CN208777975U - 一种压裂喷砂器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种压裂喷砂器，包括：外套筒，设置有轴向台阶孔和喷砂通孔，其筒壁内设置有导流通道；下接头，具有轴向通孔，导流通道的下端开口与轴向通孔始终连通；上滑套，通过上剪切销钉固定于外套筒中，当上滑套滑落时，导流通道的上端开口与轴向台阶孔的小径孔连通；下滑套，位于上滑套的下方，且通过下剪切销钉固定于小径孔中，下滑套的内径小于上滑套的内径，下滑套的外径小于轴向通孔的孔径。当上提压裂喷砂器时，投入打压球，打压球封堵上滑套并打落上滑套，压裂喷砂器上部通过导流通道与下部连通，上下压力达到平衡，使封隔器所隔离的上、下地层实现导通，从而降低了分层压裂管柱的解封负荷，减少了卡钻事故的发生。

Description

一种压裂喷砂器

技术领域

本实用新型涉及油气勘探技术领域，特别涉及一种压裂喷砂器。

背景技术

针对深井、高温井的分层压裂，常采用具有压缩式封隔器的可取式多级压裂管柱，该压裂管柱中连接有喷砂器和胶筒压缩式封隔器，通过胶筒压缩式封隔器进行地层隔离，通过逐级投球打压方式导通喷砂器的相应喷砂孔以实现换层压裂，并封堵已压裂层段，压裂后通过上提压裂管柱逐级解封，并取出井内压裂管柱。

现有技术中，由于所投钢球坐于喷砂器内的滑套上端，通过打压后滑套下行打开喷砂器的喷砂通孔完成换层，此后喷砂器下部层段被完全封堵。施工完在上提压裂管柱解封时，因地层物性差异，压裂完成后各层段往往存在压力差，尤其当封隔器上部层段压力大于下部层段时，该压差作用于封隔器处，使上提解封负荷增加，极端情况下造成卡钻事故，造成解封失败。

因此，如何降低分层压裂管柱解封负荷，减少卡钻事故发生是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种压裂喷砂器，以降低分层压裂管柱解封负荷，减少卡钻事故发生。

为达到上述目的，本实用新型提供以下技术方案：

一种压裂喷砂器，包括：

外套筒，所述外套筒设置有上小下大的轴向台阶孔，所述外套筒的筒壁内设置有导流通道，所述导流通道的上端开口开设于所述轴向台阶孔的小径孔的孔壁上，所述导流通道的下端开口与所述轴向台阶孔的大径孔连通，所述外套筒的筒壁上开设有喷砂通孔；

下接头，所述下接头具有轴向通孔，所述轴向通孔的下端设置有限位台阶，所述下接头的上端连接于所述大径孔内，所述导流通道的下端开口与所述轴向通孔始终连通；

上滑套，通过上剪切销钉固定于所述小径孔中，当所述上滑套固定时，所述上滑套的外壁封堵所述导流通道的上端开口，当所述上滑套滑落时，所述导流通道的上端开口与所述小径孔连通；

下滑套，位于所述上滑套的下方，且通过下剪切销钉固定于所述小径孔中，当所述下滑套固定时，所述下滑套的外壁封堵所述喷砂通孔，当所述下滑套滑落时，所述喷砂通孔与所述小径孔连通，所述下滑套的内径小于所述上滑套的内径，所述下滑套的外径小于所述轴向通孔的孔径，所述下滑套的下端用于滑落抵接于所述限位台阶上。

