CN107882543A - 一种水平井水平喷射压裂装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水平井水平喷射压裂装置，属于煤层气开采领域。该装置包括偏心喷射主体；所述偏心喷射主体包括通腔和位于所述通腔的径向对称的两侧的至少两个喷嘴，所述通腔与所述喷嘴连通；所述喷嘴的中心轴线位于所述通腔的中心轴线所在的水平面上；和位于所述偏心喷射主体的两端的两个接头；所述接头包括中心管和位于所述接头与所述中心管之间的轴承，所述中心管与所述偏心喷射主体固定连通；所述轴承可使所述中心管在所述接头中转动；并且，所述偏心喷射主体具有偏心配重的结构。该装置可以在水平井中自主实现喷射定向，从而保障喷砂射流向固定水平方向喷射，对煤层气水平井的压裂改造能起到很好的控制作用，且具有很好的效果。

Description

一种水平井水平喷射压裂装置

技术领域

本发明涉及煤层气开采领域，特别涉及一种水平井水平喷射压裂装置。

背景技术

在油田开采过程中，压裂技术是保证油气高产的重要手段，是目前提高油井采收率的有效措施之一，广泛用于油、气井增产，已成为改造低渗透油气藏和开发深部油气藏的主要手段。所谓压裂，就是利用高压流体(压裂液等)在井底生产层造成裂缝或扩展原始裂纹，再用支撑剂(沙子或者其它固体颗粒)填充，以形成高渗透率区域的过程。经过压裂处理后的油井，可得到导流能力强、裂缝长的油、气流通道，最后达到增产油、气的效果。

现有技术中，对于水平井的压裂通常借助于小井眼水力喷射定向压裂装置，使用时，将压裂装置下放到需要压裂的水平井中的预定位置处，该压裂装置的一端连接在压裂管柱上，另一端密封，通过压裂车将压裂液泵送到该压裂装置中，并通过压裂装置上的喷嘴喷出，从而实现该处煤层的压裂。

在实现本发明的过程中，本发明人发现现有技术中至少存在以下问题：在将现有的压裂装置下放到水平井中时，由于不能对喷嘴的方向进行调整，从而不能保证喷嘴的水流始终沿水平方向；进一步地，由于有些煤层较薄，如果喷嘴的水流不在水平方向上，压裂容易导致裂缝快速沿上下方向延伸，造成裂缝穿过盖层(盖层是指位于储集层之上能够封隔储集层使其中的油气免于向上逸散的保护层)，严重影响水平井压裂的效果。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提供一种能够自动定向的水平井水平喷射压裂装置。

具体而言，包括以下的技术方案：

一种水平井水平喷射压裂装置，包括：

偏心喷射主体；所述偏心喷射主体包括位于所述偏心喷射主体的内部的通腔和安装在所述偏心喷射主体上、且位于所述通腔的径向对称的两侧的至少两个喷嘴，所述通腔与所述喷嘴连通；所述喷嘴的中心轴线位于所述通腔的中心轴线所在的水平面上；和

位于所述偏心喷射主体的两端的两个接头；所述接头包括位于所述接头的内部的中心管和位于所述接头与所述中心管之间的轴承，所述中心管与所述偏心喷射主体固定连通；所述轴承可使所述中心管在所述接头中转动；

并且，所述偏心喷射主体的下部的重量大于所述偏心喷射主体的上部的重量。

优选地，所述偏心喷射主体上所述喷嘴的数量为四个。

进一步地，在所述偏心喷射主体的所述下部设置有均匀分布的通孔，所述通孔内注满铅。

进一步地，所述偏心喷射主体的所述通孔的两端分别设置有堵帽。

优选地，设置在所述偏心喷射主体上的所述通孔的数量为三个。

进一步地，所述接头的所述轴承包括止推轴承和扶正轴承。

进一步地，在所述止推轴承的外侧设置有轴承护套，在所述扶正轴承的外侧设置有扶正套，所述轴承护套分别与所述接头和所述扶正套固定连接。

优选地，所述轴承护套与所述接头和所述扶正套之间通过螺纹固定连接。

进一步地，在所述轴承护套和所述中心管之间还设置有固定套。

优选地，两个所述接头中的其中一个具有与所述中心管连通、且对外开放的第一开口部，所述第一开口部具有内螺纹；两个所述接头中的另一个具有与所述中心管连通、且对外开放的第二开口部，所述第二开口部具有外螺纹。

优选地，所述接头的所述中心管和所述偏心喷射主体之间为螺纹连接。

优选地，该水平井水平喷射压裂装置还包括多个O型胶圈。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果：提供一种能够自动定向的水平井水平喷射压裂装置。具体地，将喷射主体的设置为偏心配重的结构，通过轴承使偏心配重的喷射主体的喷嘴能够自由转动，并自动定向在水平位置上，使喷嘴处的射流接近水平角度，实现喷嘴的水流始终沿水平方向，从而保障喷砂射流向固定水平方向喷射，避免煤层气在压裂后发生水串，对煤层气水平井的压裂改造能起到很好的控制作用，且具有很好的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种水平井水平喷射压裂装置的结构图；

