CN106121610A - 旋转式压裂喷砂器及多级喷砂压裂工艺 - Google Patents

Abstract

本发明创造涉及一种旋转式压裂喷砂器及多级喷砂压裂工艺，具体结构为：在喷砂器两端连接上接头和下接头，内圆周设有旋转式滑套内芯，在旋转式滑套内芯的外圆周表面中部设有若干个剪钉槽，在喷砂器主体上设有若干个弹簧式伸缩剪钉组合，其中一个弹簧式伸缩剪钉组合落入到对应的剪钉槽内；在旋转式滑套内芯靠近上接头的一端设有旋转控制机构；旋转式滑套内芯靠近下接头的一端设有圆周均布的旋转喷砂孔，在喷砂器主体上设有圆周均布的外喷砂孔，外喷砂孔的位置与旋转喷砂孔位置对应。该喷砂器采用旋转的开启方式。在施工过程中开启过程稳定、可靠，可单独针对某一层段施工；施工后，可对施工层段滑套进行关闭，有效对地层进行分层喷砂管理。

Description

旋转式压裂喷砂器及多级喷砂压裂工艺

技术领域

本发明创造涉及一种旋转式压裂喷砂器及多级喷砂压裂工艺，用于实现套管内、套管外直井、水平井大排量多段分层改造、满足油（气）田多级大排量压裂改造工艺要求的喷砂器。

背景技术

目前油气田压裂、酸化、注水等施工工艺采用的滑套式喷砂器均采用投球开启滑套、下入开启管柱开启滑套、弱电感应开启滑套的方式进行通道类工具的开启工艺。

以上三种开启工艺存在以下问题

1、投球开启滑套工艺存在管柱只能逐级施工，无针对性施工能力，且管柱内径逐级缩小，在多级施工中无法实现大排量施工。

2、下入开启管柱开启滑套工艺虽然可针对某一层段施工，但在套管井施工过程中存在重复下入工艺管柱，作业周期长，施工成本高等问题。

3、弱电感应开启滑套在下放管柱过程中需带入传感电缆或弱点感应器，在施工过程中，由于井内情况复杂，极易造成传感器失效或滑套无法开启等情况。

发明内容

本发明创造要解决的技术问题是提供一种旋转式压裂喷砂器，该喷砂器采用旋转的开启方式。在施工过程中开启过程稳定、可靠，可单独针对某一层段施工；施工后，可对施工层段滑套进行关闭，有效对地层进行分层喷砂管理。

为解决以上问题，本发明创造的具体技术方案如下：一种旋转式压裂喷砂器，在喷砂器主体的一端密封连接上接头，另一端密封连接下接头，在喷砂器主体的内圆周设有旋转式滑套内芯，在旋转式滑套内芯的外圆周表面中部设有若干个剪钉槽，在喷砂器主体上设有若干个弹簧式伸缩剪钉组合，当旋转式滑套内芯每旋转一个固定角度，就有一个弹簧式伸缩剪钉组合落入到对应的剪钉槽内；在旋转式滑套内芯靠近上接头的一端设有旋转控制机构；旋转式滑套内芯靠近下接头的一端设有圆周均布的旋转喷砂孔，在喷砂器主体上设有圆周均布的外喷砂孔，外喷砂孔的位置与旋转喷砂孔位置对应。

所述的剪钉槽数量为六个，且沿轴向间距相等排布；弹簧式伸缩剪钉组合的数量为六个，并螺旋式分布，每相邻的两个弹簧式伸缩剪钉组合的轴线呈60°角；当旋转式滑套内芯每旋转60°角，弹簧式伸缩剪钉组合中就有一个落入到对应位置的剪钉槽内。

所述的旋转喷砂孔为圆周均布三个，喷砂器主体上的外喷砂孔为圆周均布三个，旋转式滑套内芯每旋转60°角，实现旋转喷砂孔与外喷砂孔的交替通断状态。

所述的旋转控制机构结构为，在上接头内圆周通过防转键连接导向体，导向体的内圆周设有圆周均布的导向槽，导向槽分为前后两部分，前部分为轴向线性槽，后部分为螺旋曲线槽，导向体端部与旋转式滑套内芯端部连接；在导向体外部设有开启钥匙总成，开启钥匙总成由前端的钥匙导向体和后端的橡胶尾翼连接而成，钥匙导向体的外圆周设有在导向槽内滑动的开启头，每个开启钥匙总成沿喷砂器主体轴线移动，经过螺旋曲线槽的导向槽后，旋转式滑套内芯旋转60°角。