优选地，在上述的压裂喷砂器中，所述导流通道的下端开口开设于所述轴向台阶孔的台阶面上，所述下接头的顶部与所述轴向台阶孔的台阶面之间存在间隙。

优选地，在上述的压裂喷砂器中，所述下滑套的下端设置有连通槽口。

优选地，在上述的压裂喷砂器中，所述连通槽口的数量为多个，且沿圆周方向布置于所述下滑套的下端。

优选地，在上述的压裂喷砂器中，所述喷砂通孔为沿轴向延伸的长条形通孔。

优选地，在上述的压裂喷砂器中，所述喷砂通孔的数量为多个且沿圆周方向均匀布置于所述外套筒上。

优选地，在上述的压裂喷砂器中，所述导流通道与所述喷砂通孔的数量相同，且所述导流通道与所述喷砂通孔之间在所述外套筒的横截面上存在相位角。

优选地，在上述的压裂喷砂器中，所述上滑套和所述下滑套均固定时，所述上滑套的下端与所述下滑套的上端抵接。

优选地，在上述的压裂喷砂器中，所述上滑套和所述下滑套的与所述外套筒相配合的外侧壁上均设置有密封槽，所述密封槽内安装有密封圈。

优选地，在上述的压裂喷砂器中，所述上滑套和所述下滑套的顶部均设置有用于密封托接打压球的锥形口。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的压裂喷砂器中，外套筒设置有上小下大的轴向台阶孔，外套筒的筒壁内设置有导流通道，导流通道的上端开口开设于轴向台阶孔的小径孔的孔壁上，导流通道的下端开口与轴向台阶孔的大径孔连通，外套筒的筒壁上开设有喷砂通孔；下接头具有轴向通孔，轴向通孔的下端设置有限位台阶，下接头的上端连接于大径孔内，导流通道的下端开口与轴向通孔始终连通；上滑套通过上剪切销钉固定于小径孔中，当上滑套固定时，上滑套的外壁封堵所述导流通道的上端开口，当上滑套滑落时，导流通道的上端开口与小径孔连通；下滑套位于上滑套的下方，且通过下剪切销钉固定于小径孔中，当下滑套固定时，下滑套的外壁封堵喷砂通孔，当下滑套滑落时，喷砂通孔与小径孔连通，下滑套的内径小于上滑套的内径，下滑套的外径小于轴向通孔的孔径，下滑套的下端用于滑落抵接于限位台阶上。

该压裂喷砂器工作时，将外套筒的顶端连接油管，将下接头的底端连接封隔器。在进行油气井压裂时，首先对封隔器以下地层进行施工，完成后向压裂喷砂器投进直径较小的打压球，该打压球到达下滑套的顶部并封堵下滑套的顶端，向压裂喷砂器中打压后，剪断下剪切销钉，下滑套下行至下接头中，并被下接头的限位台阶轴向限位，此时，喷砂通孔与轴向台阶孔连通，且打压球将压裂喷砂器以下的地层封堵，流体只能通过喷砂通孔进入地层，对喷砂通孔对应地层进行压裂改造。当改造完成需要上提压裂喷砂器时，向压裂喷砂器中投入直径较大的打压球，该打压球到达上滑套的顶部并封堵上滑套的顶端，向压裂喷砂器中打压后，将上滑套打落，上滑套底端座落于下滑套顶端，此时，导流通道的上端开口与轴向台阶孔连通，压裂喷砂器上部的压力经由上端开口、导流通道、下滑套与下接头之间的间隙传递给下滑套的轴向通孔，进而使压裂喷砂器的上部与下部压力达到平衡，从而使封隔器所隔离的上、下地层实现导通，避免了压差下产生的对封隔器向下的柱塞效应力，从而降低了分层压裂管柱的解封负荷，减少了卡钻事故的发生。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种压裂喷砂器的结构示意图；

图2为图1中A-A截面的剖视示意图；

图3为本实用新型实施例提供的压裂喷砂器的下滑套下移时的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的压裂喷砂器在投入较大直径打压球时的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的压裂喷砂器的上滑套下移时的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的压裂管柱的示意图。

