CN101994493A - 油气井用复合射孔动态降压装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油气井用复合射孔动态降压装置，由主接头、泄压腔(100)、辅助接头及下接头(110)依次连接组装而成，其中的辅助接头和泄压腔数量分别为若干个，并交替连接；所述主接头由上接头(10)、一级撞击杆(20)、过渡接头(30)、二级撞击杆(40)、剪切环(50)装配而成，第一辅助接头由开孔中接(60)、活塞(70)、剪切环(50)装配而成，其余辅助接头由开孔中接(60)、活塞(70)、三级撞击杆(80)、剪切环(50)、扶正盘(90)装配而成；射孔器内爆轰压力推动各级撞击杆及活塞下行，活塞上通孔与开孔中接上的通孔相通，井筒内液体通过通孔进入泄压腔内部，实现井筒内压力瞬时降低，从而进一步提高了近射孔孔道区域内压实带的渗透率。

Description

油气井用复合射孔动态降压装置 

技术领域：

本发明是一种应用于油田射孔工艺技术领域中进行油气井射孔完井作业时协同使用的降压装置。 

背景技术：

油田上套管井必须进行射孔，流体才能从地层中流出或注入。复合射孔是射孔高能气体压裂复合工艺技术的简称。高能气体压裂技术是利用火药推进剂在井下燃烧产生的高能气体进入射孔孔眼，并对地层进行脉冲加载，对地层近井区域产生机械、物理、化学和热力学作用，使近井地层形成多条径向裂缝，从而有效解除近井地层污染，提高井筒附近导流能力。将射孔与高能气体压裂两项技术结合使用，效果明显。 

由于射孔弹在射孔造缝过程中，同时粉碎了地层中的岩石颗粒，破碎的岩石颗粒运移，就会造成近射孔孔道压实带的渗透率大大降低。为减小岩石碎屑及爆炸残留物对射孔造成的污染，提高射孔效果，油田多采用负压射孔技术来降低射孔造成的损害。 

负压射孔技术是人为的建立一个相邻地层与井筒内的静态压力差。采用降低井筒内液面高度的方法，使地层压力大于井筒内压力。射孔后近井眼空间压力降低导致发生泄流，将部分射孔残留物带出射孔孔道，从而减小射孔污染。 

通过实验表明，单纯的静态负压并不一定确保得到清洁的射孔孔眼，实际上控制射孔清洁程度的因素，是射孔弹起爆后随即引起的井眼内瞬间压力波动，而非初始压差，因此需研发动态负压工艺及配套装置。 

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是提供一种动态负压与复合射孔联合作业的配套装置。 

为解决现有技术中的技术问题，本发明的技术解决方案是该油气井用复合射孔动态降压装置由主接头、泄压腔、辅助接头及下接头依次连接组装而成， 其中的辅助接头和泄压腔数量分别为若干个，并交替连接。 

所述主接头由上接头、一级撞击杆、过渡接头、二级撞击杆、剪切环及剪切销装配而成，其中上接头的结构和形状呈上下开口的圆筒状，圆筒内部的中空部分从上到下为三阶圆柱状，外筒壁上部车有外螺纹、”O”圈槽，上接头通过外螺纹与射孔器尾端的内螺纹固定密封连接；内筒壁下部车有内螺纹，上接头通过该内螺纹与过渡接头上部的外螺纹固定连接。 

一级撞击杆包括头部和杆部，头部和杆部均呈圆柱状，其直径分别与上接头内部第一及第二阶圆柱孔的直径相应，在头部侧面设有“O”圈槽，一级撞击杆插入上接头内部，头顶部与上接头的顶部持平，杆底部插入第二撞击杆的盲孔内。 

过渡接头的结构和形状为内部有两阶通孔的圆柱状，外侧壁上下对称车有外螺纹及凹槽，外侧壁中部设有凸台，从上向下过渡接头内部的第一阶通孔的直径与剪切环的外径相应，第二阶通孔的直径与第二撞击杆的上部直径相等。 

