專利名稱：水平井定向壓裂裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油開采技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種水平井定向壓裂施工的井下裝置。
背景技術(shù)：
目前，水平井多段壓裂改造技術(shù)，一般采用機械封隔器和噴砂器作為來保障多段壓裂工藝的實施，如中國專利公告號CN101560877，公開一種水平井封隔器分段壓裂工藝管柱，結(jié)構(gòu)是油管柱、水力錨、座封控制器、跨隔式封隔器A、跨隔式封隔器B、跨隔式封隔器C、滑套噴砂器、噴砂器、導(dǎo)向器和毛細管線。所述油管柱上順次安裝連接有水力錨、座封控制器、跨隔式封隔器A、滑套噴砂器、跨隔式封隔器B、噴砂器、跨隔式封隔器C和導(dǎo)向器，所述毛細管線在油管柱的一側(cè)與座封控制器和跨隔式封隔器A、跨隔式封隔器B、跨隔式封隔器C相連接。中國專利公告號CN201412133，公開了一種水平井多段拖動壓裂工藝管柱。壓裂 工藝管柱自下而上連接有導(dǎo)向絲堵、下封隔器、節(jié)流噴砂器、上封隔器，在上封隔器的上端連接有下安全接頭，下安全接頭的上端連接油管，油管的上端連接水力錨，水力錨的上端連接上安全接頭，上安全接頭的上端連接油管。在節(jié)流噴砂器處于第一段壓裂層位置時，水力錨在油井的直井段。中國專利公告號CN201420541，公開了一種水平井定位噴砂射孔器。包括本體和射孔方向定位機構(gòu)，將射孔方向定位機構(gòu)安裝在本體的兩端，利用射孔方向定位機構(gòu)確定射孔方位，可以根據(jù)分層和地層應(yīng)力的要求，有選擇地進行射孔噴砂，準確地進行定位、定向射孔、噴砂作業(yè)，穿透套管和巖石形成孔洞?？缮浯┨坠芎徒貙?，產(chǎn)生的直徑和深度都較常規(guī)射孔器的更大、更深，形成一定直徑的紡錘形大孔洞，增加了泄油面積，減少了油層污染，提高了增產(chǎn)效果，同時具備噴砂射孔和壓裂作業(yè)的功能，減少射孔后另下管柱壓裂的工序。對于現(xiàn)有的水平井多段壓裂改造技術(shù)，由于噴砂器設(shè)計結(jié)構(gòu)的原因，裂縫的起裂位置是沿井筒四周，無方向性隨機產(chǎn)生的。而對于需要產(chǎn)生定向裂縫的水平井則存在一定的風(fēng)險。如水平井井眼軌跡從距離水層頂部或底部較近的位置穿過，或者有意規(guī)避為水平井生產(chǎn)提供能量保持的注水井水驅(qū)前沿。常規(guī)水平井多段壓裂工藝則無法滿足該類水平井壓裂改造需求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種水平井定向壓裂裝置，實現(xiàn)水平井定向壓裂。有針對性選擇壓裂改造的方位及方向，能規(guī)避水層方向或注水水線的延伸方向，提高驅(qū)油面積，延長水平井見水周期。避免常規(guī)壓裂改造裂縫沿井筒四周均勻布置的問題。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是水平井定向壓裂裝置，主要由第一定向噴槍扶正器、第一配重軸、定向噴槍、第二配重軸和第二定向噴槍扶正器組成。其特征在于第一定向噴槍扶正器的下接頭與第一配重軸的中心管螺紋連接在一起；第一配重軸的接箍與定向噴槍一端螺紋連接，并且第一配重軸的接頭的兩個軸向凸鍵分別插入定向噴槍的兩個軸向鍵槽內(nèi)；定向噴槍的另一端與第二配重軸的接箍螺紋連接，并且第二配重軸的接頭的兩個軸向凸鍵分別插入定向噴槍另一端的兩個軸向鍵槽內(nèi)；第二配重軸的中心管螺紋連接第二定向噴槍扶正器的上接頭。