CN102226391B - 一种基于水力喷射压裂防涡流冲蚀阀的防冲蚀系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油田设备，特别是改善近井地带的渗流能力的一种基于水力喷射压裂防涡流冲蚀阀的防冲蚀系统，包括油管，在油管内依次设置的水力喷射器、封隔器和单流阀，其特征在于：水力喷射器上端连接第一防冲蚀管，水力喷射器下端连接第二防冲蚀管，第二防冲蚀管下端连接防涡流冲蚀阀，防涡流冲蚀阀下端与封隔器和单流阀依次连接；所述第一防冲蚀管和第二防冲蚀管内部均涂衬有耐磨材料；所述第一防冲蚀管和第二防冲蚀管均为钢级为P110的油管短节；所述第一防冲蚀管和第二防冲蚀管长度均为1至2米。它提供了一种适应砂液流速大、不受液流方向影响、抗冲蚀能力强、工艺性好的喷射压裂防涡流冲蚀阀和防冲蚀系统。

Description

一种基于水力喷射压裂防涡流冲蚀阀的防冲蚀系统

技术领域

本发明涉及油田设备，特别是改善近井地带的渗流能力的一种基于水力喷射压裂防涡流冲蚀阀的防冲蚀系统。

背景技术

水力喷射分层压裂工艺技术是近年来，国内外发展起来的一项新的压裂酸化工艺技术，其主要优点是将喷砂射孔和水力压裂工艺有机的结合起来，避免了射孔弹射孔对地层造成的污染，减少了施工工序；施工中砂液是在一定的节流压力下，以很高的流速喷向已射开井筒的层位，冲蚀和扩大了施工孔眼，并具有一定的深度，特别对改善近井地带的渗流能力具有很大的作用，其施工效果要比常规压裂施工显著，因此，在各大油田得以推广应用。该项技术目前常用于水平井的压裂改造之中。

该工艺技术在施工中会出现水力喷枪到下封隔器之间的这个管段发生严重冲蚀的问题，当管柱起出井外时，发现这部份管段及封隔器已被砂液刺出不同深度的沟槽，个别井上发现封隔器和管柱已刺穿。其造成的结果为达不到分层压裂的工艺要求；管柱严重受损，有将其拉断，掉入井内造成工具落井的事故风险。

参见图1，该图说明了水力喷射压裂施工管柱的结构，在水力喷枪与单流阀之间的管段上形成的涡流作用，将这段管柱冲蚀破坏，严重影响该工艺实施施工关键部位。现有技术中该该段油管被冲蚀的机理为：

1、流速大：常规水力压力施工的排量为1.8-2.4方/分,对于直径为2⁷/₈″的油管,其内径为62mm,在管柱内形成的砂液流速可达到10-13米/秒。因此，砂液的动惯量也很大，在这么大的流速下，砂液不可能由垂直流动直接变为水平流动，必然在喷枪下部的管柱内形成很强的紊流效应后，才能从水平方向喷出。现场的实际应用充分证明了这一点。

2、液流的入口方向和出口方向垂直：要让液流改变其流动方向必须要给液流施加一定的力，而这个力只有靠管柱低部和管壁去承担。这样就给施工管柱造成一定的砂液冲蚀磨损。冲蚀磨损最严重的部位就在水力喷枪与底部之间的这个管段，而这部分管段就是进行水力喷射压裂的关键之所在。它的适用性直接决定了水力喷射压裂的成败。

3、常规施工油管其钢级为N-80，其抗冲蚀能力不强，只能满足常规的水力压裂施工。

4、封隔器的壳体也是由45结构钢制做，其抗冲蚀能力差；其主体是由橡胶制成的，抗冲蚀能力更差。

因此需要一种技术解决水力喷射压裂施工时，水力喷枪到封隔器这一管段被水力冲蚀的问题，确保水力喷射压裂施工的安全性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种适应砂液流速大、不受液流方向影响、抗冲蚀能力强、工艺性好的喷射压裂防涡流冲蚀阀和防冲蚀系统。

本发明的技术方案为：一种基于水力喷射压裂防涡流冲蚀阀的防冲蚀系统，包括油管，在油管内依次设置的水力喷射器、封隔器和单流阀，其特征在于：水力喷射器上端连接第一防冲蚀管，水力喷射器下端连接第二防冲蚀管，第二防冲蚀管下端连接防涡流冲蚀阀，防涡流冲蚀阀下端与封隔器和单流阀依次连接。

所述第一防冲蚀管和第二防冲蚀管内部均涂衬有耐磨材料。

所述第一防冲蚀管和第二防冲蚀管均为钢级为P110的油管短节。

所述第一防冲蚀管和第二防冲蚀管长度均为1至2米。

所述的水力喷射器上、下端分别采用锥管螺纹连接第一防冲蚀管和第二防冲蚀管，第二防冲蚀管的下部采用锥管螺纹连接防涡流冲蚀阀，防涡流冲蚀阀的下端采用锥管螺纹与油管短节相连，封隔器的下端通过锥管螺纹与单流阀连接。

