一种压裂井口装置技术领域
本发明涉及煤层气开采领域,具体涉及一种压裂井口装置。
背景技术
煤层气是一种新清洁能源,煤层气开采过程中通常使用压裂技术,即采用
高压压裂车、高压管汇设施,通过压裂井口装置及高压压裂管,将介质挤入煤
层中,把煤层压出裂缝,以提高煤层的渗透能力。
目前煤层气开采现场使用的压裂井口装置包括从上到下依次连接的主控阀
门、上密封盖和四通,四通内部设置有油管悬挂器,油管悬挂器的下部坐在四
通上,且四通的第一通道与主控阀门连接,第二通道和第三通道分别与套管闸
门连接,第四通道与伸入井下的套管连接。
在实现本发明的过程中,发明人发现现有技术至少存在以下问题:
由于目前现场使用的压裂井口装置的主阀门、上密封盖、四通和油管悬挂
器均为普通金属材料制成,而普通金属材料在低温环境下的脆性较高,所以当
使用现有的压裂井口装置在低温环境下输送低温高压介质时,可能出现装置的
过冷损伤,使得压裂井口装置因不能承受低温高压介质的压力而发生炸裂等情
况,对井口工作人员的人身安全造成威胁,影响正常的生产;且现有的压裂井
口装置由于其结构的限制,无法安装监测装置来监测井底的情况,不能实时了
解井底地层参数的动态变化,不利于作业过程的进度控制和安全生产。
发明内容
为了解决现有技术中压裂井口装置在低温环境下工作可能出现过冷损伤、
无法实时监测井底地层参数动态变化的问题,本发明实施例提供了一种压裂井
口装置。所述技术方案如下:
本发明提供了一种压裂井口装置,所述压裂井口装置包括:由上至下顺次
连接的均为耐低温的由壬接头、主控阀门、上法兰和五通,所述五通的第一通
道与所述上法兰连接,所述五通的第二通道和第三通道分别位于所述第一通道
两侧,且所述第二通道和所述第三通道上均安装有耐低温的套管闸门,所述五
通的第四通道与伸入井下的套管连接,所述五通的第五通道位于所述第一通道
的外壁上,且所述第五通道与所述第一通道、所述第三通道均互不干涉,监测
装置依次穿过所述第五通道、所述第四通道伸入井下;
所述压裂井口装置还包括耐低温的油管悬挂器,所述油管悬挂器的下端位
于所述第一通道内,且与所述第一通道的内壁固定,所述油管悬挂器的上端伸
入所述上法兰内部,且与所述上法兰的内壁紧贴;
所述由壬接头、所述上法兰与所述油管悬挂器均包括由内向外贴合设置的
内心管层、耐低温防护层和管本体层。
具体地,所述内心管层、所述管本体层为耐低温合金钢材料,所述耐低温
防护层为泡沫玻璃材料。
具体地,所述上法兰为锥形,且所述上法兰的上端截面直径小于下端截面
直径。
具体地,所述上法兰的锥度为20度。
具体地,所述第五通道的开口斜向上,且所述第五通道与水平面的夹角为
60度。
进一步地,所述压裂井口装置还包括接头,所述接头固定在所述第五通道
的端部,且所述接头与所述监测装置连接。
进一步地,所述压裂井口装置还包括螺纹法兰和密封钢圈,所述螺纹法兰
的上端与所述由壬接头螺纹连接,所述螺纹法兰的下端与所述主控阀门连接;
所述螺纹法兰的下端与所述主控阀门之间、所述主控阀门与所述上法兰之
间、所述上法兰与所述第一通道之间均设置有所述密封钢圈。
具体地,所述油管悬挂器的所述内心管层外侧、所述耐低温防护层外侧均
设置有台阶,所述耐低温防护层套装在所述内心管层外侧的台阶上,所述管本
体层套装在所述耐低温防护层外侧的台阶上。
进一步地,所述油管悬挂器还包括耐低温的密封帽,所述密封帽的一侧覆
盖在所述油管悬挂器的所述内心管层上端,所述密封帽的另一侧伸至所述油管
悬挂器的内心管层与所述管本体层之间,且所述密封帽与所述耐低温防护层紧
贴。
具体地,所述由壬接头上端设置有直径为100mm的梯形外螺纹,下端设置
有直径为73mm的油管外螺纹。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是:
本发明通过从上至下依次连接的均为耐低温的由壬接头、主控阀门、上法
兰和五通,以及设置在五通的第一通道内的耐低温的油管悬挂器、设置在五通
的第二通道和第三通道的耐低温的套管闸门构成了本发明,其中,耐低温的由
壬接头、耐低温的上法兰和耐低温的油管悬挂器均从内到外贴合设置有内心管
层、耐低温防护层和管本体层,其内心管层和管本体层分别设计在耐低温防护