二级撞击杆的结构和形状为二阶圆柱形结构，上部直径与过渡接头的第二阶通孔的内径相应，下部直径稍小；上端外侧壁上加工有销钉槽，上端表面中部加工有盲孔。 

剪切环的结构及形状为圆环形，在外环的侧壁上开有销钉槽，剪切环、二级撞击杆依次插入过渡接头内，用销钉将二者固定连接。 

所述第一辅助接头开孔中接、活塞、剪切环及剪切销装配而成，其余辅助接头由开孔中接、活塞、三级撞击杆、剪切环及剪切销、扶正盘装配而成； 

其中开孔中接的结构和形状呈上下开口的圆筒状，外筒壁上、下分别车有外螺纹及“O”圈槽，开孔中接与泄压腔螺纹固定密封连接；外筒壁中部沿圆周开有多个通孔，并且外筒壁中部向外方向壁厚加厚，形成凸台，“筒”内为三阶圆柱状，中部直径与活塞的外径相应，上、下部直径相等，与扶正盘或剪切环的外径相应。 

活塞的结构和形状为顶部敞口的二阶圆柱形：上部外径较小，与剪切环的内径相应，并在侧壁上设有销钉槽，活塞与剪切环通过销钉固定连接；下部外 径与开孔中接中部内径相应，侧壁上设有”O”圈槽，活塞插入开孔中接中，二者紧密配合。 

三级撞击杆为圆杆状，其直径与扶正盘的内径相应，位于两活塞之间；剪切环与剪切销的结构、形状及规格与剪切环、剪切销相同；扶正盘为环形结构，外侧面与开孔中接内壁配合，内侧面与三级撞击杆配合。 

所述泄压腔的结构和形状为圆筒状，筒内壁两端分别加工有内螺纹及密封面，两端的内螺纹分别与上下两个开孔中接的外螺纹固定连接。 

所述下接头的结构和形状为两阶圆柱形，上端加工有外螺纹及“O”圈槽，与泄压腔下部的内螺纹紧密固定连接，下端形成凸台结构。 

本发明的技术效果是：(1)动态负压工艺是复合射孔工艺的延伸与加强，该装置在复合射孔压裂弹产生的压力作用一定时间后打开泄压孔，实现动态负压；(2)有效配合了动态负压工艺与复合射孔技术的联合作业，提高了近射孔孔道区域渗透率。 

附图说明：

图1是本发明中上接头的剖视图； 

图2是本发明中第一撞击杆的剖视图； 

图3是本发明中过渡接头的剖视图； 

图4是本发明中二级撞击杆的剖视图； 

图5是本发明中剪切环与剪切销装配图； 

图6是本发明中开孔中接的剖视图； 

图7是本发明中活塞的剖视图； 

图8是本发明中泄压腔的剖视图； 

图9是本发明中下接头的剖视图； 

图10是本发明的结构示意图。 

图中：10上接头，11上接头的第一阶圆柱孔，12上接头的第二圆柱孔，13上接头的第三圆柱孔，14上接头上部外螺纹，15上接头外侧壁上的凹槽，16上接头下部内螺纹； 

20一级撞击杆，21一级撞击杆的头部，22一级撞击杆的杆部，23一级撞击杆头部侧面的凹槽； 

30过渡接头，31过渡接头上部外螺纹，32侧壁凹槽，33过渡接头外壁上凸台，34过渡接头内部第一阶圆柱孔，35过渡接头内部第二阶圆柱孔； 

40第二撞击杆，41第二撞击杆外侧壁上销钉槽，42第二撞击杆上表面盲孔； 

50剪切环； 

60开孔中接，61开孔中接外侧壁上外螺纹，开孔中接外侧壁上“O”圈槽，63开孔中接中部通孔，64开孔中接外侧壁上凸台； 

70活塞，71活塞侧壁上销钉槽，72活塞侧壁上“O”圈槽； 

80三级撞击杆； 

90扶正盘； 

100泄压腔，101泄压腔内螺纹，102泄压腔内密封面； 

110下接头，111下接头内侧壁外螺纹，112下接头外侧壁凸台。 

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明。 

图10为本发明的结构示意图，如图所示，油气井用复合射孔动态降压装置由主接头、泄压腔100、辅助接头及下接头110依次连接组装而成，其中的辅助接头和泄压腔100数量分别为若干个，并交替连接。 

