CN207161060U - 一种用于直井水力喷射定向压裂管柱的定向装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于直井水力喷射定向压裂管柱的定向装置，属于钻完井技术领域。所述用于直井水力喷射定向压裂管柱的定向装置包括本体上接头、定向短节、定向套、本体下接头；所述本体上接头和本体下接头之间通过螺纹连接；所述定向套安装在所述本体上接头的下部内腔中，在所述定向套上设有定向套导向块；在所述定向短节上开有定向短节定位槽，所述定向套导向块能够插入定向短节定位槽内并定位。

Description

一种用于直井水力喷射定向压裂管柱的定向装置

技术领域

本实用新型属于钻完井技术领域，具体涉及一种用于直井水力喷射定向压裂管柱的定向装置。

背景技术

水力喷射压裂技术是90年代末发展起来的，也是国内外应用比较广泛的技术，是水力喷射射孔技术和压裂技术相结合的产物。该技术是利用高速磨料射流在地层中形成孔道、进而憋压产生裂缝的先进技术。该技术的先进性在于：1)水力喷射射孔克服了近井地带污染和常规炮弹射孔的压实带，并在射流作用下，地层孔道顶端形成微裂缝；2)射流增压实现定点增压，利于裂缝起裂，同时具有水力封隔作用，适用于套管井、筛管井、裸眼井的油气井。

现有的水力喷射压裂工具一般采用周向布置喷嘴的方式，这样导致油藏的直井压裂过程中，水力喷射射孔方向很难和储层的裂隙方向、节理方向或最大主应力方向一致。

研究发现定面射孔技术可以使射孔孔眼处于一个平面内，通过平面内射孔眼间的相互影响，可以降低裂缝起裂压力，并实现射孔面内的射孔眼同时起裂，实现裂缝垂直井筒向外扩展，增加裂缝波及体积的目的，提高压裂效果。(参见文献《定面射孔新工艺对水力裂缝扩展影响研究》，岩土力学，2016，37(12)：3393-3340)；因此需要开发水力喷射定面水力喷射射孔及压裂管柱，满足于定面水力喷射压裂施工需要，以充分发挥水力喷射压裂的优点，提高油气藏的开发效果，为确保水力喷射定面压裂工艺的实施，必须研制配套水力喷射定向压裂管柱使用的定向装置。专利ZL：200520122114.X，引向定向制动对接装置，专利ZL：201110232021.2，采用电缆传输实现精确定向射孔的方法里面提到了射孔定向装置，但是该装置是仅仅适合于普通射孔枪射孔的定向装置，不适于水力喷射定向压裂管柱使用。

因此，需要专门研制配套水力喷射压裂管柱使用的定向装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种用于直井水力喷射定向压裂管柱的定向装置，解决直井水力喷射定向压裂管柱在使用中的定向问题，保证直井水力喷射压裂管柱中的定面喷射器按照设计要求的方位进行定向射孔压裂，达到降低地层破裂压力，增加裂缝波及体积，提高压裂效果，提高油气藏的开发经济效益。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种用于直井水力喷射定向压裂管柱的定向装置，包括本体上接头、定向短节、定向套、本体下接头；

所述本体上接头和本体下接头之间通过螺纹连接；

所述定向套安装在所述本体上接头的下部内腔中，在所述定向套上设有定向套导向块；

在所述定向短节上开有定向短节定位槽，所述定向套导向块能够插入定向短节定位槽内并定位。

所述定向短节为圆筒状结构，在其一端的内壁上开有定向短节连接螺纹，用来和测量方位的陀螺仪下端连接；

在所述定向短节的另一端的壁上的两侧分别开有一个定向短节导向面和一个定向短节定位槽，每侧的定向短节导向面与该侧的定向短节定位槽相连，且定向短节定位槽位于定向短节导向面的中部，两个定位短节导向面关于定向短节的轴截面对称；两个所述定位槽关于定向短节的轴线对称，且两者的中心线与定向短节的轴线位于同一个平面上。

