CN109577925B - 多簇喷枪、水力喷砂射孔多簇分段压裂管柱及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多簇喷枪、水力喷砂射孔多簇分段压裂管柱及工艺。其中多簇喷枪包括：顺次连接的第一接头、工作筒以及第二接头；在工作筒内顺次设置有第一活塞、第二活塞以及分瓣爪球座，第一活塞的外壁与工作筒内壁围合形成有第一密闭空间；第二活塞的外壁与工作筒的内壁围合形成有第二密闭空间；工作筒的侧壁上设置有喷嘴，初始状态下第一密闭空间内填充有气体，第二密闭空间内填充有液体，第一活塞封堵喷嘴，投球不能通过分瓣爪球座；当油管内压力达到预设值后，喷嘴开启并使分瓣爪球座张开，使投球通过。利用该多簇喷枪，可在每个油层段设置多个多簇喷枪，从而增加每个油层段的喷射点的数量，提高储层改造效果。

Description

多簇喷枪、水力喷砂射孔多簇分段压裂管柱及工艺

技术领域

本发明涉及油田开发技术领域，特别涉及一种多簇喷枪、应用该多簇喷枪的水力喷砂射孔多簇分段压裂管柱及工艺。

背景技术

水力喷砂射孔压裂工艺是一种将水力喷砂射孔工艺和水力压裂工艺相结合的储层改造工艺，其结合了水力喷砂射孔工艺和水力压裂工艺的优点，是低渗透油田增产增注的重要手段。水力喷砂射孔压裂工艺的原理为：在施工管柱上安装喷枪，从喷枪喷出的根据水动力学和磨料射流原理产生的高压流体穿透套管和水泥环在地层形成一个或多个喷射通道。通常在施工管柱上安装有多个喷枪，根据井下不同位置处地层性质的不同进行水力喷砂射孔分段压裂。

目前常用的喷枪包括喷枪主体，喷枪主体的侧壁上设置有喷嘴，喷枪主体内部设置有滑套和球座，初始状态下滑套与喷枪主体通过剪钉固定并将喷嘴封堵。滑套和球座的内径随着喷枪距离井口距离的增加而减小。在施工时，先向管柱内投入直径较小的投球(与距离井口距离较远的喷枪的滑套和球座的内径相配合)，通过油管打压，当油管内压力达到预设数值后滑套与喷枪主体之间的剪钉被剪断，滑套与喷枪主体分离并将喷嘴露出，投球则被球座收住，以防止投球进入下一级喷枪。

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：

现有的喷枪是一种具有收球功能的滑套喷枪，投放一次投球只能打开一个喷枪，这样就使得每个油层段内只能对应设置一个喷枪，也就是每个油层段只有一个喷射点，影响储层改造效果。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明实施例提供一种多簇喷枪、及应用该多簇喷枪的水力喷砂射孔多簇分段压裂管柱和工艺，在每个油层段内对应设置多个多簇喷枪，一次投球将一个油层段内的多个喷枪全部打开，从而在一个油层段内形成多个喷射点，以提高储层改造效果。

具体而言，包括以下的技术方案：

第一方面，本发明实施例提供了一种多簇喷枪，包括：顺次连接的第一接头、工作筒以及第二接头；

在工作筒内沿工作筒轴线方向顺次设置有第一活塞、第二活塞以及分瓣爪球座，第一活塞靠近第一接头，分瓣爪球座靠近第二接头；

工作筒的内壁上具有环形槽，第一活塞的外壁与环形槽围合形成第一密闭空间；

工作筒的内壁上具有第一环形台阶面，第二活塞的外壁上具有第二环形台阶面，第一环形台阶面、第二环形台阶面、第二活塞的外壁以及工作筒的内壁围合形成第二密闭空间，且工作筒的侧壁上还设置有一端连通第二密闭空间、一端连通工作筒内部的流体通道；

在工作筒的侧壁上还设置有喷嘴，喷嘴位于环形槽和第一环形凸起之间；

初始状态下，第一密闭空间内填充有气体，第二密闭空间内填充有液体，分瓣爪球座处于收缩状态且以可分离的方式与工作筒固定并封堵流体通道与工作筒内部连通的端部，第一活塞封堵喷嘴；投球不能通过分瓣爪球座；

当油管内压力达到预设值后，分瓣爪球座与工作筒分离，第一活塞、第二活塞以及分瓣爪球座向第二接头移动，使喷嘴开启并使分瓣爪球座张开，使投球通过。

进一步地，工作筒包括顺次连接的第一活塞筒、喷砂筒、第二活塞筒、第三活塞筒以及连接筒；第一活塞筒与第一接头连接，连接筒与第二接头连接；

喷嘴设置在喷砂筒的侧壁上；

喷砂筒的两端分别位于第一活塞筒和第二活塞筒的内部，喷砂筒靠近第一接头的端面与第一活塞筒内壁形成环形槽；

第三活塞筒的两端分别位于第二活塞筒和连接筒内部，第三活塞筒靠近第一接头的端面为第一环形台阶面；

流体通道设置在第三活塞筒的筒壁上；

初始状态下，第一活塞一端位于第一活塞筒内、另一端位于喷砂筒内，第二活塞一端位于第二活塞筒内、另一端位于第三活塞筒内；分瓣爪球座位于第三活塞筒内且通过剪钉与第三活塞筒固定；

