CN210509138U - 一种自定向水力喷砂器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自定向水力喷砂器，包括上接头、下接头和偏重中心管，偏重中心管一端与上接头同轴转动连接，另一端与下接头同轴转动连接，偏重中心管一侧偏重，偏重中心管的偏重侧开设有喷砂孔，喷砂器平放时，偏重中心管在重力作用下相对上接头、下接头旋转，偏重中心管的偏重侧转向下方，使喷砂孔喷射角度保持朝下或偏下。本实用新型通过偏心设计改变中心管的重心，使中心管在水平状态下，因自身重力作用保持射孔向下，在水平井射孔压裂程中，套管的上部不产生射孔通道，避免套管上方地层中塌方下落的岩屑落入套管内，降低管口堵塞、生产泵卡堵的几率，从而可以减少维修工作量，提高产能。

Description

一种自定向水力喷砂器

技术领域

本实用新型涉及石油钻采机械设备领域，尤其涉及一种自定向水力喷砂器。

背景技术

改革开放以来，国民经济得到快速增长，“科技创新，自主创新”已成为目前国内工业发展的主流，我国工业正逐步向集约型、节能减排、低碳的方向发展。石油是我国现代工业发展的“血液”及经济命脉，是一种重要的战略资源，影响国家能源的稳定与安全。石油开采中，油井经过长期生产，储层流体的有机质沉淀和出砂，必然造成井底附近的储层孔隙的堵塞，造成孔隙度和渗透度下降，影响石油井的产量。因此在石油井开采后期，常采用压裂酸化进行处理，以改变低产状态。压裂酸化施工管柱中常用水力喷砂器进行射孔，后作为压裂液进入地层的通道。水平井射孔压裂过程中，在水平井套管的上部地层容易产生松动，产生碎散岩屑，在重力作用下，经套管上部已射开的孔，进入套管内部，在后期生产阶段，会堵塞抽吸泵，需经常提泵洗修井，严重影响生产效率，还增加了生产成本。

在此背景下，我公司研发了一种自定向水力喷砂器，可以根据地层情况调整射孔角度，保证水平井顶部不被射穿，从而避免现剥落的岩屑进入套管而造成堵塞。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种自定向水力喷砂器，可以根据地层情况调整射孔角度，保证水平井顶部不被射穿，从而避免现剥落的岩屑进入套管而造成堵塞。

为实现上述实用新型目的，本实用新型的技术方案是：一种自定向水力喷砂器，包括上接头、下接头和偏重中心管，偏重中心管一端与上接头同轴转动连接，另一端与下接头同轴转动连接，偏重中心管一侧偏重，偏重中心管的偏重侧开设有喷砂孔，喷砂器平放时，偏重中心管在重力作用下相对上接头、下接头旋转，偏重中心管的偏重侧转向下方，使喷砂孔喷射角度保持朝下或偏下。

作为本方案的一种优选，所述偏重中心管开设有喷砂孔的一侧管壁的整体或局部厚度大于另一侧，且该侧重量大于另一侧。

作为本方案的一种优选，所述偏重中心管开设有喷砂孔的一侧管壁的整体或局部材料密度大于另一侧，且该侧重量大于另一侧。

作为本方案的一种优选，所述偏重中心管开设有喷砂孔的一侧管壁外熔接有同材料的附加层，且该侧重量大于另一侧。

作为本方案的一种优选，所述偏重中心管通过在管体外套装偏重外套来实现偏重，偏重外套为管状，偏重外套重心向轴线一侧偏移，使偏重中心管开设有喷砂孔的一侧重量大于另一侧。

作为本方案的一种优选，所述上接头、下接头分别连接有浮动接头，浮动接头与上接头、下接头螺纹连接，浮动接头末端分别套装在所述偏重中心管的两端，浮动接头和偏重中心管接触的内壁面设有滑动轴承组，使偏重中心管可在重力作用下相对浮动接头旋转。