在所述定向短节的外壁上开有导流槽；

所述导流槽为与定向短节的轴线平行且在圆周上均布的直线槽，或者为螺旋形槽。

所述定向短节导向面为螺旋面。

所述定向套包括连成一体的定向套主体和定向套导向块；

所述定向套主体为圆筒状结构，所述定向套导向块包括两个杆状结构，两个杆状结构关于定向套主体的轴线对称设置，且定向套主体的轴线位于两者的对称平面内。

所述定向套导向块和定向短节定位槽之间为间隙配合，定向短节定位槽的宽度大于定向套导向块的宽度，但两者之间的间隙不大于0.12mm。

在所述定向套主体上开有两个对称的定位套销钉槽；

所述定向套通过两个定位销钉和本体上接头固定在一起。

在所述本体上接头的下部外壁上设有螺纹，在所述本体下接头的上部内壁上设有螺纹，所述本体上接头的下部插入到本体下接头的上部内腔中，两者通过螺纹连接固定；

在两者的连接处安装有密封圈。

在所述本体上接头的上部设有油管母扣，其与水力喷射定向压裂管柱中的油管公扣连接，在所述本体下接头的下部设有油管公扣，其与水力喷射定向压裂管柱中的定面水力喷射器连接在一起。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型专利通过设计能够承压的本体及定向短节和定向套配合进行定向功能的水力喷射定向装置，满足了直井水力喷射压裂管柱的定向喷射压裂要求，能够水力喷射定向压裂施工作业，实现水力喷射定向射孔、压裂来降低地层破裂压力，增加裂缝波及体积，达到增加压裂施工效果，提高油气藏的开发经济效益。本实用新型有利于水力喷射压裂工艺的推广应用。

附图说明

图1本实用新型用于直井水力喷射定向压裂管柱的定向装置的结构示意图

图2-1本实用新型用于直井水力喷射定向压裂管柱的定向装置中的定向短节结的主视图

图2-2本实用新型用于直井水力喷射定向压裂管柱的定向装置中的定向短节结的左视图

图3-1本实用新型用于直井水力喷射定向压裂管柱的定向装置中的定向套的结构示意图；

图3-2本实用新型用于直井水力喷射定向压裂管柱的定向装置中的定向套的立体图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述：

本实用新型用于直井水力喷射定向压裂管柱的定向装置，适用于直井水力喷射定向射孔、压裂作业。本实用新型的装置结构为：定向装置的本体部分和定向导向短节及包含定位导向块的定向套等几部分。定向装置的本体部分包括上接头和下接头两部分，两者通过螺纹连接在一起，在两者连接处设有密封圈，保证连接处在压裂施工时的密封要求。上接头上部为油管母扣，和水力喷射定向压裂管柱中的油管公扣连接，下接头的下部为油管公扣，和水力喷射定向压裂管柱中的定面水力喷射器连接在一起，成为水力喷射定向压裂管柱的一部分，并承受压裂施工的压力。定向导向短节上部加工有螺纹，用来和测量方位的陀螺仪下端进行连接；定向短节下部加工有导向面和定位槽，定位槽和定向套上的定位导向块相配合。定向套安装于定向装置本体上接头内，通过两个定位销钉和定向装置本体上接头固定在一起，定向套上部加工了位于同一平面内的两个定位导向块，这样由定位导向块的方位就可以确定喷射器喷嘴所在的方位，电缆带着底部连接定向短节的陀螺仪通过油管入井，定向短节定位短节在导向面的引导下定位槽和定向套上的定位导向块相配合，这样陀螺仪测出定位导向块的方位，从而就确定了定面水力喷射器的喷嘴所在方位，通过调整管柱，使水力喷射器喷嘴的方位处于压裂设计所要求的方位，就可以进行水力喷射压裂施工了。

本实用新型的具体结构如图1所示，该装置主要包括本体上接头1，定向短节2，密封圈3，本体下接头4，定向套5，定位销钉6。本体上接头1和本体下接头4之间通过螺纹连接，在连接处有密封圈3，密封圈3保证连接的密封性能，定向套5装在本体上接头内部，由定位销钉6固定，保证定向套相对于本体上接头不移动。

所述定向短节的结构如图2-1和图2-2所示，为圆筒状结构，在其一端的内壁上开有定向短节连接螺纹21，在所述定向短节的另一端的壁上的两侧分别开有一个定向短节导向面23和一个定向短节定位槽22，每侧的定向短节导向面23与该侧的定向短节定位槽22相连，且定向短节定位槽22位于定向短节导向面23的中部，两个定位短节导向面23关于定向短节的轴截面对称。两个所述定位槽22关于定向短节的轴线对称，且两者的中心线与定向短节的轴线位于同一个平面上；在所述定向短节的外壁上开有定位短节导流槽24，导流槽24可以设计成与定向短节的轴线平行，且在圆周上均布，也可以加工成螺旋槽形状。

定向套的结构如图3-1和图3-2所示，包括连成一体的定向套主体、定向套导向块31，所述定向套导向块31和定位短节定位槽22之间为间隙配合，定位短节定位槽22的宽度大于导向块31的宽度，两者之间的间隙不大于0.12mm，所述定向套主体为圆筒状结构，所述定向套导向块31包括两个杆状结构，两个杆状结构关于定向套主体的轴线对称设置，且定向套主体的轴线位于两者的对称平面内。为了便于装配固定，效果更好，在所述定向套主体上开有两个对称的定位套销钉槽32。

本实用新型定向短节的导向面23加工有螺旋，即在定向短节外圆上划出螺旋线，然后沿螺旋线切削，加工出螺旋面。导向槽和导向块对接过程中，接触角度逐渐变大，利于缓冲，方便两者对接，利于定向短节和定向套对接。本实用新型定向短节加工有成一平面两个导向槽，定向套加工有成一平面两个定位块，两者相互配合决定的平面决定了水力喷射工具的定向平面。本实用新型本体的上接头和下接头密封连接，能够承受压裂施工的压力，使本定向装置成为压裂管柱中的一部分。