当油管内压力达到预设值后，剪钉被剪断，分瓣爪球座与第二活塞筒分离并进入连接筒。

进一步地，第一活塞的侧壁上设置有喷射孔；初始状态下，喷射孔与喷嘴相互错开；当第一活塞向第二接头移动后，喷射孔与喷嘴对齐。

进一步地，流体通道包括沿平行于第三活塞筒的轴线方向设置的第一过流孔和沿垂直于第三活塞筒的轴线方向设置的第二过流孔；

第一过流孔和第二过流孔连通，且第一过流孔自第三活塞筒靠近第一接头的端面向第二接头设置，第二过流孔自第三活塞筒的内壁向外设置。

进一步地，第三活塞筒的外壁上与第二过流孔对应的位置处设置有密封钉。

进一步地，分瓣爪球座的材质为弹簧钢。

进一步地，第一活塞与第二活塞相接触。

进一步地，喷砂筒的侧壁上沿垂直于喷砂筒的轴线方向设置有螺纹安装孔，喷嘴设置在螺纹安装孔内并通过螺纹固定。

第二方面，本发明实施例提供了一种水力喷砂射孔多簇分段压裂管柱，包括顺次连接的多级喷砂射孔压裂管柱，在沿着自井口至井底的方向上，每级喷砂射孔压裂管柱包括顺次连接的至少一个上述的多簇喷枪以及用于阻止投球向下一级喷砂射孔压裂管柱运动的收球部件；

每级喷砂射孔压裂管柱的多簇喷枪的分瓣爪球座在收缩状态时的内径相同；

不同级喷砂射孔压裂管柱的多簇喷枪的分瓣爪球座在收缩状态时的内径随着与井口距离的增加而减小。

进一步地，距离井口最远的喷砂射孔压裂管柱中的收球部件包括无滑套喷枪和收球球座，其余各级喷砂射孔压裂管柱中的收球部件为具有收球功能的滑套喷枪。

进一步地，水力喷砂射孔多簇分段压裂管柱还包括：

设置在距离井口最近的喷砂射孔压裂管柱与井口之间的安全接头，以及与收球球座连接的筛管和与筛管连接的引鞋。

第三方面，本发明实施例提供了一种水力喷砂射孔多簇分段压裂工艺，工艺通过上述的水力喷砂射孔多簇分段压裂管柱实施，包括以下步骤：

步骤a，将水力喷砂射孔多簇分段压裂管柱下入井下；

步骤b，向油管内投入与距离井口最远的喷砂射孔压裂管柱的多簇喷枪的分瓣爪球座相配合的投球；

步骤c，加压使距离井口最远的喷砂射孔压裂管柱的各多簇喷枪的喷嘴开启；

步骤d，对与距离井口最远的喷砂射孔压裂管柱对应的储层进行射孔及压裂施工；

步骤e，重复步骤b～步骤d中的操作，依次完成与其余各级喷砂射孔压裂管柱对应的储层的射孔及压裂施工。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果：

本发明实施例提供的多簇喷枪在使用时，首先投入投球，投球进入分瓣爪球座，此时分瓣爪球座处于收缩状态，投球不能通过，之后油管打压，当油管内压力达到预设值后，分瓣爪球座与工作筒分离并向第二接头移动，同时，第一活塞和第二活塞也向第二接头移动，最终开启被第一活塞封堵的喷嘴，进行水力喷砂射孔压裂所用的基液、射孔液、携砂液等流体均通过喷嘴喷出。随着分瓣爪球座向第二接头移动，分瓣爪球座张开，从而使投球通过当前多簇喷枪。同时，由于第二密闭空间内填充有液体，并且连通第二密闭空间和工作筒内部的流体通道被分瓣爪球座封堵，在液体的支撑作用下，第二活塞不能立即向第二接头移动，从而使得第一活塞也不能立即向第二接头移动，也就使得喷嘴不能被立即开启。当分瓣爪球座向第二接头移动将上述流体通道与工作筒内部连通的端部露出后，第二密闭空间内的液体通过流体通道流入到工作筒内部，随着第二密闭空间内液体的减少，第二活塞向第二接头移动，从而使第一活塞向第二接头移动，最终使喷嘴露出，可见本发明实施例提供的多簇喷枪的喷嘴能够延时开启。当多个多簇喷枪连接在一起时，投球通过当前多簇喷枪后，当前多簇喷枪的喷嘴不会马上开启，油管内不会泄压，投球可继续进入下一个的多簇喷枪开启其喷嘴，也就是一次投球可打开多个多簇喷枪。

