CN204113260U - 一种压裂井口装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种压裂井口装置，包括：由上至下顺次连接的均为耐低温的由壬接头、主控阀门、上法兰和五通，且由壬接头、上法兰与油管悬挂器均包括由内向外贴合设置的内心管层、耐低温防护层和管本体层。本实用新型通过耐低温由壬接头、耐低温上法兰和耐低温油管悬挂器均从内到外贴合设置有内心管层、耐低温防护层和管本体层的三层结构设计以及主控阀门、五通、套管闸门的耐低温设计，使得装置在低温环境下工作不会出现过冷损伤的问题；且五通的第五通道为监测通道，监测装置可依次穿过第五通道、第四通道伸入井下，实现井底地层参数动态变化的实时监测，有利于作业过程的进度控制和安全生产。

Description

一种压裂井口装置

技术领域

本实用新型涉及煤层气开采领域，具体涉及一种压裂井口装置。

背景技术

煤层气是一种新清洁能源，煤层气开采过程中通常使用压裂技术，即采用高压压裂车、高压管汇设施，通过压裂井口装置及高压压裂管，将介质挤入煤层中，把煤层压出裂缝，以提高煤层的渗透能力。

目前煤层气开采现场使用的压裂井口装置包括从上到下依次连接的主控阀门、上密封盖和四通，四通内部设置有油管悬挂器，油管悬挂器的下部坐在四通上，且四通的第一通道与主控阀门连接，第二通道和第三通道分别与套管闸门连接，第四通道与伸入井下的套管连接。

在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

由于目前现场使用的压裂井口装置的主阀门、上密封盖、四通和油管悬挂器均为普通金属材料制成，而普通金属材料在低温环境下的脆性较高，所以当使用现有的压裂井口装置在低温环境下输送低温高压介质时，可能出现装置的过冷损伤，使得压裂井口装置因不能承受低温高压介质的压力而发生炸裂等情况，对井口工作人员的人身安全造成威胁，影响正常的生产；且现有的压裂井口装置由于其结构的限制，无法安装监测装置来监测井底的情况，不能实时了解井底地层参数的动态变化，不利于作业过程的进度控制和安全生产。

实用新型内容

为了解决现有技术中压裂井口装置在低温环境下工作可能出现过冷损伤、无法实时监测井底地层参数动态变化的问题，本实用新型实施例提供了一种压裂井口装置。所述技术方案如下：

本实用新型提供了一种压裂井口装置，所述压裂井口装置包括：由上至下顺次连接的均为耐低温的由壬接头、主控阀门、上法兰和五通，所述五通的第一通道与所述上法兰连接，所述五通的第二通道和第三通道分别位于所述第一通道两侧，且所述第二通道和所述第三通道上均安装有耐低温的套管闸门，所述五通的第四通道与伸入井下的套管连接，所述五通的第五通道位于所述第一通道的外壁上，且所述第五通道与所述第一通道、所述第三通道均互不干涉，监测装置依次穿过所述第五通道、所述第四通道伸入井下；

所述压裂井口装置还包括耐低温的油管悬挂器，所述油管悬挂器的下端位于所述第一通道内，且与所述第一通道的内壁固定，所述油管悬挂器的上端伸入所述上法兰内部，且与所述上法兰的内壁紧贴；

所述由壬接头、所述上法兰与所述油管悬挂器均包括由内向外贴合设置的内心管层、耐低温防护层和管本体层。

具体地，所述内心管层、所述管本体层为耐低温合金钢材料，所述耐低温防护层为泡沫玻璃材料。

具体地，所述上法兰为锥形，且所述上法兰的上端截面直径小于下端截面直径。

具体地，所述上法兰的锥度为20度。

具体地，所述第五通道的开口斜向上，且所述第五通道与水平面的夹角为60度。

进一步地，所述压裂井口装置还包括接头，所述接头固定在所述第五通道的端部，且所述接头与所述监测装置连接。

进一步地，所述压裂井口装置还包括螺纹法兰和密封钢圈，所述螺纹法兰的上端与所述由壬接头螺纹连接，所述螺纹法兰的下端与所述主控阀门连接；

所述螺纹法兰的下端与所述主控阀门之间、所述主控阀门与所述上法兰之间、所述上法兰与所述第一通道之间均设置有所述密封钢圈。

具体地，所述油管悬挂器的所述内心管层外侧、所述耐低温防护层外侧均设置有台阶，所述耐低温防护层套装在所述内心管层外侧的台阶上，所述管本体层套装在所述耐低温防护层外侧的台阶上。