所述的喷砂器主体内圆周位于外喷砂孔处设有防磨喷嘴，防磨喷嘴内圆周与旋转式滑套内芯外壁贴合，防磨喷嘴的设有与外喷砂孔同轴的孔。

所述的主体的外圆周设有销钉护套，弹簧式伸缩剪钉组合上的销钉贴合在销钉护套的内壁限位。

采用旋转式压裂喷砂器进行多级喷砂压裂的工艺方法，包括以下步骤：

1） 预安装：将旋转式压裂喷砂器的上接头连接其它工具或油管，下接头连接其它工具或油管后下入井内预定位置，正循环井内液体，将预施工井壁内冲洗干净；

2） 第一次滑套开启：当旋转式压裂喷砂器到达预施工层段后，投入相应开启钥匙，在油压的推动下，开启钥匙完全进入导向槽，继续向油管内加压，开启钥匙尾端的橡胶尾翼实现油管内密封，油管内压力升高；在压力的推动下，开启钥匙继续旋转下行，开启钥匙通过导向体与旋转式滑套内芯形成扭力，当扭力达到弹簧式伸缩剪钉组合的剪断力时，旋转式滑套内芯旋转，当开启钥匙完全通过导向槽，旋转式滑套内芯旋转60°角，另一个弹簧式伸缩剪钉组合进入到对应的剪钉槽内，旋转喷砂孔与外喷砂孔相通；在压力的推动下，开启钥匙通过后下方连接的管柱下放独立的工具内部，本层段滑套开启完毕，可进行其他施工作业；

3） 第一次滑套关闭：施工作业完毕后，再次投入开启钥匙，重复步骤2），旋转式滑套内芯再次旋转60°角，旋转喷砂孔与外喷砂孔为非连通状态，实现本层段关闭；

4）将旋转式压裂喷砂器送达到不同的预施工层段，重复步骤2）和3），即可有效针对单独某层段进行针对性施工工艺。

该旋转式压裂喷砂器采用旋转式滑套内芯在不同的旋转位置弹簧式伸缩剪钉组合落座在不同的剪钉槽中，从而控制旋转式滑套内芯的旋转角度，进而控制外喷砂孔与旋转喷砂孔的通断状态，可有效对井内层段进行分层管理，给后续施工作业带俩极大方便。

限定了剪钉槽与弹簧式伸缩剪钉组合的位置关系，以保证旋转式滑套内芯的旋转角度可控。

限定了旋转喷砂孔与外喷砂孔的数量，从而实现旋转式滑套内芯的旋转60°角，旋转喷砂孔与外喷砂孔通断状态交替实现，以保证井内层段进行分层管理。

旋转控制机构采用螺旋导向槽结构，通过对钥匙导向体施加压力，从而带动旋转式滑套内芯的转动，结构简单，实施可靠。

在喷砂器主体内圆周设有防磨喷嘴，以防止主体的磨损，提高整体设备的使用寿命。

主体的外圆周设有销钉护套，一方面便于安装弹簧式伸缩剪钉组合，另一方面防止弹簧式伸缩剪钉组合中零件的磨损。

采用旋转式压裂喷砂器进行多级喷砂压裂的工艺方法有效避免了管柱内径限制、重复下入开启管柱及滑套开启不稳定等问题，增加了施工可靠性、缩短了施工作业时间、同时可有效针对单独某层段进行针对性压裂、酸化、注水等施工工艺；且施工后可对施工层段进行关闭，可有效对井内层段进行分层管理，给后续施工作业带俩极大方便。

附图说明

图1为旋转式压裂喷砂器的结构示意图。

图2为图1的A-A剖视图。

图3为图1的B-B剖视图。

图4为图1的C-C剖视图。

图5为图1的D-D剖视图（外喷砂孔处于关闭状态）。

图6为图1的D-D剖视图（外喷砂孔处于开通状态）。

图7为开启钥匙总成的结构示意图。

图8为导向体内导向槽的展开示意图。

具体实施方式

如图1至图6所示，一种旋转式压裂喷砂器，在喷砂器主体4的一端密封连接上接头1，另一端密封连接下接头7，在喷砂器主体4的内圆周设有旋转式滑套内芯3，在旋转式滑套内芯3的外圆周表面中部设有若干个剪钉槽21，在喷砂器主体4上设有若干个弹簧式伸缩剪钉组合12，其中弹簧式伸缩剪钉组合12即为弹簧支撑的剪钉结构，当旋转式滑套内芯3每旋转一个固定角度，就有一个弹簧式伸缩剪钉组合12落入到对应的剪钉槽21内；在旋转式滑套内芯3靠近上接头1的一端设有旋转控制机构10；旋转式滑套内芯3靠近下接头7的一端设有圆周均布的旋转喷砂孔13，在喷砂器主体4上设有圆周均布的外喷砂孔6，外喷砂孔6的位置与旋转喷砂孔13位置对应，即连通状态时，外喷砂孔6与旋转喷砂孔13同轴连通，在断开状态，旋转喷砂孔13位于两个相邻的外喷砂孔6之间，为非连通状态。