第一定向噴槍扶正器、第一配重軸、定向噴槍、第二配重軸和第二定向噴槍扶正器的中心通道連通。第一定向噴槍扶正器和第二定向噴槍扶正器的結(jié)構(gòu)是主要由上接頭、中心管、扶正體、第一鋼球、第二鋼球、外套筒和下接頭組成，其特征在于上接頭為圓柱體形有中心孔，在上接頭的兩端有內(nèi)螺紋；上接頭一端與中心管上端螺紋連接；在中心管的外壁上套有扶正體，在中心管的外壁上和扶正體的內(nèi)壁上分別至少有兩道環(huán)形半圓弧槽，中心管外壁上的環(huán)形半圓弧槽與扶正體內(nèi)壁上的環(huán)形半圓弧槽相對組成環(huán)形圓弧槽；在中心管的環(huán)形半圓弧槽與扶正體的環(huán)形半圓弧槽組成的環(huán)形圓弧槽內(nèi)均勻分布有第一鋼球。在中心管外壁上套有外套筒；中心管下部外部上有環(huán)形外臺階，外套筒的上端內(nèi)壁有環(huán)形內(nèi)臺階；在中心管的外壁上和外套筒內(nèi)壁上分別至少有一道環(huán)形半圓弧槽，中心管外壁上的環(huán)形半圓弧槽與外套筒內(nèi)壁上的環(huán)形半圓弧槽相對組成環(huán)形圓弧槽；在中心管 的環(huán)形半圓弧槽與外套筒的環(huán)形半圓弧槽組成的環(huán)形圓弧槽內(nèi)均勻分布有第二鋼球。外套筒的下端有內(nèi)螺紋，在外套筒的下端螺紋連接有下接頭；同時，中心管的下端插入到下接頭上端中心孔內(nèi)；下接頭為圓柱體形有中心孔，下接頭的下端有內(nèi)螺紋。為了提高中心管與下接頭之間的密封性，在中心管與下接頭之間有密封圈。在扶正體壁上有徑向螺孔，徑向螺孔內(nèi)端與扶正體內(nèi)壁上的環(huán)形半圓弧槽連通，第一鋼球是通過扶正體壁上的徑向螺孔進入中心管與扶正體之間的環(huán)形圓弧槽內(nèi)的，在徑向螺孔內(nèi)固定有緊定螺釘。中心管與扶正體之間的環(huán)形圓弧槽是第一鋼球的滾動槽。在外套筒壁上有徑向螺孔，徑向螺孔內(nèi)端與外套筒內(nèi)壁上的環(huán)形半圓弧槽連通，第二鋼球是通過外套筒壁上的徑向螺孔進入中心管與外套筒之間的環(huán)形圓弧槽內(nèi)的，在徑向螺孔內(nèi)固定有緊定螺釘。中心管與外套筒之間的環(huán)形圓弧槽是第二鋼球的滾動槽。第一配重軸和第二配重軸的結(jié)構(gòu)是配重軸由中心管、配重體、接箍和接頭組成；其中，中心管為管狀體，兩端有外螺紋；配重體是橫截面為半圓環(huán)形管狀體，半圓環(huán)內(nèi)徑與中心管外徑相同，配重體焊接在中心管外壁上。接箍一端內(nèi)螺紋與中心管的外螺紋連接，接箍另一端的內(nèi)螺紋與接頭的外螺紋連接。接頭外上端外壁上對稱分布有兩個軸向凸鍵，軸向凸鍵的中心線與配重體的中線夾角為O 90°。定向噴槍的結(jié)構(gòu)是定向噴槍由槍體、噴嘴帽和噴嘴組成。槍體為圓筒形兩端外壁有螺紋。在槍體的兩端分別有環(huán)形體，兩個環(huán)形體上分別有兩個對稱的軸向鍵槽；槍體的壁上沿軸向分布有一排螺孔，噴嘴帽和噴嘴固定在螺孔內(nèi)；螺孔中心線與軸向鍵槽中心線的夾角在O 90°之間。定向噴槍的結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有噴槍結(jié)構(gòu)基本相同，僅在槍體兩端有環(huán)形體，環(huán)形體上有軸向鍵槽。