层两侧,保护耐低温防护层不受腐蚀,耐低温防护层具有保温功能,可防止本
发明内外发生热量交换,影响所输送的低温高压介质的性能,通过内心管层、
耐低温防护层、管本体层的三层结构设计以及主控阀门、五通、套管闸门的耐
低温设计,使得本发明在低温环境下工作不会出现过冷损伤的问题;且本发明
的五通设计有第五通道,为安装监测装置提供了空间,监测装置可依次穿过第
五通道、第四通道伸入井下,实现井底地层参数动态变化的实时监测,有利于
作业过程的进度控制和安全生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所
需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明
的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,
还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的压裂井口装置结构示意图;
图2是本发明实施例提供的耐低温的由壬接头结构示意图;
图3是本发明实施例提供的耐低温的上法兰结构示意图;
图4是本发明实施例提供的耐低温的油管悬挂器结构示意图;
其中:1由壬接头,2螺纹法兰,3连接螺栓组,4主控阀门,5密封钢圈,
6上法兰,7油管悬挂器,71密封帽,8五通,9接头,10套管闸门,11内心管
层,12耐低温防护层,13管本体层。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明
实施方式作进一步地详细描述。
实施例一:
如图1所示,本发明实施例提供了一种压裂井口装置,该压裂井口装置包
括:由上至下顺次连接的均为耐低温的由壬接头1、主控阀门4、上法兰6和五
通8,五通8的第一通道与上法兰6连接,五通8的第二通道和第三通道分别位
于第一通道两侧,且第二通道和第三通道上均安装有耐低温的套管闸门10,五
通8的第四通道与伸入井下的套管连接,五通8的第五通道位于第一通道的外
壁上,且第五通道与第一通道、第三通道均互不干涉,监测装置依次穿过第五
通道、第四通道伸入井下;该压裂井口装置还包括耐低温的油管悬挂器7,油管
悬挂器7的下端位于第一通道内,且与第一通道的内壁固定,油管悬挂器7的
上端伸入上法兰6内部,且与上法兰6的内壁紧贴;由壬接头1、上法兰6与油
管悬挂器7均包括由内向外贴合设置的内心管层11、耐低温防护层12和管本体
层13。
五通8的上、下端面都是D395mm法兰,且五通8的第一通道、第二通道、
第三通道、第四通道的轴线在同一平面上,且第一通道位于五通8的顶端,第
一通道与上法兰6相连。第四通道位于五通8的底端,连接通往井底的套管。
第二通道、第三通道的轴线在同一直线上且靠近五通8的底端,第二通道、第
三通道分别与同型号的套管闸门10相连,用作排放井底杂物的通道。第五通道
在第一通道的侧壁上,用作监测通道,监测装置通过第五通道进入五通8,穿过
第四通道进入井底。第五通道的设计原则为不与其他通道发生干涉。
本发明实施例的由壬接头1与外部管道连接,使用时,低温高压介质通过
由壬接头1进入压裂井口装置内。在本发明实施例中,主控阀门4设置有两个,
通过两个主控阀门4来控制进入井底的低温高压介质的量的大小,当两个主控
阀门4都打开时,能输送的低温高压介质的量最大,而当两个主控阀门4都关
闭时,装置停止输送低温高压介质。低温高压介质通过主控阀门4后进入耐低
温的上法兰6,而耐低温的上法兰6内壁与耐低温的油管悬挂器7上壁紧贴,低
温高压介质通过耐低温的上法兰6内部的通道进入油管悬挂器7,油管悬挂器7
的下端与伸入井底的油管螺纹连接,低温高压介质通过油管下到井底进行压裂
作业。
在本发明实施例中,五通8的第四通道与通往井底的套管连接,套管内可
以容纳多根油管。五通8的第二通道和第三通道安装套管闸门10,油管通过第
三通道和第四通道分别与套管闸门10连接,向外输送废料;本发明的各耐低温
部件的耐低温功能实现方式有多种,一般选用耐低温的材料即可。
本发明通过从上至下依次连接的均为耐低温的由壬接头1、主控阀门4、上
