CN115012900A - 一种砂液分离井下混砂装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种砂液分离井下混砂装置及使用方法，包括护套；所述护套内包括压裂液吸入管及支撑剂吸入管；压裂液吸入管包括压裂液吸入前管和压裂液吸入后管；压裂液吸入前管与压裂液吸入后管之间通过上卡瓦连接装置连接；压裂液吸入后管内设有井下混砂喷砂装置；井下混砂喷砂装置与上卡瓦连接装置的连接间隙处及井下混砂喷砂装置前端均与支撑剂吸入管相通；支撑剂吸入管包括依次连接的支撑剂吸入前管和支撑剂吸入后管；支撑剂吸入前管和支撑剂吸入后管之间通过下卡瓦连接装置连接；支撑剂吸入后管内设有压力连通管，压力连通管的输入端连接至井下混砂喷砂装置与上卡瓦连接装置的连接间隙处。本发明解决液态二氧化碳压裂过程中加砂量受限问题。
Description
技术领域
本发明属于石油天然气工业技术领域中压裂用井下工具，特别涉及一种砂液分离井下混砂装置及使用方法。
背景技术
国外对二氧化碳射流技术的研究于20世纪90年代末，2000年J.J. Kollé和 M. H.Marvin进行了二氧化碳射流破岩室内实验，研究结果表明，在曼柯斯页岩中SC-CO2射流的钻进速度是水射流的3.3倍，破岩所需比能SE（比能SE为破岩所需水力、机械能量与破碎剥落的岩石体积比）仅为水力钻井时的20%。国内中国石油大学最早对二氧化碳射流技术开展了研究，二氧化碳射流破岩机理、射流结构特性、流场规律等开展了深入的研究，并发表了一系列的成果；中国石油大学（北京）的李根生院士等也对超临界二氧化碳射流孔内增压机理等开展研究，分析了超临界二氧化碳射流喷射诱导裂缝扩展机理。
目前国内外液态二氧化碳压裂加砂工艺均是采用地面密闭混砂，即间歇式加砂方式，该方式的技术问题表现为加砂量受制于密闭装置的容积，严重限制了液态二氧化碳压裂加砂规模，使得压后地层裂缝得不到有效的支撑；同时，液态二氧化碳压裂前需要通过电缆或者连续油管进行射孔，射孔后再下入液态二氧化碳压裂管柱，作业效率较低。
发明内容
为了克服目前液态二氧化碳压裂过程中加砂规模受限以及施工效率低的问题，本发明的目的在于提供一种压裂用一种砂液分离井下混砂装置，该装置能够实现压裂液和支撑剂的分通道输入，实现了井下连续加砂的功能，降低了压裂过程中的压裂流体的沿程摩阻；并且可以实现一趟管柱完成射孔及压裂两个作业程序，作业效率大大提高；特别解决了液态二氧化碳压裂过程中加砂量受限的问题。
本发明的技术方案在于。
（一）本发明提出一种砂液分离井下混砂装置：
一种砂液分离井下混砂装置，包括护套；所述护套内包括沿护套延伸方向平行设置的上连续油管及下连续油管；上连续油管为压裂液吸入管，下连续油管为支撑剂吸入管；
其中，压裂液吸入管包括依次连接的压裂液吸入前管和压裂液吸入后管；压裂液吸入前管与压裂液吸入后管之间通过上卡瓦连接装置连接；上卡瓦连接装置一端伸入至压裂液吸入前管内，另一端伸出压裂液吸入前管；压裂液吸入后管内设有井下混砂喷砂装置；压裂液吸入前管、上卡瓦连接装置及井下混砂喷砂装置中心设有贯通的压裂液吸入管道；井下混砂喷砂装置与上卡瓦连接装置的连接间隙处及井下混砂喷砂装置前端均与支撑剂吸入管相通；井下混砂喷砂装置的尾端密封；
支撑剂吸入管包括依次连接的支撑剂吸入前管和支撑剂吸入后管；支撑剂吸入前管和支撑剂吸入后管之间通过下卡瓦连接装置连接；下卡瓦连接装置一端伸入至支撑剂吸入前管内，另一端伸出支撑剂吸入前管，且其中心设有支撑剂吸入管道；支撑剂吸入后管内设有压力连通管，压力连通管前后不伸出支撑剂吸入后管；压力连通管的输入端连接至井下混砂喷砂装置与上卡瓦连接装置的连接间隙处；支撑剂吸入后管尾端密封。
