CN107575188A - 投球更换喷嘴的水力喷射器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种投球更换喷嘴的水力喷射器，它包括内筒、套设于内筒外的外筒、内筒与外筒之间的弹簧和可旋转滑套，还包括设置于内筒内靠近于公接头处并通过销钉与内筒固连的能使流体增压的弹性球座；外筒包括第一外筒和位于第一外筒端部且与第一外筒螺纹连接的第二外筒，内筒包括壁厚不等的两部分，内筒不等壁厚部分相交边缘处为直角过渡的均布四个带有尖部的锯齿形的压块，厚壁内筒一端处均布四个凸起的滑块。本发明结构简单，过程易于控制，通过控制流体的压力从而实现水力喷射器无须起下管柱即可实现喷嘴的自动转换，该喷射器结构稳固、运行稳定，节省了成本、时间和大量的人力资源。本发明适用于油气田开发的过程中的水力喷射压裂。

Description

投球更换喷嘴的水力喷射器

技术领域

本发明属于石油与天然气工程领域，特别涉及一种水力喷射器。

背景技术

目前，在油气田开发的过程中，新井上产、老井稳产、措施增油作业均不同程度地依赖压裂、酸化等常规增产措施，水力喷射压裂是集射孔、压裂、隔离一体化的新型增产改造技术，适用于低渗透油藏直井、水平井的增产改造，是低渗透油藏压裂增产的一种有效方法。

水力喷射压裂可在指定位置处进行射孔及压裂造缝，并可实现1趟管柱压裂多个层段且无需机械封隔。喷射器在水力喷砂射孔作业时起射孔作用，高压携砂液通过喷射器的喷嘴，形成超高速水射流，带动磨料将套管、固井水泥环射穿，为压裂液体进入地层建立通道；同时水射流会对喷嘴产生强烈的冲蚀，以及水射流喷到套管反溅回来对喷嘴产生破坏，严重的甚至会导致喷嘴损坏。具体在水力喷射压裂过程中喷射器产生的问题如下：

(1)喷砂射孔所用的磨料(石英砂等)、压裂液和支撑剂均需通过喷嘴，并以较高的压力和排量泵注到地层和裂缝中，导致喷嘴冲蚀严重、内部流道变形，影响压裂施工的顺利进行，由于现有的水利喷射器的喷嘴为固定喷嘴，当喷嘴损坏时，需要及时起下管柱，在地面更换损坏的喷嘴；

(2)针对一趟管柱压裂的不同层段，施工参数不同，需要不同喷嘴组合，现有的水力喷射器的喷嘴只能在地面上进行更换，必须起下管柱，造成时间、成本和人力资源的浪费，尤其是对于复杂的井下工况，增加了施工的难度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、过程易于控制、可自动转换喷嘴、结构稳固、运行稳定的投球更换喷嘴的水力喷射器。

本发明的技术方案如下：

本发明包括内筒和套设于内筒外的外筒，所述外筒包括第一外筒和与第一外筒螺纹连接的第二外筒，其中第一外筒的一端为带有内螺纹的母接头，其另一端为带有内螺纹的内部母接头，第二外筒的一端为带有外螺纹的公接头，其另一端为带有外螺纹的与所述内部母接头螺纹连接的内部公接头，能使流体增压的弹性球座设在内筒内靠近于公接头处并通过销钉与内筒固连的，所述内筒具有两个不等的壁厚部分，靠第一外筒一侧的薄壁内筒和靠第二外筒一侧的厚壁内筒，两部分内径一致，外径相差0.4-0.7cm，薄壁内筒部分占整个内筒的75％(不同尺寸工具可根据需要进行适当调整)，所述薄壁内筒和厚壁内筒的相接边缘处为直角过渡的均布四个带有尖部的锯齿形的压块，所述厚壁内筒外周壁上均布四个凸起的滑块；

所述内筒的中部沿其周壁至少设有四排均布且沿其长度方向延伸的若干内筒喷孔，所述外筒的中部相应于内筒喷孔位置处沿其周壁设有外筒喷孔，所述外筒喷孔带有内螺纹可连接喷嘴；