作为本方案的一种优选，所述偏重中心管两端外设有缩径，缩径的末端设有防掉螺母，所述浮动接头的端部套装在缩径与防掉螺母形成的外环形槽内；防掉螺母和浮动接头与上接头、下接头分别构成内环形槽，工作状态下，喷砂器内部流通的压裂液进入内环形槽，对防掉螺母和上接头、防掉螺母和下接头施加反向推力，使上接头、下接头带动浮动接头向远离偏重中心管的方向平移，浮动接头内壁设有限位台，限位台通过与防掉螺母接触，实现行程限位；限位台与防掉螺母的接触面呈锯齿状，两者接触后相互咬合，限制偏重中心管的转动自由度。

作为本方案的一种优选，所述浮动接头和所述偏重中心管间还设有浮动密封圈，所述防掉螺母和浮动接头、偏重中心管构成密封腔，浮动密封圈设置在密封腔内，浮动密封圈常态下不工作，在限位台与防掉螺母相互靠近但未接触前，浮动密封圈被挤压膨胀，开始密封，同时产生阻止偏重中心管旋转的绕轴摩擦阻力，对偏重中心管的喷砂姿态进行限定。

作为本方案的一种优选，所述偏重中心管内设有内滑套，内滑套上设有至少一根销钉，销钉沿内滑套径向设置，销钉末端插入所述内环形槽内，对内滑套进行轴向限位。

作为本方案的一种优选，所述偏重中心管与所述下接头螺纹连接，喷砂器平放时，偏重中心管在重力作用下仅相对上接头旋转。

工作原理：自定向水力喷砂器在水平井内下行到指定位置的过程中，自定向水力喷砂器承受进液管道的推力，而工具整体又要受到井壁的反向摩擦阻力，在二个力作用下，工具呈收缩状态，即浮动接头向偏重中心管中部滑动，偏重中心管带动防掉螺母远离浮动密封圈，浮动密封圈呈伸展状态，不对偏重中心管产生摩擦力，这时，偏重中心管在自身重力作用影响下，偏重侧下旋并趋向重心最低位置，从而使喷砂孔喷射角度定位到向下或偏下的方向；当工具进入施工状态，工具内部有较大的水压，压裂液在内环形槽中对防掉螺母和上接头、防掉螺母和下接头施加反向推力，使上接头、下接头带动浮动接头向远离偏重中心管的方向平移，工具呈伸长状态，此时防掉螺母在水压作用下挤压浮动密封圈组，使其安置空间缩小，开始对结构进行密封，防止工具内部压裂液发生不必要的渗漏外泄，同时产生阻止偏重中心管旋转的绕轴摩擦阻力，对偏重中心管的喷砂姿态有一定的限定作用；当浮动密封圈组被压缩到极限状态时，限位台与防掉螺母咬合，起到限制偏重中心管的转动自由度的作用，可以防止偏重中心管因颤动导致的射流紊乱。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型通过偏心设计改变中心管的重心，利用机械的动平衡原理，使中心管在水平状态下，因自身重力作用保持射孔始终向着水平面以下的设定方向，在水平井射孔压裂程中，套管的上部不会产生射孔通道，可以避免套管上方地层中塌方下落的岩屑落入套管内，降低了管口堵塞、生产泵卡堵的几率，从而可以减少维修工作量，提高产能。

2、本实用新型偏重中心管和浮动接头间设置限位组件，限位组件对工具的伸缩行程进行限位，可以保证工具结构的稳定性，同时，限位组件工作时为咬合状态，可以偏重中心管的转动自由度进行限定，可以防止偏重中心管因颤动导致的射流紊乱。

3、本实用新型偏重中心管和浮动接头间设置密封组件，密封组件常态下不工作，不会影响喷射角度自调，施工时，随着工具的拉伸，防掉螺母和浮动接头挤压密封组件使其膨胀开始密封，防止工具内部压裂液渗漏外泄，还可以在对偏重中心管的转动自由度进行限定前，产生阻止偏重中心管旋转的绕轴摩擦阻力，对偏重中心管的喷砂姿态有一定的限定作用。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图；

