CN105484709B - 喷砂射孔器 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种喷砂射孔器，包括顶部设置的内部中空的上接头，上接头下部密封连接有外筒结构，外筒结构底部密封连接有内部中空的射孔枪结构；射孔枪结构包括与外筒结构连接的管体结构和偏心射孔单元，管体结构的侧壁上设置有径向贯通相对侧壁的透孔，透孔中能转动地密封连接有偏心射孔单元，外筒结构内部设置有能驱动所述偏心射孔单元转动的动力传输结构。该喷砂射孔器克服现有技术中存在的固定射孔孔径小、穿透深度有限的问题，射孔过程中偏心射孔单元的旋转有效增大射孔切割孔径，减小射孔动力液的能量损失，有效增大射孔深度。
Description
技术领域
本发明涉及石油开采射孔技术领域，尤其涉及一种水力喷砂射孔中使用的喷砂射孔器。
背景技术
目前水力喷砂射孔技术作为一种射孔完井方式，广泛地的应用于石油开采领域，如喷砂射孔求产、喷砂射孔压裂一体化技术等增产措施工艺，尤其针对质密砂岩、低渗透储层等非常规油汽储层的开采，作用显著。
常规水力喷砂射孔技术是由地面泵注高压、高含砂比的砂浆动力液。喷射时，套管被冲蚀形成的孔径约15～20mm，射流液体穿透水泥环后继续对储层的深穿透射孔，形成棒垂体孔洞，一般穿透深度可达200～400mm，仅从深度参数而言，炮弹射孔深度也能达到该指标，但由于炮弹射孔会造成储层压实带，压实带会造成渗透率下降非常明显，据测定，压实带的渗透率降低达80％～90％，且永久压实不可恢复。因此，水力喷砂射孔工艺对地层污染小，有利于解除近井地带的堵塞并使井壁围沿松驰，增大渗透率，松驰作用可增大渗透率3～8倍。
现有水利喷砂射孔技术中，一般采用固定喷嘴射孔，在套管上开孔较小，射孔孔径约15～20mm，高压力大排量的喷射回流液体难以排出孔眼，使孔洞内“憋压”严重，加大了新射流的能量损失，进而导致射孔深度受限。如何扩大套管射孔孔径、增大穿透深度，更有利于井筒与深部地层联通成为水力喷砂射孔技术发展方向。
由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种能有效扩大套管射孔孔径、增大穿透深度的喷砂射孔器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种喷砂射孔器，克服现有技术中存在的固定射孔孔径小、穿透深度有限的问题，射孔过程中偏心射孔单元的旋转有效增大射孔切割孔径，减小射孔动力液的能量损失，有效增大射孔深度。
本发明的目的是这样实现的，一种喷砂射孔器，包括顶部设置的内部中空的上接头，所述上接头下部密封连接有外筒结构，所述外筒结构底部密封连接有内部中空的射孔枪结构；所述射孔枪结构包括与所述外筒结构连接的管体结构和偏心射孔单元，所述管体结构的侧壁上设置有径向贯通相对侧壁的透孔，所述透孔中能转动地密封连接有偏心射孔单元，所述外筒结构内部设置有能驱动所述偏心射孔单元转动的动力传输结构。
在本发明的一较佳实施方式中，所述动力传输结构包括所述外筒结构内部密封套设的能轴向移动的活塞单元，所述活塞单元内部设有上下贯通的动力液通孔，所述活塞单元的顶部自由端穿过所述上接头至所述上接头的顶部外侧，所述活塞单元的底端穿设于所述管体结构的内侧上部，所述活塞单元底端连接有设置于所述管体结构内部、且能通过轴向移动驱动所述偏心射孔单元转动的齿条。
在本发明的一较佳实施方式中，所述偏心射孔单元的旋转中心轴与所述管体结构的中心轴呈空间垂直相交，所述偏心射孔单元的外壁上设有固定的齿轮结构，所述齿轮结构与所述齿条啮合连接。
