CN103277063A - 一种切向涡流环空压裂井口装置 - Google Patents
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Abstract
一种切向涡流环空压裂井口装置，由油管头本体、油管短节、顶丝部件、油管悬挂器、采油树、密封垫环、螺栓螺母、平板阀和连接法兰所组成；在油管头本体前后、左右的侧壁上，开有2～4条向内、向下倾斜的旁通道，与上下的主通道成锐角交汇；旁通道的中心线和内出口，均指向油管短节的外圆与主通道内壁之间的环形空间，旁通道的中心线与主通道中心线的偏心距，大于或等于旁通道的半径与油管短节的半径之和。由于旁通道均向下倾斜，并指向油管短节的外圆与主通道内壁之间的环形空间，就使压裂液和压裂砂的冲刷力转变成切向涡流，以达到利用冲击动能、避免冲击摩擦的效果；具有结构设计更合理、流体能量损失少、产品使用寿命长的特点。
Description
技术领域
本发明涉及石油机械，油气井压裂开采设备中的井口装置。
背景技术
国内外现有用于石油、天然气和页岩气压裂开采的井口装置，其油管头本体内：输入压裂液和压裂砂的旁通道，一般都是左右两条、水平布置；旁通道的中心线与上下主通道的中心线习惯性的垂直相交；进入井口装置的压裂液和压裂砂，总是直接冲击位于上下主通道中心处的油管柱，不仅造成重大的压力损失，增加了能源的消耗和浪费；而且在“千方砂、万方液”地持续冲击和磨损下，油管柱壁会很快变薄、断裂，产生设备事故，使压裂作业不能正常进行，给油气田客户造成重大经济损失。去年，本公司申请的《一种组合密封、分向耐磨的压裂开采井口装置》(申请号：201210596464.4)，对压裂开采井口装置采取“向下倾斜的旁通道、使之与上下的主通道成锐角交汇，在油管短节受冲击的部位堆焊硬质合金层”等技术措施，虽能减少压裂液和压裂砂的冲击力，提高产品的使用寿命，但压裂液和压裂砂直接冲击油管柱的主要问题仍未能得到解决。所以，有进一步研发的必要。
发明内容
针对上述的问题，本发明根据流体力学和机械设计原理、结合现有的金属表面强化技术，研制一种结构更合理、使用寿命更长的油气井压裂开采井口装置。
本发明由油管头本体、油管短节、顶丝部件、油管悬挂器、采油树、密封垫环、螺栓螺母、平板阀和连接法兰所组成；其创新之处是：在油管头本体前后、左右的侧壁上，开有2～4条向内、向下倾斜的旁通道，向下倾斜的旁通道均与上下的主通道成锐角交汇，其锐角α在30°～75°之间；2～4条旁通道的中心线和内出口，均对应的指向油管短节的外圆与主通道中间粗的内壁之间的环形空间，其旁通道的中心线与主通道中心线的偏心距e值，大于或等于旁通道的半径与油管短节的半径之和。
由于本发明采用向内、向下倾斜的旁通道，并使旁通道的中心线和内出口，对应的指向油管短节的外圆与主通道中间粗的内壁之间的环形空间；使得高速进入油管头本体内的压裂液和压裂砂，不再直接冲击位于主通道中心的油管短节，只能冲击环形空间内的压裂液，产生切向涡流，从而使原来油管短节所受的冲击摩擦力变成流动摩擦力，大大减轻了摩擦时的压力和摩擦速度，使得油管短节的使用寿命得以提高；冲击力产生的切向涡流，能推动压裂液和压裂砂快速下沉，使得冲击能量得到有效地利用。另外，本发明压裂液和压裂砂的输送管道与旁通道、旁通道与主通道内的环形空间都是直线相通，从而避免了压裂液和压裂砂对油管头本体的直接冲刷，加之本发明在旁通道与主通道的表面、油管短节的表面，均喷涂或堆焊硬质合金保护层，使得压裂井口装置的耐磨性能和使用寿命得到进一步提高。
附图说明
图1是本发明有4条向下倾斜旁通道的实施例局部剖视总体结构示意图；
图2是本发明图1中，油管头本体A-A处4条向下倾斜旁通道的局部旋转剖视、展开示意图；
图3是本发明2条向下倾斜旁通道的实施例局部剖视总体结构示意图；