进一步地，所述油管悬挂器还包括耐低温的密封帽，所述密封帽的一侧覆盖在所述油管悬挂器的所述内心管层上端，所述密封帽的另一侧伸至所述油管悬挂器的内心管层与所述管本体层之间，且所述密封帽与所述耐低温防护层紧贴。

具体地，所述由壬接头上端设置有直径为100mm的梯形外螺纹，下端设置有直径为73mm的油管外螺纹。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本实用新型通过从上至下依次连接的均为耐低温的由壬接头、主控阀门、上法兰和五通，以及设置在五通的第一通道内的耐低温的油管悬挂器、设置在五通的第二通道和第三通道的耐低温的套管闸门构成了本实用新型，其中，耐低温的由壬接头、耐低温的上法兰和耐低温的油管悬挂器均从内到外贴合设置有内心管层、耐低温防护层和管本体层，其内心管层和管本体层分别设计在耐低温防护层两侧，保护耐低温防护层不受腐蚀，耐低温防护层具有保温功能，可防止本实用新型内外发生热量交换，影响所输送的低温高压介质的性能，通过内心管层、耐低温防护层、管本体层的三层结构设计以及主控阀门、五通、套管闸门的耐低温设计，使得本实用新型在低温环境下工作不会出现过冷损伤的问题；且本实用新型的五通设计有第五通道，为安装监测装置提供了空间，监测装置可依次穿过第五通道、第四通道伸入井下，实现井底地层参数动态变化的实时监测，有利于作业过程的进度控制和安全生产。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型实施例提供的压裂井口装置结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的耐低温的由壬接头结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的耐低温的上法兰结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的耐低温的油管悬挂器结构示意图；

其中：1由壬接头，2螺纹法兰，3连接螺栓组，4主控阀门，5密封钢圈，6上法兰，7油管悬挂器，71密封帽，8五通，9接头，10套管闸门，11内心管层，12耐低温防护层，13管本体层。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

实施例一：

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种压裂井口装置，该压裂井口装置包括：由上至下顺次连接的均为耐低温的由壬接头1、主控阀门4、上法兰6和五通8，五通8的第一通道与上法兰6连接，五通8的第二通道和第三通道分别位于第一通道两侧，且第二通道和第三通道上均安装有耐低温的套管闸门10，五通8的第四通道与伸入井下的套管连接，五通8的第五通道位于第一通道的外壁上，且第五通道与第一通道、第三通道均互不干涉，监测装置依次穿过第五通道、第四通道伸入井下；该压裂井口装置还包括耐低温的油管悬挂器7，油管悬挂器7的下端位于第一通道内，且与第一通道的内壁固定，油管悬挂器7的上端伸入上法兰6内部，且与上法兰6的内壁紧贴；由壬接头1、上法兰6与油管悬挂器7均包括由内向外贴合设置的内心管层11、耐低温防护层12和管本体层13。

五通8的上、下端面都是D395mm法兰，且五通8的第一通道、第二通道、第三通道、第四通道的轴线在同一平面上，且第一通道位于五通8的顶端，第一通道与上法兰6相连。第四通道位于五通8的底端，连接通往井底的套管。第二通道、第三通道的轴线在同一直线上且靠近五通8的底端，第二通道、第三通道分别与同型号的套管闸门10相连，用作排放井底杂物的通道。第五通道在第一通道的侧壁上，用作监测通道，监测装置通过第五通道进入五通8，穿过第四通道进入井底。第五通道的设计原则为不与其他通道发生干涉。

本实用新型实施例的由壬接头1与外部管道连接，使用时，低温高压介质通过由壬接头1进入压裂井口装置内。在本实用新型实施例中，主控阀门4设置有两个，通过两个主控阀门4来控制进入井底的低温高压介质的量的大小，当两个主控阀门4都打开时，能输送的低温高压介质的量最大，而当两个主控阀门4都关闭时，装置停止输送低温高压介质。低温高压介质通过主控阀门4后进入耐低温的上法兰6，而耐低温的上法兰6内壁与耐低温的油管悬挂器7上壁紧贴，低温高压介质通过耐低温的上法兰6内部的通道进入油管悬挂器7，油管悬挂器7的下端与伸入井底的油管螺纹连接，低温高压介质通过油管下到井底进行压裂作业。