所述主接头由上接头10、一级撞击杆20、过渡接头30、二级撞击杆40、剪切环及剪切销50装配而成，具体的结构、形状及连接方式如下： 

其中上接头10的结构和形状如图1所示呈上下开口的圆筒状，圆筒内部的中空部分从上到下为三阶圆柱状，结合图10所示，其中第一阶圆柱孔11的直径与一级撞击杆20的头部21的直径相应，第二阶圆柱孔12的直径与一级撞击杆20的杆部21直径相应，第三阶圆柱孔13的直径与过渡接头30上部分直径相应；外筒壁上部车有外螺纹14，外螺纹14下方设有”O”圈槽15，套上“O”形圈后，上接头10通过外螺纹14与射孔器尾端的内螺纹固定密封连接；内筒壁下部车有内螺纹16，该内螺纹16与过渡接头30上部的外螺纹31 固定连接。 

一级撞击杆20的结构和形状如图2所示包括头部21和杆部22，头部21和杆部22均呈圆柱状，其直径分别与上接头内部第一及第二阶圆柱孔的直径相应，在头部21侧面设有“O”圈槽23，结合图10所示，“O”圈槽内部套上“O”形圈后，将一级撞击杆20插入上接头10内部，因为有“O”形圈的作用，一级撞击杆头部21与上接头10内部紧密配合，一级撞击杆20的头顶部与上接头10的顶部持平，杆底部插入第二撞击杆40的盲孔42内。 

过渡接头30的结构和形状如图3所示为内部有两阶通孔的圆柱状，外侧壁上下对称车有外螺纹31及凹槽32，外侧壁中部设有凸台33，结合图10所示，该凸台33用于支撑上接头10，过渡接头30从上向下内部的第一阶通孔34的直径与剪切环50的外径相应，第二阶通孔35的直径与第二撞击杆40的上部直径相等，凹槽32内套上“O”型圈后过渡接头上部外螺纹31与上接头10的下部内螺纹16固定密封连接。 

二级撞击杆40的结构和形状如图4所示为二阶圆柱形结构，上部直径与活塞50的内径或过渡接头30的第二阶通孔35的内径相应，下部直径较小，变径处有倒角；上端外侧壁上加工有销钉槽41，上端表面中部加工有盲孔42，该盲孔42与一级撞击杆20杆端部配合；下端有倒角。 

剪切环50与剪切销的结构及形状见图5，剪切环为圆环形，在外环的侧壁上开有销钉槽，结合图10所示，剪切环50、二级撞击杆40依次插入过渡接头30内，销钉分别插入二级撞击杆侧壁上的销钉槽41与剪切环50侧壁上的销钉槽，从而将二者固定连接起来。 

所述辅助接头由开孔中接60、活塞70、三级撞击杆80、剪切环及剪切销、扶正盘90装配而成，但第一个辅助接头不装配三级撞击杆80和扶正盘90，具体各部件的结构、形状及连接方式如下： 

其中开孔中接60的结构和形状如图6所示呈上下开口的圆筒状，外筒壁上、下分别车有外螺纹61及“O”圈槽62，套上“O”形圈后开孔中接的外筒壁上部外螺纹61与泄压腔下部内螺纹101固定密封连接；外筒壁中部沿圆周开有多个通孔63，并且外筒壁中部向外方向壁厚加厚，形成凸台64，该凸台 64用于支撑上部各部件的重量；“筒”内为三阶圆柱状，中部直径略小，其直径与活塞的外径相应，上、下部直径相等，与扶正盘90或剪切环的外径相应。活塞70的结构和形状如图7所示为顶部敞口的二阶圆柱形：上部外径较小，与剪切环的内径相应，并在侧壁上设有销钉槽71，结合图10所示，活塞70通过该销钉槽71与套在其外面的剪切环通过销钉固定连接；下部外径与开孔中接中部内径相应，侧壁上设有两组”O”圈槽72，套上“O”型圈后，活塞70插入开孔中接中，二者紧密配合。 

如图10所示，三级撞击杆80为圆杆状，其直径与扶正盘90的内径相应，位于两活塞之间；剪切环与剪切销的结构、形状及规格与剪切环、剪切销相同；扶正盘90为环形结构，外侧面与开孔中接内壁配合，内侧面与三级撞击杆80配合，目的是固定三级撞击杆80，起到稳定撞击杆的作用。 

所述泄压腔100的结构和形状见图8为圆筒状，筒内壁两端分别加工有内螺纹101及密封面102，两端的内螺纹101分别与上下两个开孔中接60的外螺纹61固定连接，起到提供泄压空间、吸收能量的作用。 

所述下接头110的结构和形状如图9所示为两阶圆柱形，上端加工有外螺纹111及“O”圈槽112，套上“O”形圈后与泄压腔下部的内螺纹101紧密固定连接，下端形成凸台113结构，该凸台113可支撑泄压腔的筒壁。 