基于以上，在利用本发明实施例提供的多簇喷枪进行水力喷砂射孔分段压裂施工时，可在每个油层段设置多个多簇喷枪，一次投球将一个油层段对应的多簇喷枪全部打开，从而增加每个油层段的喷射点的数量，提高储层改造效果。

本发明实施例提供的多簇喷枪对于竖直井、水平井及其他各类型的井均适用。

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

图1为本发明实施例提供的多簇喷枪的结构示意图；

图2-1为本发明实施例提供的多簇喷枪中第三活塞筒的结构示意图；

图2-2为本发明实施例提供的多簇喷枪中分瓣爪球座处于收缩状态时的结构示意图；

图2-3为图2-2中沿A-A方向的剖视图；

图2-4为本发明实施例提供的多簇喷枪中分瓣爪球座处于张开状态时的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的水力喷砂射孔多簇分段压裂管柱的结构示意图；

图中附图标记分别表示：

100-多簇喷枪；

1-第一接头，

2-工作筒；

21-第一活塞筒；

22-喷砂筒；

23-第二活塞筒；

24-第三活塞筒；

25-连接筒；

3-第一活塞；

4-喷嘴；

5-第二活塞；

6-分瓣爪球座；

7-密封钉；

8-剪钉；

9-第二接头；

X1-第一密闭腔体；

X2-第二密闭腔体

Y1-第一过流孔；

Y2-第二过流孔；

200-安全接头；

300-具有收球功能的滑套喷枪；

400-无滑套喷枪；

500-收球球座；

600-筛管；

700-引鞋；

800-油管；

I-第一簇喷枪组合；

II-第二簇喷枪组合；

III-第三簇喷枪组合。

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。

第一方面，本发明实施例提供了一种多簇喷枪，参见图1，并结合图2-1、2-2、2-3和2-4，该多簇喷枪100包括：顺次连接的第一接头1、工作筒2以及第二接头9；

在工作筒2内沿工作筒2轴线方向顺次设置有第一活塞3、第二活塞5以及分瓣爪球座6，第一活塞3靠近第一接头1，分瓣爪球座6靠近第二接头9；

工作筒2的内壁上具有环形槽，第一活塞3的外壁与环形槽围合形成第一密闭空间X1；

工作筒2的内壁上具有第一环形台阶面，第二活塞5的外壁上具有第二环形台阶面，第一环形台阶面、第二环形台阶面、第二活塞5的外壁以及工作筒2的内壁围合形成第二密闭空间X2，且工作筒2的侧壁上还设置有一端连通第二密闭空间X2、一端连通工作筒2内部的流体通道；

在工作筒2的侧壁上还设置有喷嘴4，喷嘴4位于环形槽和第一环形凸起之间；

初始状态下，第一密闭空间X1内填充有气体，第二密闭空间内填充有液体，分瓣爪球座6处于收缩状态且以可分离的方式与工作筒2固定并封堵流体通道与工作筒2内部连通的端部，第一活塞3封堵喷嘴4；投球不能通过分瓣爪球座6；

当油管内压力达到预设值后，分瓣爪球座6与工作筒2分离，第一活塞3、第二活塞5以及分瓣爪球座6向第二接头9移动，使喷嘴4开启并使分瓣爪球座6张开，使投球通过。

现有的具有收球功能的滑套喷枪中，由于投球不能通过当前滑套喷枪，因此，每次投球只能打开一个滑套。另外，现有的具有收球功能的滑套喷枪中的喷嘴在投入投球且压力达到预设值后立即被打开，因此，即使将投球能够通过当前滑套喷枪，由于喷嘴已被打开，油管内高压液体将从已被打开的喷嘴的流出，导致泄压，同样导致后续的喷枪无法打开。

基于此，本发明实施例提供了一种可使投球通过且喷嘴可延时开启的多簇喷枪。

其中，通过采用分瓣爪球座6来使投球通过。具体来说，分瓣爪球座6具有收缩和张开两个状态，分瓣爪球座6处于收缩状态时投球不能通过分瓣爪球座6，当分瓣爪球座6在预定的压力下与工作筒2分离并向第二接头9移动后，分瓣爪球座6可张开，从而使投球通过。在分瓣爪球座6移动过程中，第一活塞3和第二活塞5也向第二接头9移动，将使被第一活塞3封堵的露出，完成喷嘴4的开启，进行水力喷砂射孔压裂所用的基液、射孔液、携砂液等流体均通过喷嘴4喷出。

