CN109025946B - 一种可调节式井下超临界二氧化碳射流混砂装置 - Google Patents

Abstract

一种可调节式井下超临界二氧化碳射流混砂装置，包括与井筒内同心管柱连接的输砂管，输砂管中下部周向均匀分布有2‑4个吸入口，输砂管内部设置有射流装置，射流装置最上部为阀罩，阀罩上开有通孔，下方为阀球；射流装置中部周向均匀分布2‑4个吸入口；本发明由于采用了射流原理，通过改变注入二氧化碳的压力和流量，能够实时控制井下压裂液砂浓度；同时，彻底改变了地面液相二氧化碳与支撑剂的混合需要高压低温的混砂装置，克服了地面混砂工艺无法控制井下砂浓度的重大缺陷，提高了可靠性与经济性。

Description

一种可调节式井下超临界二氧化碳射流混砂装置

技术领域

本发明属于石油天然气开采领域中的射流混砂装置，特别涉及一种可调节式井下超临界二氧化碳射流混砂装置。

背景技术

超临界二氧化碳压裂工艺是一种极具前景的压裂技术，它是用超临界二氧化碳作为压裂液代替了传统的水基压裂液。超临界态是不同于气态与液态的流体形态，超临界态的二氧化碳分子间作用力很小，表面张力为零；流动性极强、粘度低，类似气体；密度较高，接近于液体，具有较强的溶解能力和高扩散系数，超临界态二氧化碳作为沟通储集层微裂缝、造成裂缝网格的最佳工作液之一。液相二氧化碳和石英砂等支撑剂的混合需地面混砂装置，且必须在高压低温的工况条件下进行，因此，给予地面混砂装置提出了极高的要求。同时，现有的地面压裂砂浓度的控制方法为通过地面混砂装置将配比好的一定砂浓度的压裂液经压裂泵车、管柱压入地层；当需要调整砂浓度时，只能通过地面混砂装置将新配比好的具有一定砂浓度的压裂液再次经压裂泵车、管柱输送到地层；因此，砂浓度调整前后需要一定的时间，同时超临界二氧化碳的低黏度特性，导致携砂能力较差，使得无法实时控制到达地层的压裂液的砂浓度。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种可调节式井下超临界二氧化碳射流混砂装置，具有能够实现井下混砂、实时控制砂浓度的特点。

为了达到上述目的，本发明采用的技术解决方案是：

一种可调节式井下超临界二氧化碳射流混砂装置，包括输砂管1，输砂管1中下部周向均匀分布有2-4个第二吸入口D，输砂管1内部设置有射流装置4；射流装置4最上部为阀罩2，阀罩2上开有通孔，通孔下方为阀球3，阀球3安装在下方的第一弹簧5上，第一弹簧5下方为喷嘴6，射流装置4中部周向均匀分布2-4个第一吸入口C，第一吸入口C下方依次为喉管7、扩散管8和第二弹簧9，喷嘴6与喉管7之间的空隙为吸入通道。

所述的输砂管1上的第二吸入口D和射流装置4上的第一吸入口C相对应匹配且可相对运动，在装置未工作时，第一吸入口C较第二吸入口D的竖直位置高，且第一吸入口C大小比第二吸入口D略大；工作状态下，射流装置4在输砂管1内的相对移动，能够调节第一吸入口C和第二吸入口D的重合度，即调节吸砂入口面积以达到预定吸砂比。

所述的输砂管1为内外管，其内外两管壁之间为砂腔。

本发明具有以下优点：

1、操作简单，井下射流混砂装置与射流装置相连接，随连接管柱一起下入井筒，便于起下管柱及装置。

2、彻底改变了地面液相二氧化碳与支撑剂混合并注入岩层的工艺及混砂装置，将需要在高压低温条件下进行二氧化碳与支撑剂相混合的地面混砂装置，替换为井下射流混砂装置，简化了设备，提高了可靠性与经济性。

3、克服了地面混砂工艺无法实时控制井下砂浓度的重大缺陷，本发明可通过调节射流工作压力与流量，使得射流装置在输砂管内的相对位置发生变化，改变两者吸入口的重合度，从而调节吸入口面积，达到调整井下砂浓度的效果，实现压裂时井下砂浓度实时控制。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