图4是本发明图3中，油管头本体B-B处2条向下倾斜旁通道的局部旋转剖视、展开示意图。
附图中标号所示的零部件名称如下：
1、油管头本体，1-1、主通道，1-2、旁通道，2、油管短节，3、顶丝部件，4、油管悬挂器，5、采油树，6、密封垫环，7、螺栓螺母，8、平板阀，9、连接法兰。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
本发明由油管头本体(1)、油管短节(2)、顶丝部件(3)、油管悬挂器(4)、采油树(5)、密封垫环(6)、螺栓螺母(7)、平板阀(8)和连接法兰(9)所组成。图1、图2所示的实施例是本发明常用的4条向下倾斜旁通道(1-2)的产品结构，特别适用于大通径、大流量的压裂井口装置。其油管头本体(1)上、下两端是带颈法兰，中间的上半部分是正四棱台、下半部分是底面为正方形的长方体，一条上下细、中间粗的主通道(1-1)，沿主轴线贯穿于上下两端带颈法兰和中间的正四棱台及长方体；在其前后、左右的侧壁上，4条向内、向下倾斜的旁通道(1-2)，分别垂直于正四棱台的4个斜面，与上下的主通道(1-1)成锐角交汇，其锐角α在30°～75°之间；而且，4条旁通道(1-2)的中心线和内出口，均对应的指向油管短节(2)的外圆与主通道(1-1)中间粗的内壁之间的环形空间，使得旁通道(1-2)的中心线与主通道(1-1)的中心线之间均产生一个偏心距e，偏心距e值大于或等于旁通道(1-2)的半径与油管短节(2)的半径之和，从而避免压裂液和压裂砂直接冲击油管头本体(1)内的零部件。在油管头本体(1)上、下两端带颈法兰的结合面上，均加工有垫环槽和均布的螺栓孔，分别用密封垫环(6)和螺栓螺母(7)，与采油树(5)和井口上的套管头相联接；在4个旁通道(1-2)位于正四棱台4个斜面上的进口处，均加工有垫环槽和均布的螺纹孔，用密封垫环(6)和螺栓螺母(7)，固定着4只平板阀(8)和4只连接法兰(9)，用与联接压裂液和压裂砂的输送管道；在主通道(1-1)上方细的阶梯孔内，装有油管悬挂器(4)，用均布在上端带颈法兰圆周上的顶丝部件(3)加以固定；油管悬挂器(4)的下端通过锥形螺纹孔与油管短节(2)的上端联接，油管短节(2)的下端穿过主通道(1-1)，伸出油管头本体(1)外，与井下的油管联接，形成油管柱。油管短节(2)的外圆与主通道(1-1)内壁之间的环形空间，是压裂液和压裂砂进入井下的通道。
图3、图4所示的实施例是本发明的另一种2条向下倾斜旁通道(1-2)的产品结构，适用于小通径的压裂井口装置。其零部件的种类、功能、联接和使用方法，均与图1、图2所示的实施例相同。其不同之处是：油管头本体(1)上、下两端是带颈法兰，中间的上半部分是四棱台、下半部分是底面为长方形的长方体，2条向内、向下倾斜的旁通道(1-2)分别垂直于四棱台左右两侧的斜面，并与上下的主通道(1-1)成锐角交汇，其锐角α也在30°～75°之间；而且，2条旁通道(1-2)的中心线和内出口，也都对应的指向油管短节(2)的外圆与主通道(1-1)中间粗的内壁之间的环形空间，旁通道(1-2)的中心线与主通道(1-1)中心线之间的偏心距e值，同样大于或等于旁通道(1-2)的半径与油管短节(2)的半径之和。在2个旁通道(1-2)位于四棱台左右两侧斜面上的进口处，均加工有垫环槽和均布的螺纹孔，用密封垫环(6)和螺栓螺母(7)，固定着2只平板阀(8)和2只连接法兰(9)，用与压裂液和压裂砂的输送管道相联接。
为了提高油管头本体(1)的耐压性能，本发明的油管头本体(1)采用35CrMo的合金材料，经过反复锻造后加工成形，其锻造比大于或等于3∶1。为了提高油管头本体(1)的耐磨性能，本发明在其主通道(1-1)中间粗和下方细的部分、以及所有的旁通道(1-2)的内表面，均喷涂有碳化钨保护层，保护层的厚度为0.1mm～0.3mm。
