一種提高使用壽命的水力噴砂射孔器結構的製作方法
2023-05-01 09:20:56 3
專利名稱：一種提高使用壽命的水力噴砂射孔器結構的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於石油天然氣的井下壓裂增產作業技術領域，尤其涉及一種提高使 用壽命的水力噴砂射孔器結構。
背景技術：
對於那些低壓、低滲、低產的油氣田，每一口井都要進行射孔和壓裂增產作業。噴砂射孔工藝技術特別適用於水平井和大斜度井的射孔及壓裂改造。現代石油天然氣開採技 術，採用了越來越多的水平井及大斜度井，特別是水平段較長的水平井，採用常規的射孔及 分層壓裂技術，其施工難度大、事故率高，而採用噴砂射孔與壓裂工藝相結合的改造油氣井 的技術，得到了廣泛的應用。水力噴砂射孔的主要工藝裝備是水力噴砂射孔器，水力噴砂射 孔器中的噴嘴是核心部件。因為它要承受10 20MPa的壓差，要由噴嘴內噴出由化學膠聯 劑組成的石英砂含量達到30%的液體，而噴速可達到150 200m/sec左右。在噴嘴的出口 端，形成一個高能量的等速核，應用這個等速核射穿油井中的套管，並射入油層內部800mm 左右的深度，成為加砂壓裂作業的通道。如果要進行較大型的分層壓裂作業，每一個噴嘴所 要達到的總流量都在50m3。以上，通過的石英砂量達到15m3。以上。在這種高速度、大含砂 量液體的衝刷下，使用一般耐磨材料的噴嘴很難保持直徑在規定的磨損量下工作及完整的 圓形輪廓。另外，在噴嘴射穿油井套管壁之前，攜帶石英砂的高速液體反射到噴嘴及射孔器 外表面，造成較大的衝蝕坑。由此可見，當前水力噴砂射孔器存在著兩個問題，一是耐磨性 差，二是表面無抗衝蝕能力，因而大大地影響了使用壽命。
發明內容本實用新型的目的是提供一種提高使用壽命的水力噴砂射孔器結構，它能夠大大 提高噴嘴在高速含砂液流下的耐磨性和外表面抗衝蝕能力，以增加作業層數、減少作業風 險和降低作業成本。為實現上述目的，本實用新型採取以下設計方案一種提高使用壽命的水力噴砂射孔器結構，包括一射孔器本體，在射孔器本體上 開設一組連接孔，各連接孔內安裝一水力噴砂射孔噴嘴，連接孔與水力噴砂射孔噴嘴接合 面間設有密封圈，所述的連接孔近外端有內圓柱密封面，近內端有連接螺紋，所述的水力噴 砂射孔噴嘴通過螺紋連接安裝在連接孔內，所述的密封圈裝在連接孔近外端的內圓柱密封 面內。在射孔器本體上分布有五排螺紋連接孔，每排上有兩個對稱設置的螺紋連接孔， 鄰排之間的螺紋連接孔軸向線互成90°。所述的射孔器本體的外表面有橡膠層；且為硫化的橡膠層更佳。所述的水力噴砂射孔噴嘴由外殼、硬質合金本體及人造聚晶金剛石(PDC)圓柱環 組合構成，其中硬質合金本體粘接在外殼內，二者之間安裝有一組密封圈；PDC金剛石圓柱 環粘接在硬質合金本體內近外端。[0009]所述的PDC金剛石圓柱環由兩段圓柱環疊加構成，兩段圓柱環的軸向截面內廓線曲率不相同。所述的兩個人造聚晶金剛石(PDC)圓柱環與硬質合金組成的噴嘴軸向截面內 廓線為等變速曲線。所述的外殼為合金鋼外殼，合金鋼外殼的外端面有硫化的橡膠層。本實用新型的優點是1.噴嘴出口端是高壓液流速度最大的部位，這一部位的材料是目前技術條件下國 際上公認的最硬的人造聚晶金剛石(PDC)，大大提高了它的使用壽命；2. PDC金剛石和硬質合金的粘接代替了以往氫氣保護下的銀合金焊接，防止了熱 應力的產生，保證了 PDC材料的原始硬度和耐磨性；3.內部採用的等變速輪廓線提高了噴嘴的噴射效率；4.射孔器及噴嘴外殼上端表面硫化了橡膠層後，由於橡膠層具有彈性，因此對反 射流的衝擊能量具有吸收作用，可以大大減少在射穿套管之前反射流對外表面的衝蝕。
圖1為本實用新型提高使用壽命的水力噴砂射孔器結構示意圖。圖2為本提高使用壽命的水力噴砂射孔器的射孔器本體結構示意圖。圖3為本提高使用壽命的水力噴砂射孔器的噴嘴結構示意圖。
以下結合附圖及具體實施例對本實用新型做進一步詳細說明
具體實施方式