图2为图1沿A-A方向的剖视图。

图中的附图标记分别表示：

1、偏心喷射主体；1a、下部；1b、上部；

2、接头；

3、通腔；

4、喷嘴；

5、中心管；

6、轴承；6a、止推轴承；6b、扶正轴承；

7、通孔；

8、轴承护套；

9、扶正套；

10、固定套；

11、第一开口部；

12、第二开口部；

13、O型胶圈；

14、堵帽；

15、顶环。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。

本发明提供一种水平井水平喷射压裂装置，如图1-2所示，图1为本发明实施例提供的一种水平井水平喷射压裂装置的结构图；图2为图1沿A-A方向的剖视图。该水平井水平喷射压裂装置包括：

偏心喷射主体1；偏心喷射主体1包括位于偏心喷射主体1的内部的通腔3和安装在偏心喷射主体1上、且位于通腔3的径向对称的两侧的至少两个喷嘴4，通腔3与喷嘴4连通；喷嘴4的中心轴线位于通腔3的中心轴线所在的水平面上；和

位于偏心喷射主体1的两端的两个接头2；接头2包括位于接头2的内部的中心管5和位于接头2与中心管5之间的轴承6，中心管5与偏心喷射主体1固定连通；轴承6可使中心管5在接头2中转动；

并且，偏心喷射主体1的下部1a的重量大于偏心喷射主体1的上部1b的重量。

需要说明的是，本发明中的上部和下部均是以该装置的工作状态定义的，例如，在实际工作中，该水平喷射压裂装置在水平井中为水平放置，偏心喷射主体1的下部1a是指通腔3的中心轴线所在的水平面的以下的部分，偏心喷射主体1的上部1b是指通腔3的中心轴线所在的水平面的以上的部分，如图2所示，优选地，偏心喷射主体1的下部1a的横截面面积大于上部1b的横截面面积，即下部1a的尺寸大于上部1b的尺寸。

本发明实施例提供的水平井水平喷射压裂装置的工作原理为：将该水平井水平喷射压裂装置的其中一个接头2的自由端(与偏心喷射主体1连接的一端的相对端)连接在压裂管柱(图未示出)上，另一个接头2的自由端(与偏心喷射主体1连接的一端的相对端)密封。作业时，将该装置下放到水平井套管中的预定位置处，由于接头2的最大外径接近水平段套管的内径，使得偏心喷射主体1在套管中处于悬空状态，而不与套管接触。然后使用压裂车将压裂液泵送到该装置的偏心喷射主体1中，压裂液通过偏心喷射主体1的喷嘴4喷出，进而压裂岩层。由于本发明中的偏心喷射主体1具有偏心配重的结构(即偏心喷射主体1的下部1a的重量大于偏心喷射主体1的上部1b的重量)，且与偏心喷射主体1连接的中心管5能在接头2内自由转动，因此偏心喷射主体1能在自身重力的作用下通过中心管5带动轴承6转动而进行自动定向，使得偏心喷射主体1的喷嘴4的中心轴线始终位于通腔3的中心轴线所在的水平面上，而不受接头2的方位的影响。本发明实施例提供的水平井水平喷射压裂装置可以在水平井中自主实现喷射定向，使喷嘴4处的射流接近水平角度，实现喷嘴4的水流始终沿水平方向，从而保障喷砂射流向固定水平方向喷射，避免煤层气在压裂后发生水串，对煤层气水平井的压裂改造能起到很好的控制作用，且具有很好的效果。

在上述的水平井水平喷射压裂装置中，喷嘴4安装在偏心喷射主体1上，且位于通腔3的径向对称位置上，本发明对喷嘴4的数量没有严格限定，操作人员可根据实际需要而定，例如可以为两个、四个、六个等，优选为四个。

在上述的水平井水平喷射压裂装置中，为了使偏心喷射主体1具有偏心配重的结构，且保证水平放置偏心喷射主体1时喷嘴4的中心轴线位于水平面上，可设置在偏心喷射主体1的下部1a上具有均匀分布的通孔7，且在通孔7内注满重金属，例如铅。

在上述的水平井水平喷射压裂装置中，进一步地，偏心喷射主体1的通孔7的两端分别设置有堵帽14，防止通孔7内的重金属漏出。

在上述的水平井水平喷射压裂装置中，在偏心喷射主体1上的通孔7中注满铅，以使得偏心喷射主体1的重心下移，对通孔7的具体数量没有严格限定，例如可以为一个、两个、三个、四个、五个等等，优选地为三个。通孔7在偏心喷射主体1的下部1a上均匀分布，以确保水平放置偏心喷射主体1时喷嘴4的中心轴线位于水平面上。

在上述的水平井水平喷射压裂装置中，轴承6在中心管5转动过程中起固定中心管5、且减小中心管5的摩擦力的作用，也就是说，当中心管5相对于接头2转动时，轴承6能降低动力传递过程中的摩擦系数、并保持中心管5的轴中心固定。接头2上的轴承6可包括止推轴承6a和扶正轴承6b，止推轴承6a用于承受中心管5转动时的轴向力，扶正轴承6b用于承受中心管5转动时的径向力。

