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1、10申请公布号CN101942986A43申请公布日20110112CN101942986ACN101942986A21申请号201010283495522申请日20100916E21B43/26200601E21B43/11420060171申请人中国石油化工股份有限公司华北分公司工程技术研究院地址450006河南省郑州市陇海西路申请人中国石油大学北京72发明人邢景宝郑峰辉秦玉英李根生黄中伟田守嶒牛继磊74专利代理机构北京三友知识产权代理有限公司11127代理人董惠石54发明名称磨料射流喷射分层压裂装置57摘要本发明提出一种磨料射流喷射分层压裂装置，具有多级串联连接的喷枪；所述喷枪均为中空柱。
2、状体，其侧壁上设有至少两个喷嘴；所述喷枪包括设在所述磨料喷射装置下部的第一级底部喷枪，以及位于底部喷枪上部的多级上部喷枪，其中各上部喷枪内均设有能够封闭该级喷枪喷嘴的滑套；其中，所述喷枪侧壁上设有容置所述喷嘴的容置孔，一喷嘴压帽套设在所述喷嘴的外部，其内孔与所述喷嘴的外壁相配合，所述喷嘴压帽与所述容置孔通过螺纹连接将所述喷嘴固定在所述喷枪的侧壁上；在所述喷嘴附近的所述喷枪的外侧壁上设有防溅块。本发明的磨料喷射分层压裂装置，能效地防止了返溅射流对喷枪本体的冲蚀破坏，提高了喷枪的使用寿命，同时也降低了喷枪的制造成本。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书。
3、5页附图3页CN101942992A1/1页21一种磨料射流喷射分层压裂装置，具有多级串联连接的喷枪；所述喷枪均为中空柱状体，其侧壁上设有至少两个喷嘴；所述喷枪包括设在所述磨料喷射装置下部的第一级底部喷枪，以及位于底部喷枪上部的多级上部喷枪，其中各上部喷枪内均设有能够封闭该级喷枪喷嘴的滑套，且所述滑套在外力作用下能够在所述喷枪内滑移，打开所述喷嘴；其特征在于，所述喷枪侧壁上设有容置所述喷嘴的容置孔，一喷嘴压帽套设在所述喷嘴的外部，其内孔与所述喷嘴的外壁相配合，所述喷嘴压帽与所述容置孔通过螺纹连接将所述喷嘴固定在所述喷枪的侧壁上；在所述喷嘴附近的所述喷枪的外侧壁上设有防溅块，所述防溅块覆盖在所述。
4、喷嘴压帽上，并具有与所述喷嘴的喷射口同心的通孔。2如权利要求1所述的磨料射流喷射分层压裂装置，其特征在于，所述容置孔朝向喷枪外侧壁的一侧形成为直径大于所述喷嘴压帽外径的扩径孔，所述防溅块容置在所述扩径孔内。3如权利要求2所述的磨料射流喷射分层压裂装置，其特征在于，所述扩径孔的深度与所述防溅块的外周缘厚度相配合，所述防溅块粘结固定在所述扩径孔内。4如权利要求2所述的磨料射流喷射分层压裂装置，其特征在于，所述防溅块为一等厚块体。5如权利要求2所述的磨料射流喷射分层压裂装置，其特征在于，所述防溅块的中心部的厚度大于外周缘厚度。6如权利要求1至5任一项所述的磨料射流喷射分层压裂装置，其特征在于，所述喷。
5、嘴呈锥形，所述喷嘴压帽的内孔为与所述喷嘴相配合的内锥孔。7如权利要求1至5任一项所述的磨料射流喷射分层压裂装置，其特征在于，所述喷嘴与喷嘴压帽之间涂覆有粘结密封剂。8如权利要求1所述的磨料射流喷射分层压裂装置，其特征在于，所述喷嘴由复合陶瓷材料制成。9如权利要求1所述的磨料射流喷射分层压裂装置，其特征在于，所述喷嘴的喷射口由直孔段和朝向喷枪中心一侧锥形孔段构成。10如权利要求1所述的磨料射注喷射分层压裂装置，其特征在于，所述防溅块由硬质合金材料制成。权利要求书CN101942986ACN101942992A1/5页3磨料射流喷射分层压裂装置技术领域0001本发明是关于一种磨料射流喷射分层压裂装。
