tái)7的下方,容納腔9由外凸臺(tái)7的下表面、第一內(nèi)凸臺(tái)3的上表面、第二內(nèi)凸臺(tái)4的上表面和活塞筒5的外壁圍設(shè)而成,彈簧10的一端抵接于外凸臺(tái)7的下表面,彈簧10的另一端抵接于第二內(nèi)凸臺(tái)4的上表面,外殼體2上對(duì)應(yīng)容納腔9的下端處設(shè)有一連通孔,容納腔9通過連通孔與油套環(huán)空連通,以利于活塞筒5的上下移動(dòng),在初始狀態(tài)時(shí)(即注入壓裂砂之前,也即彈簧10處于圖1所示的裝配狀態(tài)),彈簧10在容納腔9內(nèi)呈壓縮狀態(tài),通過第一剪釘11的約束作用而將活塞筒5固設(shè)于外殼體2無法運(yùn)動(dòng),且第一內(nèi)凸臺(tái)3的上表面與外凸臺(tái)7的下表面具有一間距、且上接頭1的下表面與外凸臺(tái)7的上表面也具有一間距。
進(jìn)一步的,如圖1至圖2-6所示,所述噴砂主體12的外壁設(shè)有凹槽14,所述外殼體2上間隔穿設(shè)第二剪釘15和第三剪釘16,所述第二剪釘15和所述第三剪釘16穿出所述外殼體2的內(nèi)壁的端部分別卡設(shè)于所述凹槽14內(nèi)的上端和下端,具體的,凹槽14呈長方體形,凹槽14位于所述噴砂主體12的錨爪13的下方,第二剪釘15和第三剪釘16分別穿透外殼體2并凸出于外殼體2的內(nèi)壁以卡設(shè)于凹槽14內(nèi),第二剪釘15和第三剪釘16之間的距離等于凹槽14的長度,第三剪釘16的剪切力大于或等于第二剪釘15的剪切力。
更進(jìn)一步的,如圖2-5所示,在上提所述外殼體2使所述第二剪釘15剪斷、所述第三剪釘16位于所述凹槽14內(nèi)的上端的狀態(tài)下,所述開孔20與所述噴孔22相分離,所述關(guān)門外筒19密封所述噴孔22,即,在上提管柱時(shí),第二剪釘15先剪斷,第三剪釘16在凹槽14內(nèi)上行,直至卡至凹槽14的上端,此時(shí),噴砂主體12的錨爪13仍夾設(shè)于活塞筒5與外殼體2之間,關(guān)門外筒19能封閉噴孔22和通孔18;如圖2-6所示,在上提所述外殼體2使所述第二剪釘15和所述第三剪釘16均剪斷的狀態(tài)下,所述噴砂主體12與所述外殼體2和所述活塞筒5相分離,即,待上提管柱的拉力繼續(xù)增大,第三剪釘16接著也剪斷,噴砂主體12的錨爪13脫離活塞筒5與外殼體2的夾設(shè),實(shí)現(xiàn)丟手。
進(jìn)一步的,如圖1至圖2-3所示,所述滑套23的內(nèi)徑D2小于所述活塞筒5的內(nèi)徑D1,所述滑套23與所述下接頭24通過第四剪釘25相連,在向所述滑套23上投球憋壓使所述第四剪釘25剪斷的狀態(tài)下,所述滑套23與所述噴孔22分離,所述油管28通過所述噴孔22與所述油管28和所述套管27之間的環(huán)空相連通,具體的,滑套23大體呈圓筒形,滑套23的內(nèi)徑D2小于鋼球36的外徑,所述鋼球36的外徑小于所述活塞筒5的內(nèi)徑D1,使投入管柱內(nèi)的鋼球36下行直至座封在滑套23的上端,向油管28內(nèi)注入液體進(jìn)行憋壓,直至第四剪釘25剪斷,滑套23和鋼球36下行,實(shí)現(xiàn)噴嘴21的噴孔22與油管28的連通(如圖2-3所示)。
進(jìn)一步的,如圖1所示,所述噴砂主體12的內(nèi)壁凹設(shè)有內(nèi)凹斜坡17,所述噴嘴21呈圓臺(tái)狀,所述噴嘴21的上端抵接于所述內(nèi)凹斜坡17,所述噴嘴21的下端抵接于所述下接頭24,所述內(nèi)凹斜坡17沿其圓周方向設(shè)有多個(gè)喇叭口狀的通孔18,所述通孔18與所述噴孔22對(duì)應(yīng)連通,以將噴嘴21穩(wěn)固的卡設(shè)于噴砂主體12與下接頭24之間,同時(shí)使噴嘴21的內(nèi)壁、下接頭24的內(nèi)壁和噴砂主體12與滑套23貼合的內(nèi)壁共面,保證滑套23平穩(wěn)且密封的貼合于噴嘴21的內(nèi)壁、下接頭24的內(nèi)壁和噴砂主體12的內(nèi)壁上,如圖3-1和圖3-2所示,噴嘴21的下端沿其圓周方向設(shè)有多個(gè)定位孔37,以保證噴嘴21準(zhǔn)確定位安裝。