所述第二外筒的内周壁于靠近弹性球座处间隔均布设有四个具有斜端面的凸棱，所述滑块能于两两凸棱之间的滑槽内沿第二外筒长度方向滑动；

所述内筒与第二外筒之间于靠近所述凸棱处套设有筒状的滑套，所述滑套沿其周壁均布设有至少四排沿其长度方向延伸且间隔设置的若干与所述内筒喷孔对应的滑套孔，所述滑套于靠近凸棱斜端面的一端间隔均布设有能伸入两两凸棱之间的滑槽内的与所述凸棱的斜端面形状相吻合的支撑板；

所述内筒与外筒之间于靠近所述滑套处套设有能沿内筒的长度方向发生形变的弹簧。

作为本发明的限定：

(一)所述滑套的壁于靠近支撑板的根部为台阶状减薄结构；

(二)所述内筒与第二外筒之间于靠近公接头处套设有第一密封圈，所述内筒与第一外筒之间于靠近母接头处套设有第二密封圈；

(三)所述弹性球座包括具有裂缝的喇叭板，所述喇叭板的大口端固设有沿喇叭板的小口端方向延伸的且能与内筒通过销钉固定的固定板；

(四)所述第一外筒的内腔与母接头连接处为台阶状结构，所述第二外筒的内腔与公接头连接处为台阶状结构。

作为本发明的进一步限定：

所述喇叭板的壁面间隔设置有若干通流孔；

所述固定板的壁面设置有若干固定板通孔。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

①滑槽、厚壁内筒、滑套及弹簧的结构设置稳固，通过内筒上的滑块在滑槽中运动实现内筒相对于外筒的滑动，内筒滑动的过程中实现滑套的转动，从而实现喷嘴的自动转换，节省了成本、时间和大量的人力资源；

②弹性球座结构简单，通过设置裂缝可实现加压后球体通过弹性球座，从而控制流体作用在内筒上的力，弹性球座上设置了通流孔，可实现内筒流体的反流要求；

③内筒和外筒两端设置第一密封圈和第二密封圈，装置的密封效果好，保证了装置内流体的压力，为准确自动变换喷嘴提供了保障；

④内筒不同壁厚相接处均布设置四个带有尖部的锯齿形的压块，与支撑板抵压接触，保证支撑板脱离第二外筒上的滑槽后沿着支撑板的斜端面运动，进而将支撑板从一边的滑槽中转动至凸棱上，并进一步沿着凸棱的斜端面运动，从而转换至相邻的滑槽中，从而实现滑套的转动，转动过程稳固。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中外筒的结构示意图；

图3为图2中第一外筒的半剖示意图；

图4为图2中第二外筒的结构示意图；

图5为图4中第二外筒的A-A剖视图；

图6为图1中内筒的结构示意图；

图7为图6中内筒的B-B剖视图；

图8为图6中内筒的A-A剖视图；

图9为图1中滑套的结构示意图；

图10为图1中弹性球座沿径向剖切的结构示意图。

图中：1-内筒、2-第一外筒、3-第一密封圈、4-第二密封圈、5-滑套、6-第二外筒、7-弹簧、8-弹性球座、9-销钉、11-内筒喷孔、12-薄壁内筒、13-厚壁内筒、14-滑块、15-压块、21-外筒喷孔、22-凸棱、28-母接头、29-内部母接头、51-滑套孔、52-支撑板、61-公接头、62-内部公接头、81-喇叭板、82-通流孔、83-固定板。

具体实施方式

在图1所示的投球更换喷嘴的水力喷射器示意图中，具有空腔的外筒套在具有空腔的内筒1外，弹性球座8通过销钉9设在内筒内并与内筒固连，如图10所示，弹性球座这的带有裂缝的喇叭板81的大口端固设有沿喇叭板的小口端方向延伸的且能与内筒通过销钉固定的固定板83，固定板83上设有若干通透的固定板通孔，喇叭板81上间隔设有若干通透的通流孔82。