6、置，尤其是一种能提高喷枪使用寿命的磨料射流喷射分层压裂装置，该装置特别适用于石油、天然气等地下开采领域的作业。背景技术0002低渗透油气田储量占国内已探明储量的28，每年新增加低渗透探明储量占新探明总储量的50以上，水力压裂是动用和提高低渗透储量的有效途径。1947年，在美国KANSAS西南部的HUGOTON气田的一口垂直井中首次实施了水力压裂增产技术，经过了近半个世纪的发展，特别是上世纪80年代末以来，在压裂设计、压裂液和添加剂、支撑剂、压裂设备和监测仪器以及裂缝监测等方面都获得了迅速的发展。0003为精确控制裂缝起裂位置和裂缝条数，国内外开展了分段压裂技术研究。目前，现场常用的分层段压裂方。
7、法主要有限流法压裂、暂堵剂分层压裂、机械封隔器分层压裂、填砂分层压裂等。限流法压裂要求的射孔密度较低，将会妨碍射孔对有效井筒半径的扩大；作业期间，在射孔通道和裂缝入口处可能出现过大的压力降，并会影响携砂压裂液在层间的分布；限流法进行射孔提供的裂缝入口面积较小，在返排和生产期间，易使支撑剂返出。在裸眼水平井压裂时，最简单的隔离方法是使用暂堵剂，暂堵剂可以用岩盐、苯甲酸片或樟脑丸等。但这种方法最大的问题是难以控制沿井筒的裂缝起裂点之间的距离；另一个重要的问题是在暂堵阶段对裂缝在近井地带的支撑剂的充填无法控制。在套管井可以实施封隔器分层或分段压裂工艺，但是，施工完一个层位后，封隔器常常发生砂卡，导致。
8、井下事故。填砂分层压裂的问题是施工周期过长。0004近年来，我国高压水射流技术不断发展，在切割、破岩、钻孔等方面都取得了长足进步。如中国专利公开号CN100999989A中，公开了一种高压水射流深穿透射孔及辅助压裂方法及其装置，该申请即为本案申请人的先申请，上述申请的基本原理是在一定粘度的流体中加入一定比例的磨料常用石英砂，从而形成磨料射流，由地面泵车加压至3040MPA，通过油管输送到井下的射孔装置及喷嘴该装置可以根据需要确定层位和方位，在地层射出深度为078109米、直径20MM左右的清洁孔道；或者移动管柱及喷嘴，在井下实现割缝。该技术的优点主要有穿透深度大于常规射孔；不会造成象常规射孔那。
9、样的油层压实伤害；开孔的孔径较大；可以根据分层和地应力的要求，有选择的定向射孔和割缝。该技术已在现场应用了10多口井，施工效果良好。0005中国专利申请第2005100721218号，公开了一种“水平井压裂方法”，该方法主要的缺陷在于在水平井段无法控制裂缝起裂位置、不能实现分段压裂。此外，通过阶梯降排量分析孔眼摩阻、由此判断进液孔数，这在现场施工中难以操作，从而导致投入的暂堵剂数量不准，不能有效封堵已经压开的裂缝；再者，封堵剂的工作可靠性也会严重影响对已压开裂缝的封堵效果。0006在上述公知技术的基础上，本案申请人提出了一种新的压裂方法和装置，并记载在了中国专利申请第2007101795006。
10、号中，阐述了一种磨料射流井下射孔、割缝分层压裂说明书CN101942986ACN101942992A2/5页4的方法及装置，该方法是集磨料射孔、水力封隔和压裂一体化的新技术，虽然不用下入机械式封隔器，但每次压裂完成一个层段后，需要移动井下管柱，因此需要反复拆卸、安装井口，施工工序较为繁琐。0007而在本案申请人提出的第2009100824087号中国专利申请中，公开了一种“磨料喷射装置及磨料射流射孔、分层压裂方法”，该磨料喷射装置，具有多级串联连接的喷枪；所述喷枪均为中空柱状体，其侧壁上设有至少两个喷嘴；所述每级喷枪的下部均设一封隔器，所述封隔器的侧壁上设有在高压液体的作用下能够向外部膨胀的密。