图2为实施例1偏重中心管的结构示意图；

图3为图1中A的局部放大图；

图4为实施例1防掉螺母的结构示意图；

图5为实施例1内滑套的剖视图；

图6为实施例6的结构示意图；

图7为图6中B的局部放大图；

图中，1上接头、2浮动接头、3偏重中心管、4下接头、5浮动密封圈、6滚动轴承组、7防掉螺母、8内滑套、9缩径、10喷砂孔、11销钉、12限位台。

具体实施方式

下面将结合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。

实施例1

如图1-3所示，一种自定向水力喷砂器，包括上接头1、下接头4和偏重中心管3，偏重中心管3一端与上接头1同轴转动连接，另一端与下接头4同轴转动连接，偏重中心管3一侧偏重，偏重中心管3通过加厚管体局部管壁来实现偏重，本实施例中，偏重中心管3开设有喷砂孔10的一侧管壁的整体厚度大于另一侧；偏重中心管3的偏重侧开设有喷砂孔10，喷砂器平放时，偏重中心管3在重力作用下相对上接头1、下接头4旋转，偏重中心管3的偏重侧转向下方，使喷砂孔10喷射角度保持朝下或偏下。其中，

所述上接头1、下接头4分别连接有浮动接头2，浮动接头2与上接头1、下接头4螺纹连接，浮动接头2末端分别套装在所述偏重中心管3的两端，浮动接头2和偏重中心管3接触的内壁面设有滑动轴承组，使偏重中心管3可在重力作用下相对浮动接头2旋转。

所述偏重中心管3两端外设有缩径9，缩径9的末端设有防掉螺母7，所述浮动接头2的端部套装在缩径9与防掉螺母7形成的外环形槽内；防掉螺母7和浮动接头2与上接头1、下接头4分别构成内环形槽，工作状态下，喷砂器内部流通的压裂液进入内环形槽，对防掉螺母7和上接头1、防掉螺母7和下接头4施加反向推力，使上接头1、下接头4带动浮动接头2向远离偏重中心管3的方向平移，浮动接头2内壁设有限位台12，限位台12通过与防掉螺母7接触，实现行程限位；限位台12与防掉螺母7的接触面呈锯齿状，如图4-5所示，两者接触后相互咬合，限制偏重中心管3的转动自由度。

所述浮动接头2和所述偏重中心管3间还设有浮动密封圈5，所述防掉螺母7和浮动接头2、偏重中心管3构成密封腔，浮动密封圈5设置在密封腔内，浮动密封圈5常态下不工作，在限位台12与防掉螺母7相互靠近但未接触前，浮动密封圈5被挤压膨胀，开始密封，同时产生阻止偏重中心管3旋转的绕轴摩擦阻力，对偏重中心管3的喷砂姿态进行限定。

在上述基础上，若对喷砂角度有特殊要求，可对喷砂孔10所在偏重侧的位置进行调整。

上述自定向水力喷砂器的工作原理为：自定向水力喷砂器在水平井内下行到指定位置的过程中，自定向水力喷砂器承受进液管道的推力，而工具整体又要受到井壁的反向摩擦阻力，在二个力作用下，工具呈收缩状态，即浮动接头2向偏重中心管3中部滑动，偏重中心管3带动防掉螺母7远离浮动密封圈5，浮动密封圈5呈伸展状态，不对偏重中心管3产生摩擦力，这时，偏重中心管3在自身重力作用影响下，偏重侧下旋并趋向重心最低位置，从而使喷砂孔10喷射角度定位到向下或偏下的方向；当工具进入施工状态，工具内部有较大的水压，压裂液在内环形槽中对防掉螺母7和上接头1、防掉螺母7和下接头4施加反向推力，使上接头1、下接头4带动浮动接头2向远离偏重中心管3的方向平移，工具呈伸长状态，此时防掉螺母7在水压作用下挤压浮动密封圈5组，使其安置空间缩小，开始对结构进行密封，防止工具内部压裂液发生不必要的渗漏外泄，同时产生阻止偏重中心管3旋转的绕轴摩擦阻力，对偏重中心管3的喷砂姿态有一定的限定作用；当浮动密封圈5组被压缩到极限状态时，限位台12与防掉螺母7咬合，起到限制偏重中心管3的转动自由度的作用，可以防止偏重中心管3因颤动导致的射流紊乱。