所述井下混砂喷砂装置包括依次连接的混砂装置及喷砂装置；所述混砂装置位于压裂液吸入后管内，喷砂装置位于压裂液吸入后管外部且与压裂液吸入后管连接；其中，混砂装置包括依次连接的喷嘴、支撑环、喉管及扩散管，所述喷嘴的前端还设有内卡簧，所述内卡簧与压裂液吸入后管固定；所述喷砂装置为喷砂器，包括依次连接的喷砂器上接头及喷砂器本体；喷砂器本体上设有喷砂孔；喷砂器本体的尾端密封。
所述井下混砂喷砂装置与上卡瓦连接装置的连接间隙处设有预置空隙，支撑剂吸入管上设有平衡孔，预置空隙与平衡孔贯通；所述支撑环上设有槽型通孔，支撑剂吸入管上设有支撑剂吸入孔，槽型通孔与支撑剂吸入孔贯通；压力连通管的输入端依次连接平衡孔及预置空隙。
所述上卡瓦连接装置/下卡瓦连接装置包括卡瓦，所述卡瓦的上端设有上锥套，通过上锥套连接有打捞颈；压裂液吸入管或支撑剂吸入管与打捞颈之间通过密封胶筒两端的胶筒端套连接；卡瓦的下端设有下锥套；下锥套通过一连接件连接压裂液吸入后管或支撑剂吸入后管；连接件的前后两端均设有梯形螺纹，前端通过梯形螺纹连接有锁紧压套，所述锁紧压套的下端径向开有三个均匀分布的螺孔，开槽平端紧定螺钉插入该螺孔中；压裂液吸入管或支撑剂吸入管与打捞颈之间及连接件与压裂液吸入后管或支撑剂吸入后管还设有密封圈。
所述喷砂器本体螺旋均匀分布有6个6.2毫米喷砂孔。
所述上卡瓦连接装置与压裂液吸入后管之间、下卡瓦连接装置与支撑剂吸入后管之间、喷砂器本体的尾端及支撑剂吸入后管尾端均通过密封堵头密封。
所述喷砂器上接头与压裂液吸入后管之间通过螺纹连接。
（二）本发明提出一种砂液分离井下混砂装置的使用方法，采用如上所述砂液分离井下混砂装置，使用过程如下：
压裂液进入压裂液吸入管，支撑剂进入支撑剂吸入管并且密封不发生流动；
压裂液到达压裂液吸入后管时分成两部分，少数压裂液通过井下混砂喷砂装置与上卡瓦连接装置的连接间隙处进入压力连通管并到达支撑剂吸入后管；大量压裂液吸入井下混砂喷砂装置；压裂液在井下混砂喷砂装置内先节流形成高速低压流液，在压差作用下吸入支撑剂，形成压裂液混合液，进行喷砂射孔作业；
喷砂射孔作业完成后，进行前置液施工，此时支撑剂吸入管内无支撑剂；
前置液施工结束后，向支撑剂吸入管内注入支撑剂，压裂液混合液从井下混砂喷砂装置流出进入地层开始连续加砂施工，直至压裂施工结束。
优选地，一种砂液分离井下混砂装置的使用方法，采用如上所述砂液分离井下混砂装置，使用过程如下：
压裂液进入压裂液吸入管，支撑剂进入支撑剂吸入管并且密封不发生流动；
压裂液到达压裂液吸入后管时分成两部分，少数压裂液通过平衡孔进入压力连通管并到达支撑剂吸入后管；大量压裂液吸入井下混砂喷砂装置；压裂液在混砂装置内先节流形成高速低压流液，在喷嘴出口处与支撑剂吸入管形成压差，在此压差作用下吸入支撑剂，流入喉管并形成压裂液混合液，经扩散管降速增压后流入喷砂装置，通过喷砂孔进行喷砂射孔作业；
喷砂射孔作业完成后，进行前置液施工，此时支撑剂吸入管内无支撑剂；
前置液施工结束后，向支撑剂吸入管内注入支撑剂，压裂液混合液从喷砂孔流出进入地层开始连续加砂施工，直至压裂施工结束。
本发明的技术效果在于：
（1）本发明在正常工作时，上连续油管内的流体为压裂液，下连续油管内的流体为支撑剂，将压裂液和支撑剂分开输入，仅在射孔喷砂时将其进行混合，大大降低了压裂过程中的压裂流体的沿程摩阻；