11、封套；所述喷枪包括设在所述磨料喷射装置下部的第一级底部喷枪，以及位于底部喷枪上部的多级上部喷枪，其中各上部喷枪内均设有能够封闭该级喷枪喷嘴及密封套的滑套，且所述滑套在外力作用下能够滑移至所述密封套的下部，打开所述喷嘴和密封套。该公知技术中，封隔器和滑套联动，在销钉剪断之前处于收缩状态，一旦钢球达到滑套端部的密封座，销钉剪断、滑套移动，和封隔器弹性套相连的活塞柱和高压液体接触，此时封隔器弹性套在活塞柱的推动下带动封隔密封套膨胀，从而密封喷枪和套管之间的环空、防止流体通过。当前层位压裂完成后，投入直径稍大的球、打开上一级滑套，同时封堵高压流体不能再通过该级喷枪向下流动。虽然该公知技术通过采用多级喷。
12、枪串联、并设置多级滑套，实现了下入一次管柱就能在多个预定位置实施水力封隔和机械封隔相结合的分层压裂。但仍然存在结构复杂、喷枪易于损坏的缺陷。发明内容0008本发明的目的是提供一种磨料喷射分层压裂装置，尤其是一种不需要移动管柱、无需常规机械封隔器，下入一次作业管柱、不需移动即可在一口井中的多个预定位置实施分层压裂，且能够提高喷枪使用寿命的磨料喷射分层压裂装置。0009为此，本发明提出一种磨料射流喷射分层压裂装置，具有多级串联连接的喷枪；所述喷枪均为中空柱状体，其侧壁上设有至少两个喷嘴；所述喷枪包括设在所述磨料喷射装置下部的第一级底部喷枪，以及位于底部喷枪上部的多级上部喷枪，其中各上部喷枪内均设有。
13、能够封闭该级喷枪喷嘴的滑套，且所述滑套在外力作用下能够在所述喷枪内滑移，打开所述喷嘴；其特征在于，所述喷枪侧壁上设有容置所述喷嘴的容置孔，一喷嘴压帽套设在所述喷嘴的外部，其内孔与所述喷嘴的外壁相配合，所述喷嘴压帽与所述容置孔通过螺纹连接将所述喷嘴固定在所述喷枪的侧壁上；在所述喷嘴附近的所述喷枪的外侧壁上设有防溅块，所述防溅块覆盖在所述喷嘴压帽上，并具有与所述喷嘴的喷射口同心的通孔。0010如上所述的磨料射流喷射分层压裂装置，其中，所述容置孔朝向喷枪外侧壁的一侧形成为直径大于所述喷嘴压帽外径的扩径孔，所述防溅块容置在所述扩径孔内。0011如上所述的磨料射流喷射分层压裂装置，其中，所述扩径孔的深度。
14、与所述防溅块的外周缘厚度相配合，所述防溅块粘结固定在所述扩径孔内。0012如上所述的磨料射流喷射分层压裂装置，其中，所述防溅块为一等厚块体。0013如上所述的磨料射流喷射分层压裂装置，其中，所述防溅块的中心部的厚度大于外周缘厚度。0014如上所述的磨料射流喷射分层压裂装置，其中，所述喷嘴呈锥形，所述喷嘴压帽的内孔为与所述喷嘴相配合的内锥孔。说明书CN101942986ACN101942992A3/5页50015如上所述的磨料射流喷射分层压裂装置，其中，所述喷嘴与喷嘴压帽之间涂覆有粘结密封剂。0016如上所述的磨料射流喷射分层压裂装置，其中，所述喷嘴由复合陶瓷材料制成。0017如上所述的磨料射流。
15、喷射分层压裂装置，其中，所述喷嘴的喷射口由直孔段和朝向喷枪中心一侧锥形孔段构成。0018如上所述的磨料射流喷射分层压裂装置，其中，所述防溅块由硬质合金材料制成。0019本发明的磨料喷射分层压裂装置，通过在喷嘴压帽的外围设置了由耐磨损能力高于喷枪本体的硬质合金制成的防溅块，在各级喷枪的喷射作业过程中，能效地防止了返溅射流对喷枪本体的冲蚀破坏，提高了喷枪的使用寿命，同时也降低了喷枪的制造成本。0020本发明的喷嘴与喷嘴压帽之间采用了锥配合，并在锥面涂覆粘结密封剂，施工时，高压流体通过喷嘴喷出，在流体压力的作用下可将锥面越压越紧，从而增加了喷嘴压帽与喷嘴连接紧密性和牢固度。附图说明0021以下附图仅。
