CN106968648A - 一种耐磨非金属双螺旋水力喷射器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐磨非金属双螺旋水力喷射器，主要由非金属双螺旋本体、非金属喷嘴套、非金属喷嘴等组成，非金属双螺旋本体、非金属喷嘴套和非金属喷嘴均采用纳米功能复合陶瓷加工制造，非金属双螺旋本体的内腔设计为双螺旋梯形槽结构，双螺旋梯形槽上以螺旋状方式均布非金属喷嘴。本发明具有耐高温、高耐冲蚀性、耐高压、机械力学性能好等优点，能使携砂流体以螺旋旋流的状态均衡进入每个喷嘴中，有效解决现有金属水力喷射器本体不耐冲蚀和双级水力喷射器砂浓度分布不均匀的问题，防止了水力喷射器的冲蚀损坏，提高了水力喷射器施工成功率和效果，耐冲蚀性高，实用性强，应用效果显著，适合应用于直井、水平井多级水力喷射压裂管柱中。
Description
技术领域
本发明属于水力喷射压裂工艺技术领域，具体涉及一种耐磨非金属双螺旋水力喷射器，主要适用于直井、水平井多级水力喷射压裂工艺管柱中。
背景技术
近10年来，水力喷射压裂工艺技术是长庆油田进行压裂改造、试油、完井一体化作业的主流技术，其中水力喷射器是实施多级水力喷射压裂工艺的重要工具。据调研，目前国内外石油行业水力喷射压裂使用的水力喷射器都是采用金属材料加工制造，基于金属材料可加工性的考虑，现在制造水力喷射器用金属材料为35CrMo、42CrMo等塑性材料，在使用过程中该金属水力喷射器本体和喷嘴的冲蚀较为严重，特别是压后放喷排液时由于返排液高速反溅冲击致使水力喷射器本体冲蚀面积较大，造成水力喷射器喷嘴脱落而无法重复使用和冲蚀失效。同时，双级水力喷射器之间出现严重的砂浓度不均匀现象，导致双级水力喷射器产生非均匀冲蚀。这些单级和双级水力喷射器的冲蚀损坏，不仅增加了工具投入成本，更降低了现场水力喷射压裂施工的成功率和效果。
发明内容
本发明的目的是为了能彻底改变现有金属水力喷射器本体不耐冲蚀的性能，改善双级水力喷射器砂浓度分布，提供一种高性能耐磨非金属双螺旋水力喷射器，使现有金属水力喷射器具有非常高的硬度、非常好的韧性和耐冲蚀性，从而确保水力喷射器高效射孔压裂施工。
为此，本发明提供了一种耐磨非金属双螺旋水力喷射器，包括本体，本体的上下端分别连接有上接头和下接头，所述的本体为非金属双螺旋本体，本体内腔加工双螺旋线流道，所述的本体上分布有多个非金属喷嘴套，多个非金属喷嘴套分布在本体内腔双螺旋线流道上，非金属喷嘴套和本体通过螺纹连接；所述的非金属喷嘴套内安装非金属喷嘴，非金属喷嘴和非金属喷嘴套在装配上通过锥度密封连接。
所述的非金属喷嘴套上部设置有O型密封圈，非金属喷嘴套下部设置有紫铜垫，非金属喷嘴套通过O型密封圈和紫铜垫实现和本体之间双向密封。
所述的本体、非金属喷嘴套和非金属喷嘴均采用纳米功能复合陶瓷加工而成，耐温850℃，耐压35MPa，热处理硬度达75～80HRC。
所述的本体内腔双螺旋线流道立体形状为梯形槽。
所述的本体内腔双螺旋线流道沿顺时针方向，螺旋角45°，双螺旋螺距135mm，双螺旋线间距35mm，螺旋梯形槽长124mm，槽深6mm，槽底部宽度为12mm，梯形角为60°。
所述的非金属喷嘴套有6个，以螺旋状方式均匀分布在本体内腔双螺旋线流道上。
所述的本体外径为80mm，内腔通径为40mm；非金属喷嘴套和非金属喷嘴均有6个，喷嘴直径为4.5mm。
本发明的有益效果：本发明提供的这种耐磨非金属双螺旋水力喷射器，采用高性能耐磨非金属材料纳米功能复合陶瓷加工了非金属双螺旋本体、非金属喷嘴套和非金属喷嘴，优化了双螺旋结构参数，由于高性能耐磨非金属材料具有非常高的硬度、强度和非常好的韧性与耐磨性，既可以有效进行机械加工，又可以保证双螺旋本体、喷嘴套和喷嘴高效耐冲蚀，因而使本发明具有非常高的耐冲蚀性能。同时双螺旋本体内双螺旋结构使携砂流体以螺旋状态流动到每个喷嘴中，实现了双级水力喷射器间砂浓度均匀，有效解决了单级或双级水力喷射器冲蚀失效难题，耐冲蚀性高，实用性强，效果显著。
