CN104895544A - 一种井下实时混砂器 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及一种井下实时混砂器，所述混砂器为圆筒体，该圆筒体的中心孔至上而下分别为第一段中心孔、第二段中心孔、第三段中心孔、第四段中心孔，所述第一段中心孔、第二段中心孔、第三段中心孔、第四段中心孔均为圆柱形通孔；第三段中心孔内壁沿切线方向周向均匀分布4-8个长槽形旋流通孔。本发明井下实时混砂器颠覆了传统的地面砂浓度控制技术，使得压裂时在井下实时控制砂浓度成为现实；而井下实时控制砂浓度有利于避免井筒砂堵和压裂管柱砂卡，使得压裂施工更加安全；同时，井下实时控制砂浓度有利于脉冲式加砂压裂，有助于压裂时产生缝网，扩大压裂改造体积，提高压裂增产效果。

Description

一种井下实时混砂器

技术领域

本发明具体涉及一种井下实时混砂器，适用于加砂压裂时调整砂浓度，特别是需要频繁的实时调整井下砂浓度的压裂工艺。

背景技术

现有技术中，压裂砂浓度的控制方法是：通过地面混砂车将砂浓度控制好，再经过压裂泵车、油管（或井筒）将一定砂浓度的携砂液压入地层。当需要调整砂浓度时，只能先通过地面混砂车将新的砂浓度调整好，再经由压裂泵、油管（或井筒）输送到地层。

由于地面压裂管线以及油管（或井筒）的容量有几十方（具体容量与井深及管柱内径有关），调整后的砂浓度只有将调整前的几十方砂浓度的压裂液全部挤进地层，调整后砂浓度才能到达地层，可以看出调整一次砂浓度需要几分钟至几十分钟的时间。对于需要立即调整砂浓度的场合（如出现砂堵迹象时、或工艺要求立即调整砂浓度时等等），现有的压裂砂浓度技术无疑是无能为力的。

发明内容

本发明的目的是克服现有砂浓度控制工艺的时间太长，不能进行实时控制的问题。

为此，本发明提供了一种井下实时混砂器，所述混砂器为圆筒体，该圆筒体的中心孔至上而下分别为第一段中心孔、第二段中心孔、第三段中心孔、第四段中心孔，所述第一段中心孔、第二段中心孔、第三段中心孔、第四段中心孔均为圆柱形通孔；

所述第一段中心孔内径大于第三段中心孔内径，第三段中心孔内径大于第四段中心孔内径，第四段中心孔内径大于第二段中心孔第四段中心孔内径，所述第一段中心孔和第二段中心孔相接处为上小下大的圆锥台，该圆锥台下端面内径与第一段中心孔内径相等，圆锥台上端面内径与第二段中心孔内径相等；

所述第三段中心孔内壁沿切线方向周向均匀分布4-8个长槽形旋流通孔，所述长槽形旋流通孔两端为圆弧形，该长槽形旋流通孔轴线与中心孔轴线夹角的范围为30°-50°。

所述第二段中心孔内径为第一段中心孔内径的1/2，第四段中心孔内径为第一段中心孔内径的5/8，第三段中心孔内径为第一段中心孔内径的3/4。

所述圆锥台锥面与中心孔轴线夹角的范围为20°-45°。

所述长槽形旋流通孔的总面积与第二段中心孔的横截面积相等。

所述混砂器上端设有内螺纹，下端设有外螺纹。

本发明的有益效果是：

（1）井下实时混砂器颠覆了传统的地面砂浓度控制技术，使得压裂时在井下实时控制砂浓度成为现实；

（2）井下实时控制砂浓度有利于避免井筒砂堵和压裂管柱砂卡，使得压裂施工更加安全；

（3）井下实时控制砂浓度有利于脉冲式加砂压裂，有助于压裂时产生缝网，扩大压裂改造体积，提高压裂增产效果。

下面将结合附图做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明的轴向半剖示意图；

图2是发明左视示意图；

图3为本发明A-A剖面示意图；

图4为本发明B-B剖面示意图；

图5为本发明下井连接示意图。

图中：1、第一段中心孔；2、第二段中心孔；3、第三段中心孔；4、第四段中心孔；5、长槽形旋流通孔。

具体实施方式

实施例1：

本实施例提供了一种如图1、图2、图3、图4所示的井下实时混砂器，该混砂器为圆筒体，此圆筒体的中心孔至上而下分别为第一段中心孔1、第二段中心孔2、第三段中心孔3、第四段中心孔4，第一段中心孔1、第二段中心孔2、第三段中心孔3、第四段中心孔4均为圆柱形通孔；

第一段中心孔1内径大于第三段中心孔3内径，第三段中心孔3内径大于第四段中心孔4内径，第四段中心孔4内径大于第二段中心孔2第四段中心孔4内径，第一段中心孔1和第二段中心孔2相接处为上小下大的圆锥台，该圆锥台下端面内径与第一段中心孔1内径相等，圆锥台上端面内径与第二段中心孔2内径相等；

第三段中心孔3内壁沿切线方向周向均匀分布4-8个长槽形旋流通孔5，长槽形旋流通孔5两端为圆弧形，该长槽形旋流通孔5轴线与中心孔轴线夹角的范围为30°-50°，如图4该夹角为C2。