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明水平井定向壓裂裝置，使用時，定向噴槍噴嘴自動調(diào)整至所要進行壓裂改造的方位，地面無需進行任何定向操作。現(xiàn)場使用方便，操作簡便易行。解決了水平井井眼軌跡未能有效穿越儲層，需要定向壓裂改造的難題。結(jié)構(gòu)合理而緊湊，安裝方便，便于操作的優(yōu)點。根據(jù)井況可以多級串聯(lián)使用，裝置之間采用油管柱連接，可以實現(xiàn)水平井多級，多方向定向壓裂?？梢詫崿F(xiàn)定點、定向壓裂改造，可以有效規(guī)避水層或注水水線方向，最大程度的改造儲層，從而創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益。
圖Ia是本發(fā)明水平井定向壓裂裝置結(jié)構(gòu)剖面示意圖。定向噴槍3噴嘴與配重軸重力方向夾角為0°的不意圖。圖Ib是圖Ia的A-A劑面圖。圖Ic是是圖Ia的B-B首Ij面圖。圖2a是本發(fā)明水平井定向壓裂裝置結(jié)構(gòu)剖面示意圖。定向噴槍噴嘴與配重軸重力方向成Θ夾角的是示意圖。圖2b是圖2a的C-C剖面圖。圖2c是圖2a的D-D剖面圖的位置示意圖；圖3a是第一定向噴槍扶正器和第二定向噴槍扶正器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3b是圖3a的E-E剖面圖。圖4a是定向噴槍的半剖示意圖，圖4b是圖4a的左視半剖示意圖。圖4a和圖4b重點示意定向噴槍兩端的鍵槽。圖5a是配重軸的示意圖；圖5b是圖5b的F_F剖面圖。圖5a和圖5b重點示意軸向鍵的結(jié)構(gòu)和位置。圖中，I-第一定向噴槍扶正器，2-第一配重軸，3-定向噴槍，4-第二配重軸，5-第二定向噴槍扶正器。
具體實施例方式實施例I :以一個水平井定向壓裂裝置為例，對本發(fā)明作進一步詳細說明。參閱圖la。水平井定向壓裂裝置，從上至下依次連接的第一定向噴槍扶正器I、第一配重軸2、定向噴槍3、第二配重軸4、第二定向噴槍扶正器5。第一定向噴槍扶正器I和第二定向噴槍扶正器5的扶正部分外徑為114mm。第一定向噴槍扶正器I的下接頭19與第一配重軸2的中心管21螺紋連接在一起。第一配重軸2的接箍24與定向噴槍3 —端螺紋連接，并且第一配重軸2的接頭23的兩個軸向凸鍵25分別插入定向噴槍3的兩個軸向鍵槽33內(nèi)；定向噴槍3的另一端與第二配重軸4的接箍24螺紋連接，并且第二配重軸4的接頭23的兩個軸向凸鍵25分別插入定向噴槍3另一端的兩個軸向鍵槽33內(nèi)；第二配重軸4的中心管21螺紋連接第二定向噴槍扶正器5的上接頭11。第一定向噴槍扶正器I、第一配重軸2、定向噴槍3、第二配重軸4和第二定向噴槍扶正器5的中心通道連通。定向噴槍3的噴嘴方向，根據(jù)實際要求與第二配重軸4的中心方向可以形成任意大小角度的夾角，一般為0° (見附圖Ib和圖lc)。參閱圖3a。第一定向噴槍扶正器I和第二定向噴槍扶正器5的結(jié)構(gòu)是主要由上接頭11、中心管12、扶正體13、第一鋼球14、第二鋼球16、外套筒17、密封圈18和下接頭19組成。上接頭11為圓柱體形有中心孔，在上接頭11的兩端有API標準油管內(nèi)螺紋。上接頭11 一端與中心管12上端螺紋連接。中心管12的外徑為80mm。在中心管12的外壁上套有扶正體13。參閱圖2。扶正體13的外徑為114mm，扶正體13的外壁有六個軸向的凹槽(水槽)。