如图2所示，外筒中的第二外筒6与第一外筒2螺纹连接；如图3所示，第一外筒的一端为带有内螺纹的母接头28，其另一端为带有内螺纹的内部母接头29；如图4所示，第二外筒的一端为带有外螺纹的公接头61，其另一端为带有外螺纹的内部公接头62，内部公接头与内部母接头螺纹连接，从而将第一外筒和第二外筒装配成为外筒，第一外筒的内腔与母接头连接处为台阶状结构，第二外筒的内腔与公接头连接处为台阶状结构；公接头与母接头与其它的工具连接，在实际的水利喷射压裂作业中，本发明为竖向放置，即公接头位于上方，母接头位于下方。

内筒与第二外筒之间于靠近公接头处套设有第一密封圈3，内筒与第一外筒之间于靠近母接头处套设有第二密封圈4；

如图6、图7和图8所示，内筒包括壁厚不等的两个部分，即薄壁内筒12和厚壁内筒13，厚壁内筒的外径大于薄壁内筒的外径，二者一体连接，薄壁内筒与厚壁内筒的内径相等，薄壁内筒部分占整个内筒的75％，薄壁内筒和厚壁内筒的相接边缘处，为四个直角过渡的带有尖部的锯齿形的压块15，压块沿着厚壁内筒均布设置，厚壁内筒外周壁上均布四个凸起的滑块14，滑块与压块的位置相对应。

为了实现装置内的流体喷射，内筒的中部沿其周壁均布设有四排沿其长度方向延伸的若干通透的内筒喷孔11，第二外筒的中部沿其周壁相应于内筒喷孔位置处设有通透的外筒喷孔21，外筒喷孔带有内螺纹可连接喷嘴，内筒喷孔的直径与外筒喷孔的直径相等。

第二外筒的内周壁于靠近弹性球座处间隔均布设有四个具有斜端面的凸棱22，上述滑块能于两两凸棱之间的滑槽内沿第二外筒长度方向滑动；

如图9所示，内筒与第二外筒之间于靠近所述凸棱处套设有筒状的滑套5，滑套沿其周壁均布设有至少四排沿其长度方向延伸且间隔设置的若干与所述内筒喷孔对应的滑套孔51，滑套于靠近凸棱斜端面的一端间隔均布设有能伸入两两凸棱之间的滑槽内的与所述凸棱的斜端面形状相吻合的支撑板52，滑套的壁于靠近支撑板的根部为台阶状减薄结构，

内筒与外筒之间于靠近所述滑套处套设有能沿内筒的长度方向发生形变的弹簧7。

本发明是通过从右至左依次设置的滑动机构、转换机构和恢复机构配合实现的，其工作过程如下：

(一)滑动机构

第二外筒6的内周壁于靠近弹性球座8处间隔均布设有四个凸棱22，凸棱22的自由端为斜端面形状，凸棱22凸出于第二外筒6内壁且凸出的厚度相等，两两凸棱22之间形成滑槽，即形成四个型滑槽(以图所示方向为例)，滑块14的位置与滑槽的位置相对应，并能于滑槽内沿着第二外筒6的长度方向滑动(图1所示的方向左右滑动)，如图4和图5所示。

(二)转换机构

内筒1与第二外筒6之间于靠近凸棱22处套设有筒状的滑套5，滑套5为中空的筒状结构，滑套5的壁厚，与内筒1与第二外筒6之间的空隙相吻合，如图9所示，滑套5沿其周壁均布设有四排沿其长度方向延伸且间隔设置的若干滑套孔51，相邻两排之间的滑套孔51为间隔设置，滑套孔51与内筒喷孔11、外筒喷孔21的直径及设置位置均一致，即旋转滑套5可实现滑套孔51与内筒喷孔11和外筒喷孔21相对应或不对应，即实现喷孔的开启或者关闭。