喷嘴4的延时开启的原理为：在工作筒2的内壁上的第一环形台阶面，第二活塞5的外壁上的第二环形台阶面、第二活塞5的外壁以及工作筒2的内壁围合形成第二密闭空间X2内填充液体，由于液体不可压缩，因此液体对第二活塞5具有支撑作用，只有当第二密闭空间X2内液体量减少时第二活塞5才能向第二接头9移动。由于初始状态下，连通第二密闭空间X2和工作筒2内部的流体通道被分瓣爪球座6封堵，因此只有当分瓣爪球座6移动一段距离将上述流体通道与工作筒2内部连通的端部露出使第二密闭空间X2的液体流出后，第二活塞5才开始向第二接头9移动，同时第一活塞3也开始向第二接头9移动，当第二密闭空间X2内的液体流出一定量(例如全部流出)后，第一活塞3和第二活塞5移动到位，使喷嘴4露出，完成喷嘴4的开启。可见当投球通过当前的多簇喷枪100后，喷嘴4需要延迟一段时间才能开启。当多个多簇喷枪连接在一起时，投球通过当前多簇喷枪100后，当前多簇喷枪100的喷嘴4不会马上开启，油管内不会泄压，投球可继续进入下一个的多簇喷枪开启其喷嘴，从而实现一次投球可打开多个多簇喷枪。

基于以上，在利用本发明实施例提供的多簇喷枪进行水力喷砂射孔分段压裂施工时，可在每个油层段设置多个多簇喷枪，一次投球将一个油层段对应的多簇喷枪全部打开，从而增加每个油层段的喷射点的数量，提高储层改造效果。

本发明实施例中的“初始状态”是指分瓣爪球座6与工作筒2固定、未与工作筒2分离时的状态。

可以理解的是，第一活塞3、第二活塞5和分瓣爪球座6均呈两端开放的中空筒状结构。

第一密闭空间X1中填充的气体可以为常温常压下的空气，第二密闭空间X2中填充的液体可以为液压油。

需要说明的是，当将本发明实施例提供的多簇喷枪100应用于竖直井时，该多簇喷枪100沿竖直方向设置，第一接头1即为上接头，第二接头9即为下接头；当将本发明实施例提供的多簇喷枪100应用于水平井时，该多簇喷枪100沿水平方向设置，第一接头1即为左(右)接头，第二接头9即为右(左)接头。

为了使对该多簇喷枪100的结构的描述更加清楚简洁，后文中均以多簇喷枪100处于竖直状态为例进行说明。各部件靠近第一接头1的端部称为上端，靠近第二接头9的端部称为下端，向第一接头1移动为向上移动，向第二接头9移动为向下移动。

进一步地，如图1所示，本发明实施例提供的多簇喷枪100中，工作筒2包括顺次连接的第一活塞筒21、喷砂筒22、第二活塞筒23、第三活塞筒24以及连接筒25；其中，第一活塞筒21与第一接头1连接，连接筒25与第二接头9连接。喷嘴4设置在喷砂筒22的侧壁上。

喷砂筒22的上下两端分别位于第一活塞筒21和第二活塞筒23的内部，喷砂筒22的上端面与第一活塞筒21内壁形成环形槽。具体来说，第一活塞筒21的内壁具有环形凸起，环形凸起的下端面、喷砂筒22的上端面、第一活塞3的外壁和第一活塞筒21的内壁围合形成上述第一密闭空间X1。

第三活塞筒24的上下两端分别位于第二活塞筒23和连接筒25内部，第三活塞筒24的上端面为上述第一环形台阶面。同时在第二活塞5的上端的外壁上设置环形凸起，该环形凸起的下端面即为上述第二环形台阶面。第二密闭空间X2由第三活塞筒24的上端面、第二活塞5的外壁的环形凸起的下端面、第二活塞5的外壁以及第二活塞筒23的内壁围合形成。

上述连通第二密闭空间X2和工作筒2内部的流体通道设置在第三活塞筒24的筒壁上。

初始状态下，第一活塞3上端位于第一活塞筒21内、下端位于喷砂筒22内，第二活塞5上端位于第二活塞筒23内、下端位于第三活塞筒24内；分瓣爪球座6位于第三活塞筒24内且通过剪钉8与第三活塞筒24固定。当油管内压力达到预设值后，剪钉8被剪断，分瓣爪球座6与第二活塞筒24分离并进入连接筒25。

进一步地，本发明实施例中，第一接头1的内表面相对于第一活塞筒21的内表面向内凸出，在初始状态下，第一活塞3的上端面与第一接头1的下端面相接触，第一活塞3的下端面与喷砂筒22的下端面平齐。第二活塞5的上端面与第一活塞3的下端面相接触。

连接筒25的内径大于第三活塞筒24的内径，从而使分瓣爪球座6进入连接筒25后张开。并且，第二接头9的内壁相对于连接筒25的内壁向内凸出，利用第二接头9的上端面对分瓣爪球座6进行限位。

第二活塞5的下端面与分瓣爪球座6的上端面之间具有一定距离，分瓣爪球座6的下端面与第二活塞筒24的下端面平齐。

进一步地，如图1所示，本发明实施例提供的多簇喷枪中，第一活塞3的侧壁上设置有喷射孔。在初始状态下，喷射孔与喷嘴4相互错开，以实现对喷嘴4的封堵；当第一活塞3向下移动预定距离后，喷射孔与喷嘴4对齐，从而将喷嘴4开启，进行水力喷砂射孔压裂所用的基液、射孔液、携砂液等流体通过喷射孔后由喷嘴4喷出。