較佳的,如圖3-1和圖3-2所示,所述噴孔22為三個(gè),三個(gè)所述噴孔22沿所述噴嘴21的圓周方向均勻設(shè)置,同時(shí)開孔20和通孔18也均為三個(gè),并在圓周方向上分別與噴孔22相對(duì)應(yīng),當(dāng)然,噴孔22、開孔20和通孔18也可以設(shè)置為其他合適的數(shù)量,只要保證三者數(shù)量相等,且能順利進(jìn)行壓裂即可,在此不作限制,優(yōu)選的,定位孔37也為三個(gè),三個(gè)定位孔37與三個(gè)噴孔22在圓周方向上交錯(cuò)設(shè)置。
在一實(shí)施例中,所述噴孔22的軸向中心線與所述噴砂主體12的軸向中心線之間具有一夾角,以緩解高速的攜砂液對(duì)套管27的沖擊,避免高速的攜砂液在慣性作用下垂直向套管27進(jìn)行沖擊,減少對(duì)套管27的損壞和犁削,延長套管27使用壽命,較佳的,該夾角為60度(也即,使噴孔22的軸向中心線垂直于噴砂主體12的軸向中心線的基礎(chǔ)上,使噴孔22向上翻30度),既保證了攜砂液的壓裂效果,也避免了對(duì)套管27的沖擊。較佳的,所述噴孔22沿其軸向的截面形狀為雙曲線形,有利于攜砂液經(jīng)噴孔22后產(chǎn)生截流壓差,攜砂液的沖擊力變小、流速變緩,減少攜砂液對(duì)套管27的沖擊,保護(hù)套管27,所述噴孔22的內(nèi)徑為17mm~20mm,即喇叭口形的噴孔22的內(nèi)徑在該范圍內(nèi)。
在一實(shí)施例中,所述上接頭1與所述外殼體2之間、所述外殼體2與所述活塞筒5的外凸臺(tái)7之間、所述活塞筒5與所述噴砂主體12之間、所述滑套23與所述噴砂主體12之間、所述滑套23與所述下接頭24之間和所述下接頭24與所述噴砂主體12之間分別設(shè)有密封圈26,以實(shí)現(xiàn)兩兩部件之間的密封,其中每兩個(gè)相接的部件之間可以設(shè)置一個(gè)密封圈26,也可以設(shè)置兩個(gè)密封圈26,在此不作限制。
以下對(duì)本實(shí)用新型防沖蝕免砂卡壓裂滑套的工作原理進(jìn)行說明:
首先,通過其上接頭1或下接頭24與油管28等管柱相連,并置于套管27內(nèi),在壓裂開始前(也即初始狀態(tài)),如圖2-1所示,滑套23通過第四剪釘25固設(shè)于噴砂主體12內(nèi)并封閉噴嘴21的噴孔22,活塞筒5通過第一剪釘11和彈簧10的自身彈力固設(shè)于外殼體2內(nèi),然后,向油管28內(nèi)投入鋼球36,鋼球36落下座封在滑套23的上端,如圖2-2所示,向油管28內(nèi)注入壓力液體,液體的壓力作用在鋼球36使第四剪釘25剪斷,鋼球36和滑套23一起丟下,如圖2-3所示,接著,開始?jí)毫咽┕?,向油?8內(nèi)注入壓裂液,壓裂液順著油管28進(jìn)入外殼體2和活塞筒5的內(nèi)腔,并依次沿噴嘴21上的噴孔22、噴砂主體12上的通孔18和關(guān)門外筒19上的開孔20進(jìn)入油管28和套管27的環(huán)空,再進(jìn)入油氣層進(jìn)行壓裂,與此同時(shí),一小部分壓力液體也會(huì)順著激光割縫6進(jìn)入壓力腔8并作用于活塞筒5的外凸臺(tái)7,以剪斷第一剪釘11并推動(dòng)活塞筒5下行,容納腔9內(nèi)的彈簧10繼續(xù)被壓縮,活塞筒5的外凸臺(tái)7的下表面抵接于外殼體2的第一內(nèi)凸臺(tái)3上,活塞筒5的下行使噴砂主體12的錨爪13更緊密的搭設(shè)于外殼體2的內(nèi)壁,直至本段壓裂施工完成(本段壓裂施工完成,油管28內(nèi)仍有壓力,活塞筒5仍然處于圖2-3所示位置);
