CN112814632B - 一种水力径向面切割喷射器、切割组件及切割方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水力径向面切割喷射器、切割组件及切割方法,其中,该水力径向面切割喷射器包括本体、设置于该本体轴向侧壁上的至少一个喷射孔、以及设置于该喷射孔内的喷嘴及外护套,该外护套套设于该喷嘴外并与该喷射孔固定连接,该喷嘴上设有喷射方向不同的至少三个喷孔。使用本发明的水力径向面切割喷射器进行切割时,通过在喷嘴上设置喷射方向不同的至少三个喷孔,使用水力径向面切割,形成扇形孔道,在地应力的作用下,裂缝沿着最小主应力发展,从而提高地层渗透率,达到增产增注的目的。
Description
技术领域
本发明涉及石油天然气钻采领域,更具体地说,涉及一种水力径向面切割喷射器、切割组件及切割方法。
背景技术
目前磨料水射流技术是利用磨料射流的打击、切削作用,穿透金属套管,打碎近井筒附近的岩石,为了实现快速高效穿透金属套管,切割岩石,射流速度必须要达到180m/s以上,根据伯努利原理,随着射流速度的提高,在喷嘴处施加的压力相应增加,地面泵注设备的功率也会增加,而且磨料水射流只是单纯地在地层制造棒锥型孔穴,对储层的改造范围有限。
为进一步提高井筒与储层的接触面积,需要利用地层裂缝扩展,形成复杂导流通道,为油气井的生产提供高导流优势通道,但是在实际施工过程中,无法保证单簇射流的方向都沿着最小主应力的方向,导致裂缝扭曲,增大裂缝延展的阻力。
发明内容
本发明针对现有技术的上述缺陷,提供一种水力径向面切割喷射器、切割组件及切割方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种水力径向面切割喷射器,该喷射器包括本体、设置于该本体轴向侧壁上的至少一个喷射孔、以及设置于该喷射孔内的喷嘴及外护套,该外护套套设于该喷嘴外并与该喷射孔固定连接,该喷嘴上设有喷射方向不同的至少三个喷孔。
在本发明所述的水力径向面切割喷射器中,该外护套上与该至少三个喷孔相对应位置处设有至少三个通孔,该通孔的喷射方向分别与该喷孔的喷射方向相同。
在本发明所述的水力径向面切割喷射器中,该至少三个喷孔中至少包括第一喷孔、第二喷孔和第三喷孔,该第一喷孔的喷射方向与该本体的长度方向垂直设置,该第二喷孔的喷射方向与该第一喷孔的喷射方向之间的夹角为5-40°,该第三喷孔的喷射方向与该第一喷孔的喷射方向之间的夹角为5-40°。
在本发明所述的水力径向面切割喷射器中,该喷嘴为椭圆锥形喷嘴,该至少三个喷射孔均沿该椭圆锥形喷嘴的长度方向设置。
在本发明所述的水力径向面切割喷射器中,该外护套的外侧壁上设有外螺纹,该喷射孔内壁上设有可与该外螺纹螺接的内螺纹。
在本发明所述的水力径向面切割喷射器中,该外护套顶部周缘固设有凸出于该外护套外侧壁的环形凸缘,该环形凸缘与该喷射孔顶壁之间夹设有密封圈。
为解决上述技术问题,本发明还公开一种水力径向面切割组件,该切割组件包括如上述的至少一个喷射器、连接于该喷射器第一端的连接器、以及连接于该喷射器第二端的导向器。
在本发明所述的水力径向面切割组件中,该切割组件包括至少两个喷射器,该至少两个喷射器相互螺接并形成喷射器组件,该连接器和该导向器分别连接于该喷射器组件两端。
在本发明所述的水力径向面切割组件中,该导向器端部为半椭球形或圆锥状。
为解决上述技术问题,本发明还公开一种水力径向面切割方法,利用如上述的切割组件,该方法包括:
将切割组件通过连接器与泵注设备连接;
将切割组件插入至井筒并下放至预定高度位置处;
启动泵注设备向该切割组件泵注工作液,该切割组件中的每个喷嘴均向外喷射不同角度的多簇射流,该多簇射流击穿井筒套管,并在储层内形成扇形面切割槽。
实施本发明的水力径向面切割喷射器、切割组件及切割方法,具有以下有益效果:使用本发明的水力径向面切割喷射器进行切割时,通过在喷嘴上设置喷射方向不同的至少三个喷孔,使用水力径向面切割,形成扇形孔道,在地应力的作用下,裂缝沿着最小主应力发展,从而提高地层渗透率,达到增产增注的目的。高压射流通过喷嘴及外护套后形成空化气泡,降低高压射流所需的泵压,同时空化气泡产生的微射流及激波,对锥型孔洞的近井筒储层内壁造成破坏,加速储层岩石颗粒的剥蚀,使得扇形孔道持续扩大,提高储层的导流能力,增强储层改造效果。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,附图中:
图1是本发明水力径向面切割喷射器的结构示意图;
图2是本发明水力径向面切割喷射器中A处的部分放大结构示意图;
