[发明专利]一种可旋转喷嘴式双簇水力喷射压裂管柱和压裂方法

摘要

本发明提供了一种可旋转喷嘴式双簇水力喷射压裂管柱和压裂方法，在常规水力喷射器内腔结构上设计了阿基米德双螺旋结构，4个球形喷嘴分布在喷射器本体内腔双螺旋槽上，使携砂流体的流态和流向改变到有利于均匀进入每个喷嘴中，有效解决了水平井双簇水力喷射器各喷嘴无法调整方位的问题，同时解决了带底封拖动双簇水力喷射压裂管柱上、下游喷嘴间砂浓度、流量、压力不均匀的问题，有效防止了带底封拖动双簇水力喷射压裂管柱因上、下游喷射器非均匀性冲蚀而导致某个喷射器提前失效，极大地提高了双簇水力喷射压裂管柱定向射孔压裂成功率，现场实用性强，应用效果显著，适合应用于水平井带底封拖动分级双簇水力喷射压裂工艺中。

主权项

1.一种可旋转喷嘴式双簇水力喷射压裂方法，其特征在于，该方法采用的可旋转喷嘴式双簇水力喷射压裂管柱，包括自上而下依次连接的油管(1)、安全接头(2)、水力喷射装置一、水力喷射装置二、单流阀(9)、伸缩补偿器(10)和底封拖动压裂封隔器(11)，所述的水力喷射装置一和水力喷射装置二结构相同，均是由自上而下依次螺纹连接的调整短节(3)、阿基米德双螺旋短节(4)和可旋转喷嘴式双螺旋水力喷射器(5)组成；可旋转喷嘴式双螺旋水力喷射器(5)包括喷射器本体(6)，喷射器本体(6)内腔壁上开设有阿基米德双螺旋流道(13)，阿基米德双螺旋流道(13)内均匀分布有四个喷嘴套(7)，喷嘴套(7)螺纹连接在阿基米德双螺旋流道(13)内，每一个喷嘴套(7)内安装有一个圆锥滚子轴承(12)，圆锥滚子轴承(12)的内圈安装有球形喷嘴(8)，球形喷嘴(8)连通至喷射器本体(6)的外表面；所述阿基米德双螺旋流道(13)的表面镀有镍基合金材料；所述圆锥滚子轴承(12)与喷嘴套(7)之间是过盈配合，圆锥滚子轴承(12)与球形喷嘴(8)之间通过密封副密封连接；所述球形喷嘴(8)径向可旋转角度范围是±45°；所述球形喷嘴(8)和喷嘴套(7)采用耐冲蚀硬质合金碳化钨YG8材料制成，圆锥滚子轴承(12)采用高碳铬轴承钢GCr15材料制成；所述阿基米德双螺旋流道(13)的双螺旋线沿顺时针方向，螺旋角是45°，双螺旋线螺距是120mm，间距是30mm；所述喷射器本体(6)长度380mm，外径100mm，内径40mm，球形喷嘴(8)直径6.3mm，喷嘴套(7)直径42mm，圆锥滚子轴承(12)的型号32904，外径37mm，内径20mm，厚度12mm；包括如下步骤：步骤一，将可旋转喷嘴式双簇水力喷射压裂管柱组装好，并下入至设计井深位置，然后井口释放管柱悬重，坐封底封拖动压裂封隔器(11)，确保可旋转喷嘴式双簇水力喷射压裂管柱入井坐封锚定；步骤二，启动泵车，以0.6～1.0m3/min排量清水循环洗井，直至井筒机械杂质含量小于0.2％，井筒清洁干净；步骤三，提高泵车排量至1.8～2.0m3/min，将砂浓度为130～150kg/m3的携砂液沿可旋转喷嘴式双簇水力喷射压裂管柱泵入，当携砂液流经阿基米德双螺旋短节(4)时，阿基米德双螺旋短节(4)内的双螺旋结构使携砂液产生螺旋分流效应，进而依靠螺旋分流效应的离心力作用将部分旋流的携砂液旋入可旋转喷嘴式双螺旋水力喷射器(5)内腔，从而使旋流的携砂液沿喷射器本体(6)内壁上的阿基米德双螺旋流道(13)流到每个球形喷嘴(8)内，球形喷嘴(8)的节流作用在球形喷嘴(8)处产生高的动压力，迫使圆锥滚子轴承(12)旋转，实现球形喷嘴(8)方位实时动态可调，有效进行定位射孔压裂，从而使高速携砂液定向喷射到套管内壁达到射开套管和地层的目的，形成井筒与地层连通的射孔通道；步骤四，射开套管和地层后，继续提高泵车排量至2.4～3.0m3/min进行水力压裂，压裂完成后，再用顶替液将可旋转喷嘴式双簇水力喷射压裂管柱中的压裂液全部替入地层；步骤五，井口上提可旋转喷嘴式双簇水力喷射压裂管柱，解封底封拖动压裂封隔器(11)，按照施工设计泵注规定，上提压裂管柱至井深位置，释放悬重，二次坐封底封拖动压裂封隔器(11)，重复步骤二～步骤四，完成设计段数水力压裂施工；步骤六，将可旋转喷嘴式双簇水力喷射压裂管柱提出井口，下入采油气管柱完井，并拆卸、检查阿基米德双螺旋短节(4)和可旋转喷嘴式双螺旋水力喷射器(5)的使用情况，对其进行保养或者更换。