在本发明的一较佳实施方式中，所述偏心射孔单元内部设置有能与所述动力液通孔连通的射流液通道，所述偏心射孔单元的内部与所述偏心射孔单元的旋转中心轴平行的设置有偏心射孔喷嘴，所述偏心射孔喷嘴的一端通过所述透孔与所述管体结构的外侧连通，所述偏心射孔喷嘴的另一端与所述射流液通道的一端连通，所述偏心射孔单元上还开设有所述射流液通道的射流入口。
在本发明的一较佳实施方式中，所述活塞单元包括自上而下设置的上活塞杆和下活塞杆，所述上活塞杆和所述下活塞杆通过密封套设于所述上活塞杆和所述下活塞杆外侧的活塞连接，所述活塞的侧壁内部设置有上下贯通的活塞上腔进油通道和活塞上腔出油通道，所述活塞上腔进油通道的上部设置有阻尼进油阀，所述活塞上腔出油通道的下部设置有出油阀。
在本发明的一较佳实施方式中，所述外筒结构包括与所述上接头的下部密封连接的上密封接头，所述外筒结构还包括与所述管体结构的上部密封连接的下密封接头，所述上密封接头和所述下密封接头之间密封连接有活塞外筒，所述活塞外筒内侧上部设有第一台阶部，所述第一台阶部、所述活塞的上端面与所述活塞外筒的侧壁之间构成活塞上腔；所述活塞外筒内侧位于所述第一台阶部下方还设置有第二台阶部，所述活塞的下端面、所述第二台阶部与所述活塞外筒的侧壁之间构成活塞行程腔。
在本发明的一较佳实施方式中，所述下密封接头外壁上部设置有第一连接螺纹，所述活塞外筒的内侧底部设置有与所述第一连接螺纹匹配的第二连接螺纹，所述下密封接头的上端面位于所述活塞外筒的内侧，所述下活塞杆外侧套设有复位弹簧，所述复位弹簧的上端抵靠于所述活塞的底部端面，所述复位弹簧的下端抵靠于所述下密封接头的上端面。
在本发明的一较佳实施方式中，所述动力液通孔包括设置于所述上活塞杆内部的上杆通孔和设置于所述下活塞杆内部的下杆通孔，所述下杆通孔底部封闭，所述下活塞杆的侧壁底部设有与所述下杆通孔连通的下杆侧孔，所述下杆侧孔的外端与所述管体结构的内部连通。
在本发明的一较佳实施方式中，所述管体结构的侧壁上设置有能供所述齿条轴向移动的齿条滑槽。
由上所述，本发明提供的喷砂射孔器，利用偏心射孔喷嘴的旋转，有效增大射孔切割孔径；通过使用阻尼结构的活塞单元带动齿条推动偏心射孔单元上的齿轮慢速旋转，保证切割射孔时间充足，并且由于射孔孔径增大，射孔动力液自偏心射孔喷嘴喷出射孔后随偏心射孔喷嘴旋转，射孔后沿原路径返回的回流液不会对射孔动力液进行冲击减弱，射孔动力液损失能量较小，更有利于深穿透射及扩孔，从而实现加深穿透射孔的目地。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1：为本发明的喷砂射孔器的外观结构图。
图2a：为图1中A-A剖视图。
图2b：为图2a中Ⅰ处结构放大图。
图2c：为图2a中Ⅱ处结构放大图。
图3：为图2a中B-B剖视图。
图4a：为本发明的喷砂射孔器的偏心射孔单元的外观结构图。
图4b：为本发明的喷砂射孔器的偏心射孔单元的半剖视图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
如图1、图2a、图3所示，本发明提供的喷砂射孔器100，包括顶部设置的内部中空的上接头1，上接头1下部密封连接有外筒结构2，外筒结构2底部密封连接有内部中空的射孔枪结构3，射孔枪结构3包括与外筒结构2连接的管体结构30和偏心射孔单元32，管体结构30的底部连接有保证射孔动力液不会外溢的丝堵等其他管柱工具(现有技术)；管体结构30的侧壁上设置有径向贯通相对侧壁的透孔31，透孔31中能转动地密封连接有偏心射孔单元32，外筒结构2内部设置有能驱动偏心射孔单元32转动的动力传输结构4。透孔31与偏心射孔单元32的数量一致，其数量为一个或者多个，具体数量及在管体结构30中设置的轴向位置根据实际生产需求确定，当偏心射孔单元32为多个时，本喷砂射孔器100能够实现一趟管柱多层位射孔施工。在本喷砂射孔器100使用过程中，偏心射孔单元32在动力传输结构4的驱动下绕自身旋转中心轴旋转的同时进行切割射孔，有效增大射孔切割孔径，减小射孔动力液的能量损失，进而有效增大射孔深度。