如圖2-4所示,在本井全部壓裂完成后,進(jìn)行反排(即排出壓裂液)或反洗井,其可以使壓裂液或反洗液由油管28和套管27之間的環(huán)空依次經(jīng)開孔20、通孔18和噴孔22后進(jìn)入油管28,返回地面,或者,直接通過油管28和套管27之間的環(huán)空返回地面,此時(shí),活塞筒5會(huì)在彈簧10的彈力和壓裂液或反洗液的驅(qū)動(dòng)力的作用下上行,并將壓力腔8內(nèi)的液體經(jīng)激光割縫6排出,直至活塞筒5的上端抵接于上接頭1的下端(此時(shí)的彈簧10仍呈壓縮狀態(tài),因此,彈簧10的彈力會(huì)使活塞筒5緊抵于上接頭1的下端),使壓力腔8內(nèi)的液體排光為止,與此同時(shí),活塞筒5仍壓設(shè)于噴砂主體12上;
如圖2-5所示,在需要提出管柱、且管柱內(nèi)存在較多壓裂砂時(shí),或者,對(duì)于油管28和套管27之間的環(huán)空內(nèi)存在較多壓裂砂而造成反排或反洗不暢時(shí),可以在上提油管28后再進(jìn)行反洗:上提油管28,使外殼體2在上提拉力的作用下,剪斷第二剪釘15后上行,第三剪釘16則在凹槽14內(nèi)上行,直至第三剪釘16卡設(shè)于噴砂主體12的凹槽14的上端,噴砂主體12的錨爪13仍位于外殼體2與活塞筒5之間,此時(shí),關(guān)門外筒19恰好封閉所述通孔18,反洗液可沿油管28與套管27之間的環(huán)空向上返回地面,實(shí)現(xiàn)徹底清洗,避免反洗液從噴孔22進(jìn)入油管28內(nèi)走捷徑而造成清洗不徹底或無法清洗;
反排或反洗井結(jié)束后提出管柱時(shí),如遇卡仍無法完成管柱提出,可進(jìn)行部分丟手:如圖2-6所示,繼續(xù)上提油管28,使外殼體2上行并剪斷第三剪釘16,實(shí)現(xiàn)噴砂主體12與外殼體2的分離,使噴砂主體12與噴嘴21和下接頭24一起丟下,此時(shí)活塞筒5也會(huì)在彈簧10的彈力作用下抵頂于上接頭1的下端。
本實(shí)用新型防沖蝕免砂卡壓裂滑套采用先進(jìn)、實(shí)用的設(shè)計(jì)理念,能同時(shí)具有對(duì)油氣層進(jìn)行噴砂壓裂、降低套管損傷、通過關(guān)閉噴孔實(shí)現(xiàn)徹底清洗、丟手便于提出管柱等優(yōu)點(diǎn),其可用于開采油藏、氣藏、可溶性物質(zhì)或可溶化物質(zhì)或礦物泥漿,其是一種結(jié)構(gòu)合理、適應(yīng)惡劣環(huán)境、安全環(huán)保、銷售價(jià)格低、壓裂效果好、壓裂效率高、能在井下油氣層中開采石油和天然氣的壓裂工具,因其上喇叭口形的噴孔22具有微截流的作用,可將其命名為微截流第一代防沖蝕免砂卡壓裂滑套(即WJL-01型防沖蝕免砂卡壓裂滑套),其在使用時(shí)可在油管28上串聯(lián)多個(gè)防沖蝕免砂卡壓裂滑套,例如可上下聯(lián)接1~5個(gè)本實(shí)用新型的防沖蝕免砂卡壓裂滑套,且每一級(jí)的防沖蝕免砂卡壓裂滑套可與封隔器、水力錨、安全接頭等工具配套使用,具有壓裂效率高、壓裂效果好、施工方便、自動(dòng)降低施工壓力(即壓裂加砂過程中,噴嘴21被磨大,截流壓差變下,使得壓力降低)等特點(diǎn),為更好的說明本實(shí)用新型在井下的使用,如下以一具體實(shí)施例對(duì)其進(jìn)行說明(其中,封隔器可為現(xiàn)有技術(shù)中已知的K341、K344、Y341、Y344等封隔器,且K代表擴(kuò)張式、Y代表壓縮式、第一個(gè)數(shù)字3代表無支撐、第二個(gè)數(shù)字4代表液力座封、第三個(gè)數(shù)字代表解封方式):