参照图1，一种可调节式井下超临界二氧化碳射流混砂装置，包括与井筒内同心管柱通过螺纹连接的输砂管1，输砂管1内部设置有射流装置4。

所述的输砂管1直径较小部分为内管，直径较大部分为外管，其内外两管壁之间为砂腔，输砂管1中下部周向均匀分布有2-4个第二吸入口D；

所述的射流装置4最上部为阀罩2，阀罩2上开有通孔，通孔下方为阀球3，阀球3安装在下方的第一弹簧5上，第一弹簧5下方为喷嘴6，射流装置4中部周向均匀分布2-4个第一吸入口C，第一吸入口C下方依次为喉管7、扩散管8和第二弹簧9，喷嘴6与喉管7之间的空隙为吸入通道。

所述的输砂管1上的第二吸入口D和射流装置4上的第一吸入口C相对应匹配且可相对运动，在装置未工作时，第一吸入口C较第二吸入口D的竖直位置高，且第一吸入口C大小比第二吸入口D略大；工作状态下，可以实现射流装置4在输砂管1内的相对移动，从而调节第一吸入口C和第二吸入口D的重合度，即调节吸砂入口面积以达到预定吸砂比。

本发明的工作原理

本发明在井场安装时，首先将射流装置4安装完成，即，先将阀罩2与射流装置4上端通过螺纹连接，倒置射流装置4，再将阀球3放置于阀罩2通孔处，然后将第一弹簧5小端安装至阀球3上，再将喷嘴6固装在射流装置4的指定位置处，使第一弹簧5保持竖直。将射流装置4正向放置，从下端固装喉管7和扩散管8，使得喉管7上端与射流装置4上的第一吸入口C的下端面平齐。将第二弹簧9安装至输砂管1内腔最下方，使第二弹簧9与输砂管1中心线重合，再将安装好的射流装置4从上方缓慢安装至输砂管1内腔，使得扩散管8下端伸出部分刚好穿过第二弹簧9。最后将同心管柱的内管和输砂管1的内管通过螺纹连接，然后将同心管柱的外管和输砂管1的外管通过螺纹连接。

本发明工作时，井下射流混砂装置随同心管柱一起下入井筒指定位置后，超临界二氧化碳A通过同心管柱到达输砂管1的内管，冲击阀罩2后压缩第一弹簧5从而推开阀球3进入射流装置4，支撑剂B通过同心管柱到达输砂管1的砂腔中。超临界二氧化碳A在射流装置4中继续下行，经喷嘴6流出。超临界二氧化碳A经喷嘴6节流后形成高速低压液流，在喷嘴6下端出口处和喉管7上端的环形空间的流道两端形成局部负压，在此压差作用下经第二吸入口D和第一吸入口C的重合部分吸入支撑剂B，流入喉管7中通过扩散管8后形成混合液E，最终流入地层。当需要调节混砂比时，可通过调节井口注入二氧化碳的压力和流量从而使阀球3和阀罩2之间的开放程度发生变化，从而使射流装置4整体在竖直方向上有位移变化，改变了射流装置4上的第一吸入口C与输砂管1上的第二吸入口D之间的重合程度，也使得喷嘴6和喉管7上端的环形空间的流道两端压差发生变化，这两种变化均可以引起射流装置4吸砂量的变化，共同作用改变砂比以达预期目标。

Claims (3)

1.一种可调节式井下超临界二氧化碳射流混砂装置，包括输砂管(1)，输砂管(1)中下部周向均匀分布有2-4个第二吸入口(D)，输砂管(1)内部设置有射流装置(4)；射流装置(4)最上部为阀罩(2)，阀罩(2)上开有通孔，通孔下方为阀球(3)，阀球(3)安装在下方的第一弹簧(5)上，第一弹簧(5)下方为喷嘴(6)，射流装置(4)中部周向均匀分布2-4个第一吸入口(C)，第一吸入口(C)下方依次为喉管(7)、扩散管(8)和第二弹簧(9)，喷嘴(6)与喉管(7)之间的空隙为吸入通道；其特征在于，

所述的输砂管(1)上的第二吸入口(D)和射流装置(4)上的第一吸入口(C)相对应匹配且可相对运动，在装置未工作时，第一吸入口(C)较第二吸入口(D)的竖直位置高，且第一吸入口(C)大小比第二吸入口(D)大。

2.根据权利要求1所述的一种可调节式井下超临界二氧化碳射流混砂装置，其特征在于，工作状态下，射流装置(4)在输砂管(1)内的相对移动，从而调节第一吸入口(C)和第二吸入口(D)的重合度，即调节吸砂入口面积以达到预定吸砂比。

3.根据权利要求1所述的一种可调节式井下超临界二氧化碳射流混砂装置，其特征在于，所述的输砂管(1)为内外管，其内外两管壁之间为砂腔。

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