进一步地，图1和图2-1所示，本发明实施例中，连通第二密闭空间X2和工作筒2内部的流体通道可以包括：沿平行于第三活塞筒24的轴线方向设置的第一过流孔Y1和沿垂直于第三活塞筒24的轴线方向设置的第二过流孔Y2。第一过流孔Y1和第二过流孔Y2连通，且第一过流孔Y1自第三活塞筒24的上端面向下设置，第二过流孔Y2自第三活塞筒24的内壁向外设置。

可以理解的是，第一过流孔Y1和第二过流孔Y2均为盲孔，即没有贯穿第三活塞筒24。

第一过流孔Y1和第二过流孔Y2的孔径可以相同也可以不同，可选地，第二过流孔Y2的孔径小于第一过流孔Y1的孔径。第二密闭空间X2内液体流出的速度实际上取决于第二过流孔Y2的孔径，因此可以通过设置第二过流孔Y2的孔径来控制液体流速，从而控制喷嘴4延迟开启的时间。第一过流孔Y1和第二过流孔均可设置多个，并沿第三喷砂筒24的圆周方向均匀分布。

为了保证本发明实施例提供的多簇喷枪100的密封性能，第三活塞筒24的外壁上与第二过流孔Y2对应的位置处设置有密封钉7。

进一步地，如图2-2、图2-3和图2-4所示，分瓣爪球座6的结构具体可以为：分瓣爪球座6采用弹簧钢加工得到。将两端开放的中空圆柱体形的弹簧钢套的上端4等分、6等分、8等分或者其他数量等分，之后淬火定型得到分瓣爪球座6。在自然的状态下，分瓣爪球座6的各个分瓣爪张开一定角度。可以理解的是，分瓣爪球座6下端的内径大于投球的直径，而当分瓣爪球座6处于收缩状态时，其上端的内径小于投球的直径，从而实现在收缩状态下阻止投球通过，在张开状态(即自然状态)下能够使投球通过。本发明实施例中，分瓣爪球座6张开后，应能够使与直径比其处于压缩状态时上端的内径大2mm～4mm的投球顺利通过。

进一步地，本发明实施例提供的多簇喷枪100中，第一接头1、第一活塞筒21、喷砂筒22、第二活塞筒23、第三活塞筒24、连接筒25以及第二接头9彼此之间通过螺纹连接。

喷砂筒22的侧壁上沿垂直于喷砂筒22的轴线方向设置有螺纹安装孔，喷嘴4设置在螺纹安装孔内并通过螺纹固定。可以设置多个喷嘴4，且多个喷嘴4沿喷砂筒22的圆周方向均匀分布。

第二方面，本发明实施例提供了一种水力喷砂射孔多簇分段压裂管柱，如图3所示，该管柱包括顺次连接的多级喷砂射孔压裂管柱，在沿着自井口至井底的方向上，每级喷砂射孔压裂管柱包括顺次连接的至少一个本发明实施例第一方面的多簇喷枪100以及用于阻止投球向下一级喷砂射孔压裂管柱运动的收球部件。

其中，每级喷砂射孔压裂管柱的多簇喷枪100的分瓣爪球座在收缩状态时的内径相同；不同级喷砂射孔压裂管柱的多簇喷枪100的分瓣爪球座在收缩状态时的内径随着与井口距离的增加而减小。

每一级喷砂射孔压裂管柱中多簇喷枪100的数量没有特殊限制，可根据各油层段需要的喷射点的数量来确定所用多簇喷枪100的数量。

进一步地，本发明实施例中，距离井口最远的喷砂射孔压裂管柱中的收球部件包括无滑套喷枪400和收球球座500，其余各级喷砂射孔压裂管柱中的收球部件为具有收球功能的滑套喷枪300。

其中，无滑套喷枪400是喷嘴直接与喷枪内部连通、无需通过投球开启的喷枪，具有收球功能的滑套喷枪300即上文的投球将喷嘴开启后不能通过当前喷枪。可以理解的是，每一级喷砂射孔压裂管柱中具有收球功能的滑套喷枪300的尺寸与同一级的多簇喷枪100的尺寸是相配合的，都适用于同一尺寸的投球。

本发明实施例中，每一级喷砂射孔压裂管柱中的各个喷枪为一簇喷枪组合。

进一步地，本发明实施例中，水力喷砂射孔多簇分段压裂管柱还包括：设置在距离井口最近的喷砂射孔压裂管柱与井口之间的安全接头200，以及与收球球座500连接的筛管600和与筛管600连接的引鞋700。