法兰6和五通8,以及设置在五通8的第一通道内的耐低温的油管悬挂器7,设
计在五通8的第二通道和第三通道的耐低温的套管闸门10,构成了本发明,且
耐低温的由壬接头1、耐低温的上法兰6和耐低温的油管悬挂器7均从内到外贴
合设置有内心管层11、耐低温防护层12和管本体层13,其中,内心管层11和
管本体层13分别设计在耐低温防护层12的两侧,起到防止耐低温防护层12受
到腐蚀的作用,耐低温防护层12具有保温的功能,防止本发明的内外之间发生
热量交换,影响所输送的低温高压介质性能。通过内心管层11、耐低温防护层
12、管本体层13的三层结构设计,以及主控阀门4、五通8、套管闸门10均采
用耐低温材料制作或增加保温层实现其耐低温性,当然,本领域技术人员可知,
也可采用其他方式实现其耐低温性,也可采用内心管层11、耐低温防护层12、
管本体层13的三层结构设计等,使得装置在低温环境下工作不会出现过冷损伤
的问题;且本发明的耐低温的五通8设计有第五通道,为安装监测装置提供了
空间,监测装置可依次穿过第五通道、第四通道伸入井下,实现井底地层参数
动态变化的实时监测。
实施例二:
如图1所示,本发明实施例提供了一种压裂井口装置,压裂井口装置包括:
由上至下顺次连接的均为耐低温的由壬接头1、主控阀门4、上法兰6和五通8,
五通8的第一通道与上法兰6连接,五通8的第二通道和第三通道分别位于第
一通道两侧,且第二通道和第三通道上均安装有耐低温的套管闸门10,五通8
的第四通道与伸入井下的套管连接,五通8的第五通道位于第一通道的外壁上,
且第五通道与第一通道、第三通道均互不干涉,监测装置依次穿过第五通道、
第四通道伸入井下;压裂井口装置还包括耐低温的油管悬挂器7,油管悬挂器7
的下端位于第一通道内,且与第一通道的内壁固定,油管悬挂器7的上端伸入
上法兰6内部,且与上法兰6的内壁紧贴;由壬接头1、上法兰6与油管悬挂器
7均包括由内向外贴合设置的内心管层11、耐低温防护层12和管本体层13。
如图2所示,也可参见图3、图4,在本发明实施例中,耐低温的由壬接头
1、耐低温的上法兰6及耐低温的油管悬挂器7的内心管层11、管本体层13为
耐低温合金钢材料,耐低温防护层12为泡沫玻璃材料。可选地,在本发明实施
例中,内心管层11、管本体层13的材料还可为其他具有耐低温性能的刚体材料,
耐低温防护层12的材料还可为其他具有保冷功能的材料。且在本发明实施例中,
五通8、接头9、螺纹法兰2、连接螺栓均为耐低温合金钢锻造,主控阀门4和
套管闸门10为采购的耐低温的不锈钢闸阀,如此,本发明实施例所提供的压裂
井口装置的部件均设计为耐低温结构,实现了装置整体的耐低温性能。可选择
地,在本发明实施例中,五通8、接头9、螺纹法兰2、主控阀门4和套管闸门
10还可增加保温层实现其耐低温性。
如图3所示,在本发明实施例中,上法兰6为锥形,且上法兰6的上端截
面直径小于下端截面直径。上法兰6的的管本体层13、耐低温防护层12和内心
管层11全部是锥面设计。
优选地,在本发明实施例中,上法兰6的锥度是20°。
上法兰6的的管本体层13、耐低温防护层12和内心管层11之间均通过强
力胶粘接,上下端面压实固化。使用时,拧紧连接螺栓组3的螺栓,油管悬挂
器7由下至上压紧上法兰6内壁,因为锥形上端截面直径小于下端截面直径,
当油管悬挂器7由下向上压紧上法兰6内壁时,油管悬挂器7上端的压强变大,
工作压力升高,油管悬挂器7与上法兰6之间接触压力加大,密封压力也变大,
使得上法兰6对油管悬挂器7的密封效果更好。
如图1所示,优选地,在本发明实施例中,第五通道开口斜向上,与水平
面的夹角为60°,第五通道为监测通道,其设计以便于将监测装置下入井底,
与五通8的其他通道均不发生干涉为准,发明人经过试验并计算发现,当第五
通道与水平面的夹角为60°时,可使得监测装置在下入井底的过程中不受干扰,
且可监测范围较广。
如图1所示,在本发明实施例中,当第五通道的开口与水平面的夹角为60°
时,第五通道在水平面上的投影与第二通道、第三通道轴线的夹角为40°~
70°。且第五通道的开口位于五通8的中部更有利于观测。工作时,监测装置
依次通过第五通道、第四通道下入井底监测井底动态,例如,可将用于监测井