油管短节(2)是本发明中的最易损坏的关键零件。为了提高其强度和耐磨损性能，本发明的油管短节(2)，采用37Mn5V的合金材料制造，在其外圆表面堆焊有Ni6O硬质合金层，其硬质合金层的厚度为1mm～3mm。
Claims (6)
1.一种切向涡流环空压裂井口装置，由油管头本体、油管短节、顶丝部件、油管悬挂器、采油树、密封垫环、螺栓螺母、平板阀和连接法兰所组成；其特征是：在油管头本体(1)前后、左右的侧壁上，开有2～4条向内、向下倾斜的旁通道(1-2)，向下倾斜的旁通道(1-2)均与上下的主通道(1-1)成锐角交汇，其锐角α在30°～75°之间；2～4条旁通道(1-2)的中心线和内出口，均对应的指向油管短节(2)的外圆与主通道(1-1)中间粗的内壁之间的环形空间；其旁通道(1-2)的中心线与主通道(1-1)中心线的偏心距e值，大于或等于旁通道(1-2)的半径与油管短节(2)的半径之和。
2.根据权利要求1所述的切向涡流环空压裂井口装置，在采用4条向下倾斜的旁通道(1-2)结构时，其特征是：油管头本体(1)上、下两端是带颈法兰，中间的上半部分是正四棱台、下半部分是底面为正方形的长方体，一条上下细、中间粗的主通道(1-1)，沿主轴线贯穿于上下两端带颈法兰和中间的正四棱台及长方体；在其前后、左右的侧壁上，4条向内、向下倾斜的旁通道(1-2)分别垂直于正四棱台的4个斜面。
3.根据权利要求1所述的切向涡流环空压裂井口装置，在采用2条向下倾斜的旁通道(1-2)结构时，其特征是：油管头本体(1)上、下两端是带颈法兰，中间的上半部分是四棱台、下半部分是底面为长方形的长方体，2条向内、向下倾斜的旁通道(1-2)分别垂直于四棱台左右两侧的斜面。
4.根据权利要求1所述的切向涡流环空压裂井口装置，其特征是：油管头本体(1)采用35CrMo的合金材料，经过反复锻造后加工成形，其锻造比大于或等于3：1。
5.根据权利要求1所述的切向涡流环空压裂井口装置，其特征是：在油管头本体(1)的主通道(1-1)中间粗和下方细的部分，以及所有的旁通道(1-2)的内表面，均喷涂有碳化钨保护层，保护层的厚度为0.1mm～0.3mm。
6.根据权利要求1所述的切向涡流环空压裂间井口装置，其特征是：安装在油管头本体(1)内的油管短节(2)，采用37Mn5V的合金材料制造，在其外圆表面堆焊有Ni6O硬质合金层，其硬质合金层的厚度为1mm～3mm。
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| CN 201310218799 CN103277063A (zh) | 2013-05-31 | 2013-05-31 | 一种切向涡流环空压裂井口装置 |
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|---|---|
| CN (1) | CN103277063A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105735931A (zh) * | 2014-12-11 | 2016-07-06 | 中国石油天然气股份有限公司 | 双管热采井口装置及其双管四通 |
| CN106812515A (zh) * | 2015-12-02 | 2017-06-09 | 中国石油天然气股份有限公司 | 用于连续油管分段压裂的组件 |
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2013
- 2013-05-31 CN CN 201310218799 patent/CN103277063A/zh active Pending
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130904 |