该管柱的各个部件之间通过油管800连接。

本发明实施例中，对于无滑套喷枪400、收球球座500、具有收球功能的滑套喷枪300、引鞋700、安全接头200以及油管800的规格不作特殊限定，本领域常规的无滑套喷枪、收球球座、具有收球功能的滑套喷枪、引鞋、安全接头以及油管即可。

第三方面，本发明实施例提供了一种水力喷砂射孔多簇分段压裂工艺，该工艺通过本发明实施例第二方面的水力喷砂射孔多簇分段压裂管柱实施，包括以下步骤：

步骤S1，将水力喷砂射孔多簇分段压裂管柱下入井下；

步骤S2，向油管内投入与距离井口最远的喷砂射孔压裂管柱的多簇喷枪的分瓣爪球座相配合的投球；

步骤S3，加压使距离井口最远的喷砂射孔压裂管柱的各多簇喷枪的喷嘴开启；

步骤S4，对与距离井口最远的喷砂射孔压裂管柱对应的储层进行射孔及压裂施工；

步骤S5，重复步骤S2～步骤S4中的操作，依次完成与其余各级喷砂射孔压裂管柱对应的储层的射孔及压裂施工。

下面以图3所示的水力喷砂射孔多簇分段压裂管柱为例，对利用本发明实施例提供水力喷砂射孔多簇分段压裂工艺做进一步地详细描述。

图3所示的水力喷砂射孔多簇分段压裂管柱设置在水平井中，共设置有三簇喷枪组合，也即包括三级喷砂射孔压裂管柱，从左至右(从井口至井底)依次为第一簇喷枪组合I，第二簇喷枪组合II以及第三簇喷枪组合III。其中第一簇喷枪组合I包括从左至右依次连接的一个多簇喷枪100和一个具有收球功能的滑套喷枪300，第二簇喷枪组合II包括从左至右依次连接的两个多簇喷枪100和一个具有收球功能的滑套喷枪300，第三簇喷枪组合III包括从左至右依次连接的一个多簇喷枪100和一个无滑套喷枪400。无滑套喷枪400的右侧依次连接有收球球座500、筛管600和引鞋700。第一簇喷枪组合I的多簇喷枪100的左侧通过油管800连接有安全接头200，安全接头200通过油管800与井口连接。

利用以上水力喷砂射孔多簇分段压裂管柱的水力喷砂射孔多簇分段压裂工艺具体如下。

一、按照表1所示的施工程序表对第三簇喷枪组合III进行水力喷砂射孔压裂施工。

表1第三簇喷枪组合施工程序表

具体步骤包括：

1、如图3所示，将水力喷砂射孔多簇分段压裂管柱下入井下。低替入井油管体积量基液后，通过投球器向管柱内投入与第三簇喷枪组合III的多簇喷枪100和收球球座500配合的球，低替送球到位。

投球落在第三簇喷枪组合III的多簇喷枪100的分瓣爪球座6上，当压力达到剪钉8的剪断压力时，剪钉8剪断，由于第一活塞3打开需要一定时间，喷嘴4不会立刻露出，管柱内的流体不分流，投球继续下落至收球球座500后一段时间后，第一活塞3才彻底移动到位，喷嘴4露出，之后按设计进行这一级喷砂射孔管柱对应的油层段的喷砂射孔压裂施工。

2、之后，将油管排量稳定在设计射孔排量下，混砂车开始加20目～40目石英砂，将砂比控制在7％，尽量保证排量稳定，不出现大的波动。

3、之后停止加砂，停止加砂后，油管排量稳定在设计射孔排量，继续泵入基液顶替油管内石英砂。

4、之后降低油管排量到1.0m³/min并关闭套管阀门，将油管排量提至设计排量，同时环空泵注基液，油管泵注一定体积的前置液。

5、之后油管按照表1所示的泵注程序泵入携砂液，环空泵入基液，其中环空排量为1.0m³/min。

6、油管泵注1.2倍油管体积顶替液(顶替1min后开始投球)，当投球预计到达第二簇喷枪组合II的最左侧的多簇喷枪100时，将排量降至1.0～1.2m³/min，将投球送入多簇喷枪100的分瓣爪球座6，当压力达到剪钉8的剪断压力时，剪钉8剪断，打开第二簇喷枪组合II最左侧的多簇喷枪100，投球穿过该多簇喷枪100后继续穿过下一个多簇喷枪100至具有收球功能的滑套喷枪400上，接着打开具有收球功能的滑套喷枪400并封堵向下的通道，此时多簇喷枪100的喷嘴4还没有露出，继续泵入液体至所有喷嘴4露出。

7、之后停泵1h，准备第二簇喷枪组合II对应的油层段的水力喷砂射孔压裂施工。

二、按照表2所示的施工程序表对第二簇喷枪组合II进行水力喷砂射孔压裂施工。

表2第二簇喷枪组合施工程序表

具体步骤包括：

1、启动一台油管泵车并打开套管闸门，迅速将排量提至设计排量。调整排量，使套管回压接近第二段起泵前的井底压力，混砂车开始加20～40目石英砂，将砂比控制在7％，尽量保证排量不出现大的波动。

