CN105604527B - 一种阿基米德双螺旋分流式水力喷射器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及直井、水平井多级水力喷射压裂工艺管柱领域，特别是一种阿基米德双螺旋分流式水力喷射器。包括喷射器本体和喷嘴，其特征在于：喷射器本体内的喷射器内腔内壁处分布有两组呈阿基米德双螺旋线分布的流道，喷嘴设置在两组流道上并连通至喷射器本体外表面,由于在常规水力喷射器内腔结构上设计了呈阿基米德双螺旋分布的流道，并优化了双螺旋结构参数，由于喷嘴分布在喷射器内腔的双螺旋线的流道上，使携砂流体在阿基米德双螺旋本体内腔中沿螺旋线流道流到每个喷嘴中，实现了单级水力喷射器喷嘴间或双簇水力喷射器之间颗粒砂浓度、流量、压力均衡，有效解决了双簇水力喷射器失效难题，实用性强，效果明显。
Description
技术领域
本发明涉及直井、水平井多级水力喷射压裂工艺管柱领域，特别是一种阿基米德双螺旋分流式水力喷射器。
背景技术
低渗透油气井采用多级水力喷射压裂管柱进行储层改造、试油、完井一体化作业，其中水力喷射器是实施水力喷射压裂工艺的关键工具。
由于目前水力喷射压裂施工过程中，常规单级水力喷射器出现了喷嘴间颗粒砂浓度不均匀现象，同时双簇水力喷射器之间也出现了类似的颗粒砂浓度严重不均匀现象，并导致上游喷射器射不开套管和地层或射孔时间长、下游喷射器提前射开套管和地层且发生冲蚀失效，从而严重影响了水力喷射压裂施工效果。为此，设计了阿基米德双螺旋分流式水力喷射器。
发明内容
本发明的目的是解决常规单级水力喷射器喷嘴间或双簇水力喷射器之间砂浓度、流量、压力均衡问题，有效防止了双簇水力喷射器因冲蚀而导致下游喷射器提前失效。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种阿基米德双螺旋分流式水力喷射器，包括喷射器本体和喷嘴，其特征在于：喷射器本体内的喷射器内腔内壁处分布有两组呈阿基米德双螺旋线分布的流道，喷嘴设置在两组流道上并连通至喷射器本体外表面。
所述的喷射器本体长度370mm，外径100mm，内径32mm。
所述的呈阿基米德双螺旋线分布的流道的螺旋线沿顺时针方向，螺旋角45°，双螺旋螺距120mm，双螺旋线间距30mm。
所述的两组流道上各设置有两个喷嘴。
所述的喷嘴的出口处设置有盖板，盖板与喷射器本体通过螺纹连接。
所述的喷射器本体上、下两端均设有螺纹丝扣，螺纹丝扣的扣型为2-7/8"NU，每英寸为10牙，锥度是1:16。
所述的呈阿基米德双螺旋线分布的流道的立体形状为梯形槽，其中流道梯形槽的槽长是120mm，槽深是5mm，槽底部宽度是10mm，梯形角为60°。
所述的喷射器本体采用35CrMo材料，呈阿基米德双螺旋线分布的流道表面镀有镍基合金材料，喷嘴采用耐冲蚀硬质合金碳化钨材料。
本发明的有益效果是：本水力喷射器在常规水力喷射器内腔结构上设计了呈阿基米德双螺旋分布的流道，并优化了双螺旋结构参数，由于喷嘴分布在喷射器内腔的双螺旋线的流道上，使携砂流体在阿基米德双螺旋本体内腔中沿螺旋线流道流到每个喷嘴中，实现了单级水力喷射器喷嘴间或双簇水力喷射器之间颗粒砂浓度、流量、压力均衡，有效解决了双簇水力喷射器失效难题，实用性强，效果明显。
附图说明
图1为阿基米德双螺旋分流式水力喷射器示意图。
图2为图1中D-D顺时针双螺旋槽展开图。
图3为图1中C-C 顺时针双螺旋槽。
图中：1、喷射器本体；2、喷嘴；3、喷射器内腔；4、螺纹丝扣；5、流道。
具体实施方式
实施例1
如图1的阿基米德双螺旋分流式水力喷射器示意图所示，包括喷射器本体1和喷嘴2，其特征在于：喷射器本体1内的喷射器内腔3内壁处分布有两组呈阿基米德双螺旋线分布的流道5，喷嘴2设置在两组流道5上并连通至喷射器本体1外表面。
阿基米德双螺旋分流式水力喷射器的喷射器本体1长度370mm，外径100mm，内径32mm，阿基米德双螺旋的流道5螺旋线沿顺时针方向，螺旋角45°，双螺旋螺距120mm，双螺旋线间距30mm。