16、旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，0022图1是本发明的磨料射流喷射分层压裂装置第一级底部喷枪的结构示意图；0023图2是本发明的磨料射流喷射分层压裂装置各级上部喷枪的结构示意图，为喷枪关闭状态；0024图3是本发明的磨料射流喷射分层压裂装置各级上部喷枪的结构示意图，为喷枪开启状态；0025图4是本发明的磨料射流喷射分层压裂装置的喷嘴结构示意图；0026图5是本发明的磨料射流喷射分层压裂装置的喷嘴压帽结构示意图；0027图6是喷嘴与喷嘴压帽组合状态示意图；0028图7A、图7B是本发明的磨料射流喷射分层压裂装置的防溅块的结构示意图，其中，图7A为主视示意图，图7B为。
17、剖面示意图；0029图8A、图8B、图8C是本发明的磨料射流喷射分层压裂装置的各级喷枪工作状态示意图，其中，图8A为第一级喷枪处于工作状态，图8B为第二级喷枪处于工作状态，图8C为第三级喷枪处于工作状态。0030附图标号说明00311、第一级底部喷枪2、上部喷枪21、滑套22、销钉00323、喷嘴30、容置孔31、喷嘴压帽32、喷射口33、扩径孔00334、防溅块41、通孔5、油管短节6、单向阀00347、多孔管8、导向头81、通孔9、钢球具体实施方式0035为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。0036图1是本发明的磨料射流喷射分层压裂装置第。
18、一级底部喷枪的结构示意图；图2是本发明的磨料射流喷射分层压裂装置各级上部喷枪的结构示意图，为喷枪关闭状态；图说明书CN101942986ACN101942992A4/5页63是本发明的磨料射流喷射分层压裂装置各级上部喷枪的结构示意图，为喷枪开启状态；图4是本发明的磨料射流喷射分层压裂装置的喷嘴结构示意图；图5是本发明的磨料射流喷射分层压裂装置的喷嘴压帽结构示意图；图6是喷嘴与喷嘴压帽组合状态示意图；图7A、图7B是本发明的磨料射流喷射分层压裂装置的防溅块的结构示意图，其中，图7A为主视示意图，图7B为剖面示意图。如图所示，本发明的磨料射流喷射分层压裂装置，包括多级串联连接的喷枪，具体喷枪的级数。
19、根据需要压裂层位数量而定，在本实施例中以三级喷枪串联连接构成的压裂装置为例进行说明，各级喷枪之间通过油管短节5相连接，最上部的一级喷枪与油管相连接。根据设定的待压裂层段的井深位置，通过所述油管短节来调节各级喷枪之间的距离。0037请配合参见图1图6，本发明提出的磨料射流喷射分层压裂装置，具有多级串联连接的喷枪，所述喷枪均为中空柱状体，其侧壁上设有至少两个喷嘴3，设置喷嘴3的数量，以及各喷嘴3之间的相互位置和间距根据需要设置。所述喷枪包括设在所述磨料喷射装置下部的第一级底部喷枪1，以及位于底部喷枪上部的多级上部喷枪2，其中各上部喷枪2内均设有能够封闭该级喷枪喷嘴的滑套21，且所述滑套21在外力作。
20、用下能够在所述喷枪2内滑移，打开所述喷嘴3。其中，所述喷枪侧壁上设有容置所述喷嘴的容置孔30，一喷嘴压帽31套设在所述喷嘴3的外部，喷嘴压帽31的内孔310与所述喷嘴3的外壁相配合，所述喷嘴压帽31与所述容置孔30通过螺纹连接将所述喷嘴3固定在所述喷枪的侧壁上。在所述喷嘴3附近的所述喷枪的外侧壁上设有防溅块4，所述防溅块4覆盖在所述喷嘴压帽31上，并具有与所述喷嘴3的喷射口32同心的通孔41。0038所述容置孔30朝向喷枪外侧壁的一侧形成为直径大于所述喷嘴压帽31外径的扩径孔33，所述防溅块4容置在所述扩径孔33内。所述扩径孔33的深度与所述防溅块4的外周缘厚度相配合，所述防溅块4粘结固定在所。