在本实施方式中，如图2a、图2b、图2c、图3所示，动力传输结构4包括外筒结构2内部密封套设的能轴向移动的活塞单元41，活塞单元41内部设有上下贯通的动力液通孔42，活塞单元41的顶部自由端穿设通过上接头1至上接头1的顶部外侧，活塞单元41的底端穿设于管体结构30的内侧上部，活塞单元41底端连接有设置于管体结构30内部、且能通过轴向移动驱动偏心射孔单元32转动的齿条43，在本实施方式中，活塞单元41底端连接有一连接螺杆44的一端，连接螺杆44的另一端与齿条43的顶部固定连接，活塞单元41的轴向作用力通过连接螺杆44传递给齿条43，从而驱动其轴向运动。
进一步，如图2a、图2b、图2c、图3所示，偏心射孔单元32的旋转中心轴与管体结构30的中心轴呈空间垂直相交，偏心射孔单元32的外壁上设有固定的齿轮结构33，齿轮结构33与齿条43啮合连接，利用齿条齿轮传动原理将齿条43的轴向运动转化为齿轮结构33的转动，进而实现偏心射孔单元32的转动。
进一步，如图2a、图4a、图4b所示，偏心射孔单元32内部设置有能与动力液通孔42连通的射流液通道321，偏心射孔单元32的内部与其旋转中心轴平行的设置有偏心射孔喷嘴322，偏心射孔喷嘴322的一端通过透孔31与管体结构30的外侧连通偏心射孔喷嘴322的另一端与射流液通道321的一端连通，偏心射孔单元32上还开设有射流液通道321的射流入口3211。射孔动力液经过活塞单元41内部的动力液通孔42传输到管体结构30内部，通过偏心射孔单元32内部的射流液通道321自偏心射孔喷嘴322以高压射流状态射出，实现套管开窗及对套管外侧水泥环、地层深穿射孔。
进一步，如图2a、图2b、图2c、图3所示，活塞单元41包括自上而下设置的上活塞杆411和下活塞杆412，上活塞杆411顶部自由端穿设通过上接头1至上接头1的顶部外侧，下活塞杆412的底端穿设于管体结构30的内侧上部，下活塞杆412底端连接齿条43；上活塞杆411和下活塞杆412通过密封套设于上活塞杆411和下活塞杆412外侧的活塞413连接，活塞413的侧壁内部设置有上下贯通的活塞上腔进油通道4131和活塞上腔出油通道4132，活塞上腔进油通道4131的上部设置有阻尼进油阀4133，活塞上腔出油通道4132的下部设置有出油阀4134。
进一步，如图2a、图2b、图2c、图3所示，外筒结构2包括与上接头1的下部密封连接的上密封接头21，外筒结构2还包括与管体结构30的上部密封连接的下密封接头22，上密封接头21和下密封接头22之间密封连接有活塞外筒23，活塞外筒23内侧上部设有第一台阶部231，第一台阶部231、活塞413的上端面与活塞外筒23的侧壁之间构成活塞上腔(图中未示出)；活塞外筒23内侧位于第一台阶部231下方还设置有第二台阶部232，活塞413的下端面、第二台阶部232与活塞外筒23的侧壁之间构成活塞行程腔24，使用前活塞行程腔24处于最大行程状态，并且活塞行程腔24内注满纯净液压油液。