如图5所示，本实施例实时混砂器上端与油管连接（组成Helmholtz振荡腔），下端与丝堵连接。压裂时，高浓度携砂液经由油管进入Helmholtz振荡腔后由于剪切层的不稳定性，剪切层对流经它处的流体束中不稳定扰动波进行选择性放大并形成涡环结构。涡环在剪切流动中与下游碰撞壁发生碰撞并产生压力扰动波同时向上游反射，在上游剪切层分离处诱发出新的扰动。新旧扰动频率相互匹配且具有合适的相位关系，上游就不断地产生周期性激励，其固有波形受到影响，振荡腔内就产生流体自激振荡并在下游出口形成脉冲流动。之后再经由井下实时混砂器长槽形旋流通孔5喷出,形成旋流与环空注入的纯液体进行充分混合。

一般情况下，油管排量及砂浓度保持不变，只调整环空纯液体排量，一个环空纯液体排量，对应一个井底砂浓度，从而达到实时调整井下砂浓度的目的。其中，长槽形旋流通孔5的具体尺寸及个数，根据第二段中心孔2内径确定，两者等效过流面积保持相等。

本实施例混砂器克服了现有砂浓度控制工艺的时间太长，不能进行实时控制的问题。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种井下实时混砂器，井下实时混砂器是一个上端有内螺纹、下端有外螺纹的圆筒体，圆筒体外径为95mm。混砂器内中心孔至上而下分为四段，第一段中心孔1的内径最大，为62mm，第二段中心孔2的内径最小，为31mm，第一段中心孔1与第二段中心孔2过渡面为向上凸起的圆锥台面，圆锥台上小下大，圆锥台下端面直径与第一段中心孔1内径一致，为62mm，圆锥台上端面直径与第二段中心孔2内径一致，为31mm，圆锥台锥面与内孔中心轴夹角C1为45°；第三段中心孔3为的内径为47mm，第三段中心孔3内壁沿切线方向周向均匀分布6个长槽形旋流通孔5，长槽形旋流通孔5两端为圆弧形，长槽形旋流通孔5轴线与中心孔轴线夹角C2为45°；第四段中心孔4的内径为39mm。

本实施例中长槽形旋流通孔5的总面积与第二段中心孔2的横截面积相等。

本发明井下实时混砂器上端与油管下端螺纹连接（组成Helmholtz振荡腔），下端与丝堵连接。压裂时，高浓度携砂液经由Helmholtz振荡腔后，通过脉冲振动使得携砂液能量增强，再经由井下实时混砂器长槽形旋流通孔5喷出，形成旋流与环空注入的纯液体进行充分混合。

综上所述，本发明井下实时混砂器颠覆了传统的地面砂浓度控制技术，使得压裂时在井下实时控制砂浓度成为现实；而井下实时控制砂浓度有利于避免井筒砂堵和压裂管柱砂卡，使得压裂施工更加安全；同时，井下实时控制砂浓度有利于脉冲式加砂压裂，有助于压裂时产生缝网，扩大压裂改造体积，提高压裂增产效果。

本实施例没有具体描述的部分都属于本技术领域的公知常识和公知技术，此处不再一一详细说明。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种井下实时混砂器，其特征在于：所述混砂器为圆筒体，该圆筒体的中心孔至上而下分别为第一段中心孔（1）、第二段中心孔（2）、第三段中心孔（3）、第四段中心孔（4），所述第一段中心孔（1）、第二段中心孔（2）、第三段中心孔（3）、第四段中心孔（4）均为圆柱形通孔；

所述第一段中心孔（1）内径大于第三段中心孔（3）内径，第三段中心孔（3）内径大于第四段中心孔（4）内径，第四段中心孔（4内径大于第二段中心孔（2）第四段中心孔（4）内径，所述第一段中心孔（1）和第二段中心孔（2）相接处为上小下大的圆锥台，该圆锥台下端面内径与第一段中心孔（1）内径相等，圆锥台上端面内径与第二段中心孔（2）内径相等；

所述第三段中心孔（3）内壁沿切线方向周向均匀分布4-8个长槽形旋流通孔（5），所述长槽形旋流通孔（5）两端为圆弧形，该长槽形旋流通孔（5）轴线与中心孔轴线夹角的范围为30°-50°。

2.根据权利要求1所述的一种井下实时混砂器，其特征在于：所述第二段中心孔（2内径为第一段中心孔（1）内径的1/2，第四段中心孔（4）内径为第一段中心孔（1）内径的5/8，第三段中心孔（3）内径为第一段中心孔（1）内径的3/4。

3.根据权利要求1所述的一种井下实时混砂器，其特征在于：所述圆锥台锥面与中心孔轴线夹角的范围为20°-45°。

4.根据权利要求1所述的一种井下实时混砂器，其特征在于：所述长槽形旋流通孔（5）的总面积与第二段中心孔（2）的横截面积相等。

5.根据权利要求1所述的一种井下实时混砂器，其特征在于：所述混砂器上端设有内螺纹，下端设有外螺纹。