该装置安装在射孔器下端。射孔器内爆轰压力推动一级撞击杆20撞击二级撞击杆40，剪切环上的剪切销断裂，推动二级撞击杆40下行，继续撞击活塞70和三级撞击杆80，三级撞击杆80撞击下一个活塞70，此时井筒内液体通过开孔中接60中部的孔眼63进入泄压腔100内部，使井筒内压力瞬时降低。撞击杆的运行时间通过撞击杆下落行程的长短进行控制(复合射孔效果的持续时间一般在20ms左右)，起到了对降压装置的延时控制。这样既保证了复合射孔效果，又起到了动态负压解除射孔孔道污染的作用。反向回流使复合射孔形成的压实带微裂缝、射孔孔道得到充分洗刷，从而进一步提高了近射孔孔道区域内压实带的渗透率。 

Claims (1)

1.一种油气井用复合射孔动态降压装置，由主接头、泄压腔(100)、辅助接头及下接头(110)依次连接组装而成，其中的辅助接头和泄压腔数量分别为若干个，并交替连接；

所述主接头由上接头(10)、一级撞击杆(20)、过渡接头(30)、二级撞击杆(40)、剪切环(50)装配而成，其中上接头(10)的结构和形状呈上下开口的圆筒状，圆筒内部的中空部分从上到下为三阶圆柱状，外筒壁上部车有外螺纹(14)、”O”圈槽(12)，上接头(10)通过外螺纹(14)与射孔器尾端的内螺纹固定密封连接；内筒壁下部车有内螺纹(16)，上接头(10)通过该内螺纹(16)与过渡接头(30)上部的外螺纹固定连接(31)；

一级撞击杆(20)包括头部(21)和杆部(22)，头部和杆部均呈圆柱状，其直径分别与上接头(10)内部第一及第二阶圆柱孔的直径相应，在头部侧面设有“O”圈槽(23)，一级撞击杆(20)插入上接头内部，头顶部与上接头的顶部持平，杆底部插入第二撞击杆(40)的盲孔(42)内；

过渡接头(30)的结构和形状为内部有两阶通孔的圆柱状，外侧壁上下对称车有外螺纹(31)及凹槽(32)，外侧壁中部设有凸台(33)；

二级撞击杆(40)的结构和形状为二阶圆柱形结构，上部直径与过渡接头的第二阶通孔的内径相应，下部直径稍小；上端外侧壁上加工有销钉槽(41)，上端表面中部加工有盲孔(42)；

剪切环(50)的结构及形状为圆环形，在外环的侧壁上开有销钉槽，剪切环(50)、二级撞击杆(40)依次插入过渡接头(30)内，并用销钉将二者固定连接；

所述第一辅助接头由开孔中接(60)、活塞(70)、剪切环(50)装配而成，其余辅助接头由开孔中接(60)、活塞(70)、三级撞击杆(80)、剪切环(50)、扶正盘(90)装配而成；其中开孔中接(60)的结构和形状呈上下开口的圆筒状，外筒壁上、下分别车有外螺纹(61)及“O”圈槽(62)，开孔中接(60)与泄压腔(100)螺纹固定密封连接；外筒壁中部沿圆周开有多个通孔(63)，并且外筒壁中部形成凸台(64)，“筒”内为三阶圆柱状；

活塞(70)的结构和形状为顶部敞口的二阶圆柱形：上部外径与剪切环(50)的内径相应，侧壁上设有销钉槽(71)及”O”圈槽(72)，活塞(70)与剪切环(50)通过销钉固定连接；活塞(70)插入开孔中接(60)中；

三级撞击杆(80)为圆杆状，其直径与扶正盘(90)的内径相应，位于两活塞之间；扶正盘(90)为环形结构，外侧面与开孔中接(60)内壁配合，内侧面与三级撞击杆(40)配合；

所述泄压腔(100)的结构和形状为圆筒状，筒内壁两端分别加工有内螺纹(101)及密封面(102)，两端的内螺纹(101)分别与上下两个开孔中接(60)的外螺纹(61)固定连接；

所述下接头(110)的结构和形状为两阶圆柱形，上端加工有外螺纹(111)及“O”圈槽(112)，与泄压腔(100)下部的内螺纹(101)紧密固定连接，下端形成凸台(113)结构。

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