在中心管12的外壁上和扶正體13的內(nèi)壁上分別有兩道環(huán)形半圓弧槽，中心管12外壁上的環(huán)形半圓弧槽與扶正體13內(nèi)壁上的環(huán)形半圓弧槽相對組成環(huán)形圓弧槽。在中心管12的環(huán)形半圓弧槽與扶正體13的環(huán)形半圓弧槽組成的環(huán)形圓弧槽內(nèi)均勻分布有直徑為5mm的第一鋼球14。在扶正體13壁上有兩個徑向螺孔，徑向螺孔內(nèi)端與扶正體13內(nèi)壁上的環(huán)形半圓弧槽連通，第一鋼球14是通過扶正體13壁上的徑向螺孔進入中心管12與扶正體13之間的環(huán)形圓弧槽內(nèi)的，在徑向螺孔內(nèi)固定有緊定螺釘15。中心管12與扶正體13之間的環(huán)形圓弧槽是第一鋼球14的滾動槽。在中心管2外壁上套有外套筒7 ;中心管2下部外部上有環(huán)形外臺階，外套筒17的上端內(nèi)壁有環(huán)形內(nèi)臺階；在中心管12的外壁上和外套筒17內(nèi)壁上分別至少有一道環(huán)形半圓弧槽，中心管12外壁上的環(huán)形半圓弧槽與外套筒17內(nèi)壁上的環(huán)形半圓弧槽相對組成環(huán)形圓弧槽；在中心管12的環(huán)形半圓弧·槽與外套筒17的環(huán)形半圓弧槽組成的環(huán)形圓弧槽內(nèi)均勻分布有第二鋼球16，第二鋼球16的直徑為4mm。在外套筒17壁上有徑向螺孔，徑向螺孔內(nèi)端與外套筒17內(nèi)壁上的環(huán)形半圓弧槽連通，第二鋼球16是通過外套筒17壁上的徑向螺孔進入中心管12與外套筒17之間的環(huán)形圓弧槽內(nèi)的，在徑向螺孔內(nèi)固定有緊定螺釘15。中心管12與外套筒17之間的環(huán)形圓弧槽是第二鋼球16的滾動槽。外套筒17的下端有內(nèi)螺紋，在外套筒17的下端螺紋連接有下接頭19。同時，中心管12的下端插入到下接頭19上端中心孔內(nèi)，在中心管12與下接頭19之間有兩道密封圈18。下接頭19為圓柱體形有中心孔，下接頭19的下端有內(nèi)螺紋。參閱圖5a。第一配重軸2和第二配重軸4的結(jié)構(gòu)是配重軸由中心管21、配重體22、接箍24、接頭23組成；其中，中心管21是一個外徑73mm，內(nèi)孔62mm的管狀體，兩端有外螺紋。配重體22是橫截面為半圓環(huán)形管狀體，半圓環(huán)內(nèi)徑為73mm與中心管外徑相同，外徑110mm。配重體22焊接在中心管21外壁上。接箍24 —端內(nèi)螺紋與中心管的外螺紋連接，接箍24另一端的內(nèi)螺紋與接頭23的外螺紋連接。接頭23外上端外壁上對稱分布有兩個寬度為14_的軸向凸鍵25，軸向凸鍵25的中心線與配重體22的中線夾角為0°。參閱圖4a.定向噴槍3的結(jié)構(gòu)是定向噴槍3由槍體31、噴嘴帽和噴嘴32組成。槍體31外徑為110mm，槍體31為圓筒形兩端外壁有螺紋。在槍體31的兩端分別有環(huán)形體，兩個環(huán)形體上分別有兩個對稱的寬度為14. 5mm的軸向鍵槽33 ;槍體31的壁上沿軸向分布有一排三個螺孔，每個螺孔內(nèi)固定一套噴嘴帽和噴嘴32，噴嘴的內(nèi)徑是5_。螺孔中心線與軸向鍵槽33中心線的夾角為0°。
權(quán)利要求
