CN105649598B - 阿基米德双螺旋分流式双簇水力喷射压裂一体化管柱 - Google Patents
阿基米德双螺旋分流式双簇水力喷射压裂一体化管柱 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种阿基米德双螺旋分流式双簇水力喷射压裂一体化管柱，两个阿基米德双螺旋分流短节和两个阿基米德双螺旋分流水力喷射器本体内腔特殊加工阿基米德双螺旋梯形结构，并在双螺旋梯形槽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。本发明使旋流的携砂流体沿螺旋槽流到每个喷嘴中，实现了双簇水力喷射压裂管柱上、下游两个阿基米德双螺旋分流水力喷射器之间颗粒砂浓度、流量、压力均衡，达到了两个阿基米德双螺旋分流水力喷射器同时射开地层和套管的目的，有效解决了带底封拖动双簇水力喷射压裂管柱失效难题，实用性强，效果显著，适合应用于水平井带底封拖动多级水力喷射压裂工艺中。
Description
技术领域
本发明涉及阿基米德双螺旋分流式双簇水力喷射压裂一体化管柱，主要适用于水平井带底封拖动多级水力喷射压裂工艺中。
背景技术
水力喷射压裂工艺是长庆油田低渗透油气藏增储上产的主流技术，实施这项技术的关键工具串为多级水力喷射压裂管柱，借此完成低渗透油气藏试油、改造、完井一体化施工作业。由于目前带底封拖动水力喷射压裂施工过程中，双簇水力喷射压裂管柱上、下游喷射器之间出现了严重的颗粒砂浓度不均匀现象，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损坏，从而导致带底封拖动双簇水力喷射压裂管柱提前失效，给现场施工带来了很大困难和挑战。为解决上述难题，自主创新设计了阿基米德双螺旋分流式双簇水力喷射压裂一体化管柱。
发明内容
本发明通过采用阿基米德双螺旋线结构来改变常规水力喷射压裂管柱上、下游喷射器前面油管内部和上、下游喷射器内部流体的流态和流向，解决了带底封拖动双簇水力喷射压裂管柱上、下游喷射器之间颗粒砂浓度、流量、压力均衡问题，有效防止了带底封拖动双簇水力喷射压裂管柱因上、下游喷射器不同程度的冲蚀而导致上、下喷射器损坏，达到了避免整个带底封拖动双簇水力喷射压裂管柱因此完全失效而无法继续施工的目的。
本发明采用的技术方案为：
阿基米德双螺旋分流式双簇水力喷射压裂一体化管柱，包括油管、第一调整短节、第一阿基米德双螺旋分流短节、第一阿基米德双螺旋分流水力喷射器、第二阿基米德双螺旋分流短节、第二阿基米德双螺旋分流水力喷射器，所述第一调整短节两端分别与油管、第一阿基米德双螺旋分流短节连接，第一阿基米德双螺旋分流短节另一端与第一阿基米德双螺旋分流水力喷射器连接；第一阿基米德双螺旋分流水力喷射器另一端通过第二调整短节与第二阿基米德双螺旋分流短节连接，第二阿基米德双螺旋分流短节另一端与第二阿基米德双螺旋分流水力喷射器，第二阿基米德双螺旋分流水力喷射器的另一端连接有伸缩补偿器，伸缩补偿器的另一端连接有底封拖动压裂封隔器。
所述油管与第一调整短节通过安全接头连接。
所述油管为Φ73mm油管。
所述第一调整短节、第二调整短节均为Φ73mm调整短节。
所述第一阿基米德双螺旋分流水力喷射器与第二阿基米德双螺旋分流水力喷射器结构相同，长度370mm，外径100mm，内径32mm。
所述第一阿基米德双螺旋分流短节与第二阿基米德双螺旋分流短节结构相同，长度2500mm，外径90mm，内径32mm。
所述第一阿基米德双螺旋分流短节与第一阿基米德双螺旋分流水力喷射器两者本体内腔阿基米德双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，螺旋梯形槽长120mm，槽深5mm，槽底部宽度10mm，梯形角60°；第二阿基米德双螺旋分流短节与第二阿基米德双螺旋分流水力喷射器同样通过上述方法连接。
第二阿基米德双螺旋分流水力喷射器与伸缩补偿器之间设置有单流阀。
所述第一阿基米德双螺旋分流短节与第一阿基米德双螺旋分流水力喷射器，第二阿基米德双螺旋分流短节与第二阿基米德双螺旋分流水力喷射器均为螺纹连接。