如圖4示出的是四個(gè)壓裂封隔器和三個(gè)本實(shí)用新型的防沖蝕免砂卡壓裂滑套同時(shí)與油管28相連組成的分段壓裂管柱的結(jié)構(gòu)圖,油管28下端依次連接安全接頭29和防砂水力錨30,在防砂水力錨30的下端通過油管28依次連接第四壓裂段、第三壓裂段、第二壓裂段和第一壓裂段,其中,第一壓裂段包括下直噴35、螺紋連接于下直噴35上端的第一封隔器31,第二壓裂段包括螺紋連接在第一封隔器31上端的第一級(jí)防沖蝕免砂卡壓裂滑套A1、螺紋連接在第一級(jí)防沖蝕免砂卡壓裂滑套A1上的油管28和連接在該油管28上的第二封隔器32,第三壓裂段包括螺紋連接在第二封隔器32上端的第二級(jí)防沖蝕免砂卡壓裂滑套A2、螺紋連接在第二級(jí)防沖蝕免砂卡壓裂滑套A2上的油管28和連接在該油管28上的第三封隔器33,第四壓裂段包括螺紋連接在第三封隔器33上端的第三級(jí)防沖蝕免砂卡壓裂滑套A3、螺紋連接在第三級(jí)防沖蝕免砂卡壓裂滑套A3上的油管28和連接在該油管28上的第四封隔器34,其中,第二級(jí)防沖蝕免砂卡壓裂滑套A2內(nèi)的滑套23的內(nèi)徑大于第一級(jí)防沖蝕免砂卡壓裂滑套A1內(nèi)的滑套23的內(nèi)徑、且小于第三級(jí)防沖蝕免砂卡壓裂滑套A3內(nèi)的滑套23的內(nèi)徑,以實(shí)現(xiàn)自下而上的不同壓裂段的先后壓裂;因本實(shí)用新型的防沖蝕免砂卡壓裂滑套具有噴砂和安全連接的作用,所以在每個(gè)壓裂段內(nèi)(也即兩兩相鄰的封隔器之間)不再設(shè)置安全接頭,而僅在最上方的第四壓裂段的上方設(shè)置一個(gè)安全接頭29,當(dāng)然,根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)和工藝要求,也可以在兩兩相鄰的封隔器之間設(shè)置安全接頭;
在施工中,待壓裂管柱下到位后,直接進(jìn)行第一壓裂段的壓裂施工,待第一壓裂段施工完成后,投入第一鋼球打掉第一級(jí)防沖蝕免砂卡壓裂滑套A1內(nèi)的滑套23,第一鋼球和第一級(jí)防沖蝕免砂卡壓裂滑套A1內(nèi)的滑套23下行座封于下直噴35的噴口,以保障第二壓裂段的壓裂施工;然后,進(jìn)行第二壓裂段的壓裂施工,待第二壓裂段施工完成后,投入第二鋼球打掉第二級(jí)防沖蝕免砂卡壓裂滑套A2內(nèi)的滑套23,第二鋼球和第二級(jí)防沖蝕免砂卡壓裂滑套A2內(nèi)的滑套23下行座封于第二封隔器32下端的油管28上,以保證第三壓裂段的壓裂施工;接著,進(jìn)行第三壓裂段的壓裂施工,待第三壓裂段施工完成后,投入第三鋼球打掉第三級(jí)防沖蝕免砂卡壓裂滑套A3內(nèi)的滑套23,第三鋼球和第三級(jí)防沖蝕免砂卡壓裂滑套A3內(nèi)的滑套23下行座封于第三封隔器33下端的油管28上,以保證第四壓裂段的壓裂施工;再接著,進(jìn)行第四壓裂段的壓裂施工,待壓裂施工完成后,各封隔器均處于解封狀態(tài)(其中封隔器的結(jié)構(gòu)為現(xiàn)有結(jié)構(gòu),在管柱內(nèi)有壓裂液時(shí)實(shí)現(xiàn)密封,在完成壓裂后實(shí)現(xiàn)泄壓解封),進(jìn)行返排,返排完成后,通過反洗井清洗油套環(huán)空和油管內(nèi)的壓裂砂,并提出管柱,如遇到砂卡,可提高管柱上提的噸位,使卡點(diǎn)上面的各級(jí)防沖蝕免砂卡壓裂滑套的噴孔22關(guān)閉,再次進(jìn)行反洗井,以清洗掉卡點(diǎn)的壓裂砂,有助于管柱從井內(nèi)起出,如遇到砂埋或管柱仍然無法起出,可以繼續(xù)提高管柱上提的噸位,直至管柱從卡點(diǎn)上部最近的防沖蝕免砂卡壓裂滑套處脫開,上面的管柱即可順利起出,然后再通過下入專用打撈工具打撈下面的管柱即可。
本實(shí)用新型防沖蝕免砂卡壓裂滑套的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)是:
