CN110259425B - 一种试验用水力压裂注射管 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水力压裂测试技术领域，提供一种试验用水力压裂注射管，包括依次密封连接的注水管和第一水力喷管、导流控制管和第二水力喷管，第一水力喷管内穿接有第一喷头，第二水力喷管远离导流控制管的一端密封设置，第二水力喷管内穿接第二喷头，导流控制管内设置有导流球，导流球选择性地密封导流控制管内靠近第一水力喷管的一端。本发明提供的试验用水力压裂注射管，将注水管、第一水力喷管、导流控制管和第二水力喷管密封连接形成分段压力测试件，利用导流控制管中的导流球实现分段压裂测试，从而模拟真实试验环境中的分段水力压裂，进而提高水力压裂测试精度，有利于更加精确地获取真实测量混凝土或者岩层中的裂纹信息，提高油气开采效率。
Description
技术领域
本发明涉及水力压裂测试技术领域，更具体地，涉及一种试验用水力压裂注射管。
背景技术
近年来，随着油气需求量的日益增大，油气的持续开发对于经济社会的可持续发展显得尤为重要，而其开发利用技术也已成为学术界和工程界广泛关注的重点课题。水力压裂作为油气开发利用的关键技术，其相关研究日益增多。目前的水力压裂主要采用体积压裂的方式，体积压裂技术能够扩大页岩气的开采规模，恢复或增加油井产能，从而大幅提高经济效益，对油气资源的开发利用具有重要意义。
但是，由于目前体积压裂技术尚不成熟，而现场原位试验难度大、费用高且数据离散性强，因此室内试验压裂成为体积压裂理论与技术研究的基础性手段。目前的室内试验压裂装置普遍采用单段喷头，只能实现单段的水力压裂测试，其检测精度还有待提升。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明实施例提供一种试验用水力压裂注射管，以解决现有的水力压裂注射管因采用单段喷头而导致水压测试精度不高的问题。
（二）技术方案
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种试验用水力压裂注射管，包括：注水管、第一水力喷管、导流控制管和第二水力喷管，所述第一水力喷管内穿接有第一喷头，所述注水管、第一水力喷管、导流控制管以及第二水力喷管依次密封连接，所述第二水力喷管远离所述导流控制管的一端密封设置，所述第二水力喷管内穿接有第二喷头，所述导流控制管内设置有导流球，所述导流球选择性地密封所述导流控制管内靠近所述第一水力喷管的一端。
优选地，所述导流控制管还包括：封隔卡塞环和导流分隔环，所述封隔卡塞环和所述导流分隔环均同轴装设在所述导流控制管的内壁，且所述封隔卡塞环位于靠近所述第一水力喷管的一端，所述导流球位于所述封隔卡塞环和所述导流分隔环之间，所述导流球的直径均大于所述封隔卡塞环和所述导流分隔环的内径，所述导流分隔环上设置有导流孔。
优选地，所述导流球上连接有导流球杆，所述导流球杆从所述导流分隔环和/或者所述封隔卡塞环中穿过。
优选地，所述导流孔为多个，多个导流孔沿着所述导流分隔环的周向阵列设置。
优选地，所述第一喷头在位于所述第一水力喷管内的部分设置有第一纵向通孔，所述第一喷头的内部沿轴向设置有第一横向通孔，所述第一纵向通孔与所述第一横向通孔相交；
所述第二喷头在位于所述第二水力喷管内的部分设置有第二纵向通孔，所述第二喷头的内部沿轴向设置有第二横向通孔，所述第二纵向通孔与所述第二横向通孔相交。
优选地，所述第一喷头的轴线与所述第一水力喷管的轴线垂直，所述第一喷头的两端均设有第一喷嘴，所述第一喷嘴与所述第一横向通孔连通；
