CN201593406U - 一种提高使用寿命的水力喷砂射孔器结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种提高使用寿命的水力喷砂射孔器结构，包括一射孔器本体，在射孔器本体上开设一组连接孔，各连接孔内安装一水力喷砂射孔喷嘴，连接孔与水力喷砂射孔喷嘴接合面间设有密封圈，所述的连接孔近外端有内圆柱密封面，近内端有连接螺纹，所述的水力喷砂射孔喷嘴通过螺纹连接安装在连接孔内，所述的密封圈装在连接孔近外端的内圆柱密封面内。所述的射孔器本体的外表面有硫化的橡胶层更佳。该设计能够大大提高喷嘴在高速含砂液流下的耐磨性和外表面抗冲蚀能力，以增加作业层数、减少作业风险和降低作业成本。

Description

一种提高使用寿命的水力喷砂射孔器结构

技术领域

本实用新型属于石油天然气的井下压裂增产作业技术领域，尤其涉及一种提高使用寿命的水力喷砂射孔器结构。

背景技术

对于那些低压、低渗、低产的油气田，每一口井都要进行射孔和压裂增产作业。喷砂射孔工艺技术特别适用于水平井和大斜度井的射孔及压裂改造。现代石油天然气开采技术，采用了越来越多的水平井及大斜度井，特别是水平段较长的水平井，采用常规的射孔及分层压裂技术，其施工难度大、事故率高，而采用喷砂射孔与压裂工艺相结合的改造油气井的技术，得到了广泛的应用。水力喷砂射孔的主要工艺装备是水力喷砂射孔器，水力喷砂射孔器中的喷嘴是核心部件。因为它要承受10～20MPa的压差，要由喷嘴内喷出由化学胶联剂组成的石英砂含量达到30％的液体，而喷速可达到150～200m/sec左右。在喷嘴的出口端，形成一个高能量的等速核，应用这个等速核射穿油井中的套管，并射入油层内部800mm左右的深度，成为加砂压裂作业的通道。如果要进行较大型的分层压裂作业，每一个喷嘴所要达到的总流量都在50m³。以上，通过的石英砂量达到15m³。以上。在这种高速度、大含砂量液体的冲刷下，使用一般耐磨材料的喷嘴很难保持直径在规定的磨损量下工作及完整的圆形轮廓。另外，在喷嘴射穿油井套管壁之前，携带石英砂的高速液体反射到喷嘴及射孔器外表面，造成较大的冲蚀坑。由此可见，当前水力喷砂射孔器存在着两个问题，一是耐磨性差，二是表面无抗冲蚀能力，因而大大地影响了使用寿命。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种提高使用寿命的水力喷砂射孔器结构，它能够大大提高喷嘴在高速含砂液流下的耐磨性和外表面抗冲蚀能力，以增加作业层数、减少作业风险和降低作业成本。

为实现上述目的，本实用新型采取以下设计方案：

一种提高使用寿命的水力喷砂射孔器结构，包括一射孔器本体，在射孔器本体上开设一组连接孔，各连接孔内安装一水力喷砂射孔喷嘴，连接孔与水力喷砂射孔喷嘴接合面间设有密封圈，所述的连接孔近外端有内圆柱密封面，近内端有连接螺纹，所述的水力喷砂射孔喷嘴通过螺纹连接安装在连接孔内，所述的密封圈装在连接孔近外端的内圆柱密封面内。

在射孔器本体上分布有五排螺纹连接孔，每排上有两个对称设置的螺纹连接孔，邻排之间的螺纹连接孔轴向线互成90°。

所述的射孔器本体的外表面有橡胶层；且为硫化的橡胶层更佳。

所述的水力喷砂射孔喷嘴由外壳、硬质合金本体及人造聚晶金刚石(PDC)圆柱环组合构成，其中硬质合金本体粘接在外壳内，二者之间安装有一组密封圈；PDC金刚石圆柱环粘接在硬质合金本体内近外端。

所述的PDC金刚石圆柱环由两段圆柱环叠加构成，两段圆柱环的轴向截面内廓线曲率不相同。所述的两个人造聚晶金刚石(PDC)圆柱环与硬质合金组成的喷嘴轴向截面内廓线为等变速曲线。

所述的外壳为合金钢外壳，合金钢外壳的外端面有硫化的橡胶层。

本实用新型的优点是：

1.喷嘴出口端是高压液流速度最大的部位，这一部位的材料是目前技术条件下国际上公认的最硬的人造聚晶金刚石(PDC)，大大提高了它的使用寿命；

2.PDC金刚石和硬质合金的粘接代替了以往氢气保护下的银合金焊接，防止了热应力的产生，保证了PDC材料的原始硬度和耐磨性；

3.内部采用的等变速轮廓线提高了喷嘴的喷射效率；

4.射孔器及喷嘴外壳上端表面硫化了橡胶层后，由于橡胶层具有弹性，因此对反射流的冲击能量具有吸收作用，可以大大减少在射穿套管之前反射流对外表面的冲蚀。

附图说明

图1为本实用新型提高使用寿命的水力喷砂射孔器结构示意图。

图2为本提高使用寿命的水力喷砂射孔器的射孔器本体结构示意图。

图3为本提高使用寿命的水力喷砂射孔器的喷嘴结构示意图。

下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步详细说明：

具体实施方式

参见图1、图2及图3所示，本实用新型提高使用寿命的水力喷砂射孔器结构包括一射孔器本体1，在射孔器本体上开设一组连接孔11，各连接孔内安装一水力喷砂射孔喷嘴2，连接孔与水力喷砂射孔喷嘴接合面间设有密封圈4，射孔器本体1的外表面硫化有橡胶层3。