本实用新型的使用方法如下：

工具零部件经检测后，各零件按照总装图顺序组装，定向短节2和定向套5做配合试验，导向槽和定位块配合良好，不卡不滞，达到设计要求。定向套5放入本体上接头内，旋入定位销钉固定定向套5，安装密封圈3到上接头密封槽内，再将本体下接头和上接头连接旋紧，达到设计要求，对该装置进行试压50MPa，不渗不漏，达到设计要求，定向短节螺纹和陀螺仪进行连接，螺纹旋入顺利，达到设计要求为合格。然后将定向短节和定向装置主体分开包装，运到施工现场。将定向短节装置按照施工管柱设计连接于压裂管柱中入井，管柱到位后，电缆连接定位定向仪器串(即将定向短节与定位定向仪器串连接)，将定向短节下入油管，定向短节的导向槽坐在定向套的定位块上，进行定点、定向测量，根据测量结果进行管柱调整，达到设计方案要求后，装压裂井口，进行水力喷射定向射孔压裂作业施工。实现水力喷射定向射孔、压裂，达到增加压裂施工效果，提高油气藏的开发经济效益。

本实用新型具有可以降低地层的破裂压力，增加裂缝波及体积，达到增加压裂施工效果的优点，尤其适合于各种非常规油气藏的压裂增产作业，大大提高了工艺的适应性和安全性，提高油气藏的开发效益。有利于水力喷射压裂工艺在各种非常规油气藏开发中的推广应用。

上述技术方案只是本实用新型的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本实用新型公开了原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本实用新型上述具体实施例所描述的结构，因此前面描述的只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (9)

1.一种用于直井水力喷射定向压裂管柱的定向装置，其特征在于：所述用于直井水力喷射定向压裂管柱的定向装置包括本体上接头、定向短节、定向套、本体下接头；

所述本体上接头和本体下接头之间通过螺纹连接；

所述定向套安装在所述本体上接头的下部内腔中，在所述定向套上设有定向套导向块；

在所述定向短节上开有定向短节定位槽，所述定向套导向块能够插入定向短节定位槽内并定位。

2.根据权利要求1所述的用于直井水力喷射定向压裂管柱的定向装置，其特征在于：所述定向短节为圆筒状结构，在其一端的内壁上开有定向短节连接螺纹，用来和测量方位的陀螺仪下端连接；

在所述定向短节的另一端的壁上的两侧分别开有一个定向短节导向面和一个定向短节定位槽，每侧的定向短节导向面与该侧的定向短节定位槽相连，且定向短节定位槽位于定向短节导向面的中部，两个定位短节导向面关于定向短节的轴截面对称；两个所述定位槽关于定向短节的轴线对称，且两者的中心线与定向短节的轴线位于同一个平面上。

3.根据权利要求2所述的用于直井水力喷射定向压裂管柱的定向装置，其特征在于：在所述定向短节的外壁上开有导流槽；

所述导流槽为与定向短节的轴线平行且在圆周上均布的直线槽，或者为螺旋形槽。

4.根据权利要求3所述的用于直井水力喷射定向压裂管柱的定向装置，其特征在于：所述定向短节导向面为螺旋面。

5.根据权利要求4所述的用于直井水力喷射定向压裂管柱的定向装置，其特征在于：所述定向套包括连成一体的定向套主体和定向套导向块；

所述定向套主体为圆筒状结构，所述定向套导向块包括两个杆状结构，两个杆状结构关于定向套主体的轴线对称设置，且定向套主体的轴线位于两者的对称平面内。

6.根据权利要求5所述的用于直井水力喷射定向压裂管柱的定向装置，其特征在于：所述定向套导向块和定向短节定位槽之间为间隙配合，定向短节定位槽的宽度大于定向套导向块的宽度，但两者之间的间隙不大于0.12mm。

7.根据权利要求6所述的用于直井水力喷射定向压裂管柱的定向装置，其特征在于：在所述定向套主体上开有两个对称的定位套销钉槽；

所述定向套通过两个定位销钉和本体上接头固定在一起。

8.根据权利要求1至7任一所述的用于直井水力喷射定向压裂管柱的定向装置，其特征在于：在所述本体上接头的下部外壁上设有螺纹，在所述本体下接头的上部内壁上设有螺纹，所述本体上接头的下部插入到本体下接头的上部内腔中，两者通过螺纹连接固定；

在两者的连接处安装有密封圈。

9.根据权利要求8所述的用于直井水力喷射定向压裂管柱的定向装置，其特征在于：在所述本体上接头的上部设有油管母扣，其与水力喷射定向压裂管柱中的油管公扣连接；

在所述本体下接头的下部设有油管公扣，其与水力喷射定向压裂管柱中的定面水力喷射器连接在一起。