在本实施方式中，活塞单元41充分利用液压阻尼作用原理，在阻尼进油阀4133内设置一内径远远小于活塞上腔进油通道4131内径的阻尼微孔进行进油节流，控制活塞单元41的下行速度，使得即使活塞单元41受到的向下的作用力很大，也必须在活塞上腔进油通道4131下方的活塞行程腔24内的油液通过小孔径的阻尼进油阀4133进入活塞上腔的情况下，实现活塞单元41的缓慢下移，活塞单元41同时推动齿条43缓慢移动，最终转化为偏心射孔单元32的缓慢转动，从而保证了水力喷砂射孔有足够的套管开窗时间，保证射孔的成功率。
进一步，如图2a、图2b、图2c、图3所示，下密封接头22外壁上部设置有第一连接螺纹221，活塞外筒23的内侧底部设置有与第一连接螺纹221匹配的第二连接螺纹233，下密封接头22的上端面位于活塞外筒23的内侧，下活塞杆412外侧套设有复位弹簧45，复位弹簧45的上端抵靠于活塞413的底部端面，复位弹簧45的下端抵靠于下密封接头22的上端面。当一次喷砂射孔结束时，活塞单元41受到的向下的作用力逐渐减小，活塞413的底端受到复位弹簧45向上的弹力作用，活塞413带动活塞单元41向上运动，此时，活塞上腔出油通道4132的下部的出油阀4134开启，出油阀4134为孔道直径较大的单向阀，活塞上腔内的油液能够通过出油阀4134快速流向活塞行程腔24内，实现活塞单元41的快速复位。
进一步，如图2a、图2b、图2c、图3所示，活塞单元41内部的动力液通孔42包括设置于上活塞杆411内部的上杆通孔421和设置于下活塞杆412内部的下杆通孔422，下杆通孔422的底端封闭(在本实施方式中，下杆通孔422的底端通过螺堵进行封闭)，下活塞杆412的侧壁底部设有与下杆通孔422连通的下杆侧孔423，下杆侧孔423的外端与管体结构30的内部连通。射孔动力液通过上杆通孔421、下杆通孔422、下杆侧孔423进入管体结构30的内部，再通过偏心射孔单元32内部设置的射流液通道321，自偏心射孔喷嘴322以高压射流状态射出，实现套管开窗及对套管外侧水泥环、地层深穿射孔。
进一步，如图2a所示，管体结构30的侧壁上设置有能供齿条43轴向移动的齿条滑槽34，避免齿条43径向移动，提高了动力传动的稳定性。
本发明提供的喷砂射孔器100使用时，首先将上接头1与油管下端连接，通过油管传输下入井内设计的施工层位，并用管柱锚定器锚定(现有技术，不再赘述)；油管上端与地面泵注系统(现有技术，如水泥车、泥浆泵、压裂泵组等)连通。当地面泵注系统开泵后，射孔动力液以设定的泵压(为满足射孔动力需求，射孔动力液的压强较高)及排量通过油管作用到喷砂射孔器100上端，活塞单元41受到射孔动力液向下的作用力，向下运动，如前所述，由于活塞413内部的阻尼进油阀4133的作用，活塞单元41向下运动速度缓慢，跟随活塞单元41缓慢轴向移动的齿条43带动偏心射孔单元32缓慢转动；射孔动力液推动活塞单元41轴向运动的同时，通过活塞单元41内部的动力液通孔42(自上而下依次通过上杆通孔421、下杆通孔422、下杆侧孔423)进入管体结构30的内部，再通过偏心射孔单元32内部设置的射流液通道321，自偏心射孔喷嘴322以高压射流状态射出，由于射孔的同时偏心射孔单元32缓慢转动，偏心射孔喷嘴322圆周运动进行旋转式切割，实现套管开窗及对套管外侧水泥环、地层深穿射孔。射孔结束后，地面泵注系统停泵，活塞单元41受到向下的作用力逐渐减小，此时在复位弹簧45向上的弹力作用下活塞单元41向上运动，在出油阀4134作用下，活塞上腔内的油液能够通过出油阀4134快速流向活塞行程腔24内，实现活塞单元41的快速复位，至此一次射孔施工完成。