其中，1为外套筒、11为导流通道、111为上端开口、112为下端开口、12为喷砂通孔、13为轴向台阶孔、2为下接头、21为轴向通孔、22为限位台阶、23为导流间隙、3为下剪切销钉、4为下滑套、41为流通槽口、5为密封圈、6为上滑套、7为上剪切销钉、8为第一打压球、9为第二打压球、a为压裂喷砂器、b为封隔器、E为上层地层、F为下层地层。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供了一种压裂喷砂器，降低了分层压裂管柱解封负荷，减少了卡钻事故发生。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1-图6所示，本实用新型实施例提供了一种压裂喷砂器a，其包括外套筒1、下接头2、上滑套6和下滑套4；其中，外套筒1为空心管状体，中心设置有直径上小下大的轴向台阶孔13，轴向台阶孔13包括上部的小径孔和下部的大径孔，小径孔和大径孔之间通过台阶面过渡连接；外套筒1的筒壁内设置有导流通道11，导流通道11的上端开口111开设于轴向台阶孔13的小径孔的孔壁上，导流通道11的下端开口112与轴向台阶孔13的大径孔连通，外套筒1的筒壁上开设有与外部井筒连通的喷砂通孔12。

下接头2为空心管状体，中心具有轴向通孔21，轴向通孔21的下端设置有限位台阶22，下接头2的上端连接于大径孔内，具体可螺纹连接，导流通道11的下端开口112与轴向通孔21始终连通。

上滑套6为空心管状体，上滑套6通过上剪切销钉7固定于轴向台阶孔13的小径孔中，具体地，外套筒1的筒壁上开设有销钉孔，上滑套6的外壁上设置有销钉固定孔，上剪切销钉7穿过销钉孔后插接固定于销钉固定孔中，从而将上滑套6固定在外套筒1内。当上滑套6固定在外套筒1内时，上滑套6的外壁封堵导流通道11的上端开口111，当上滑套6滑落下来时，导流通道11的上端开口111与轴向台阶孔13的小径孔连通；

下滑套4为空心管状体，下滑套4位于上滑套6的下方，且通过下剪切销钉3固定于轴向台阶孔13的小径孔中，具体地，外套筒1的筒壁上开设有销钉孔，下滑套4的外壁上设置有销钉固定孔，下剪切销钉3穿过销钉孔后插接固定于销钉固定孔中，从而将下滑套4固定在外套筒1内。当下滑套4固定在外套筒1内时，下滑套4的外壁封堵喷砂通孔12，当下滑套4滑落进入下接头2中时，喷砂通孔12与轴向台阶孔13的小径孔连通。下滑套4的内径小于上滑套6的内径，下滑套4的外径小于轴向通孔21的孔径，从而使下滑套4的外壁与下接头2的内壁之间形成导流间隙23，下滑套4的下端用于滑落抵接于限位台阶22上，且导流间隙23与下接头2的轴向通孔21连通。

该压裂喷砂器a的工作原理和工作过程为：

如图1、图3-图6所示，将外套筒1的顶端连接油管，将下接头2的底端连接封隔器b。在进行油气井压裂时，压裂喷砂器a处于图1所示状态，轴向台阶孔13与下接头2的轴向通孔21连通，压裂液通过压裂喷砂器a向下流动，进入封隔器b以下的下层地层F，首先对封隔器b以下的下层地层F进行压裂施工。完成下层地层F的压裂施工后，如图3所示，向压裂喷砂器a中投进直径较小的第一打压球8，由于上滑套6的内径大于下滑套4的内径，第一打压球8的外径小于上滑套6的内径且大于下滑套4的内径，因此，第一打压球8通过上滑套6后到达下滑套4的顶部并封堵下滑套4的顶端，向压裂喷砂器a中打压后，剪断下剪切销钉3，下滑套4下行至下接头2中，并被下接头2的限位台阶22轴向限位，此时，喷砂通孔12与轴向台阶孔13连通，且第一打压球8将压裂喷砂器a以下的地层封堵，压裂液只能通过喷砂通孔12进入地层，对喷砂通孔12对应的上层地层E进行压裂改造。当改造完成上层地层E后，需要上提压裂管柱时，向压裂喷砂器a中投入直径较大的第二打压球9，如图4所示，第二打压球9的外径大于上滑套6的内径，因此，第二打压球9到达上滑套的顶部并封堵上滑套6的顶端，向压裂喷砂器a中打压后，如图5所示，将上剪切销钉7剪断，上滑套6向下滑落，上滑套6底端座落于下滑套4顶端，此时，导流通道11的上端开口111与轴向台阶孔13连通，由于导流通道11的下端开口112与下接头2的轴向通孔连通，因此，此时轴向台阶孔13的小径孔、导流通道11、轴向通孔21连通，压裂喷砂器a上部的压力经由上端开口111、导流通道11、下端开口112、导流间隙23传递给下接头2的轴向通孔21，进而使压裂喷砂器a的上部与下部压力达到平衡，从而使封隔器b所隔离的上层地层E和下层地层F实现导通，避免了压差下产生的对封隔器b向下的柱塞效应力，从而降低了分层压裂管柱的解封负荷，减少了卡钻事故的发生。

