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一種同心管式井下超臨界二氧化碳射流混砂裝置的製作方法

2023-09-22 00:05:50

本發明屬於石油天然氣工業技術領域,特別涉及一種同心管式井下超臨界二氧化碳射流混砂裝置。



背景技術:

超臨界態二氧化碳壓裂工藝作為一種具前景的壓裂技術。超臨界態是不同於氣態與液態的流體形態,超臨界二氧化碳具有接近於液體的高密度和接近於氣體的低黏度、具有較強的溶解能力和高擴散係數,超臨界二氧化碳壓裂液是溝通儲集層微裂縫、造成裂縫網絡的最佳工作液體系之一。液相二氧化碳和石英砂等支撐劑的混合需地面混砂裝置,且必須在高壓低溫的工況條件下進行,因此,給予地面混砂裝置提出了極高的要求。同時,現有的地面壓裂砂濃度的控制方法為通過地面混砂裝置將配比好的一定砂濃度的壓裂液經壓裂泵車、管柱壓入地層;當需要調整砂濃度時,只能通過地面混砂裝置將新配比好的具有一定砂濃度的壓裂液再次經壓裂泵車、管柱輸送到地層;因此,砂濃度調整前後需要一定的時間,同時超臨界二氧化碳的低黏度特性,導致攜砂能力較差,使得無法實時控制到達地層的壓裂液的砂濃度。



技術實現要素:

為了克服上述現有技術的缺陷,本發明的目的在於提供一種同心管式井下超臨界二氧化碳射流混砂裝置,具有能夠實現井下混砂、實時控制砂濃度等特點。

為了達到上述目的,本發明採用的技術解決方案是:

一種同心管式井下超臨界二氧化碳射流混砂裝置,包括與井筒內同心管柱連接的同心外管1,同心外管1內設置有同心內管2,同心內管2上部周向均勻分布2-4個平衡孔3,同心內管2中部周向均勻分布2-4個吸入口6;同心外管1與同心內管2間的環形空間通過密封堵頭10密封,同心內管2內固定有射流裝置。

所述的射流裝置包括導液管4、噴嘴7、支撐環5、喉管8和擴散管9,導液管4固裝在同心內管2內且位於平衡孔3下方;導液管4與噴嘴7連接,噴嘴7通過開孔的支撐環5與喉管8連接,喉管8與擴散管9相連且固裝在同心內管1上。

所述的平衡孔3的總截橫面積小於噴嘴7的橫截面積。

所述的支撐環5上開有周向均勻分布的2-4個槽形通孔且與同心內管1上的吸入口6相對應。

本發明具有以下優點:

1、操作簡單,井下射流混砂裝置與同心管相連接,隨同心管柱一起下入井筒,便於起下管柱及裝置。

2、徹底改變了地面液相二氧化碳與支撐劑混合併注入巖層的工藝及混砂裝置,將需要在高壓低溫條件下進行二氧化碳與支撐劑相混合的地面混砂裝置,替換為井下射流混砂裝置,簡化了設備,提高了可靠性與經濟性。

3、克服了地面混砂工藝無法控制井下砂濃度的重大缺陷,由於超臨界二氧化碳具有低黏、懸砂能力差的特性,地面調整好的砂濃度在到達地層時將發生改變,本發明可通過調節射流工作壓力與流量,達到調整井下砂濃度的效果,實現壓裂時井下砂濃度實時控制。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明進行詳細說明。

參照圖1,一種同心管式井下超臨界二氧化碳射流混砂裝置,包括與井筒內同心管柱通過螺紋連接的同心外管1,同心外管1內設置有同心內管2,同心內管2與井筒內同心管柱通過螺紋連接,同心內管2上部周向均勻分布2-4個槽形的平衡孔3(通孔),同心內管2中部周向均勻分布2-4個槽形的吸入口6(通孔);同心外管1與同心內管2間的環形空間通過密封堵頭10密封,密封堵頭10與同心外管1通過螺紋連接,密封同心外管1與同心內管2間的環形空間。同心內管2內固定有射流裝置。

所述的射流裝置包括導液管4、噴嘴7、支撐環5、喉管8和擴散管9,導液管4固裝在同心內管2內且位於平衡孔3下方;導液管4與噴嘴7連接,噴嘴7通過開孔的支撐環5與喉管8連接,喉管8與噴嘴7之間的空隙為吸入通道,喉管8與擴散管9相連且固裝在同心內管1上。

所述的平衡孔3的總截橫面積小於噴嘴7的橫截面積。

所述的支撐環5上開有周向均勻分布的2-4個槽形通孔且與同心內管1上的吸入口6相對應。

本發明的工作原理:

本發明在井場安裝時,首先將射流裝置固裝在同心內管2內,即,先將噴嘴7與導液管4相連接,再將其固裝在同心內管2內且位於平衡孔3的下方,然後將支撐環5置於同心內管2內並調整支撐環5上的槽形通孔與同心內管2上的吸入口6相對應,在將喉管8與支撐環5相連接,最後將擴散管9與喉管8相連並固裝在同心內管1上。其次將同心內管2與同心管柱的內管柱通過螺紋連接。然後將同心外管1與同心管柱的外管柱通過螺紋連接。最後將密封堵頭10與同心外管1通過螺紋連接,密封同心外管1與同心內管2間的環形空間。

本發明工作時,井下射流混砂裝置隨同心管柱一起下入井筒預定位置後,超臨界二氧化碳A通過同心管柱達到同心內管2,支撐劑B通過同心管柱到達同心內管2與同心外管1的環形空間並被密封堵頭10封裝在環形空間內。超臨界二氧化碳A在同心內管2內分成兩部分,其中較小的流量通過同心內管2的平衡孔3進入同心內管2與同心外管1的環形空間,其餘大部分流量經導液管4流向噴嘴7。超臨界二氧化碳A經噴嘴7節流後形成高速低壓液流,在噴嘴7出口、支承環5的槽型孔、同心內管2上的吸入口6與同心內管2與同心外管1的環形空間的流道兩端形成壓差,在此壓差作用下經支承環5與同心內管2上的吸入口6吸入支撐劑B,流入喉管8並形成混合液C,經擴散管9降速增壓後,流入地層。

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