图3是本发明水力径向面切割喷射器中喷嘴和外护套的组合结构示意图;
图4是本发明水力径向面切割喷射器中喷嘴和外护套的分解结构示意图;
图5是本发明水力径向面切割组件的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、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。
如图1-4所示,在本发明的水力径向面切割喷射器第一实施例中,该喷射器100包括本体101、设置于该本体101轴向侧壁上的至少一个喷射孔102、以及设置于该喷射孔102内的喷嘴103及外护套104,该外护套104套设于该喷嘴103外并与该喷射孔102固定连接,该喷嘴103上设有喷射方向不同的至少三个喷孔105。
使用本发明的水力径向面切割喷射器100进行切割时,通过在喷嘴103上设置喷射方向不同的至少三个喷孔105,使用水力径向面切割,形成扇形孔道,在地应力的作用下,裂缝沿着最小主应力发展,从而提高地层渗透率,达到增产增注的目的。高压射流通过喷嘴103及外护套104后形成空化气泡,降低高压射流所需的泵压,同时空化气泡产生的微射流及激波,对锥型孔洞的近井筒储层内壁造成破坏,加速储层岩石颗粒的剥蚀,使得扇形孔道持续扩大,提高储层的导流能力,增强储层改造效果。
泵注工作液过程中,泵注排量不变的情况下,泵注压力较水力径向面切割工具的地面测试压力降低,维持射流速度所需的泵注设备输出功率也随之降低,作业效率也得到相应提升,水力径向面切割实施之后,地层流体可以进入井筒,地层的导流能力可以增加,从而实现增产改造的目的。
可以理解的,该本体101为圆筒状本体101,该本体101内设有沿本体101长度方向设置的腔体。
如图3、4,该外护套104上与该至少三个喷孔105相对应位置处设有至少三个通孔106,该通孔106的喷射方向分别与该喷孔105的喷射方向相同。
在本实施方式中,该至少三个喷孔105中至少包括第一喷孔107、第二喷孔108和第三喷孔109,该第一喷孔107的喷射方向与该本体101的长度方向垂直设置,该第二喷孔108的喷射方向与该第一喷孔107的喷射方向之间的夹角为5-40°,该第三喷孔109的喷射方向与该第一喷孔107的喷射方向之间的夹角为5-40°。
泵入本体101内的工作液可分别从第一喷孔107、第二喷孔108和第三喷孔109喷出,形成多簇射流。优选的,该第二喷孔108和第三喷孔109对称设置于第一喷孔107两侧。优选的,该第二喷孔108的喷射方向与该第一喷孔107的喷射方向之间的夹角为10-30°,该第三喷孔109的喷射方向与该第一喷孔107的喷射方向之间的夹角为10-30°
具体的,该喷嘴103为椭圆锥形喷嘴103,该至少三个喷孔105均沿该椭圆锥形喷嘴103的长度方向设置。
为便于外护套104与喷射孔102连接,该外护套104的外侧壁上设有外螺纹110,该喷射孔102内壁上设有可与该外螺纹110螺接的内螺纹。
进一步的,该外护套104顶部周缘固设有凸出于该外护套104外侧壁的环形凸缘111,该环形凸缘111与该喷射孔102顶壁之间夹设有密封圈112。
在安装外护套104及喷嘴103时,可在外护套104与喷嘴103之间注胶密封固定连接,再将外护套104旋入喷射孔102内进行固定,在固定完成之后,密封圈112夹设于环形凸缘111和喷射孔102之间,形成密封。
如图5所示,本发明还公开一种水力径向面切割组件200,该切割组件200包括如上述的至少一个喷射器100、连接于该喷射器100第一端的连接器201、以及连接于该喷射器100第二端的导向器202。
优选的,该切割组件200包括至少两个喷射器100,该至少两个喷射器100相互螺接并形成喷射器100组件,该连接器201和该导向器202分别连接于该喷射器100组件两端。
在使用切割组件200时,可将多个喷射器100相互串联在一起,形成喷射器100组件,喷射器100之间相互密封连接并连通,因此可以在切割组件200上形成多个喷嘴103,可对不同高度的储层同时进行切割。
为便于将切割组件200伸入至井筒内,该导向器202端部为半椭球形或圆锥状。在下放切割组件200时,将导向器202先深入井筒中,随后逐渐向下插入切割组件200整体,直至切割组件200下放至预定高度位置。
本发明还公开一种水力径向面切割方法,利用如上述的切割组件200,该方法包括:
S1,切割组件200通过连接器201与泵注设备连接;
S2,将切割组件200插入至井筒并下放至预定高度位置处;