2、之后停止加砂，停止加砂后，油管排量稳定在设计射孔排量，继续泵入基液顶替油管内石英砂。

3、之后将油管排量降低到1.0m³/min，关闭套管阀门，油管泵注一定体积的前置液，环空压力开始上升直到压开地层。

4、油管按照表2所示的泵注程序泵入携砂液，环空泵入基液，随时调整环空排量，控制环空压力。

5、之后，油管泵注1.2倍油管体积顶替液(顶替1min后开始投球)，当投球预计到达第一簇喷枪组合I的最左侧的多簇喷枪100时，将排量降至1.0～1.2m³/min，将投球送入多簇喷枪100的分瓣爪球座6，当压力达到滑套剪钉8的剪断压力时，剪钉8剪断，打开第一簇喷枪组合II的最左侧的多簇喷枪100，投球穿过该多簇喷枪100后进入具有收球功能的滑套喷枪400，接着打开具有收球功能的滑套喷枪400并封堵向下的通道，此时多簇喷枪100的喷嘴4还没有露出，继续泵入液体至喷嘴4露出。

6、停泵1h，准备第一簇喷枪组合I对应的油层段的水力喷砂射孔压裂施工。

三、按照表3所示的施工程序表对第一簇喷枪组合I进行水力喷砂射孔压裂施工。

表3第一簇喷枪组合施工程序表

具体步骤包括：

1、启动一台油管泵车，打开套管闸门，迅速将排量提至设计排量。调整排量，使套管回压接近第一段起泵前的井底压力，混砂车开始加20～40目石英砂，将砂比控制在7％，尽量保证排量不出现大的波动。

2、停止加砂后，将油管排量稳定在设计射孔排量，继续泵入基液顶替油管内石英砂。

3、之后，将油管排量降低到1.0m³/min，关闭套管阀门，油管泵注一定体积的前置液，使环空压力开始上升直到压开地层。

4、油管按照表3所示的泵注程序泵入携砂液，环空泵入基液，随时调整环空排量，控制环空压力。

5、油管泵注油管泵注1.2倍油管体积顶替液。

6、停泵，施工结束。压后关井5h放喷排液。

综上，本发明实施例提供了一种可使投球通过且喷嘴可延时开启的多簇喷枪，在利用本发明实施例提供的多簇喷枪进行水力喷砂射孔分段压裂施工时，可在每个油层段设置多个多簇喷枪，一次投球将一个油层段对应的多簇喷枪全部打开，从而增加每个油层段的喷射点的数量，提高储层改造效果。

以上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 (12)

1.一种多簇喷枪，其特征在于，包括：顺次连接的第一接头(1)、工作筒(2)以及第二接头(9)；

在所述工作筒(2)内沿所述工作筒(2)轴线方向顺次设置有第一活塞(3)、第二活塞(5)以及分瓣爪球座(6)，所述第一活塞(3)靠近所述第一接头(1)，所述分瓣爪球座(6)靠近所述第二接头(9)；

所述工作筒(2)的内壁上具有环形槽，所述第一活塞(3)的外壁与所述环形槽围合形成第一密闭空间(X1)；

所述工作筒(2)的内壁上具有第一环形台阶面，所述第二活塞(5)的外壁上具有第二环形台阶面，所述第一环形台阶面、所述第二环形台阶面、所述第二活塞(5)的外壁以及所述工作筒(2)的内壁围合形成第二密闭空间(X2)，且所述工作筒(2)的侧壁上还设置有一端连通所述第二密闭空间(X2)、一端连通所述工作筒(2)内部的流体通道；

在所述工作筒(2)的侧壁上还设置有喷嘴(4)，所述喷嘴(4)位于所述第一密闭空间(X1)和所述第二密闭空间(X2)之间；

初始状态下，所述第一密闭空间(X1)内填充有气体，所述第二密闭空间内填充有液体，所述分瓣爪球座(6)处于收缩状态且以可分离的方式与所述工作筒(2)固定并封堵所述流体通道与所述工作筒(2)内部连通的端部，所述第一活塞(3)封堵所述喷嘴(4)；投球不能通过所述分瓣爪球座(6)；

当油管内压力达到预设值后，所述分瓣爪球座(6)与所述工作筒(2)分离，所述第一活塞(3)、所述第二活塞(5)以及所述分瓣爪球座(6)向所述第二接头(9)移动，使所述喷嘴(4)开启并使所述分瓣爪球座(6)张开，使投球通过。

2.根据权利要求1所述的多簇喷枪，其特征在于，所述工作筒(2)包括顺次连接的第一活塞筒(21)、喷砂筒(22)、第二活塞筒(23)、第三活塞筒(24)以及连接筒(25)；所述第一活塞筒(21)与所述第一接头(1)连接，所述连接筒(25)与所述第二接头(9)连接；