在本实用新型实施例中，五通8的第四通道与通往井底的套管连接，套管内可以容纳多根油管。五通8的第二通道和第三通道安装套管闸门10，油管通过第三通道和第四通道分别与套管闸门10连接，向外输送废料；本实用新型的各耐低温部件的耐低温功能实现方式有多种，一般选用耐低温的材料即可。

本实用新型通过从上至下依次连接的均为耐低温的由壬接头1、主控阀门4、上法兰6和五通8，以及设置在五通8的第一通道内的耐低温的油管悬挂器7，设计在五通8的第二通道和第三通道的耐低温的套管闸门10，构成了本实用新型，且耐低温的由壬接头1、耐低温的上法兰6和耐低温的油管悬挂器7均从内到外贴合设置有内心管层11、耐低温防护层12和管本体层13，其中，内心管层11和管本体层13分别设计在耐低温防护层12的两侧，起到防止耐低温防护层12受到腐蚀的作用，耐低温防护层12具有保温的功能，防止本实用新型的内外之间发生热量交换，影响所输送的低温高压介质性能。通过内心管层11、耐低温防护层12、管本体层13的三层结构设计，以及主控阀门4、五通8、套管闸门10均采用耐低温材料制作或增加保温层实现其耐低温性，当然，本领域技术人员可知，也可采用其他方式实现其耐低温性，也可采用内心管层11、耐低温防护层12、管本体层13的三层结构设计等，使得装置在低温环境下工作不会出现过冷损伤的问题；且本实用新型的耐低温的五通8设计有第五通道，为安装监测装置提供了空间，监测装置可依次穿过第五通道、第四通道伸入井下，实现井底地层参数动态变化的实时监测。

实施例二：

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种压裂井口装置，压裂井口装置包括：由上至下顺次连接的均为耐低温的由壬接头1、主控阀门4、上法兰6和五通8，五通8的第一通道与上法兰6连接，五通8的第二通道和第三通道分别位于第一通道两侧，且第二通道和第三通道上均安装有耐低温的套管闸门10，五通8的第四通道与伸入井下的套管连接，五通8的第五通道位于第一通道的外壁上，且第五通道与第一通道、第三通道均互不干涉，监测装置依次穿过第五通道、第四通道伸入井下；压裂井口装置还包括耐低温的油管悬挂器7，油管悬挂器7的下端位于第一通道内，且与第一通道的内壁固定，油管悬挂器7的上端伸入上法兰6内部，且与上法兰6的内壁紧贴；由壬接头1、上法兰6与油管悬挂器7均包括由内向外贴合设置的内心管层11、耐低温防护层12和管本体层13。

如图2所示，也可参见图3、图4，在本实用新型实施例中，耐低温的由壬接头1、耐低温的上法兰6及耐低温的油管悬挂器7的内心管层11、管本体层13为耐低温合金钢材料，耐低温防护层12为泡沫玻璃材料。可选地，在本实用新型实施例中，内心管层11、管本体层13的材料还可为其他具有耐低温性能的刚体材料，耐低温防护层12的材料还可为其他具有保冷功能的材料。且在本实用新型实施例中，五通8、接头9、螺纹法兰2、连接螺栓均为耐低温合金钢锻造，主控阀门4和套管闸门10为采购的耐低温的不锈钢闸阀，如此，本实用新型实施例所提供的压裂井口装置的部件均设计为耐低温结构，实现了装置整体的耐低温性能。可选择地，在本实用新型实施例中，五通8、接头9、螺纹法兰2、主控阀门4和套管闸门10还可增加保温层实现其耐低温性。

如图3所示，在本实用新型实施例中，上法兰6为锥形，且上法兰6的上端截面直径小于下端截面直径。上法兰6的的管本体层13、耐低温防护层12和内心管层11全部是锥面设计。