所述的防涡流冲蚀阀包括上接头、下接头、阀芯、防冲蚀单元、密封圈、弹簧和压帽；上接头与下接头通过螺纹连接为一体，上接头与下接头之间有密封圈密封，下接头上设置有防冲蚀单元，在下接头内有阀座，阀芯、弹簧和压帽在阀座内连接为一体，压帽在阀芯一端，弹簧套在压帽和阀芯之间的阀芯杆上，使阀座、阀芯、压帽和弹簧形成一个单流阀；阀芯与阀座的材质为硬质合金；硬质合金为35CrMo合金钢。

所述防冲蚀单元为镶嵌在下接头内的阀座和/或镶嵌在上接头和下接头连接处的防磨套，防磨套的材质为硬质合金。

所述阀座设有径向槽，径向槽均匀分布在阀座内，径向槽沿轴以45度分布。

所述上接头和下接头有防松顶丝。

本发明的技术效果为：

1、采用防冲蚀管解决了在水力喷枪与底部管柱之间的冲蚀磨损最严重的管段。

2、将水力喷射压裂时所形成的紊流液体，阻挡在本发明即防涡流冲蚀阀以上的管柱内，对下部的管柱进行保护，且具有单向阀作用和向下部导压的功能。将解决管柱底端的冲蚀问题，且具有单流阀的作用。

3、因阀与座之间没有密封件，具有一定的传压、导压作用，可使下部的封隔器内外形成压差，达到使封隔器坐封的要求。

附图说明

下面结合实施例附图对本发明做进一步说明：

图1为现有技术水力喷射压裂装置结构示意图；

图2为本发明水力喷射压裂防涡流冲蚀阀的结构原理说明图；

    图3为图2沿A—A向的剖视图；

图4为本发明防冲蚀单元连接示意图。

图中标记如下：

1、上接头；2、下接头；3、阀芯；4、阀座；5、防磨套；6、密封圈；7、弹簧；8、防松顶丝；9、压帽；10、油管；11、水力喷射器；12、第一防冲蚀管；13、第二防冲蚀管；14、第二施工层位；15、防冲蚀阀；16、封隔器；17、单流阀；18、第一施工层位；19、套管；20、径向槽；21、油管短节。

具体实施方式

本发明属于石油天然气行业，井下作业的水力喷射压裂施工工艺技术之中，用于解决水力喷射压裂工艺技术中，含砂液流对喷枪和封隔器之间管柱的冲蚀作用。

参见图4，本发明所涉及的一种基于水力喷射压裂防涡流冲蚀阀的防冲蚀装置，包括油管10，在油管10内依次设置的水力喷射器11、封隔器16和单流阀17，其特征在于：水力喷射器11上端连接第一防冲蚀管12，水力喷射器11下端连接第二防冲蚀管13，第二防冲蚀管13下端连接防涡流冲蚀阀15，防涡流冲蚀阀15下端与封隔器16和单流阀17依次连接。

第一防冲蚀管12和第二防冲蚀管13内部均通过现有的成熟的工艺技术涂衬有耐磨材料，如英国贝尔左拉公司生产的耐磨陶瓷粘合剂。

所述第一防冲蚀管12和第二防冲蚀管13均为钢级为P110的油管短节，具有常规油管的抗压和抗拉强度。

所述第一防冲蚀管12和第二防冲蚀管13长度均为1至2米。

水力喷射器11上、下端分别采用锥管螺纹连接第一防冲蚀管12和第二防冲蚀管13，解决水力喷射器11与防冲蚀阀15之间的管柱内壁防冲蚀问题，第二防冲蚀管13的下部采用锥管螺纹连接防涡流冲蚀阀15，防涡流冲蚀阀15的下端采用锥管螺纹与油管短节21相连，封隔器16的下端通过锥管螺纹与单流阀17连接。

参见图4的防冲蚀单元：各施工工具均采用锥管螺纹进行连接，其各部位的连接顺序为：

油管10—第一防冲蚀管12—水力喷射器11—第二防冲蚀管13—防冲蚀阀15—封隔器16—单流阀17。

在水力喷射压裂施工时，阀芯3、弹簧7和压帽9安装在阀座4上，形成一个单流阀。在油管内进行注入砂液施工时，阀芯3和阀座4在弹簧7的弹力作用下，起到单流阀的作用，将施工形成的紊流砂液阻挡在阀芯3上部的管中，起到保护防冲蚀15下部管柱的作用。

当从环空内注入，油管内返出井外，进行反循环时，液流从环空通过单流阀17进入封隔器16，再进入防冲蚀阀15，阀芯3在液流的作用下，压缩弹簧7，使阀芯3阀离开阀座4，液流通过导流槽20进入到阀芯3的上部，从油管内流出井外，起到反循环的作用。