如图3和图4所示，所述的剪钉槽21数量为六个，且沿轴向间距相等排布；弹簧式伸缩剪钉组合12的数量为六个，并螺旋式分布，每相邻的两个弹簧式伸缩剪钉组合12的轴线呈60°角；该剪钉槽21与弹簧式伸缩剪钉组合12可以没有固定的排布形式，只要保证当旋转式滑套内芯3每旋转60°角，弹簧式伸缩剪钉组合12中就有一个落入到对应位置的剪钉槽21内即可。本实施例中剪钉槽21和弹簧式伸缩剪钉组合12数量为六个，也可以根据实际情况分别具体的数量，来实现旋转喷砂孔13与外喷砂孔6的交替通断状态。

如图5和图6所示，所述的旋转喷砂孔13为圆周均布三个，每个旋转喷砂孔13之间通过密封圈密封，喷砂器主体4上的外喷砂孔6为圆周均布三个，旋转式滑套内芯3每旋转60°角，实现旋转喷砂孔13与外喷砂孔6的交替通断状态。

如图8所示，所述的旋转控制机构10结构为，在上接头内圆周通过防转键20连接导向体2，导向体2的内圆周设有圆周均布的导向槽11，导向槽11分为前后两部分，前部分为轴向线性槽，后部分为螺旋曲线槽，导向体2端部与旋转式滑套内芯3端部连接；如图7所示，在导向体外部设有开启钥匙总成，开启钥匙总成由前端的钥匙导向体22和后端的橡胶尾翼23连接而成，钥匙导向体22的外圆周设有在导向槽11内滑动的开启头24，每个开启钥匙总成沿喷砂器主体4轴线移动，经过螺旋曲线槽的导向槽11后，旋转式滑套内芯3旋转60°角。

所述的喷砂器主体4内圆周位于外喷砂孔6处设有防磨喷嘴5，防磨喷嘴5内圆周与旋转式滑套内芯3外壁贴合，防磨喷嘴5的设有与外喷砂孔6同轴的孔。

所述的主体4的外圆周设有销钉护套14，弹簧式伸缩剪钉组合12上的销钉贴合在销钉护套14的内壁限位。

采用旋转式压裂喷砂器进行多级喷砂压裂的工艺方法，包括以下步骤：

1） 预安装：将旋转式压裂喷砂器的上接头1连接其它工具或油管，下接头7连接其它工具或油管后下入井内预定位置，正循环井内液体，将预施工井壁内冲洗干净；

2） 第一次滑套开启：当旋转式压裂喷砂器到达预施工层段后，投入相应开启钥匙，在油压的推动下，开启钥匙完全进入导向槽11，继续向油管内加压，开启钥匙尾端的橡胶尾翼23实现油管内密封，油管内压力升高；在压力的推动下，开启钥匙继续旋转下行，开启钥匙通过导向体2与旋转式滑套内芯3形成扭力，当扭力达到弹簧式伸缩剪钉组合12的剪断力时，旋转式滑套内芯3旋转，当开启钥匙完全通过导向槽11，旋转式滑套内芯3旋转60°角，另一个弹簧式伸缩剪钉组合12进入到对应的剪钉槽21内，旋转喷砂孔13与外喷砂孔6相通；在压力的推动下，开启钥匙通过后下方连接的管柱下放独立的工具内部，本层段滑套开启完毕，可进行其他施工作业；

3） 第一次滑套关闭：施工作业完毕后，再次投入开启钥匙，重复步骤2），旋转式滑套内芯3再次旋转60°角，旋转喷砂孔13与外喷砂孔6为非连通状态，实现本层段关闭；

4） 将旋转式压裂喷砂器送达到不同的预施工层段，重复步骤2）和3），即可有效针对单独某层段进行针对性施工工艺。

Claims (7)