上述自定向水力喷砂器通过偏心设计改变偏重中心管3的重心，利用机械的动平衡原理，使偏重中心管3在水平状态下，因自身重力作用保持射孔始终向着水平面以下的设定方向，在水平井射孔压裂程中，套管的上部不会产生射孔通道，可以避免套管上方地层中塌方下落的岩屑落入套管内，降低了管口堵塞、生产泵卡堵的几率，从而可以减少维修工作量，提高产能。

实施例2

实施例1所述的偏重中心管3还可以通过改变管体局部成分来实现偏重，具体为，偏重中心管3开设有喷砂孔10的一侧管壁的整体或局部材料密度大于另一侧，且该侧重量大于另一侧。

实施例3

实施例1所述的偏重中心管3还可以通过在局部管体上增加配重来实现偏重，具体为，偏重中心管3开设有喷砂孔10的一侧管壁外熔接有同材料的附加层，且该侧重量大于另一侧。

实施例4

实施例1所述的偏重中心管3还可以通过在管体外套装偏重外套来实现偏重，偏重外套为管状，偏重外套的中心向轴线一侧偏移，使偏重中心管3开设有喷砂孔10的一侧重量大于另一侧。

实施例5

在实施例1的基础上，将所述偏重中心管3与所述下接头4螺纹连接，喷砂器平放时，偏重中心管3在重力作用下仅相对上接头1旋转，这种自定向水力喷砂器仅能用于末级喷砂施工。

实施例6

在实施例1的基础上，在偏重中心管3内设置内滑套8，内滑套8下端设有销钉11，销钉11沿内滑套8径向设置，销钉11末端插入防掉螺母7和浮动接头2、下接头4构成的内环形槽内，对内滑套8进行轴向限位，如图6-7所示，这种自定向水力喷砂器不能用于末级喷砂施工。

实施例7

利用实施例1-6任一所述的自定向水力喷砂器可以实施喷砂工作，施工流程具体为：

步骤1、将自定向水力喷砂器的上接头1与进液管道末端连接，并对自定向水力喷砂器的下接头4进行封堵；

步骤2、将自定向水力喷砂器下放到水平井内指定位置，偏重中心管3相对浮动接头2自行旋转，使喷砂孔10喷射角度保持朝下或偏下；

步骤3、向进液管道内压入压裂液，压裂液流向自定向水力喷砂器，由于喷砂器末端被封堵，压裂液从偏重中心管3上的喷砂孔10喷向下方地层。

实施例8

利用实施例1-5中一种或多种自定向水力喷砂器搭配实施例6所述的自定向水力喷砂器可以实施多级喷砂工作，其中一种搭配的施工流程具体为：

步骤a、选择若干实施例1所述自定向水力喷砂器，分别编号为A1、A2、…An，A1、A2、…An喷砂器内滑套8内口径逐渐减小，选择1个实施5所述自定向水力喷砂器，编号为F；

步骤b、根据喷射工位要求，利用进液管道将A1、A2、…An、F喷砂器依次连接，F喷砂器处在管道末端，对F喷砂器的下接头4进行封堵；

步骤c、将自定向水力喷砂器下放到水平井内指定位置，各喷砂器的偏重中心管3相对浮动接头2自行旋转，使喷砂孔10喷射角度保持朝下或偏下；

步骤d、向进液管道内压入压裂液，由于A1、A2、…An喷砂器内设有内滑套8，内滑套8封堵了喷砂孔10，压裂液依次流经A1、A2、…An喷砂器并最终流向F喷砂器，压裂液从F喷砂器的偏重中心管3上的喷砂孔10喷向下方地层，待该工位喷砂工作完成后，停止压入压裂液；