所述第二喷头的轴线与所述第二水力喷管的轴线垂直，所述第二喷头的两端均设有第二喷嘴，所述第二喷嘴与所述第二横向通孔连通。
优选地，所述第一喷头的轴线与所述第一水力喷管的轴线相交，所述第二喷头的轴线与所述第二水力喷管的轴线相交。
优选地，所述第一喷头与所述第一水力喷管螺纹连接，所述第二喷头与所述第二水力喷管螺纹连接。
优选地，所述注水管与所述第一水力喷管之间、所述第一水力喷管与所述导流控制管以及所述导流控制管与所述第二水力喷管之间均采用螺纹连接。
优选地，所述第二水力喷管远离所述导流控制管的一端密封设置有管帽，所述管帽与所述第二水力喷管螺纹连接或者焊接。
（三）有益效果
本发明实施例提供的试验用水力压裂注射管，通过将注水管、第一水力喷管、导流控制管以及第二水力喷管密封连接形成分段压力测试件，并利用导流控制管中的导流球实现分段水力压裂测试，从而模拟真实试验环境中的分段水力，进而提高水力压裂测试的精度，有利于更加精确地获取真实测量混凝土或者岩层中的裂纹信息，提高油气开发效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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为本发明实施例的水力压裂注射管的剖面结构示意图；
图2为本发明实施例的图1中Ⅰ-Ⅰ的截面图；
图3为本发明实施例的图1中Ⅱ-Ⅱ的截面图；
图4为本发明实施例的图1中Ⅲ-Ⅲ的截面图；
图5为本发明实施例的图1中A-A的截面图；
图中：1、注水管；2、第一水力喷管；3、导流控制管；4、第二水力喷管；5、封隔卡塞环；6、导流球；7、导流分隔环；8、导流球杆；9、管帽；11、注水口；21、第一喷头；71、导流孔；211、第一纵向通孔；212、第一横向通孔；213、第一喷嘴；41、第二喷头；411、第二纵向通孔；412、第二横向通孔；413、第二喷嘴。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参考图1至图5所示，本发明实施例提供一种试验用水力压裂注射管，包括：注水管1、第一水力喷管2、导流控制管3和第二水力喷管4，注水管1、第一水力喷管2、导流控制管3以及第二水力喷管4依次密封连接，且第二水力喷管2的末端即远离导流控制管3的一端也采用密封设置。注水管1上设有注水口11，试验用水从注水口11注入至水力压裂注射管中进行相关的水力压裂测试。注水管1、第一水力喷管2、导流控制管3和第二水力喷管4均可采用钢管材料制成，以满足水力压裂测试要求。为了方便各段管路的安装和拆卸，注水管1与第一水力喷管2之间、第一水力喷管2与导流控制管3之间以及导流控制管3与第二水力喷管4之间均采用螺纹连接。
其中，为了实现水力喷射而模拟产生裂纹，第一水力喷管2内穿接有第一喷头21，第二水力喷管4内穿接有第二喷头41，其中，第二喷头41主要用于测试第一段压力的喷水，第一喷头21主要用于测试第二段压力的喷水。导流控制管3内设置有导流球6，导流球6可采用塑料等浮力较大的材料制成，为了实现分段压力的测试，需要通过导流球6选择性地密封在导流控制管3内靠近第一水力喷管2的一端。在具体试验过程中，首先将整个注射管水平放置，模拟实际的水力压裂测试环境，当导流球6未将导流控制管3内靠近第一水力喷管2的一端密封时，从注水口11进入的试验用水优先填充至第二水力管4内，并从第二喷头41喷出；当第二水力管4达到一定的压力时，导流球6被顶在导流控制管3内靠近第一水力喷管2的一端并将其密封，继续通入的试验用水从第一喷头21喷出，实现第二段的压力试验。