（2）本发明实现了井下连续加砂的功能，解决了地面加砂量受限的问题，并且可以实现一趟管柱完成射孔及压裂两个作业程序，作业效率大大提高；特别解决了液态二氧化碳压裂过程中加砂量受限的问题。
附图说明
图1为本发明一种砂液分离井下混砂装置的结构示意图。
附图标记：1、护套；3、打捞颈；4、密封圈；5、胶筒端套；6、密封胶筒；7、上锥套；8、卡瓦；9、下锥套；11、锁紧压套；12、开槽平端紧定螺钉；13、连接件；16、密封堵头；17、内卡簧；18、喷嘴；19、支撑环；20、喉管；21、扩散管；22、喷砂器上接头；23、喷砂器本体；24、喷砂孔；27、压力连通管；a、平衡孔；b、支撑剂吸入孔。
具体实施方式
实施例1
一种砂液分离井下混砂装置，包括护套1；所述护套1内包括沿护套1延伸方向平行设置的上连续油管及下连续油管；上连续油管为压裂液吸入管，下连续油管为支撑剂吸入管；
其中，压裂液吸入管包括依次连接的压裂液吸入前管和压裂液吸入后管；压裂液吸入前管与压裂液吸入后管之间通过上卡瓦连接装置连接；上卡瓦连接装置一端伸入至压裂液吸入前管内，另一端伸出压裂液吸入前管；压裂液吸入后管内设有井下混砂喷砂装置；压裂液吸入前管、上卡瓦连接装置及井下混砂喷砂装置中心设有贯通的压裂液吸入管道；井下混砂喷砂装置与上卡瓦连接装置的连接间隙处及井下混砂喷砂装置前端均与支撑剂吸入管相通；井下混砂喷砂装置的尾端密封；
支撑剂吸入管包括依次连接的支撑剂吸入前管和支撑剂吸入后管；支撑剂吸入前管和支撑剂吸入后管之间通过下卡瓦连接装置连接；下卡瓦连接装置一端伸入至支撑剂吸入前管内，另一端伸出支撑剂吸入前管，且其中心设有支撑剂吸入管道；支撑剂吸入后管内设有压力连通管27，压力连通管27前后不伸出支撑剂吸入后管；压力连通管27的输入端连接至井下混砂喷砂装置与上卡瓦连接装置的连接间隙处；支撑剂吸入后管尾端密封。
本实施例的具体实施过程为：
压裂液进入压裂液吸入管，支撑剂进入支撑剂吸入管并且密封不发生流动；
压裂液到达压裂液吸入后管时分成两部分，少数压裂液通过井下混砂喷砂装置与上卡瓦连接装置的连接间隙处进入压力连通管27并到达支撑剂吸入后管；大量压裂液吸入井下混砂喷砂装置；压裂液在井下混砂喷砂装置内先节流形成高速低压流液，在压差作用下吸入支撑剂，形成压裂液混合液，进行喷砂射孔作业；
喷砂射孔作业完成后，进行前置液施工，此时支撑剂吸入管内无支撑剂；
前置液施工结束后，向支撑剂吸入管内注入支撑剂，压裂液混合液从井下混砂喷砂装置流出进入地层开始连续加砂施工，直至压裂施工结束。
实施例2
在实施例1的基础上，还包括：
所述井下混砂喷砂装置包括依次连接的混砂装置及喷砂装置；所述混砂装置位于压裂液吸入后管内，喷砂装置位于压裂液吸入后管外部且与压裂液吸入后管连接；其中，混砂装置包括依次连接的喷嘴18、支撑环19、喉管20及扩散管21，所述喷嘴18的前端还设有内卡簧17，所述内卡簧17与压裂液吸入后管固定；所述喷砂装置为喷砂器，包括依次连接的喷砂器上接头22及喷砂器本体23；喷砂器本体23上设有喷砂孔24；喷砂器本体23的尾端密封。所述井下混砂喷砂装置与上卡瓦连接装置的连接间隙处设有孔洞，支撑剂吸入管上设有平衡孔a，孔洞与平衡孔a贯通；所述支撑环19上设有槽型通孔，支撑剂吸入管上设有支撑剂吸入孔b，槽型通孔与支撑剂吸入孔b贯通；压力连通管27的输入端依次连接平衡孔a及孔洞。
实施例3
在实施例2的基础上，还包括：