滑套5的一端于靠近凸棱22自由端处间隔均布设有能伸入滑槽内的支撑板52，支撑板52的自由端面与凸棱22的斜端面形状相吻合，即均为斜面，且倾斜角度相等、方向一致，即凸棱22的斜端面与支撑板52的斜断面可以无缝隙相接并沿其端面滑动，支撑板52的厚度与滑槽的凹槽及薄壁内筒12的空隙相吻合，支撑板52的长度与滑槽的长度相吻合；在实际的应用过程中，为了保证支撑板52的强度，滑套5的壁于靠近支撑板52的根部为台阶状减薄结构，其台阶处的壁厚与压块15的厚度相同。

内筒喷孔11、外筒喷孔21和滑套孔51的设置排数与支撑板52、凸棱22、滑块14、压块15的个数相等，本发明中，内筒喷孔11、外筒喷孔21和滑套孔51均设置为四排，支撑板52为四个，凸棱22为四个(滑槽为四个)、压块15为四个、滑块14为四个。当然，在实际的操作过程中，可根据实际的需要设置具体的个数。

(三)恢复机构

内筒1与外筒之间于靠近滑套5处套设有弹簧7，弹簧7能沿内筒1的长度方向发生形变(以图1为例，左右发生形变)，即压缩或者伸长(在实际施工过程中，喷射器为竖直放置，当内筒1相对于外筒向下运动时，压缩弹簧7；当压缩至弹簧7的恢复力大于向下的合力时，内筒1相对于外筒向上运动)。

弹性球座8具有水利增压、控制流体压力的功能，它包括喇叭状的喇叭板81，如图10所示，为了控制流通的流体压力，喇叭板81具有裂隙，裂隙可根据实际的需要设置，如可以沿着喇叭板81的中心沿径向设置，当投入流体中的球流至喇叭板81处时，喇叭板81截留住球，流体开始增压，当流体的压力增大到一定程度时，由于喇叭板81存在裂隙，球可通过喇叭板81，增压结束，具体裂隙的数量及参数可根据实际需要进行设定。

为了使喇叭板81固定于内筒1的内壁，喇叭板81的大口端设有沿喇叭板81的小口端方向延伸的筒状的固定板83，固定板83沿其高度方向设有裂隙，固定板83能与内筒1的内壁通过销钉9固定，固定板83上设有若干通透的固定板通孔。

实际施工中，存在井筒反洗等流体反向流动的作业，为了不影响流体在内筒1内反流，喇叭板81上间隔设置有若干通透的通流孔82，流体可通过通流孔82实现反流。

为了保证投球更换喷嘴的水力喷射器的密封性能，内筒1与第二外筒6之间于靠近公接头61处套设有第一密封圈3，内筒1与第一外筒2之间于靠近母接头28处套设有第二密封圈4。

工作原理：实际油田水力喷射压裂作业过程中，本发明竖直放置，喷嘴安装于外筒喷孔21上，通常情况下，不需要转换喷嘴时，流体从公接头61处流入，经过喷嘴喷出。在弹簧7作用下，厚壁内筒13的边缘顶在第二外筒6的内腔与公接头61连接处，压块15抵压于支撑板52的斜端面上。

需要转换喷嘴时，从井口投球，球体随着流体进入喇叭板81，挡住通流孔82并被喇叭板81截留住，喇叭板81上的液体流通通道被球阻挡，继续向井内注入流体，流体压力的作用于内筒1上，压块15抵压于支撑板52的斜端面上，弹簧7恢复力通过滑套5作用于内筒1上，流体作用于内筒1向下运动的力大于弹簧7作用于内筒1向上的恢复力时，内筒1带动滑套5相对外筒向下运动。