附图说明
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
图1是本发明耐磨非金属双螺旋水力喷射器的结构示意图。
图2是图1的A-A剖面示意图。
图3是非金属双螺旋本体顺时针双螺旋槽展开示意图。
附图标记说明：1、本体；2、非金属喷嘴套；3、O型密封圈；4、紫铜垫；5、非金属喷嘴。
具体实施方式
本发明涉及到水力喷射压裂工艺技术领域，是实现水力射孔、水力压裂的关键工具，成功解决了现有金属水力喷射器本体不耐冲蚀和双级水力喷射器砂浓度分布不均匀的问题，适合应用于直井、水平井多级水力喷射压裂管柱中，以下将结合具体实施例做进一步详细阐述。
实施例1：
本实施例提供一种耐磨非金属双螺旋水力喷射器，结合图1和图2所示，包括本体1，本体1的上下端分别连接有上接头和下接头，接头扣型为2-7/8"UP TBG，每英寸8牙，锥度1:16。所述的本体1为非金属双螺旋本体，本体1内腔加工双螺旋线流道，所述的本体1上分布有多个非金属喷嘴套2，多个非金属喷嘴套2分布在本体1内腔双螺旋线流道上，非金属喷嘴套2和本体1通过螺纹连接；所述的非金属喷嘴套2内安装非金属喷嘴5，非金属喷嘴5和非金属喷嘴套2在装配上通过锥度密封连接。
本实施例的应用方式为：
1、首先油气井进行多级水力喷射压裂施工前，根据施工设计中管柱结构特点及要求连接好带有高性能耐磨非金属双螺旋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高性能耐磨非金属双螺旋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0.8～1.0 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130kg/m3携砂液沿喷射压裂管柱泵入高性能耐磨非金属双螺旋水力喷射器处，携砂液因经过非金属双螺旋本体产生旋流至每个喷嘴内，同时携砂液流经非金属喷嘴产生流速高达180m/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，环空提高排量至4.0m3/min、油管补平衡压力排量2.0m3/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，起出喷射压裂管柱，及时拆卸、检查高性能耐磨非金属双螺旋水力喷射器的非金属双螺旋本体（含外壁和内腔）、非金属喷嘴套、非金属喷嘴使用情况，用于保养或更换高性能耐磨非金属双螺旋水力喷射器，以便后续再次进行水力喷射压裂施工。
实施例2：
本实施例在实施例1的基础上进一步进行说明，本实施例中，本体1、非金属喷嘴套2和非金属喷嘴5均采用纳米功能复合陶瓷加工而成，耐温850℃，耐压35MPa，热处理硬度达75～80HRC，机械加工性强，不允许有裂纹、气孔等缺陷，耐冲蚀性很高。
本体1内腔双螺旋线流道立体形状为梯形槽，加工双螺旋梯形槽结构，可以保证携砂液沿双螺旋槽结构以螺旋状态流动，提高水力喷射器砂浓度的均匀性。
非金属喷嘴套和非金属喷嘴在装配上通过锥度密封连接；非金属喷嘴套2上部设置有O型密封圈3，非金属喷嘴套2下部设置有紫铜垫4，非金属喷嘴套和非金属双螺旋本体通过螺纹连接，连接螺纹为M28×2，并利用O型密封圈和紫铜垫进行双向密封，螺纹连接便于喷嘴套损坏时的拆卸、更换和保养。
实施例3：