21、述扩径孔33内。当所述防溅块4为一等厚的块体时，防溅块4嵌合在扩径孔33内其表面与喷枪外壁面平齐。在另一个优选的实施例中，如图7A、7B所示，可以将所述防溅块4制成中心部的厚度大于外周缘的厚度，当防溅块4嵌合在扩径孔33内时，防溅块4的中部凸出喷枪外壁面，以进一步提高对喷枪外壁面的防护作用。0039为了使喷嘴压帽31与喷嘴3的连接更加紧密、牢固，将所述喷嘴3的外形制成锥形，而所述喷嘴压帽31的内孔310则为与所述喷嘴3相配合的内锥孔。安装时，在喷嘴压帽31的内锥面与所述喷嘴3的外锥面上均涂覆粘结密封剂，如高强度的胶液，以确保二者之间密封良好，施工时，高压流体通过喷嘴喷出，在流体压力的作用下可将。
22、锥面越压越紧。0040本发明的喷嘴3的喷射口32由直孔段和朝向喷枪中心一侧的锥形孔段构成，该结构可减小射流出口后能量扩散，提高在地层中的射孔深度。0041所述防溅块4由耐磨损能力高于喷枪本体的硬质合金材料制成。所述喷嘴3由耐磨性能较高的复合陶瓷材料制成，从而能够保证在通过较多的支撑剂后，对喷嘴3的磨损较小。0042图8A、图8B、图8C是本发明的磨料射流喷射分层压裂装置的各级喷枪工作状态示意图，其中，图8A为第一级喷枪处于工作状态，图8B为第二级喷枪处于工作状态，图8C为第三级喷枪处于工作状态。0043请配合参见图8，图8A、图8B、图8C是以三级喷枪串联构成的一套磨料射流喷射分说明书CN10。
23、1942986ACN101942992A5/5页7层压裂装置在井内依次工作的示意图。所述的喷枪自下而上分别称为第一级底部喷枪1、第二级和第三级上部喷枪2。其中，为了避免或减少所述压裂装置在下井过程中井筒中的机械杂质进入喷枪及油管内，在第一级喷枪的下部设有单向阀。而在需要环空反循环洗井时，此时各级喷枪均处于非工作状态，向井筒与油管之间的环空内泵入液体，该液体可打开单向阀6进入各级喷枪及油管内，实施反循环洗井。此外，本发明的压裂装置，第一级底部喷枪的下部依次连接有多孔管7和导向头8，所述导向头8的底端具有较大的倒角结构，通过该安装在最下部的导向头8可以避免由多级喷枪构成的工具串下井过程中刮蹭井壁，。
24、而导向头8上与其底部贯通的通孔81为反循环洗井提供了通道。0044本发明的工作原理是通过普通油管将图8所示的由多级串联连接喷枪组成的磨料射流喷射分层压裂装置送入到井内指定层位。各级喷枪之间的间距根据设计的待压裂层段的进深由油管短节5进行调节。通过油管向磨料射流喷射分层压裂装置供给加压的一定砂比的射孔液，所述射孔液通过所述压裂装置的其中一级底部喷枪1的喷嘴3向地层高速喷射，在地层中形成一定直径和深度的孔眼；随后关闭油套环空，并从环空泵入基液，保持环空压力略低于地层破裂压力，同时提高支撑剂浓度继续通过喷嘴喷射。0045第一级底部喷枪1对应的层位压裂完成后，停泵，打开油管向下投入钢球9，钢球9到达第。
25、二级上部喷枪2内的滑套21时，固定滑套的销钉22被剪断，滑套21向下移动，该级喷枪2上的喷嘴3和油管之间的通道连通。由于钢球9和滑套21上的球座之间密封，射孔液将不能向下流入第一级底部喷枪1；将第一级底部喷枪1封闭后，重复上述射孔步骤，第二级上部喷枪2完成该层段压裂后，停泵打开油管，再投入一个直径稍大的钢球9至第三级上部喷枪2内，打开设置在其内的滑套21，重复射孔、压裂步骤。0046由于在喷枪上喷嘴压帽31的外围安装有由硬质合金制成的防溅块4，因此在各级喷枪的喷射作业过程中，有效地防止了返溅射流对喷枪本体的冲蚀破坏，提高了喷枪的使用寿命，同时也降低了喷枪的制造成本。0047以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。说明书CN101942986ACN101942992A1/3页8图1图2图3说明书附图CN101942986ACN101942992A2/3页9图4图5图6图7A图7B说明书附图CN101942986ACN101942992A3/3页10图8A图8B图8C说明书附图CN101942986A。