优选地，在本实用新型实施例中，上法兰6的锥度是20°。

上法兰6的的管本体层13、耐低温防护层12和内心管层11之间均通过强力胶粘接，上下端面压实固化。使用时，拧紧连接螺栓组3的螺栓，油管悬挂器7由下至上压紧上法兰6内壁，因为锥形上端截面直径小于下端截面直径，当油管悬挂器7由下向上压紧上法兰6内壁时，油管悬挂器7上端的压强变大，工作压力升高，油管悬挂器7与上法兰6之间接触压力加大，密封压力也变大，使得上法兰6对油管悬挂器7的密封效果更好。

如图1所示，优选地，在本实用新型实施例中，第五通道开口斜向上，与水平面的夹角为60°，第五通道为监测通道，其设计以便于将监测装置下入井底，与五通8的其他通道均不发生干涉为准，实用新型人经过试验并计算发现，当第五通道与水平面的夹角为60°时，可使得监测装置在下入井底的过程中不受干扰，且可监测范围较广。

如图1所示，在本实用新型实施例中，当第五通道的开口与水平面的夹角为60°时，第五通道在水平面上的投影与第二通道、第三通道轴线的夹角为40°～70°。且第五通道的开口位于五通8的中部更有利于观测。工作时，监测装置依次通过第五通道、第四通道下入井底监测井底动态，例如，可将用于监测井底动态的探头通过第五通道、第四通道下入井底，在第五通道外部连接显示器或其他监测设备，实现在地面对井底底层参数的动态变化进行实时监测，有利于安全生产。

如图1所示，压裂井口装置还包括接头9，接头9固定在第五通道的端部，且接头9与监测装置连接，使得工作人员可在地面上观测到井底的动态。在本实用新型实施例中，接头9一端为油管外螺纹，与测试通道开口的油管内螺纹相接，另一端为油管内螺纹，接外部监测装置，两端油管螺纹规格相同，方便安装。

如图1所示，在本实用新型实施例中，压裂井口装置还包括螺纹法兰2和密封钢圈5，螺纹法兰2的上端与由壬接头1螺纹连接，螺纹法兰2的下端与主控阀门4连接，螺纹法兰2的下端与主控阀门4之间、主控阀门4与上法兰6之间、上法兰6与第一通道之间均设置有密封钢圈5。在本实用新型实施例中，螺纹法兰2的上下端面、主控阀门4的上下端面、上法兰6的上下端面设计有凹槽，密封钢圈5穿过凹槽对装置进行密封。耐低温的由壬接头1与主控阀门4、两个主控阀门4、主控阀门4与耐低温的上法兰6之间、耐低温的上法兰6与五通8之间均通过连接螺栓组3连接并用密封钢圈5密封。采用连接螺栓组3连接在组装该装置或拆卸该装置时工艺简单，便于维修或与其他部分的连接。

如图4所示，也可参见图1，油管悬挂器7的内心管层11外侧、耐低温防护层12外侧均设置有台阶，耐低温防护层12套装在内心管层11外侧的台阶上，管本体层13套装在耐低温防护层12外侧的台阶上。在本实施例中，油管悬挂器7的内心管层11外侧设计有一个L型台阶，耐低温防护层12的下端坐在内心管层11的L型台阶上，且耐低温防护层12的内壁与内心管层11的外壁贴合；耐低温防护层12的外侧的中部和底部设计有两个台阶，且管本体层13的内侧设计有一个台阶，管本体层13内侧的台阶坐在耐低温防护层12中部的台阶上，管本体层13的下端坐在耐低温防护层12下端的台阶上，且管本体层13的内壁与耐低温防护层12的外壁贴合，如此，内心管层11、耐低温防护层12、管本体层13之间通过台阶面配合，耐低温防护层12、管本体层13的重力均落在内心管层11的台阶面上。且内心管层11底端设计有台阶面，油管悬挂器7通过该台阶面直面悬挂在五通8的第一通道内壁的台阶面上，使得油管悬挂器7内心管层11下端所连伸入井底的油管的重力均落到五通8内壁的台阶面上，当油管悬挂器7下端悬挂的油管重力较大时，内心管层11、耐低温防护层12、管本体层13之间的台阶配合可有效防止三层结构分离，使得连接更可靠。且管本体层13的外侧设计凹槽，用于固定密封件。可选择地，在本实用新型实施例中，内心管层11、耐低温防护层12、管本体层13的上的台阶还可设计为多个。