本实施例结合上述两个实施例，提出一个具体的结构，喷射器长度1300mm，喷射体外径100mm，本体1内腔双螺旋线流道沿顺时针方向，如图3所示，螺旋角45°，双螺旋螺距135mm，双螺旋线间距35mm，螺旋梯形槽长124mm，槽深6mm，槽底部宽度为12mm，梯形角为60°。非金属喷嘴套2有6个，以螺旋状方式均匀分布在本体1内腔双螺旋线流道上。本体1外径为80mm，内腔通径为40mm；非金属喷嘴套2和非金属喷嘴5均有6个，喷嘴直径为4.5mm。
6个非金属喷嘴5（或非金属喷嘴套2）以螺旋状方式均匀分布在非金属双螺旋本体1内腔双螺旋线上，可以保证携砂流体在非金属双螺旋本体1内腔中沿双螺旋线流道流到每个非金属喷嘴5中。
实施例4：
为了验证高性能耐磨非金属双螺旋水力喷射器的耐冲蚀性能，将该工具应用到固平24-36井进行现场试验。固平24-36井是一口采油水平井，采用底封拖动双级水力喷砂环空加砂分段压裂方式进行储层改造，其中上游喷射器为新研发的高性能耐磨非金属双螺旋水力喷射器（试验工具），下游喷射器为现有金属水力喷射器。该井于2016年12月14日开始喷砂射孔压裂第1段，于2016年12月25日一趟钻全部完成10段喷砂压裂施工，压裂施工完成后，起出喷射压裂管柱，观察发现上游高性能耐磨非金属双螺旋水力喷射器喷嘴周围本体冲蚀很小，而下游金属喷射器喷嘴周围本体冲蚀区域面积较大，冲蚀严重。由此可见，高性能耐磨非金属双螺旋水力喷射器耐冲蚀性高，能够满足现场水力射孔压裂施工需要，这就很好地解决了现有金属水力喷射器不耐冲蚀的问题。
综上所述，本发明通过利用高性能非金属耐磨材料和双螺旋结构来改变现有金属水力喷射器的耐冲蚀性和内部流体流态及流向，有效解决了现有金属水力喷射器本体不耐冲蚀和双级水力喷射器砂浓度分布不均匀的问题，有效防止了水力喷射器的冲蚀损坏，提高了水力喷射器施工成功率和效果。
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 (7)
1.一种耐磨非金属双螺旋水力喷射器，包括本体（1），本体（1）的上下端分别连接有上接头和下接头，其特征在于：所述的本体（1）为非金属双螺旋本体，本体（1）内腔加工双螺旋线流道，所述的本体（1）上分布有多个非金属喷嘴套（2），多个非金属喷嘴套（2）分布在本体（1）内腔双螺旋线流道上，非金属喷嘴套（2）和本体（1）通过螺纹连接；所述的非金属喷嘴套（2）内安装非金属喷嘴（5），非金属喷嘴（5）和非金属喷嘴套（2）在装配上通过锥度密封连接。
2.如权利要求1所述的耐磨非金属双螺旋水力喷射器，其特征在于：所述的非金属喷嘴套（2）上部设置有O型密封圈（3），非金属喷嘴套（2）下部设置有紫铜垫（4），非金属喷嘴套（2）通过O型密封圈（3）和紫铜垫（4）实现和本体（1）之间双向密封。
3.如权利要求1或2所述的耐磨非金属双螺旋水力喷射器，其特征在于：所述的本体（1）、非金属喷嘴套（2）和非金属喷嘴（5）均采用纳米功能复合陶瓷加工而成，耐温850℃，耐压35MPa，热处理硬度达75～80HRC。
4.如权利要求3所述的耐磨非金属双螺旋水力喷射器，其特征在于：所述的本体（1）内腔双螺旋线流道立体形状为梯形槽。
5.如权利要求4所述的耐磨非金属双螺旋水力喷射器，其特征在于：所述的本体（1）内腔双螺旋线流道沿顺时针方向，螺旋角45°，双螺旋螺距135mm，双螺旋线间距35mm，螺旋梯形槽长124mm，槽深6mm，槽底部宽度为12mm，梯形角为60°。
6.如权利要求1所述的耐磨非金属双螺旋水力喷射器，其特征在于：所述的非金属喷嘴套（2）有6个，以螺旋状方式均匀分布在本体（1）内腔双螺旋线流道上。
7.如权利要求1所述的耐磨非金属双螺旋水力喷射器，其特征在于：所述的本体（1）外径为80mm，内腔通径为40mm；非金属喷嘴套（2）和非金属喷嘴（5）均有6个，喷嘴直径为4.5mm。
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