底动态的探头通过第五通道、第四通道下入井底,在第五通道外部连接显示器
或其他监测设备,实现在地面对井底底层参数的动态变化进行实时监测,有利
于安全生产。
如图1所示,压裂井口装置还包括接头9,接头9固定在第五通道的端部,
且接头9与监测装置连接,使得工作人员可在地面上观测到井底的动态。在本
发明实施例中,接头9一端为油管外螺纹,与测试通道开口的油管内螺纹相接,
另一端为油管内螺纹,接外部监测装置,两端油管螺纹规格相同,方便安装。
如图1所示,在本发明实施例中,压裂井口装置还包括螺纹法兰2和密封
钢圈5,螺纹法兰2的上端与由壬接头1螺纹连接,螺纹法兰2的下端与主控阀
门4连接,螺纹法兰2的下端与主控阀门4之间、主控阀门4与上法兰6之间、
上法兰6与第一通道之间均设置有密封钢圈5。在本发明实施例中,螺纹法兰2
的上下端面、主控阀门4的上下端面、上法兰6的上下端面设计有凹槽,密封
钢圈5穿过凹槽对装置进行密封。耐低温的由壬接头1与主控阀门4、两个主控
阀门4、主控阀门4与耐低温的上法兰6之间、耐低温的上法兰6与五通8之间
均通过连接螺栓组3连接并用密封钢圈5密封。采用连接螺栓组3连接在组装
该装置或拆卸该装置时工艺简单,便于维修或与其他部分的连接。
如图4所示,也可参见图1,油管悬挂器7的内心管层11外侧、耐低温防
护层12外侧均设置有台阶,耐低温防护层12套装在内心管层11外侧的台阶上,
管本体层13套装在耐低温防护层12外侧的台阶上。在本实施例中,油管悬挂
器7的内心管层11外侧设计有一个L型台阶,耐低温防护层12的下端坐在内
心管层11的L型台阶上,且耐低温防护层12的内壁与内心管层11的外壁贴合;
耐低温防护层12的外侧的中部和底部设计有两个台阶,且管本体层13的内侧
设计有一个台阶,管本体层13内侧的台阶坐在耐低温防护层12中部的台阶上,
管本体层13的下端坐在耐低温防护层12下端的台阶上,且管本体层13的内壁
与耐低温防护层12的外壁贴合,如此,内心管层11、耐低温防护层12、管本
体层13之间通过台阶面配合,耐低温防护层12、管本体层13的重力均落在内
心管层11的台阶面上。且内心管层11底端设计有台阶面,油管悬挂器7通过
该台阶面直面悬挂在五通8的第一通道内壁的台阶面上,使得油管悬挂器7内
心管层11下端所连伸入井底的油管的重力均落到五通8内壁的台阶面上,当油
管悬挂器7下端悬挂的油管重力较大时,内心管层11、耐低温防护层12、管本
体层13之间的台阶配合可有效防止三层结构分离,使得连接更可靠。且管本体
层13的外侧设计凹槽,用于固定密封件。可选择地,在本发明实施例中,内心
管层11、耐低温防护层12、管本体层13的上的台阶还可设计为多个。
如图4所示,油管悬挂器7还包括耐低温的密封帽71,密封帽71的一侧覆
盖在油管悬挂器7的内心管层11上端,密封帽71的另一侧伸至油管悬挂器7
的内心管层11与管本体层13之间,且密封帽71与耐低温防护层12紧贴。在
本发明实施例中,密封帽71内、外、底部均涂上强力粘合剂,高压下压实在油
管悬挂器7的内心管层11和管本体层13的环形空间,其覆盖内心管层11一侧
的高度为1~2mm,使得其对内心管层11的密封效果更好;且密封帽71与耐低
温防护层12紧贴,起到保护耐低温防护层12的作用。
如图2所示,在本发明实施例中,由壬接头1上端设置有直径为100mm的
梯形外螺纹,下端设置有直径为73mm的油管外螺纹。由壬接头1上端与外部油
管相连接,因外部油管的内螺纹性质,使用100mm的梯形外螺纹,设计加工标
准化,且梯形螺纹连接更为稳固,由壬接头1下端设置外螺纹与螺纹法兰2相
连接。
在本实施例中,由壬接头1的管本体层13内敷耐低温防护层12,与内心管
层11高压胀紧成一体。
本发明实施例中所采用的尺寸为根据API标准选择的尺寸系列,其适用温
度为-50℃~80℃,适用压力为0~35MPa。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的
精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的
保护范围之内。