阀芯3和阀座4，由于都采用硬质耐磨合金加工，两者的接触面加工精度低，因此，不具有密封作用，阀芯3的上下压力相等，且等于水力喷射器的节流压力；这个压力就足以让封隔器16产生压差，达到坐封的要求，起到封隔已施工过的第一施工层位18起到分层水力喷射压裂施工的作用。连接在封隔器16下部的单流阀17，起到密封的单流阀作用，不让管柱内的高压砂液从管柱最下端流出套管内，达到水力喷射的工艺要求。从而解决了管柱底端的冲蚀问题。

参见图2及图3，本发明中水力喷射压裂防涡流冲蚀阀的结构如下：

包括上接头1、下接头2、设有径向槽20的阀芯3、防冲蚀单元、密封圈6、弹簧7和压帽9；上接头1与下接头2连接为一体，其间设有密封圈6，下接头2上设置有防冲蚀单元，阀芯3、弹簧7和压帽9安装在阀座4上，形成一个单流阀；阀芯3与阀座4的材质为硬质合金。

所述防冲蚀单元为镶嵌在下接头2的阀座4和/或镶嵌在上接头1和下接头2连接处的防磨套5，防磨套5的材质为硬质合金。

为防上接头1和下接头2松动，还可包括防松顶丝8，且上接头1和下接头2上各加工有用于安装防松顶丝8的防松螺孔。

所述上接头1和下接头2可采用螺纹连接，

硬质合金具有很强的抗冲蚀能力，该加工制做技术已是一种成熟的工艺技术，其材质具体可为35CrMo合金钢。

上述的密封圈6为了防高压液体泄漏；阀座4与防磨套5作用相同，均是为了防止上接头1和下接头2连接部位被冲蚀；阀芯3、弹簧7和压帽9安装在阀座4上，所形成的一个单流阀在施工时，可以起到反循环的作用。反循环用以冲出油管内因施工残余砂，防止起动管柱时，砂子堵住油管内通径，使封隔器内外形成压差，造成卡钻事故发生。

将上述本发明所涉及的防冲蚀单元下入井内，即可进行正常的水力喷射压裂施工作业。解决水力喷枪与下封隔器之间的管柱内表面和底部单流阀的耐冲蚀问题，并且使原管柱所具有的反循环功能不变。

Claims (3)

1.一种基于水力喷射压裂防涡流冲蚀阀的防冲蚀系统，包括油管（10），在油管（10）内依次设置的水力喷射器（11）、封隔器（16）和单流阀（17），其特征在于：水力喷射器（11）上端连接第一防冲蚀管（12），水力喷射器（11）下端连接第二防冲蚀管（13），第二防冲蚀管（13）下端连接防涡流冲蚀阀（15），防涡流冲蚀阀（15）下端与封隔器（16）和单流阀（17）依次连接；所述的防涡流冲蚀阀（15）包括上接头（1）、下接头（2）、阀芯（3）、防冲蚀单元、密封圈（6）、弹簧（7）和压帽（9）；上接头（1）与下接头（2）通过螺纹连接为一体，上接头（1）与下接头（2）之间有密封圈（6）密封，下接头（2）上设置有防冲蚀单元，在下接头（2）内有阀座（4），阀芯（3）、弹簧（7）和压帽（9）在阀座（4）内连接为一体，压帽（9）在阀芯（3）一端，弹簧（7）套在压帽（9）和阀芯（3）之间的阀芯杆上，使阀座（4）、阀芯（3）、压帽（9）和弹簧（7）形成一个单流阀；阀芯（3）与阀座（4）的材质为硬质合金，硬质合金为35CrMo合金钢；所述第一防冲蚀管（12）和第二防冲蚀管（13）内部均涂衬有耐磨材料；所述的水力喷射器（11）上、下端分别采用锥管螺纹连接第一防冲蚀管（12）和第二防冲蚀管（13），第二防冲蚀管（13）的下部采用锥管螺纹连接防涡流冲蚀阀（15），防涡流冲蚀阀（15）的下端采用锥管螺纹与油管短节（21）相连，封隔器（16）的下端通过锥管螺纹与单流阀（17）连接；所述防冲蚀单元为镶嵌在下接头（2）内的阀座（4）和/或镶嵌在上接头（1）和下接头（2）连接处的防磨套（5），防磨套（5）的材质为硬质合金；所述阀座（4）设有径向槽（20），径向槽（20）均匀分布在阀座（4）内，径向槽（20）沿轴以45度分布；所述上接头（1）和下接头（2）有防松顶丝（8）。

2.根据权利要求1所述的一种基于水力喷射压裂防涡流冲蚀阀的防冲蚀系统，其特征在于：所述第一防冲蚀管（12）和第二防冲蚀管（13）均为钢级为P110的油管短节。

3.根据权利要求1所述的一种基于水力喷射压裂防涡流冲蚀阀的防冲蚀系统，其特征在于：所述第一防冲蚀管（12）和第二防冲蚀管（13）长度均为1至2米。

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