在上述的水平井水平喷射压裂装置中，在止推轴承6a和扶正轴承6b之间还设置有顶环15，且在扶正轴承6b的外侧还设置有扶正套9，顶环15和扶正套9用于固定和保护扶正轴承6b；进一步地，在止推轴承6a的外侧可设置有轴承护套8，轴承护套8用于固定和保护止推轴承6a；轴承护套8分别与接头2和扶正套9固定连接。

在上述的水平井水平喷射压裂装置中，对轴承护套8与接头2和扶正套9的连接方式没有严格限定，能够实现其之间的固定连接即可，例如可以为螺纹连接、焊接等方式，优选地，轴承护套8与接头2和扶正套9之间通过螺纹固定连接。

在上述的水平井水平喷射压裂装置中，在轴承护套8和中心管5之间还可设置有固定套10，固定套10用于固定止推轴承6a与中心管5的相对位置，防止止推轴承6a在中心管5上滑动。。

在上述的水平井水平喷射压裂装置中，为了便于该装置的一端与压裂管柱进行连接，可设置其中两个接头2中的其中一个具有与中心管5连通、且对外开放的第一开口部11，进一步地可设置第一开口部11具有内螺纹，用于与压裂管柱螺纹连接；另外，为了便于对该装置的另一端进行密封，两个接头2中的另一个具有与中心管5连通、且对外开放的第二开口部12，进一步地可设置第二开口部12具有外螺纹，用于与丝堵连接进行密封。

在上述的水平井水平喷射压裂装置中，偏心喷射主体1的通腔3具有内螺纹，接头2的中心管5和偏心喷射主体1的通腔3之间为螺纹连接。

在上述的水平井水平喷射压裂装置中，为了更好的使各组件之间进行密封连接，该水平井水平喷射压裂装置还可包括多个O型胶圈13。

本发明将喷射主体的设置为偏心配重的结构，通过轴承使偏心喷射主体的喷嘴能够自由转动，并自动定向在水平位置上，使喷嘴处的射流接近水平角度，实现喷嘴的水流始终沿水平方向，从而保障喷砂射流向固定水平方向喷射，避免煤层气在压裂后发生水串，对煤层气水平井的压裂改造能起到很好的控制作用，且具有很好的效果。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种水平井水平喷射压裂装置，其特征在于，该装置包括：

偏心喷射主体(1)；所述偏心喷射主体(1)包括位于所述偏心喷射主体(1)的内部的通腔(3)和安装在所述偏心喷射主体(1)上、且位于所述通腔(3)的径向对称的两侧的至少两个喷嘴(4)，所述通腔(3)与所述喷嘴(4)连通；所述喷嘴(4)的中心轴线位于所述通腔(3)的中心轴线所在的水平面上；和

位于所述偏心喷射主体(1)的两端的两个接头(2)；所述接头(2)包括位于所述接头(2)的内部的中心管(5)和位于所述接头(2)与所述中心管(5)之间的轴承(6)，所述中心管(5)与所述偏心喷射主体(1)固定连通；所述轴承(6)可使所述中心管(5)在所述接头(2)中转动；

并且，所述偏心喷射主体(1)的下部(1a)的重量大于所述偏心喷射主体(1)的上部(1b)的重量。

2.根据权利要求1所述的水平井水平喷射压裂装置，其特征在于，在所述偏心喷射主体(1)的所述下部(1a)设置有均匀分布的通孔(7)，所述通孔(7)内注满铅。

3.根据权利要求1所述的水平井水平喷射压裂装置，其特征在于，所述接头(2)的轴承(6)包括止推轴承(6a)和扶正轴承(6b)。

4.根据权利要求3所述的水平井水平喷射压裂装置，其特征在于，在所述止推轴承(6a)的外侧设置有轴承护套(8)，在所述扶正轴承(6b)的外侧设置有扶正套(9)，所述轴承护套(8)分别与所述接头(2)和所述扶正套(9)固定连接。

5.根据权利要求4所述的水平井水平喷射压裂装置，其特征在于，在所述轴承护套(8)和所述中心管(5)之间还设置有固定套(10)。

6.根据权利要求1所述的水平井水平喷射压裂装置，其特征在于，两个所述接头(2)中的一个具有与所述中心管(5)连通、且对外开放的第一开口部(11)，所述第一开口部(11)具有内螺纹；两个所述接头(2)中的另一个具有与所述中心管(5)连通、且对外开放的第二开口部(12)，所述第二开口部(12)具有外螺纹。

7.根据权利要求1所述的水平井水平喷射压裂装置，其特征在于，所述接头(2)的所述中心管(5)和所述偏心喷射主体(1)之间为螺纹连接。

8.根据权利要求1所述的水平井水平喷射压裂装置，其特征在于，还包括多个O型胶圈(13)。