步骤e、进行下一工位的压裂施工，向进液管道内投入直接小于A1、A2、…An-1任一喷砂器内滑套8的内口径的钢球，并继续向进液管道内压入压裂液，使钢球落在An喷砂器的内滑套8上，由于喷砂器被钢球堵塞，上行管道压力变大，钢球在压力作用下推动内滑套8下行，内滑套8解除对An喷砂器的喷砂孔10的密封并封堵下行管道，压裂液由An喷砂器的喷砂孔10喷出；

步骤f、逐渐增大投入的钢球直径，利用步骤e的方法通过其他喷砂器逐个对剩余工位进行喷砂施工。

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，都属于本实用新型的范围。

Claims (10)

1.一种自定向水力喷砂器，其特征在于，包括上接头、下接头和偏重中心管，偏重中心管一端与上接头同轴转动连接，另一端与下接头同轴转动连接，偏重中心管一侧偏重，偏重中心管的偏重侧开设有喷砂孔，喷砂器平放时，偏重中心管在重力作用下相对上接头、下接头旋转，偏重中心管的偏重侧转向下方，使喷砂孔喷射角度保持朝下或偏下。

2.如权利要求1所述的一种自定向水力喷砂器，其特征在于，所述偏重中心管开设有喷砂孔的一侧管壁的整体或局部厚度大于另一侧，且该侧重量大于另一侧。

3.如权利要求1所述的一种自定向水力喷砂器，其特征在于，所述偏重中心管开设有喷砂孔的一侧管壁的整体或局部材料密度大于另一侧，且该侧重量大于另一侧。

4.如权利要求1所述的一种自定向水力喷砂器，其特征在于，所述偏重中心管开设有喷砂孔的一侧管壁外熔接有同材料的附加层，且该侧重量大于另一侧。

5.如权利要求1所述的一种自定向水力喷砂器，其特征在于，所述偏重中心管通过在管体外套装偏重外套来实现偏重；偏重外套为管状，偏重外套重心向轴线一侧偏移，使偏重中心管开设有喷砂孔的一侧重量大于另一侧。

6.如权利要求1-5任一权利要求所述的一种自定向水力喷砂器，其特征在于，所述上接头、下接头分别连接有浮动接头，浮动接头与上接头、下接头螺纹连接，浮动接头末端分别套装在所述偏重中心管的两端，浮动接头和偏重中心管接触的内壁面设有滑动轴承组，使偏重中心管可在重力作用下相对浮动接头旋转。

7.如权利要求6所述的一种自定向水力喷砂器，其特征在于，所述偏重中心管两端外设有缩径，缩径的末端设有防掉螺母，所述浮动接头的端部套装在缩径与防掉螺母形成的外环形槽内；防掉螺母和浮动接头与上接头、下接头分别构成内环形槽，工作状态下，喷砂器内部流通的压裂液进入内环形槽，对防掉螺母和上接头、防掉螺母和下接头施加反向推力，使上接头、下接头带动浮动接头向远离偏重中心管的方向平移，浮动接头内壁设有限位台，限位台通过与防掉螺母接触，实现行程限位；限位台与防掉螺母的接触面呈锯齿状，两者接触后相互咬合，限制偏重中心管的转动自由度。

8.如权利要求7所述的一种自定向水力喷砂器，其特征在于，所述浮动接头和所述偏重中心管间还设有浮动密封圈，所述防掉螺母和浮动接头、偏重中心管构成密封腔，浮动密封圈设置在密封腔内，浮动密封圈常态下不工作，在限位台与防掉螺母相互靠近但未接触前，浮动密封圈被挤压膨胀，开始密封，同时产生阻止偏重中心管旋转的绕轴摩擦阻力，对偏重中心管的喷砂姿态进行限定。

9.如权利要求7所述的一种自定向水力喷砂器，其特征在于，所述偏重中心管内设有内滑套，内滑套上设有至少一根销钉，销钉沿内滑套径向设置，销钉末端插入所述内环形槽内，对内滑套进行轴向限位。

10.如权利要求1所述的一种自定向水力喷砂器，其特征在于，所述偏重中心管与所述下接头螺纹连接，喷砂器平放时，偏重中心管在重力作用下仅相对上接头旋转。

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