如图1所示，进一步地，在本实施例中，导流通道11的下端开口112开设于轴向台阶孔13的台阶面上，下接头2与外套筒1固定后，下接头2的顶部与轴向台阶孔13的台阶面之间存在间隙。由于下接头2的外壁与外套筒1的大径孔的内壁之间形成导流间隙23，因此，下端开口112通过台阶面之间的间隙与导流间隙23连通。该结构紧凑，结构简单，方便加工。

当然，导流通道11的下端开口112还可以设置在大径孔的内壁上，且位于下接头2的顶部与台阶面之间，同样能够实现与导流间隙23的连通。或者，下接头2的顶部与台阶面之间不存在间隙，而是贴合设置，下端开口112位于台阶面上，且下接头2的顶部设置有与导流通道11连通的第二导流通道，并在下接头2的内壁开设有与第二导流通道连通的开口，该开口直接与导流间隙23连通，此结构同样能够实现导流通道11与导流间隙23的连通，进而实现轴向台阶孔13的小径孔与下接头2的轴向通孔21连通。

如图1和图3所示，在本实施例中，下滑套4的下端设置有连通槽口41。当下滑套4的下端抵接于下接头2的限位台阶22上时，导流间隙23通过连通槽口41与轴向通孔21连通。当然，导流间隙23与轴向通孔21的连通还可以通过其它结构实现，如在下滑套4的下部壁面上径向开设连通孔等，并不局限于本实施例所列举的结构形式。

在本实施例中，连通槽口41的数量为多个，且沿圆周方向布置于下滑套4的下端。连通槽口41的形状为矩形或圆形等，保障了泄压通道的畅通及加工的便利性，连通槽口41的数量具体可以为两个、三个、四个、五个等，当为四个时，连通槽口41呈十字对称布置。

如图1和图2所示，在本实施例中，喷砂通孔12为沿轴向延伸的长条形通孔，在保证了外套筒1抗拉强度基础上，该形状下能够获得更大的过流面积、减小节流压差，有利于地面施工。当然，喷砂通孔12还可以为圆形、椭圆形等。

进一步地，在本实施例中，喷砂通孔12的数量为多个且沿圆周方向均匀布置于外套筒1上。携砂液喷射过程中保持了管柱的稳定，防止喷射过程中的偏磨现象。喷砂通孔12的数量具体为两个、三个或四个等，设置过多的喷砂通孔12会造成外套筒1的连接强度不足，加大施工风险。

如图2所示，更进一步地，在本实施例中，导流通道11与喷砂通孔12的数量相同，且导流通道11与喷砂通孔12之间在外套筒1的横截面上存在相位角。压裂过程中，由于携砂液在外套筒1与套管壁之间的流动，外套筒1会出现不同程度的磨损，导流通道11采用该方式设置可提高工具安全性。

如图1所示，在本实施例中，上滑套6和下滑套4均固定在外套筒1内时，上滑套6的下端与下滑套4的上端抵接，之间不存在间隙，避免了携砂液在该处形成涡旋，从而避免了对上滑套6和下滑套4的端面造成破坏。