本发明的有益效果为：
本发明针对常规带底封拖动双簇水力喷射压裂管柱结构缺陷，将上、下游水力喷射器更换为阿基米德双螺旋分流水力喷射器，并在上、下游水力喷射器前面安装有阿基米德双螺旋分流短节。阿基米德双螺旋分流短节和阿基米德双螺旋分流水力喷射器内腔均设计有相同的阿基米德双螺旋梯形结构，且槽内镀有抗磨耐蚀材料，防止了双螺旋流道的局部冲蚀，提高了双螺旋分流的效果。
由于携砂流体流经阿基米德双螺旋分流短节产生螺旋分流效应，依靠螺旋分流效应的离心力作用将部分旋流的携砂流体旋入阿基米德双螺旋分流水力喷射器内腔，考虑到喷射器四个喷嘴分布在阿基米德双螺旋槽上，从而使旋流的携砂流体沿螺旋线流道流到每个喷嘴中，实现了双簇水力喷射压裂管柱上、下游喷射器之间颗粒砂浓度、流量、压力均衡，有效解决了带底封拖动双簇水力喷射压裂管柱失效难题，实用性强，效果显著。
本发明使带底封拖动双簇水力喷射压裂管柱上、下游喷射器之间颗粒砂浓度、流量、压力均衡，从而达到带底封拖动双簇水力喷射压裂管柱上、下游喷射器同时射开套管和地层的目的，确保带底封拖动双簇水力喷射压裂工艺施工安全。
以下将结合附图进行进一步的说明。
附图说明
图1为阿基米德双螺旋分流式双簇水力喷射压裂一体化管柱示意图。
图2为图1中阿基米德双螺旋分流短节顺时针双螺旋槽展开图。
图3为图1中阿基米德双螺旋分流水力喷射器顺时针双螺旋槽展开图。
图4为图1中阿基米德双螺旋分流水力喷射器顺时针双螺旋槽。
图中，附图标记如下：1-油管；2-安全接头；3-第一调整短节；4-第一阿基米德双螺旋分流短节；5-第一阿基米德双螺旋分流水力喷射器；6-第二调整短节；7-第二阿基米德双螺旋分流短节；8-第二阿基米德双螺旋分流水力喷射器；9-单流阀；10-伸缩补偿器；11-底封拖动压裂封隔器。
具体实施方式
实施例1：
本发明提供如图1、图2、图3、图4所示的阿基米德双螺旋分流式双簇水力喷射压裂一体化管柱，本发明通过采用阿基米德双螺旋线结构来改变常规水力喷射压裂管柱上、下游喷射器前面油管内部和上、下游喷射器内部流体的流态和流向，解决了带底封拖动双簇水力喷射压裂管柱上、下游喷射器之间颗粒砂浓度、流量、压力均衡问题，有效防止了带底封拖动双簇水力喷射压裂管柱因上、下游喷射器不同程度的冲蚀而导致上、下喷射器损坏，达到了避免整个带底封拖动双簇水力喷射压裂管柱因此完全失效而无法继续施工的目的。
阿基米德双螺旋分流式双簇水力喷射压裂一体化管柱，包括油管1、第一调整短节3、第一阿基米德双螺旋分流短节4、第一阿基米德双螺旋分流水力喷射器5、第二阿基米德双螺旋分流短节7、第二阿基米德双螺旋分流水力喷射器8，所述第一调整短节3两端分别与油管1、第一阿基米德双螺旋分流短节4连接，第一阿基米德双螺旋分流短节4另一端与第一阿基米德双螺旋分流水力喷射器5连接；第一阿基米德双螺旋分流水力喷射器5另一端通过第二调整短节6与第二阿基米德双螺旋分流短节7连接，第二阿基米德双螺旋分流短节7另一端与第二阿基米德双螺旋分流水力喷射器8，第二阿基米德双螺旋分流水力喷射器8的另一端连接有伸缩补偿器10，伸缩补偿器10的另一端连接有底封拖动压裂封隔器11。
参见图1，本发明涉及的阿基米德双螺旋分流式双簇水力喷射压裂一体化管柱结构为：核心工具包括第一阿基米德双螺旋分流短节4、第二阿基米德双螺旋分流短节7两个阿基米德双螺旋分流短节、第一阿基米德双螺旋分流水力喷射器5、第二阿基米德双螺旋分流水力喷射器8两个阿基米德双螺旋分流水力喷射器。其中阿基米德双螺旋分流短节和阿基米德双螺旋分流水力喷射器本体采用35CrMo材料加工，经热处理HBW197~235，内腔特殊加工阿基米德双螺旋梯形结构，并在双螺旋梯形槽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；所加工的阿基米德双螺旋槽不允许有裂纹、气孔等缺陷，螺旋过渡平缓。
本发明的连接方式为螺纹连接，以便于拆卸、更换和保养。
本发明的应用方式为：