所述喷嘴(4)设置在所述喷砂筒(22)的侧壁上；

所述喷砂筒(22)的两端分别位于所述第一活塞筒(21)和所述第二活塞筒(23)的内部，所述喷砂筒(22)靠近所述第一接头(1)的端面与所述第一活塞筒(21)内壁形成所述环形槽；

所述第三活塞筒(24)的两端分别位于所述第二活塞筒(23)和所述连接筒(25)内部，所述第三活塞筒(24)靠近所述第一接头(1)的端面为所述第一环形台阶面；

所述流体通道设置在所述第三活塞筒(24)的筒壁上；

初始状态下，所述第一活塞(3)一端位于所述第一活塞筒(21)内、另一端位于所述喷砂筒(22)内，所述第二活塞(5)一端位于所述第二活塞筒(23)内、另一端位于所述第三活塞筒(24)内；所述分瓣爪球座(6)位于所述第三活塞筒(24)内且通过剪钉(8)与所述第三活塞筒(24)固定；

当油管内压力达到预设值后，所述剪钉(8)被剪断，所述分瓣爪球座(6)与所述第三活塞筒(24)分离并进入所述连接筒(25)。

3.根据权利要求2所述的多簇喷枪，其特征在于，所述第一活塞(3)的侧壁上设置有喷射孔；初始状态下，所述喷射孔与所述喷嘴(4)相互错开；当所述第一活塞(3)向所述第二接头(9)移动后，所述喷射孔与所述喷嘴(4)对齐。

4.根据权利要求2所述的多簇喷枪，其特征在于，所述流体通道包括沿平行于所述第三活塞筒(24)的轴线方向设置的第一过流孔(Y1)和沿垂直于所述第三活塞筒(24)的轴线方向设置的第二过流孔(Y2)；

所述第一过流孔(Y1)和所述第二过流孔(Y2)连通，且所述第一过流孔(Y1)自所述第三活塞筒(24)靠近所述第一接头(1)的端面向所述第二接头(9)设置，所述第二过流孔(Y2)自所述第三活塞筒(24)的内壁向外设置。

5.根据权利要求4所述的多簇喷枪，其特征在于，所述第三活塞筒(24)的外壁上与所述第二过流孔(Y2)对应的位置处设置有密封钉(7)。

6.根据权利要求2所述的多簇喷枪，其特征在于，所述分瓣爪球座(6)的材质为弹簧钢。

7.根据权利要求2所述的多簇喷枪，其特征在于，所述第一活塞(3)与所述第二活塞(5)相接触。

8.根据权利要求2所述的多簇喷枪，其特征在于，所述喷砂筒(22)的侧壁上沿垂直于所述喷砂筒(22)的轴线方向设置有螺纹安装孔，所述喷嘴(4)设置在所述螺纹安装孔内并通过螺纹固定。

9.一种水力喷砂射孔多簇分段压裂管柱，包括顺次连接的多级喷砂射孔压裂管柱，其特征在于，在沿着自井口至井底的方向上，每级喷砂射孔压裂管柱包括顺次连接的至少一个权利要求1～8任一项所述的多簇喷枪以及用于阻止投球向下一级喷砂射孔压裂管柱运动的收球部件；

同一级喷砂射孔压裂管柱的多簇喷枪的分瓣爪球座在收缩状态时的内径相同；

不同级喷砂射孔压裂管柱的多簇喷枪的分瓣爪球座在收缩状态时的内径随着与井口距离的增加而减小。

10.根据权利要求9所述的水力喷砂射孔多簇分段压裂管柱，其特征在于，距离井口最远的喷砂射孔压裂管柱中的收球部件包括无滑套喷枪(400)和收球球座(500)，其余各级喷砂射孔压裂管柱中的收球部件为具有收球功能的滑套喷枪(300)。

11.根据权利要求10所述的水力喷砂射孔多簇分段压裂管柱，其特征在于，所述水力喷砂射孔多簇分段压裂管柱还包括：

设置在距离井口最近的喷砂射孔压裂管柱与井口之间的安全接头(200)，以及与所述收球球座(500)连接的筛管(600)和与所述筛管(600)连接的引鞋(700)。

12.一种水力喷砂射孔多簇分段压裂工艺，其特征在于，该工艺通过权利要求9～11任一项所述的水力喷砂射孔多簇分段压裂管柱实施，包括以下步骤：

步骤a，将水力喷砂射孔多簇分段压裂管柱下入井下；

步骤b，向油管内投入与距离井口最远的喷砂射孔压裂管柱的多簇喷枪的分瓣爪球座相配合的投球；

步骤c，加压使距离井口最远的喷砂射孔压裂管柱的各多簇喷枪的喷嘴开启；

步骤d，对与距离井口最远的喷砂射孔压裂管柱对应的储层进行射孔及压裂施工；

步骤e，重复步骤b～步骤d中的操作，依次完成与其余各级喷砂射孔压裂管柱对应的储层的射孔及压裂施工。

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