參見圖1、圖2及圖3所示，本實用新型提高使用壽命的水力噴砂射孔器結構包括 一射孔器本體1，在射孔器本體上開設一組連接孔11，各連接孔內安裝一水力噴砂射孔噴 嘴2，連接孔與水力噴砂射孔噴嘴接合面間設有密封圈4，射孔器本體1的外表面硫化有橡 膠層3。參見圖2所示，所述射孔器本體1上有多個下部(近內端)有連接螺紋、上部(近 外端)有內圓柱面的孔眼11 (即所述的一組連接孔)，孔眼數及空間分布是按壓裂工藝設計 的要求加工而成，其中較佳的方案是在射孔器本體上分布有五排螺紋連接孔，每排上有兩 個對稱設置的螺紋連接孔，鄰排之間的螺紋連接孔軸向線互成90°。參閱圖3所示，所述的水力噴砂射孔噴嘴2由外殼21、硬質合金本體22及人造聚 晶金剛石(PDC)圓柱環(本實施例中採用兩段圓柱內孔曲線不相同的人造聚晶金剛石圓柱 環23、24疊加)組合構成，其中硬質合金本體22粘接在合金鋼外殼21內，二者之間安裝有 一組密封圈6 ；人造聚晶金剛石圓柱環23、24粘接在硬質合金本體22內近外端。本實施例 中，PDC(polycrystalline diamondcomposite)金剛石圓柱環23、24，與硬質合金本體22採 用高剪切強度的粘接膠粘接在一起，硬質合金本體22裝在一個由合金鋼製成的外殼21內， 內部有兩道橡膠0型密封圈6進行密封，同時也用高剪切強度的粘接膠粘接在一起，外殼21 下端的外表面車制有螺紋，外殼的上中部裝有橡膠0型密封圈4，外殼的外部表面硫化有一 層耐油膠5。參閱圖1所示，本實施例中水力噴砂射孔噴嘴2通過下端螺紋連接在射孔器連接 孔11的螺紋段中，同時，噴嘴中上部的0型密封圈4安裝在射孔器上端(近外端)的具內圓柱面的孔段內。所述的人造聚晶金剛石(PDC)圓柱環由兩段圓柱環疊加構成，兩段圓柱環的軸向截面內廓線曲率不相同。所述的兩個人造聚晶金剛石(PDC)圓柱環與硬質合金組成的噴嘴 軸向截面內廓線為等變速曲線。上述的水力噴砂射孔的噴嘴共由五種不同材料組合而成，這些材料的組合都是根 據在不同位置的性能要求而選定，使得組合後的整體裝置可獲得最佳的使用效果和最長的 使用壽命。在高速液流衝蝕最大的部位，採用了目前國內外公認的最硬的人工合成材料人 造聚晶金剛石(PDC)，大大提高了噴嘴的保徑作用。橡膠表層具有良好的吸收反射流衝蝕射 孔器表面的作用。因此，本實用新型將大大提高水力噴砂射孔器的使用壽命。上述各實施例可在不脫離本實用新型的範圍下加以若干變化，故以上的說明所包 含及附圖中所示的結構應視為例示性，而非用以限制本實用新型申請專利的保護範圍。
權利要求一種提高使用壽命的水力噴砂射孔器結構，包括一射孔器本體，在射孔器本體上開設一組連接孔，各連接孔內安裝一水力噴砂射孔噴嘴，連接孔與水力噴砂射孔噴嘴接合面間設有密封圈，其特徵在於所述的連接孔近外端有內圓柱密封面，近內端有連接螺紋，所述的水力噴砂射孔噴嘴通過螺紋連接安裝在連接孔內，所述的密封圈裝在連接孔近外端的內圓柱密封面內。
2.根據權利要求1所述的提高使用壽命的水力噴砂射孔器結構，其特徵在於在射孔 器本體上分布有五排螺紋連接孔，每排上有兩個對稱設置的螺紋連接孔，鄰排之間的螺紋 連接孔軸向線互成90°。
3.根據權利要求1所述的提高使用壽命的水力噴砂射孔器結構，其特徵在於所述的 射孔器本體的外表面有橡膠層。
4.根據權利要求3所述的提高使用壽命的水力噴砂射孔器結構，其特徵在於所述射 孔器本體外表面的橡膠層為硫化的橡膠層。
5.根據權利要求1所述的提高使用壽命的水力噴砂射孔器結構，其特徵在於所述的 水力噴砂射孔噴嘴由外殼、硬質合金本體和人造聚晶金剛石圓柱環組合構成，其中硬質合 金本體粘接在外殼內，二者之間安裝有一組密封圈；人造聚晶金剛石圓柱環粘接在硬質合 金本體內近外端。
6.根據權利要求5所述的提高使用壽命的水力噴砂射孔器結構，其特徵在於所述的 人造聚晶金剛石圓柱環由兩段圓柱環疊加構成，兩段圓柱環的軸向截面內廓線曲率不相 同。
7.根據權利要求6所述的提高使用壽命的水力噴砂射孔器結構，其特徵在於所述的 兩個人造聚晶金剛石圓柱環與硬質合金組成的噴嘴軸向截面內廓線為等變速曲線。
8.根據權利要求5所述的提高使用壽命的水力噴砂射孔器結構，其特徵在於所述的 外殼為合金鋼外殼，合金鋼外殼的外端面有硫化的耐油膠層。
專利摘要本實用新型公開了一種提高使用壽命的水力噴砂射孔器結構，包括一射孔器本體，在射孔器本體上開設一組連接孔，各連接孔內安裝一水力噴砂射孔噴嘴，連接孔與水力噴砂射孔噴嘴接合面間設有密封圈，所述的連接孔近外端有內圓柱密封面，近內端有連接螺紋，所述的水力噴砂射孔噴嘴通過螺紋連接安裝在連接孔內，所述的密封圈裝在連接孔近外端的內圓柱密封面內。所述的射孔器本體的外表面有硫化的橡膠層更佳。該設計能夠大大提高噴嘴在高速含砂液流下的耐磨性和外表面抗衝蝕能力，以增加作業層數、減少作業風險和降低作業成本。
文檔編號E21B43/267GK201593406SQ20102011657
公開日2010年9月29日 申請日期2010年2月11日 優先權日2010年2月11日
發明者龔偉安 申請人:西域科創(北京)油氣裝備技術研究院