1.一种旋转式压裂喷砂器，其特征在于：在喷砂器主体（4）的一端密封连接上接头（1），另一端密封连接下接头（7），在喷砂器主体（4）的内圆周设有旋转式滑套内芯（3），在旋转式滑套内芯（3）的外圆周表面中部设有若干个剪钉槽（21），在喷砂器主体（4）上设有若干个弹簧式伸缩剪钉组合（12），当旋转式滑套内芯（3）每旋转一个固定角度，就有一个弹簧式伸缩剪钉组合（12）落入到对应的剪钉槽（21）内；在旋转式滑套内芯（3）靠近上接头（1）的一端设有旋转控制机构（10）；旋转式滑套内芯（3）靠近下接头（7）的一端设有圆周均布的旋转喷砂孔（13），在喷砂器主体（4）上设有圆周均布的外喷砂孔（6），外喷砂孔（6）的位置与旋转喷砂孔（13）位置对应。

2.如权利要求1所述的旋转式压裂喷砂器，其特征在于：所述的剪钉槽（21）数量为六个，且沿轴向间距相等排布；弹簧式伸缩剪钉组合（12）的数量为六个，并螺旋式分布，每相邻的两个弹簧式伸缩剪钉组合（12）的轴线呈60°角；当旋转式滑套内芯（3）每旋转60°角，弹簧式伸缩剪钉组合（12）中就有一个落入到对应位置的剪钉槽（21）内。

3.如权利要求2所述的旋转式压裂喷砂器，其特征在于：所述的旋转喷砂孔（13）为圆周均布三个，喷砂器主体（4）上的外喷砂孔（6）为圆周均布三个，旋转式滑套内芯（3）每旋转60°角，实现旋转喷砂孔（13）与外喷砂孔（6）的交替通断状态。

4.如权利要求3所述的旋转式压裂喷砂器，其特征在于：所述的旋转控制机构（10）结构为，在上接头内圆周通过防转键（20）连接导向体（2），导向体（2）的内圆周设有圆周均布的导向槽（11），导向槽（11）分为前后两部分，前部分为轴向线性槽，后部分为螺旋曲线槽，导向体（2）端部与旋转式滑套内芯（3）端部连接；在导向体外部设有开启钥匙总成，开启钥匙总成由前端的钥匙导向体（22）和后端的橡胶尾翼（23）连接而成，钥匙导向体（22）的外圆周设有在导向槽（11）内滑动的开启头（24），每个开启钥匙总成沿喷砂器主体（4）轴线移动，经过螺旋曲线槽的导向槽（11）后，旋转式滑套内芯（3）旋转60°角。

5.如权利要求1所述的旋转式压裂喷砂器，其特征在于：所述的喷砂器主体（4）内圆周位于外喷砂孔（6）处设有防磨喷嘴（5），防磨喷嘴（5）内圆周与旋转式滑套内芯（3）外壁贴合，防磨喷嘴（5）的设有与外喷砂孔（6）同轴的孔。

6.如权利要求1所述的旋转式压裂喷砂器，其特征在于：所述的主体（4）的外圆周设有销钉护套（14），弹簧式伸缩剪钉组合（12）上的销钉贴合在销钉护套（14）的内壁限位。

7.采用权利要求4所述的旋转式压裂喷砂器进行多级喷砂压裂的工艺方法，其特征在于包括以下步骤：

1）预安装：将旋转式压裂喷砂器的上接头（1）连接其它工具或油管，下接头（7）连接其它工具或油管后下入井内预定位置，正循环井内液体，将预施工井壁内冲洗干净；

2）第一次滑套开启：当旋转式压裂喷砂器到达预施工层段后，投入相应开启钥匙，在油压的推动下，开启钥匙完全进入导向槽（11），继续向油管内加压，开启钥匙尾端的橡胶尾翼（23）实现油管内密封，油管内压力升高；在压力的推动下，开启钥匙继续旋转下行，开启钥匙通过导向体（2）与旋转式滑套内芯（3）形成扭力，当扭力达到弹簧式伸缩剪钉组合（12）的剪断力时，旋转式滑套内芯（3）旋转，当开启钥匙完全通过导向槽（11），旋转式滑套内芯（3）旋转60°角，另一个弹簧式伸缩剪钉组合（12）进入到对应的剪钉槽（21）内，旋转喷砂孔（13）与外喷砂孔（6）相通；在压力的推动下，开启钥匙通过后下方连接的管柱下放独立的工具内部，本层段滑套开启完毕，可进行其他施工作业；

3）第一次滑套关闭：施工作业完毕后，再次投入开启钥匙，重复步骤2），旋转式滑套内芯（3）再次旋转60°角，旋转喷砂孔（13）与外喷砂孔（6）为非连通状态，实现本层段关闭；

4）将旋转式压裂喷砂器送达到不同的预施工层段，重复步骤2）和3），即可有效针对单独某层段进行针对性施工工艺。