由上所述，本发明提供的喷砂射孔器，利用偏心射孔喷嘴的旋转，有效增大射孔切割孔径；通过使用阻尼结构的活塞单元带动齿条推动偏心射孔单元上的齿轮慢速旋转，保证切割射孔时间充足，并且由于射孔孔径增大，射孔动力液自偏心射孔喷嘴喷出射孔后随偏心射孔喷嘴旋转，射孔后沿原路径返回的回流液不会对射孔动力液进行冲击减弱，射孔动力液损失能量较小，更有利于深穿透射及扩孔，从而实现加深穿透射孔的目地。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (7)
1.一种喷砂射孔器，包括顶部设置的内部中空的上接头，其特征在于：所述上接头下部密封连接有外筒结构，所述外筒结构底部密封连接有内部中空的射孔枪结构；所述射孔枪结构包括与所述外筒结构连接的管体结构和偏心射孔单元，所述管体结构的侧壁上设置有径向贯通相对侧壁的透孔，所述透孔中能转动地密封连接有偏心射孔单元，所述外筒结构内部设置有能驱动所述偏心射孔单元转动的动力传输结构；
所述动力传输结构包括所述外筒结构内部密封套设的能轴向移动的活塞单元，所述活塞单元内部设有上下贯通的动力液通孔，所述活塞单元的顶部自由端穿过所述上接头至所述上接头的顶部外侧，所述活塞单元的底端穿设于所述管体结构的内侧上部，所述活塞单元底端连接有设置于所述管体结构内部、且能通过轴向移动驱动所述偏心射孔单元转动的齿条；
所述活塞单元包括自上而下设置的上活塞杆和下活塞杆，所述上活塞杆和所述下活塞杆通过密封套设于所述上活塞杆和所述下活塞杆外侧的活塞连接，所述活塞的侧壁内部设置有上下贯通的活塞上腔进油通道和活塞上腔出油通道，所述活塞上腔进油通道的上部设置有阻尼进油阀，所述活塞上腔出油通道的下部设置有出油阀。
2.如权利要求1所述的喷砂射孔器，其特征在于：所述偏心射孔单元的旋转中心轴与所述管体结构的中心轴呈空间垂直相交，所述偏心射孔单元的外壁上设有固定的齿轮结构，所述齿轮结构与所述齿条啮合连接。
3.如权利要求2所述的喷砂射孔器，其特征在于：所述偏心射孔单元内部设置有能与所述动力液通孔连通的射流液通道，所述偏心射孔单元的内部与所述偏心射孔单元的旋转中心轴平行的设置有偏心射孔喷嘴，所述偏心射孔喷嘴的一端通过所述透孔与所述管体结构的外侧连通，所述偏心射孔喷嘴的另一端与所述射流液通道的一端连通，所述偏心射孔单元上还开设有所述射流液通道的射流入口。
4.如权利要求1所述的喷砂射孔器，其特征在于：所述外筒结构包括与所述上接头的下部密封连接的上密封接头，所述外筒结构还包括与所述管体结构的上部密封连接的下密封接头，所述上密封接头和所述下密封接头之间密封连接有活塞外筒，所述活塞外筒内侧上部设有第一台阶部，所述第一台阶部、所述活塞的上端面与所述活塞外筒的侧壁之间构成活塞上腔；所述活塞外筒内侧位于所述第一台阶部下方还设置有第二台阶部，所述活塞的下端面、所述第二台阶部与所述活塞外筒的侧壁之间构成活塞行程腔。
5.如权利要求4所述的喷砂射孔器，其特征在于：所述下密封接头外壁上部设置有第一连接螺纹，所述活塞外筒的内侧底部设置有与所述第一连接螺纹匹配的第二连接螺纹，所述下密封接头的上端面位于所述活塞外筒的内侧，所述下活塞杆外侧套设有复位弹簧，所述复位弹簧的上端抵靠于所述活塞的底部端面，所述复位弹簧的下端抵靠于所述下密封接头的上端面。
6.如权利要求1所述的喷砂射孔器，其特征在于：所述动力液通孔包括设置于所述上活塞杆内部的上杆通孔和设置于所述下活塞杆内部的下杆通孔，所述下杆通孔底部封闭，所述下活塞杆的侧壁底部设有与所述下杆通孔连通的下杆侧孔，所述下杆侧孔的外端与所述管体结构的内部连通。
7.如权利要求1所述的喷砂射孔器，其特征在于：所述管体结构的侧壁上设置有能供所述齿条轴向移动的齿条滑槽。
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