为了提高压裂喷砂器a的密封性能，在本实施例中，上滑套6和下滑套4的与外套筒1相配合的外侧壁上均设置有密封槽，密封槽内安装有密封圈5，密封圈5与外套筒1的内壁为间隙配合，能够使上滑套6和下滑套4在外套筒1内向下滑动。密封槽的数量根据密封需要确定，可以为一个、两个、三个、四个等更多个。

如图1所示，在本实施例中，上滑套6的顶部设置有锥形口，用于密封托接第二打压球9，提高封堵性能。同理地，下滑套4的顶部设置有用于密封托接第一打压球8的锥形口。作为优化，第一打压球8和第二打压球9为钢球。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种压裂喷砂器，其特征在于，包括：

外套筒(1)，所述外套筒(1)设置有上小下大的轴向台阶孔(13)，所述外套筒(1)的筒壁内设置有导流通道(11)，所述导流通道(11)的上端开口(111)开设于所述轴向台阶孔(13)的小径孔的孔壁上，所述导流通道(11)的下端开口(112)与所述轴向台阶孔(13)的大径孔连通，所述外套筒(1)的筒壁上开设有喷砂通孔(12)；

下接头(2)，所述下接头(2)具有轴向通孔(21)，所述轴向通孔(21)的下端设置有限位台阶(22)，所述下接头(2)的上端连接于所述大径孔内，所述导流通道(11)的下端开口(112)与所述轴向通孔(21)始终连通；

上滑套(6)，通过上剪切销钉(7)固定于所述小径孔中，当所述上滑套(6)固定时，所述上滑套(6)的外壁封堵所述导流通道(11)的上端开口(111)，当所述上滑套(6)滑落时，所述导流通道(11)的上端开口(111)与所述小径孔连通；

下滑套(4)，位于所述上滑套(6)的下方，且通过下剪切销钉(3)固定于所述小径孔中，当所述下滑套(4)固定时，所述下滑套(4)的外壁封堵所述喷砂通孔(12)，当所述下滑套(4)滑落时，所述喷砂通孔(12)与所述小径孔连通，所述下滑套(4)的内径小于所述上滑套(6)的内径，所述下滑套(4)的外径小于所述轴向通孔(21)的孔径，所述下滑套(4)的下端用于滑落抵接于所述限位台阶(22)上。

2.根据权利要求1所述的压裂喷砂器，其特征在于，所述导流通道(11)的下端开口(112)开设于所述轴向台阶孔(13)的台阶面上，所述下接头(2)的顶部与所述轴向台阶孔(13)的台阶面之间存在间隙。

3.根据权利要求1所述的压裂喷砂器，其特征在于，所述下滑套(4)的下端设置有连通槽口(41)。

4.根据权利要求3所述的压裂喷砂器，其特征在于，所述连通槽口(41)的数量为多个，且沿圆周方向布置于所述下滑套(4)的下端。

5.根据权利要求1所述的压裂喷砂器，其特征在于，所述喷砂通孔(12)为沿轴向延伸的长条形通孔。

6.根据权利要求1所述的压裂喷砂器，其特征在于，所述喷砂通孔(12)的数量为多个且沿圆周方向均匀布置于所述外套筒(1)上。

7.根据权利要求6所述的压裂喷砂器，其特征在于，所述导流通道(11)与所述喷砂通孔(12)的数量相同，且所述导流通道(11)与所述喷砂通孔(12)之间在所述外套筒(1)的横截面上存在相位角。

8.根据权利要求1-7任一项所述的压裂喷砂器，其特征在于，所述上滑套(6)和所述下滑套(4)均固定时，所述上滑套(6)的下端与所述下滑套(4)的上端抵接。

9.根据权利要求1-7任一项所述的压裂喷砂器，其特征在于，所述上滑套(6)和所述下滑套(4)的与所述外套筒(1)相配合的外侧壁上均设置有密封槽，所述密封槽内安装有密封圈(5)。

10.根据权利要求1-7任一项所述的压裂喷砂器，其特征在于，所述上滑套(6)和所述下滑套(4)的顶部均设置有用于密封托接打压球的锥形口。