所述上卡瓦连接装置/下卡瓦连接装置包括卡瓦8，所述卡瓦8的上端设有上锥套6，通过上锥套6连接有打捞颈3；压裂液吸入管或支撑剂吸入管与打捞颈3之间通过密封胶筒6两端的胶筒端套5连接；卡瓦8的下端设有下锥套9；下锥套9通过一连接件13连接压裂液吸入后管或支撑剂吸入后管；连接件13的前后两端均设有梯形螺纹，前端通过梯形螺纹连接有锁紧压套11，所述锁紧压套11的下端径向开有三个均匀分布的螺孔，开槽平端紧定螺钉12插入该螺孔中；压裂液吸入管或支撑剂吸入管与打捞颈3之间及连接件13与压裂液吸入后管或支撑剂吸入后管还设有密封圈4。
本实施例的具体实施过程为：
压裂液进入压裂液吸入管，支撑剂进入支撑剂吸入管并且密封不发生流动；
压裂液到达压裂液吸入后管时分成两部分，少数压裂液通过平衡孔a进入压力连通管27并到达支撑剂吸入后管；大量压裂液吸入井下混砂喷砂装置；压裂液在混砂装置内先节流形成高速低压流液，在喷嘴18出口处与支撑剂吸入管形成压差，在此压差作用下吸入支撑剂，流入喉管20并形成压裂液混合液，经扩散管21降速增压后流入喷砂装置，通过喷砂孔24进行喷砂射孔作业；
喷砂射孔作业完成后，进行前置液施工，此时支撑剂吸入管内无支撑剂；
前置液施工结束后，向支撑剂吸入管内注入支撑剂，压裂液混合液从喷砂孔24流出进入地层开始连续加砂施工，直至压裂施工结束。
实施例3
在实施例2的基础上，还包括：
所述喷砂器本体23螺旋均匀分布有6个6.2毫米喷砂孔24。所述上卡瓦连接装置与压裂液吸入后管之间、下卡瓦连接装置与支撑剂吸入后管之间、喷砂器本体23的尾端及支撑剂吸入后管尾端均通过密封堵头16密封。所述喷砂器上接头22与压裂液吸入后管之间通过螺纹连接。
Claims (9)
1.一种砂液分离井下混砂装置，包括护套（1）；其特征在于：所述护套（1）内包括沿护套（1）延伸方向平行设置的上连续油管及下连续油管；上连续油管为压裂液吸入管，下连续油管为支撑剂吸入管；
其中，压裂液吸入管包括依次连接的压裂液吸入前管和压裂液吸入后管；压裂液吸入前管与压裂液吸入后管之间通过上卡瓦连接装置连接；上卡瓦连接装置一端伸入至压裂液吸入前管内，另一端伸出压裂液吸入前管；压裂液吸入后管内设有井下混砂喷砂装置；压裂液吸入前管、上卡瓦连接装置及井下混砂喷砂装置中心设有贯通的压裂液吸入管道；井下混砂喷砂装置与上卡瓦连接装置的连接间隙处及井下混砂喷砂装置前端均与支撑剂吸入管相通；井下混砂喷砂装置的尾端密封；
支撑剂吸入管包括依次连接的支撑剂吸入前管和支撑剂吸入后管；支撑剂吸入前管和支撑剂吸入后管之间通过下卡瓦连接装置连接；下卡瓦连接装置一端伸入至支撑剂吸入前管内，另一端伸出支撑剂吸入前管，且其中心设有支撑剂吸入管道；支撑剂吸入后管内设有压力连通管（27），压力连通管（27）前后不伸出支撑剂吸入后管；压力连通管（27）的输入端连接至井下混砂喷砂装置与上卡瓦连接装置的连接间隙处；支撑剂吸入后管尾端密封。
2.根据权利要求1所述砂液分离井下混砂装置，其特征在于：所述井下混砂喷砂装置包括依次连接的混砂装置及喷砂装置；所述混砂装置位于压裂液吸入后管内，喷砂装置位于压裂液吸入后管外部且与压裂液吸入后管连接；其中，混砂装置包括依次连接的喷嘴（18）、支撑环（19）、喉管（20）及扩散管（21），所述喷嘴（18）的前端还设有内卡簧（17），所述内卡簧（17）与压裂液吸入后管固定；所述喷砂装置为喷砂器，包括依次连接的喷砂器上接头（22）及喷砂器本体（23）；喷砂器本体（23）上设有喷砂孔（24）；喷砂器本体（23）的尾端密封。