如图4所示，油管悬挂器7还包括耐低温的密封帽71，密封帽71的一侧覆盖在油管悬挂器7的内心管层11上端，密封帽71的另一侧伸至油管悬挂器7的内心管层11与管本体层13之间，且密封帽71与耐低温防护层12紧贴。在本实用新型实施例中，密封帽71内、外、底部均涂上强力粘合剂，高压下压实在油管悬挂器7的内心管层11和管本体层13的环形空间，其覆盖内心管层11一侧的高度为1～2mm，使得其对内心管层11的密封效果更好；且密封帽71与耐低温防护层12紧贴，起到保护耐低温防护层12的作用。

如图2所示，在本实用新型实施例中，由壬接头1上端设置有直径为100mm的梯形外螺纹，下端设置有直径为73mm的油管外螺纹。由壬接头1上端与外部油管相连接，因外部油管的内螺纹性质，使用100mm的梯形外螺纹，设计加工标准化，且梯形螺纹连接更为稳固，由壬接头1下端设置外螺纹与螺纹法兰2相连接。

在本实施例中，由壬接头1的管本体层13内敷耐低温防护层12，与内心管层11高压胀紧成一体。

本实用新型实施例中所采用的尺寸为根据API标准选择的尺寸系列，其适用温度为-50℃～80℃，适用压力为0～35MPa。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种压裂井口装置，用于向井下输送低温高压介质，其特征在于，所述压裂井口装置包括：由上至下顺次连接的均为耐低温的由壬接头、主控阀门、上法兰和五通，所述五通的第一通道与所述上法兰连接，所述五通的第二通道和第三通道分别位于所述第一通道两侧，且所述第二通道和所述第三通道上均安装有耐低温的套管闸门，所述五通的第四通道与伸入井下的套管连接，所述五通的第五通道位于所述第一通道的外壁上，且所述第五通道与所述第一通道、所述第三通道均互不干涉，监测装置依次穿过所述第五通道、所述第四通道伸入井下；

所述压裂井口装置还包括耐低温的油管悬挂器，所述油管悬挂器的下端位于所述第一通道内，且与所述第一通道的内壁固定，所述油管悬挂器的上端伸入所述上法兰内部，且与所述上法兰的内壁紧贴；

所述由壬接头、所述上法兰与所述油管悬挂器均包括由内向外贴合设置的内心管层、耐低温防护层和管本体层。

2.根据权利要求1所述的压裂井口装置，其特征在于，所述内心管层、所述管本体层为耐低温合金钢材料，所述耐低温防护层为泡沫玻璃材料。

3.根据权利要求1所述的压裂井口装置，其特征在于，所述上法兰为锥形，且所述上法兰的上端截面直径小于下端截面直径。

4.根据权利要求3所述的压裂井口装置，其特征在于，所述上法兰的锥度为20度。

5.根据权利要求1所述的压裂井口装置，其特征在于，所述第五通道的开口斜向上，且所述第五通道与水平面的夹角为60度。

6.根据权利要求3所述的压裂井口装置，其特征在于，所述压裂井口装置还包括接头，所述接头固定在所述第五通道的端部，且所述接头与所述监测装置连接。

7.根据权利要求1所述的压裂井口装置，其特征在于，所述压裂井口装置还包括螺纹法兰和密封钢圈，所述螺纹法兰的上端与所述由壬接头螺纹连接，所述螺纹法兰的下端与所述主控阀门连接；

所述螺纹法兰的下端与所述主控阀门之间、所述主控阀门与所述上法兰之间、所述上法兰与所述第一通道之间均设置有所述密封钢圈。

8.根据权利要求1所述的压裂井口装置，其特征在于，所述油管悬挂器的所述内心管层外侧、所述耐低温防护层外侧均设置有台阶，所述耐低温防护层套装在所述内心管层外侧的台阶上，所述管本体层套装在所述耐低温防护层外侧的台阶上。

9.根据权利要求8所述的压裂井口装置，其特征在于，所述油管悬挂器还包括耐低温的密封帽，所述密封帽的一侧覆盖在所述油管悬挂器的所述内心管层上端，所述密封帽的另一侧伸至所述油管悬挂器的所述内心管层与所述管本体层之间，且所述密封帽与所述耐低温防护层紧贴。

10.根据权利要求1所述的压裂井口装置，其特征在于，所述由壬接头上端设置有直径为100mm的梯形外螺纹，下端设置有直径为73mm的油管外螺纹。