1、本實(shí)用新型與油管28串聯(lián)后設(shè)于套管27內(nèi),通過在外殼體2下端連接關(guān)門外筒19,關(guān)門外筒19上開設(shè)與噴嘴21的噴孔22和噴砂主體12的通孔18相對(duì)應(yīng)的開孔20,使壓裂加砂過程中,攜砂液能從油管28依次經(jīng)噴嘴21的噴孔22、噴砂主體12的通孔18和關(guān)門外筒19的開孔20后進(jìn)入油管28和套管27的環(huán)空,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)壓裂和加砂,同時(shí),在反洗過程中,通過上提管柱,使關(guān)門外筒19上行以密封噴嘴21的噴孔22和噴砂主體12的通孔18,保證反洗液能徹底清洗油管28和套管27環(huán)空內(nèi)及其他各管柱內(nèi)的壓裂砂,避免反洗液從各噴孔22串行而造成無法洗凈,有效避免了管柱的砂卡,保證管柱上下行的順暢,安全環(huán)保,施工風(fēng)險(xiǎn)低。
2、本實(shí)用新型通過在噴砂主體12內(nèi)設(shè)置圓臺(tái)狀噴嘴21,沿噴嘴21的圓周方向均勻設(shè)置多個(gè)喇叭口狀的噴孔22,特別的,使噴孔22沿其軸向的截面形狀呈雙曲線形,并使噴孔22的軸向中心線與噴砂主體12的軸向中心線之間具有一夾角,以提高開采井中進(jìn)行壓裂加砂的效率,同時(shí)高速經(jīng)過該噴孔22的攜砂液能減小對(duì)套管27的沖擊,避免噴孔22周圍產(chǎn)生紊流或湍流,降低對(duì)套管壁的犁削,減少套管27的損壞,延長套管27使用壽命,而且在施工過程中,能隨著壓裂砂對(duì)噴嘴21的噴孔22的研磨,使噴嘴21處的截流壓差變小,自動(dòng)降低施工壓力。
3、本實(shí)用新型通過使噴砂主體12的上端卡設(shè)于外殼體2與活塞筒5之間,使壓裂過程中,活塞筒5下行,將噴砂主體12緊密卡設(shè)于外殼體2與活塞筒5之間,同時(shí)通過外殼體2和活塞筒5的上行,剪斷第二剪釘15和第三剪釘16,實(shí)現(xiàn)噴砂主體12和下接頭24的丟手,便于操作,施工風(fēng)險(xiǎn)低。
4、本實(shí)用新型能與封隔器配套使用,結(jié)構(gòu)合理,壓裂效果好,通過外殼體2的外壁上設(shè)置的凹槽14,便于丟手后的打撈,通過活塞筒5上端激光割縫6的設(shè)計(jì),可防止壓裂砂從激光割縫6處進(jìn)入防沖蝕免砂卡壓裂滑套的各零部件的內(nèi)部而阻礙零部件的運(yùn)動(dòng),通過使滑套23采用高強(qiáng)度合金結(jié)構(gòu)鋼、噴嘴21采用硬質(zhì)合金材料,使滑套23和噴嘴21均有較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,能適用于井下的復(fù)雜的高溫高壓環(huán)境。
以上所述僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已,并非對(duì)本實(shí)用新型做任何形式上的限制,雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例表述如上,然而并非用以限定本實(shí)用新型,任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者,在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi),當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例,但凡是未脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的內(nèi)容,依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾,均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。