本水力喷射器在常规水力喷射器内腔结构上设计了呈阿基米德双螺旋分布的流道5，并优化了双螺旋结构参数，由于喷嘴2分布在喷射器内腔3的双螺旋线的流道5上，使携砂流体在阿基米德双螺旋本体内腔中沿螺旋线流道流到每个喷嘴中，实现了单级水力喷射器喷嘴间或双簇水力喷射器之间颗粒砂浓度、流量、压力均衡，有效解决了双簇水力喷射器失效难题，实用性强，效果明显。
具体施工过程如下：
1. 首先油气井进行多级水力喷射压裂施工前，根据施工设计中管柱结构组合要求连接好带有阿基米德双螺旋分流式水力喷射器的水力喷射压裂管柱。
2. 将上述喷射压裂管柱下入到阿基米德双螺旋分流式水力喷射器的设计井深位置。
3. 上述喷射压裂管柱入井到位后，利用泵车以排量0.6～1.0 m3/min清水循环洗井，保证井筒机械杂质含量小于0.2%，井筒清洁干净。
4. 然后提高泵车排量至1.8~2.0m3/min，将砂浓度为120kg/m3携砂液沿喷射压裂管柱泵入阿基米德双螺旋分流式水力喷射器处，携砂液因经过喷射器内腔3中的阿基米德双螺旋流道5产生旋流至每个喷嘴内，同时携砂液流经喷嘴2产生流速高达200m/s的高速射流，高速携砂射流液喷射到套管内壁达到射开套管和地层的目的，形成井筒与地层连通的射孔通道。
5. 射开套管和地层后，继续提高排量至2.4~3.0m3/min开始进行水力压裂，按照设计压裂时间要求压裂后，再用顶替液将喷射压裂管柱中压裂液全部替入地层，以完成储层压裂改造目的。
6. 待多级水力喷射压裂施工完成后，上提出喷射压裂管柱，及时拆卸、检查阿基米德双螺旋分流式水力喷射器的喷射器本体1，含外壁和喷射器内腔3、喷嘴2的使用情况，用于保养或更换阿基米德双螺旋分流式水力喷射器，以便后续再次进行水力喷射压裂施工。
实施例2
本实施例的两组流道5上各设置有两个喷嘴2。如图2所示，四个喷嘴2均匀布置在呈阿基米德双螺旋线分布的流道5上，可以保证携砂流体在喷射器内腔3中沿双螺旋线流道5流到每个喷嘴2中。
喷嘴2的出口处还设置有盖板，盖板与喷射器本体1通过螺纹连接，以便于喷嘴损坏时更换，盖板结构属于本领域公知常识，在此不详细说明。
喷射器本体1上、下两端均设有螺纹丝扣4，螺纹丝扣4的扣型为2-7/8"NU，每英寸为10牙，锥度是1:16，通过螺纹与其它设备连接，便于拆卸、更换和保养。
实施例3
本实施例中喷射器内腔3内壁处分布的两组呈阿基米德双螺旋线分布的流道5的立体形状为梯形槽，见图3，其中流道5梯形槽的槽长是120mm，槽深是5mm，槽底部宽度是10mm，梯形角为60° 。
喷射器本体1采用35CrMo材料，经热处理HBW197~235，喷射器内腔3特殊加工的阿基米德双螺旋梯形结构流道5，并在双螺旋梯形槽的流道5表面镀有镍基合金材料以防止流体由于旋向（旋角）的改变而引起螺旋梯形槽局部冲蚀，提高了双螺旋旋流分流的效果；喷嘴2采用耐冲蚀硬质合金碳化钨材料，经热处理HRC92~95。
Claims (3)
1.一种阿基米德双螺旋分流式水力喷射器，包括喷射器本体（1）和喷嘴（2），其特征在于：喷射器本体（1）内的喷射器内腔（3）内壁处分布有两组呈阿基米德双螺旋线分布的流道（5），喷嘴（2）设置在两组流道（5）上并连通至喷射器本体（1）外表面；所述的两组流道（5）上各设置有两个喷嘴（2）；所述的喷嘴（2）的出口处设置有盖板，盖板与喷射器本体（1）通过螺纹连接；所述的喷射器本体（1）上、下两端均设有螺纹丝扣（4），螺纹丝扣（4）的扣型为2-7/8"NU，每英寸为10牙，锥度是1:16；所述的呈阿基米德双螺旋线分布的流道（5）的立体形状为梯形槽，其中流道（5）梯形槽的槽长是120mm，槽深是5mm，槽底部宽度是10mm，梯形角为60°；所述的喷射器本体（1）采用35CrMo材料，呈阿基米德双螺旋线分布的流道（5）表面镀有镍基合金材料，喷嘴（2）采用耐冲蚀硬质合金碳化钨材料。
2.根据权利要求1所述的一种阿基米德双螺旋分流式水力喷射器，其特征是：所述的喷射器本体（1）长度370mm，外径100mm，内径32mm。
3.根据权利要求1所述的一种阿基米德双螺旋分流式水力喷射器，其特征是：所述的呈阿基米德双螺旋线分布的流道（5）的螺旋线沿顺时针方向，螺旋角45°，双螺旋螺距120mm，双螺旋线间距30mm。
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