1. 首先油气井进行多级水力喷射压裂施工前，根据施工设计管柱结构图，组装连接好带有第一阿基米德双螺旋分流短节4、第二阿基米德双螺旋分流短节7两个阿基米德双螺旋分流短节、第一阿基米德双螺旋分流水力喷射器5、第二阿基米德双螺旋分流水力喷射器8两个阿基米德双螺旋分流水力喷射器的阿基米德双螺旋分流式双簇水力喷射压裂一体化管柱。
2. 将上述喷射压裂一体化管柱下入到两个阿基米德双螺旋分流水力喷射器的设计井深位置，然后井口释放管柱悬重，坐封11底封拖动压裂封隔器，实现喷射压裂一体化管柱的可靠密封和定位。
3. 上述喷射压裂一体化管柱入井坐封锚定后，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携砂液沿喷射压裂一体化管柱泵入，当携砂流体经过两个阿基米德双螺旋分流短节时，由于双螺旋结构使携砂流体产生螺旋分流效应，进而依靠螺旋分流效应的离心力作用将部分旋流的携砂流体旋入两个阿基米德双螺旋分流水力喷射器内腔，从而使旋流的携砂流体沿双螺旋槽流到每个喷嘴内，达到两个阿基米德双螺旋分流水力喷射器同时射开地层和套管的目的，形成井筒与地层连通的双射孔通道。
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一体化管柱中压裂液全部替入地层，以完成储层双簇水力压裂改造目的。
6. 待第1级双簇水力射孔压裂完成后，井口上提管柱解封11底封拖动压裂封隔器，按照施工设计泵注程序上提至规定井深位置，释放悬重二次坐封11底封拖动压裂封隔器，然后依据上述水力射孔、压裂步骤继续完成第2级的双簇水力喷射压裂施工。
7. 完成设计段数水力喷射压裂施工后，将喷射压裂一体化管柱提出井口，重新下入采油气管柱完井，并且及时拆卸、检查阿基米德双螺旋分流短节和阿基米德双螺旋分流水力喷射器即检查外壁和双螺旋内腔使用情况，用于保养或更换两个阿基米德双螺旋分流短节和两个阿基米德双螺旋分流水力喷射器，以便后续再次进行水力喷射压裂施工。
本发明针对常规带底封拖动双簇水力喷射压裂管柱结构缺陷，将上、下游水力喷射器更换为阿基米德双螺旋分流水力喷射器，并在上、下游水力喷射器前面安装有阿基米德双螺旋分流短节。两个阿基米德双螺旋分流短节和两个阿基米德双螺旋分流水力喷射器内腔均设计有相同的阿基米德双螺旋梯形结构，且槽内镀有抗磨耐蚀材料，防止了双螺旋流道的局部冲蚀，提高了双螺旋分流的效果。
由于携砂流体流经阿基米德双螺旋分流短节产生螺旋分流效应，依靠螺旋分流效应的离心力作用将部分旋流的携砂流体旋入阿基米德双螺旋分流水力喷射器内腔，考虑到喷射器四个喷嘴分布在阿基米德双螺旋槽上，从而使旋流的携砂流体沿螺旋线流道流到每个喷嘴中，实现了双簇水力喷射压裂管柱上、下游喷射器之间颗粒砂浓度、流量、压力均衡，有效解决了带底封拖动双簇水力喷射压裂管柱失效难题，实用性强，效果显著。
本发明使带底封拖动双簇水力喷射压裂管柱上、下游喷射器之间颗粒砂浓度、流量、压力均衡，从而达到带底封拖动双簇水力喷射压裂管柱上、下游喷射器同时射开套管和地层的目的，确保带底封拖动双簇水力喷射压裂工艺施工安全。
实施例2：
基于实施例1的基础上，本实施例中，所述油管1与第一调整短节3通过安全接头2连接。
所述油管1为Φ73mm油管。
所述第一调整短节3、第二调整短节6均为Φ73mm调整短节。
所述第一阿基米德双螺旋分流水力喷射器5与第二阿基米德双螺旋分流水力喷射器8结构相同，长度370mm，外径100mm，内径32mm。
所述第一阿基米德双螺旋分流短节4与第二阿基米德双螺旋分流短节7结构相同，长度2500mm，外径90mm，内径32mm。
所述第一阿基米德双螺旋分流短节4与第一阿基米德双螺旋分流水力喷射器5两者本体内腔阿基米德双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，螺旋梯形槽长120mm，槽深5mm，槽底部宽度10mm，梯形角60°；第二阿基米德双螺旋分流短节7与第二阿基米德双螺旋分流水力喷射器8同样通过上述方法连接。
第二阿基米德双螺旋分流水力喷射器8与伸缩补偿器10之间设置有单流阀9。
所述第一阿基米德双螺旋分流短节4与第一阿基米德双螺旋分流水力喷射器5，第二阿基米德双螺旋分流短节7与第二阿基米德双螺旋分流水力喷射器8均为螺纹连接。