需要说明的是，本实施例中还可以依次增加多组导流控制管和第二水力喷管等结构，从而实现更多段的压力试验，以进一步提高测量精度，其工作过程可依上述试验过程类推，此处不再详细赘述。
本实施例中提供的试验用水力压裂注射管，通过注水管、第一水力喷管、导流控制管以及第二水力喷管密封连接形成分段压力测试件，并利用导流控制管中的导流球实现分段水力压裂测试，从而模拟真实试验环境中的分段水力，进而提高水力压裂测试的精度，有利于更加精确地获取真实测量混凝土或者岩层中的裂纹信息，提高油气开发效率。
在上述实施例的基础上，为了实现导流球6选择性地密封在导流控制管3内靠近第一水力喷管2的一端，导流控制管3还包括：封隔卡塞环5和导流分隔环7，封隔卡塞环5和导流分隔环7均同轴装设在导流控制管3的内壁，且封隔卡塞环5位于靠近第一水力喷管2的一端，导流分隔环7位于靠近第二水力喷管4的一端。导流球6位于封隔卡塞环5和导流分隔环7之间，而且为了方便实现密封，导流球6的直径均需要大于封隔卡塞环5和导流分隔环7的内径，导流分隔环7上设置有导流孔71，导流孔71为通孔且其轴线平行于导流控制管3的轴线设置，便于当导流球将导流分隔环7密封时，能够继续向第二水力喷管4内注入试验用水。
在具体试验过程中，首先将整个注射管水平放置，模拟实际的水力压裂测试环境，当导流球6未将导流控制管3内靠近第一水力喷管2的一端密封时，从注水口11进入的试验用水优先填充至第二水力管4内，并从第二喷头41喷出，同时导流球6在试验用水的冲击作用下被顶在导流分隔环7处，水从导流孔71中通过并继续对第二水力管4施压；当第二水力管4达到一定的压力时，导流球6被反向顶在封隔卡塞环5的位置，第二水力喷管4停止喷水，继续通入的试验用水从第一喷头21喷出，实现第二段的压力试验。至此，完成分段压力试验。
在上述各实施例的基础上，为了提高导流球6在封隔卡塞环5和导流分隔环7之间切换速度，在导流球6上连接一导流球杆8，导流球杆8主要起导向作用，防止导流球6在封隔卡塞环5和导流分隔环7中间乱窜。导流球杆8可从导流分隔环7内穿过，也可从封隔卡塞环5内穿过，或者同时穿过封隔卡塞环5和导流分隔环7。导流球杆8的长度以满足导流球6在封隔卡塞环5和导流分隔环7之间切换时不滑出为宜。
在上述各实施例的基础上，导流孔71可设置为多个，并且多个导流孔71沿着导流分隔环7的周向阵列设置，从而保证水流的均匀性，进一步提高测量精度。
在上述各实施例的基础上，第一喷头21和第二喷头41可采用相同的结构，具体如下：第一喷头21在位于第一水力喷管2内的部分设置有第一纵向通孔211，第一喷头21的内部沿轴向设置有第一横向通孔212，第一纵向通孔211与第一横向通孔212垂直相交后贯通，使得试验用水能够从第一纵向通孔211中进入第一横向通孔212中，然后分别从第一喷头21的两端喷出。
同样地，第二喷头41在位于第二水力喷管4内的部分设置有第二纵向通孔411，第二喷头41的内部沿轴向设置有第二横向通孔412，第二纵向通孔411与第二横向通孔412垂直相交后贯通，使得试验用水能够从第二纵向通孔411中进入第二横向通孔412中，然后分别从第二喷头41的两端喷出。
上述实施例中的第一纵向通孔211和第二纵向通孔411的横截面为椭圆形，在喷头的直径一定的情况下，椭圆形孔相比于圆形孔的入水流量更大，保证喷水压力。