随着流体的压力持续不断增大，内筒1相应于外筒继续向下运动，当支撑板52从滑槽中刚滑出时(支撑板52的斜端面最高处与凸棱22斜端面最高处接触)，压块15沿着支撑板52的斜端面由高处向低处滑动，此时支撑板52从滑槽中慢慢滑出，并沿着凸棱22斜端面由高处向低处运动(此时弹簧还处于压缩状态)；当薄壁内筒12边缘顶在第一外筒2的内腔与母接头28连接处时，内筒1停止滑动；此时继续加压，球从喇叭板81通过，流体施加于内筒1向下的力消失；此时弹簧7作用于内筒1向上的恢复力大于流体作用于内筒1向下运动的力，支撑板52继续沿凸棱22斜端面由高处向低处运动，并重新抵压压块15，使其向上运动，直至支撑板52滑到相邻的滑槽内；支撑板52抵压在压块15的尖部并在滑槽内继续向上运动，直至厚壁内筒13边缘顶在第二外筒6的内腔与公接头61连接处，即实现了滑套5的转动，滑套转动一次为90度，滑套5转动后带动滑套孔51的位置的变化，进而实现喷嘴的更换，即不同位置处的内筒喷孔11、外筒喷孔21的启闭。

Claims (7)

1.一种投球更换喷嘴的水力喷射器，其包括内筒和套设于内筒外的外筒，所述外筒包括第一外筒和与第一外筒螺纹连接的第二外筒，其中第一外筒的一端为带有内螺纹的母接头，其另一端为带有内螺纹的内部母接头，第二外筒的一端为带有外螺纹的公接头，其另一端为带有外螺纹的与所述内部母接头螺纹连接的内部公接头，能使流体增压的弹性球座设在内筒内靠近于公接头处并通过销钉与内筒固连的，其特征在于：

所述内筒具有两个不等的壁厚部分，即靠第一外筒一侧的薄壁内筒和靠第二外筒一侧的厚壁内筒，两部分内径一致，外径相差0.4-0.7cm，薄壁内筒部分占整个内筒的75％，所述薄壁内筒和厚壁内筒的相接边缘处为直角过渡的均布四个带有尖部的锯齿形的压块，所述厚壁内筒外周壁上均布四个凸起的滑块；

所述内筒的中部沿其周壁至少设有四排均布且沿其长度方向延伸的若干内筒喷孔，所述外筒的中部相应于内筒喷孔位置处沿其周壁设有外筒喷孔，所述外筒喷孔带有内螺纹可连接喷嘴；

所述第二外筒的内周壁于靠近弹性球座处间隔均布设有四个具有斜端面的凸棱，所述滑块能于两两凸棱之间的滑槽内沿第二外筒长度方向滑动；

所述内筒与第二外筒之间于靠近所述凸棱处套设有筒状的滑套，所述滑套沿其周壁均布设有至少四排沿其长度方向延伸且间隔设置的若干与所述内筒喷孔对应的滑套孔，所述滑套于靠近凸棱斜端面的一端间隔均布设有能伸入两两凸棱之间的滑槽内的与所述凸棱的斜端面形状相吻合的支撑板；

所述内筒与外筒之间于靠近所述滑套处套设有能沿内筒的长度方向发生形变的弹簧。

2.根据权利要求1所述的投球更换喷嘴的水力喷射器，其特征在于：所述滑套的壁于靠近支撑板的根部为台阶状减薄结构。

3.根据权利要求1所述的投球更换喷嘴的水力喷射器，其特征在于：所述内筒与第二外筒之间于靠近公接头处套设有第一密封圈，所述内筒与第一外筒之间于靠近母接头处套设有第二密封圈。

4.根据权利要求1所述的投球更换喷嘴的水力喷射器，其特征在于：所述弹性球座包括具有裂缝的喇叭板，所述喇叭板的大口端固设有沿喇叭板的小口端方向延伸的且能与内筒通过销钉固定的固定板。

5.根据权利要求1所述的投球更换喷嘴的水力喷射器，其特征在于：第一外筒的内腔与母接头连接处为台阶状结构，所述第二外筒的内腔与公接头连接处为台阶状结构。

6.根据权利要求4所述的投球更换喷嘴的水力喷射器，其特征在于：所述喇叭板的壁面间隔设置有若干通流孔。

7.根据权利要求4或6中所述的投球更换喷嘴的水力喷射器，其特征在于：所述固定板的壁面设置有若干固定板通孔。