第一阿基米德双螺旋分流水力喷射器5、第二阿基米德双螺旋分流水力喷射器8两个阿基米德双螺旋分流水力喷射器内腔双螺旋槽上均匀分布四个喷嘴，可以保证携砂流体在阿基米德双螺旋水力喷射器内腔中沿螺旋线流道流到每个喷嘴中。阿基米德双螺旋分流短节和阿基米德双螺旋分流水力喷射器本体上、下部位均设有螺纹丝扣，扣型为2-7/8"EUE，每英寸8牙，锥度1:16。
本发明中的阿基米德双螺旋分流短节和阿基米德双螺旋水力喷射器内腔特殊加工阿基米德双螺旋线，双螺旋线流道立体形状为梯形槽。
本发明的连接方式为螺纹连接，以便于拆卸、更换和保养。
本发明中的两个阿基米德双螺旋分流水力喷射器长度370mm，外径100mm，内径32mm，阿基米德双螺旋本体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，螺旋梯形槽长120mm，槽深5mm，槽底部宽度10mm，梯形角60°。
本发明中的两个阿基米德双螺旋分流短节长度2500mm，外径90mm，内径32mm，阿基米德双螺旋分流短节内腔双螺旋线参数与阿基米德双螺旋分流水力喷射器相同。
本发明 中的其他工具的结构参数与常规工具参数一致，按尺寸要求选用即可，其中底封拖动压裂封隔器为机械压缩式封隔器。
Claims (7)
1.阿基米德双螺旋分流式双簇水力喷射压裂一体化管柱，其特征
在于：包括油管（1）、第一调整短节（3）、第一阿基米德双螺旋分流短节（4）、第一阿基米德双螺旋分流水力喷射器（5）、第二阿基米德双螺旋分流短节（7）、第二阿基米德双螺旋分流水力喷射器（8），所述第一调整短节（3）两端分别与油管（1）、第一阿基米德双螺旋分流短节（4）连接，第一阿基米德双螺旋分流短节（4）另一端与第一阿基米德双螺旋分流水力喷射器（5）连接；第一阿基米德双螺旋分流水力喷射器（5）另一端通过第二调整短节（6）与第二阿基米德双螺旋分流短节（7）连接，第二阿基米德双螺旋分流短节（7）另一端与第二阿基米德双螺旋分流水力喷射器（8），第二阿基米德双螺旋分流水力喷射器（8）的另一端连接有伸缩补偿器（10），伸缩补偿器（10）的另一端连接有底封拖动压裂封隔器（11）；所述第一阿基米德双螺旋分流水力喷射器（5）与第二阿基米德双螺旋分流水力喷射器（8）结构相同，长度370mm，外径100mm，内径32mm；所述第一阿基米德双螺旋分流短节（4）与第二阿基米德双螺旋分流短节（7）结构相同，长度2500mm，外径90mm，内径32mm。
2.根据权利要求1所述的阿基米德双螺旋分流式双簇水力喷射压裂一体化管柱，其特征在于：所述油管（1）与第一调整短节（3）通过安全接头（2）连接。
3.根据权利要求1所述的阿基米德双螺旋分流式双簇水力喷射压裂一体化管柱，其特征在于：所述油管（1）为Φ73mm油管。
4.根据权利要求1所述的阿基米德双螺旋分流式双簇水力喷射压裂一体化管柱，其特征在于：所述第一调整短节（3）、第二调整短节（6）均为Φ73mm调整短节。
5.根据权利要求1所述的阿基米德双螺旋分流式双簇水力喷射压裂一体化管柱，其特征在于：所述第一阿基米德双螺旋分流短节（4）与第一阿基米德双螺旋分流水力喷射器（5）两者本体内腔阿基米德双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，螺旋梯形槽长120mm，槽深5mm，槽底部宽度10mm，梯形角60°； 第二阿基米德双螺旋分流短节（7）与第二阿基米德双螺旋分流水力喷射器（8）同样通过上述方法连接。
6.根据权利要求1所述的阿基米德双螺旋分流式双簇水力喷射压裂一体化管柱，其特征在于：第二阿基米德双螺旋分流水力喷射器（8）与伸缩补偿器（10）之间设置有单流阀（9）。
7.根据权利要求1所述的阿基米德双螺旋分流式双簇水力喷射压裂一体化管柱，其特征在于：所述第一阿基米德双螺旋分流短节（4）与第一阿基米德双螺旋分流水力喷射器（5），第二阿基米德双螺旋分流短节（7）与第二阿基米德双螺旋分流水力喷射器（8）均为螺纹连接。
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