参见图2所示，所述射孔器本体1上有多个下部(近内端)有连接螺纹、上部(近外端)有内圆柱面的孔眼11(即所述的一组连接孔)，孔眼数及空间分布是按压裂工艺设计的要求加工而成，其中较佳的方案是：在射孔器本体上分布有五排螺纹连接孔，每排上有两个对称设置的螺纹连接孔，邻排之间的螺纹连接孔轴向线互成90°。

参阅图3所示，所述的水力喷砂射孔喷嘴2由外壳21、硬质合金本体22及人造聚晶金刚石(PDC)圆柱环(本实施例中采用两段圆柱内孔曲线不相同的人造聚晶金刚石圆柱环23、24叠加)组合构成，其中硬质合金本体22粘接在合金钢外壳21内，二者之间安装有一组密封圈6；人造聚晶金刚石圆柱环23、24粘接在硬质合金本体22内近外端。本实施例中，PDC(polycrystalline diamondcomposite)金刚石圆柱环23、24，与硬质合金本体22采用高剪切强度的粘接胶粘接在一起，硬质合金本体22装在一个由合金钢制成的外壳21内，内部有两道橡胶O型密封圈6进行密封，同时也用高剪切强度的粘接胶粘接在一起，外壳21下端的外表面车制有螺纹，外壳的上中部装有橡胶O型密封圈4，外壳的外部表面硫化有一层耐油胶5。

参阅图1所示，本实施例中水力喷砂射孔喷嘴2通过下端螺纹连接在射孔器连接孔11的螺纹段中，同时，喷嘴中上部的O型密封圈4安装在射孔器上端(近外端)的具内圆柱面的孔段内。

所述的人造聚晶金刚石(PDC)圆柱环由两段圆柱环叠加构成，两段圆柱环的轴向截面内廓线曲率不相同。所述的两个人造聚晶金刚石(PDC)圆柱环与硬质合金组成的喷嘴轴向截面内廓线为等变速曲线。

上述的水力喷砂射孔的喷嘴共由五种不同材料组合而成，这些材料的组合都是根据在不同位置的性能要求而选定，使得组合后的整体装置可获得最佳的使用效果和最长的使用寿命。在高速液流冲蚀最大的部位，采用了目前国内外公认的最硬的人工合成材料人造聚晶金刚石(PDC)，大大提高了喷嘴的保径作用。橡胶表层具有良好的吸收反射流冲蚀射孔器表面的作用。因此，本实用新型将大大提高水力喷砂射孔器的使用寿命。

上述各实施例可在不脱离本实用新型的范围下加以若干变化，故以上的说明所包含及附图中所示的结构应视为例示性，而非用以限制本实用新型申请专利的保护范围。

Claims (8)

1.一种提高使用寿命的水力喷砂射孔器结构，包括一射孔器本体，在射孔器本体上开设一组连接孔，各连接孔内安装一水力喷砂射孔喷嘴，连接孔与水力喷砂射孔喷嘴接合面间设有密封圈，其特征在于：所述的连接孔近外端有内圆柱密封面，近内端有连接螺纹，所述的水力喷砂射孔喷嘴通过螺纹连接安装在连接孔内，所述的密封圈装在连接孔近外端的内圆柱密封面内。

2.根据权利要求1所述的提高使用寿命的水力喷砂射孔器结构，其特征在于：在射孔器本体上分布有五排螺纹连接孔，每排上有两个对称设置的螺纹连接孔，邻排之间的螺纹连接孔轴向线互成90°。

3.根据权利要求1所述的提高使用寿命的水力喷砂射孔器结构，其特征在于：所述的射孔器本体的外表面有橡胶层。

4.根据权利要求3所述的提高使用寿命的水力喷砂射孔器结构，其特征在于：所述射孔器本体外表面的橡胶层为硫化的橡胶层。

5.根据权利要求1所述的提高使用寿命的水力喷砂射孔器结构，其特征在于：所述的水力喷砂射孔喷嘴由外壳、硬质合金本体和人造聚晶金刚石圆柱环组合构成，其中硬质合金本体粘接在外壳内，二者之间安装有一组密封圈；人造聚晶金刚石圆柱环粘接在硬质合金本体内近外端。

6.根据权利要求5所述的提高使用寿命的水力喷砂射孔器结构，其特征在于：所述的人造聚晶金刚石圆柱环由两段圆柱环叠加构成，两段圆柱环的轴向截面内廓线曲率不相同。

7.根据权利要求6所述的提高使用寿命的水力喷砂射孔器结构，其特征在于：所述的两个人造聚晶金刚石圆柱环与硬质合金组成的喷嘴轴向截面内廓线为等变速曲线。

8.根据权利要求5所述的提高使用寿命的水力喷砂射孔器结构，其特征在于：所述的外壳为合金钢外壳，合金钢外壳的外端面有硫化的耐油胶层。

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