S3,启动泵注设备向该切割组件200泵注工作液,该切割组件200中的每个喷嘴103均向外喷射不同角度的多簇射流,该多簇射流击穿井筒套管,并在储层内形成扇形面切割槽。
具体的,实施该方法时,先对井筒进行清理。在下入切割组件200之前需进行通井、洗井等工作,以确保井筒通畅无阻挂。
将切割组件200入井。按照井身结构、储层厚度等井况,设计切割组件200所需的喷射器100个数,将切割组件200下放到井中设计深度。
启动泵注设备向切割组件200内注液进行切割施工。通过钢制连接管柱与切割组件200的连接器201连接,通过向切割组件200泵注工作液,形成高速磨料射流,击穿钢制套管,并在储层内形成一组或者多组扇形面切割槽。
连续实施径向面切割施工。通过拖动钢制管柱带动切割组件200沿井筒上移至设定位置,重复步骤S3的施工过程。
在切割施工完成之后,取出切割组件200,清理井筒。
在本申请中,还可以根据实际情况,重复S3步骤和拖动钢制管柱带动切割组件200沿井筒上移至设定位置的步骤,直至获得最好的增产效果。
本申请中的工作液包括水、磨料和添加剂。
可选的,工作液中水的组分为90%~98%。
可选的,工作液中磨料的组分为1%~10%。
可选的,工作液中添加剂的组分为1%~8%。
其中,该磨料为不同粒径的固体颗粒,如:石英砂、石榴石、玻璃、陶粒、塑料。该添加剂为富含微小气泡或微小气团,利于携带气核的烃类产品或者有机物,包括高分子表面活性剂、柴油。
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种水力径向面切割喷射器,其特征在于,所述喷射器(100)包括本体(101)、设置于所述本体(101)轴向侧壁上的至少一个喷射孔(102)、以及设置于所述喷射孔(102)内的喷嘴(103)及外护套(104),所述外护套(104)套设于所述喷嘴(103)外并与所述喷射孔(102)固定连接,所述喷嘴(103)上设有喷射方向不同的至少三个喷孔(105);
所述至少三个喷孔(105)中至少包括第一喷孔(107)、第二喷孔(108)和第三喷孔(109),所述第一喷孔(107)的喷射方向与所述本体(101)的长度方向垂直设置,所述第二喷孔(108)的喷射方向与所述第一喷孔(107)的喷射方向之间的夹角为5-40°,所述第三喷孔(109)的喷射方向与所述第一喷孔(107)的喷射方向之间的夹角为5-40°;所述至少三个喷孔(105),使用水力径向面切割,形成扇形孔道;
所述外护套(104)的外侧壁上设有外螺纹(110),所述喷射孔(102)内壁上设有可与所述外螺纹(110)螺接的内螺纹。
2.根据权利要求1所述的水力径向面切割喷射器,其特征在于,所述外护套(104)上与所述至少三个喷孔(105)相对应位置处设有至少三个通孔(106),所述通孔(106)的喷射方向分别与所述喷孔(105)的喷射方向相同。
3.根据权利要求1所述的水力径向面切割喷射器,其特征在于,所述喷嘴(103)为椭圆锥形喷嘴(103),所述至少三个喷孔(105)均沿所述椭圆锥形喷嘴(103)的长度方向设置。
4.根据权利要求1所述的水力径向面切割喷射器,其特征在于,所述外护套(104)顶部周缘固设有凸出于所述外护套(104)外侧壁的环形凸缘(111),所述环形凸缘(111)与所述喷射孔(102)顶壁之间夹设有密封圈(112)。
5.一种水力径向面切割组件,其特征在于,所述切割组件包括如权利要求1-4中任一项所述的至少一个喷射器(100)、连接于所述喷射器(100)第一端的连接器(201)、以及连接于所述喷射器(100)第二端的导向器(202)。
6.根据权利要求5所述的水力径向面切割组件,其特征在于,所述切割组件(200)包括至少两个喷射器(100),所述至少两个喷射器(100)相互螺接并形成喷射器(100)组件,所述连接器(201)和所述导向器(202)分别连接于所述喷射器(100)组件两端。
7.根据权利要求6所述的水力径向面切割组件,其特征在于,所述导向器(202)端部为半椭球形或圆锥状。
8.一种水力径向面切割方法,利用如权利要求5-7中任一项所述的切割组件(200),其特征在于,所述方法包括:
将切割组件(200)通过连接器(201)与泵注设备连接;
将切割组件(200)插入至井筒并下放至预定高度位置处;
启动泵注设备向所述切割组件(200)泵注工作液,所述切割组件(200)中的每个喷嘴(103)均向外喷射不同角度的多簇射流,该多簇射流击穿井筒套管,并在储层内形成扇形面切割槽。
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