在上述各实施例的基础上，为了保证第一喷头21和第二喷头41两端喷水的一致性，第一喷头21与第一水力喷管2垂直，第一喷头21的轴线与第一水力喷管2的轴线垂直，第一喷头21的两端均设有第一喷嘴213，第一喷嘴213与第一横向通孔212连通。同样地，第二喷头41的轴线与第二水力喷管4的轴线垂直，第二喷头41的两端均设有第二喷嘴413，第二喷嘴413与第二横向通孔412连通。
作为上述实施例的改进，为了使喷水更加均匀，将第一喷头21的轴线设置成与第一水力喷管2的轴线垂直且相交，使第一喷头21垂直穿过第一水力喷管2的轴线。同样地，第二喷头41的轴线与第二水力喷管4的轴线垂直且相交，使第二喷头41垂直穿过第二水力喷管4的轴线。
在上述各实施例的基础上，第二水力喷管2远离导流控制管3的一端设置有管帽9，管帽9与第二水力喷管4之间通过螺纹连接或者焊接的方式实现密封。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种试验用水力压裂注射管，包括注水管和第一水力喷管，所述第一水力喷管内穿接有第一喷头，其特征在于，还包括：导流控制管和第二水力喷管，所述注水管、第一水力喷管、导流控制管以及第二水力喷管依次密封连接，所述第二水力喷管远离所述导流控制管的一端密封设置，所述第二水力喷管内穿接有第二喷头，所述导流控制管内设置有导流球，所述导流球选择性地密封所述导流控制管内靠近所述第一水力喷管的一端；
所述导流控制管还包括：封隔卡塞环和导流分隔环，所述封隔卡塞环和所述导流分隔环均同轴装设在所述导流控制管的内壁，且所述封隔卡塞环位于靠近所述第一水力喷管的一端，所述导流球位于所述封隔卡塞环和所述导流分隔环之间，所述导流球的直径大于所述封隔卡塞环的内径和所述导流分隔环的内径，所述导流分隔环上设置有导流孔。
2.根据权利要求1所述的试验用水力压裂注射管，其特征在于，所述导流球上连接有导流球杆，所述导流球杆从所述导流分隔环和/或者所述封隔卡塞环中穿过。
3.根据权利要求1所述的试验用水力压裂注射管，其特征在于，所述导流孔为多个，多个导流孔沿着所述导流分隔环的周向阵列设置。
4.根据权利要求1所述的试验用水力压裂注射管，其特征在于，所述第一喷头在位于所述第一水力喷管内的部分设置有第一纵向通孔，所述第一喷头的内部沿轴向设置有第一横向通孔，所述第一纵向通孔与所述第一横向通孔相交；
所述第二喷头在位于所述第二水力喷管内的部分设置有第二纵向通孔，所述第二喷头的内部沿轴向设置有第二横向通孔，所述第二纵向通孔与所述第二横向通孔相交。
5.根据权利要求4所述的试验用水力压裂注射管，其特征在于，所述第一喷头的轴线与所述第一水力喷管的轴线垂直，所述第一喷头的两端均设有第一喷嘴，所述第一喷嘴与所述第一横向通孔连通；
所述第二喷头的轴线与所述第二水力喷管的轴线垂直，所述第二喷头的两端均设有第二喷嘴，所述第二喷嘴与所述第二横向通孔连通。
6.根据权利要求5所述的试验用水力压裂注射管，其特征在于，所述第一喷头的轴线与所述第一水力喷管的轴线相交，所述第二喷头的轴线与所述第二水力喷管的轴线相交。
7.根据权利要求5所述的试验用水力压裂注射管，其特征在于，所述第一喷头与所述第一水力喷管螺纹连接，所述第二喷头与所述第二水力喷管螺纹连接。
8.根据权利要求1所述的试验用水力压裂注射管，其特征在于，所述注水管与所述第一水力喷管之间、所述第一水力喷管与所述导流控制管以及所述导流控制管与所述第二水力喷管之间均采用螺纹连接。
9.根据权利要求1所述的试验用水力压裂注射管，其特征在于，所述第二水力喷管远离所述导流控制管的一端密封设置有管帽，所述管帽与所述第二水力喷管螺纹连接或者焊接。
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