3.根据权利要求2所述砂液分离井下混砂装置，其特征在于：所述井下混砂喷砂装置与上卡瓦连接装置的连接间隙处设有预置空隙，支撑剂吸入管上设有平衡孔（a），预置空隙与平衡孔（a）贯通；所述支撑环（19）上设有槽型通孔，支撑剂吸入管上设有支撑剂吸入孔（b），槽型通孔与支撑剂吸入孔（b）贯通；压力连通管（27）的输入端依次连接平衡孔（a）及预置空隙。
4.根据权利要求3所述砂液分离井下混砂装置，其特征在于：所述上卡瓦连接装置/下卡瓦连接装置包括卡瓦（8），所述卡瓦（8）的上端设有上锥套（7），通过上锥套（7）连接有打捞颈（3）；压裂液吸入管或支撑剂吸入管与打捞颈（3）之间通过密封胶筒（6）两端的胶筒端套（5）连接；卡瓦（8）的下端设有下锥套（9）；下锥套（9）通过一连接件（13）连接压裂液吸入后管或支撑剂吸入后管；连接件（13）的前后两端均设有梯形螺纹，前端通过梯形螺纹连接有锁紧压套（11），所述锁紧压套（11）的下端径向开有三个均匀分布的螺孔，开槽平端紧定螺钉（12）插入该螺孔中；压裂液吸入管或支撑剂吸入管与打捞颈（3）之间及连接件（13）与压裂液吸入后管或支撑剂吸入后管还设有密封圈（4）。
5.根据权利要求4所述砂液分离井下混砂装置，其特征在于：所述喷砂器本体（23）螺旋均匀分布有6个6.2毫米喷砂孔（24）。
6.根据权利要求5所述砂液分离井下混砂装置，其特征在于：所述上卡瓦连接装置与压裂液吸入后管之间、下卡瓦连接装置与支撑剂吸入后管之间、喷砂器本体（23）的尾端及支撑剂吸入后管尾端均通过密封堵头（16）密封。
7.根据权利要求6所述砂液分离井下混砂装置，其特征在于：所述喷砂器上接头（22）与压裂液吸入后管之间通过螺纹连接。
8.一种砂液分离井下混砂装置的使用方法，其特征在于：采用如上权利要求1所述砂液分离井下混砂装置，使用过程如下：
压裂液进入压裂液吸入管，支撑剂进入支撑剂吸入管并且密封不发生流动；
压裂液到达压裂液吸入后管时分成两部分，少数压裂液通过井下混砂喷砂装置与上卡瓦连接装置的连接间隙处进入压力连通管（27）并到达支撑剂吸入后管；大量压裂液吸入井下混砂喷砂装置；压裂液在井下混砂喷砂装置内先节流形成高速低压流液，在压差作用下吸入支撑剂，形成压裂液混合液，进行喷砂射孔作业；
喷砂射孔作业完成后，进行前置液施工，此时支撑剂吸入管内无支撑剂；
前置液施工结束后，向支撑剂吸入管内注入支撑剂，压裂液混合液从井下混砂喷砂装置流出进入地层开始连续加砂施工，直至压裂施工结束。
9.一种砂液分离井下混砂装置的使用方法，其特征在于：采用如上权利要求3所述砂液分离井下混砂装置，使用过程如下：
压裂液进入压裂液吸入管，支撑剂进入支撑剂吸入管并且密封不发生流动；
压裂液到达压裂液吸入后管时分成两部分，少数压裂液通过平衡孔（a）进入压力连通管（27）并到达支撑剂吸入后管；大量压裂液吸入井下混砂喷砂装置；压裂液在混砂装置内先节流形成高速低压流液，在喷嘴（18）出口处与支撑剂吸入管形成压差，在此压差作用下吸入支撑剂，流入喉管（20）并形成压裂液混合液，经扩散管（21）降速增压后流入喷砂装置，通过喷砂孔（24）进行喷砂射孔作业；
喷砂射孔作业完成后，进行前置液施工，此时支撑剂吸入管内无支撑剂；
前置液施工结束后，向支撑剂吸入管内注入支撑剂，压裂液混合液从喷砂孔（24）流出进入地层开始连续加砂施工，直至压裂施工结束。
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