1.一種水平井定向壓裂裝置，主要由第一定向噴槍扶正器(I)、第一配重軸(2)、定向噴槍(3)、第二配重軸(4)和第二定向噴槍扶正器(5)組成；其特征在于第一定向噴槍扶正器(I)的下接頭(19)與第一配重軸(2)的中心管(21)螺紋連接在一起；第一配重軸(2)的接箍(24)與定向噴槍(3) —端螺紋連接，并且第一配重軸(2)的接頭(23)的兩個軸向凸鍵(25)分別插入定向噴槍(3)的兩個軸向鍵槽(33)內(nèi)；定向噴槍(3)的另一端與第二配重軸(4)的接箍(24)螺紋連接，并且第二配重軸(4)的接頭(23)的兩個軸向凸鍵(25)分別插入定向噴槍(3)另一端的兩個軸向鍵槽(33)內(nèi)；第二配重軸(4)的中心管(21)螺紋連接第二定向噴槍扶正器(5)的上接頭(11);第一定向噴槍扶正器(I)、第一配重軸(2)、定向噴槍(3)、第二配重軸(4)和第二定向噴槍扶正器(5)的中心通道連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水平井定向壓裂裝置，其特征是第一定向噴槍扶正器(I)和第二定向噴槍扶正器(5)的結(jié)構(gòu)是主要由上接頭(11)、中心管(12)、扶正體(13)、第一鋼球(14)、第二鋼球(16)、外套筒(17)和下接頭(19)組成，其特征在于上接頭(11)為圓柱體形有中心孔，在上接頭(11)的兩端有內(nèi)螺紋；上接頭(11) 一端與中心管(12)上端螺紋連接；在中心管(12)的外壁上套有扶正體(13)，在中心管(12)的外壁上和扶正體(13)的內(nèi)壁上分別至少有兩道環(huán)形半圓弧槽，中心管(12)外壁上的環(huán)形半圓弧槽與扶正體(13)內(nèi)壁上的環(huán)形半圓弧槽相對組成環(huán)形圓弧槽；在中心管(12)的環(huán)形半圓弧槽與扶正體(13)的環(huán)形半圓弧槽組成的環(huán)形圓弧槽內(nèi)均勻分布有第一鋼球(14)； 在中心管(12)外壁上套有外套筒(17);中心管(12)下部外部上有環(huán)形外臺階，外套筒(17)的上端內(nèi)壁有環(huán)形內(nèi)臺階；在中心管(12)的外壁上和外套筒(17)內(nèi)壁上分別至少有一道環(huán)形半圓弧槽，中心管(12)外壁上的環(huán)形半圓弧槽與外套筒(17)內(nèi)壁上的環(huán)形半圓弧槽相對組成環(huán)形圓弧槽；在中心管(12)的環(huán)形半圓弧槽與外套筒(17)的環(huán)形半圓弧槽組成的環(huán)形圓弧槽內(nèi)均勻分布有第二鋼球(16)； 外套筒(17)的下端有內(nèi)螺紋，在外套筒(17)的下端螺紋連接有下接頭(19);同時，中心管(12)的下端插入到下接頭(19)上端中心孔內(nèi)；下接頭(19)為圓柱體形有中心孔，下接頭(19)的下端有內(nèi)螺紋； 在中心管(12)與下接頭(19)之間有密封圈(18)； 在扶正體(13)壁上有徑向螺孔，徑向螺孔內(nèi)端與扶正體(13)內(nèi)壁上的環(huán)形半圓弧槽連通，第一鋼球(14)是通過扶正體(13)壁上的徑向螺孔進入中心管(12)與扶正體(13)之間的環(huán)形圓弧槽內(nèi)的，在徑向螺孔內(nèi)固定有緊定螺釘(15)； 在外套筒(17)壁上有徑向螺孔，徑向螺孔內(nèi)端與外套筒(17)內(nèi)壁上的環(huán)形半圓弧槽連通，第二鋼球(16)是通過外套筒(17)壁上的徑向螺孔進入中心管(12)與外套筒(17)之間的環(huán)形圓弧槽內(nèi)的，在徑向螺孔內(nèi)固定有緊定螺釘(15);中心管(12)與外套筒(17)之間的環(huán)形圓弧槽是第二鋼球(16)的滾動槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水平井定向壓裂裝置，其特征是第一配重軸(2)和第二配重軸(4)的結(jié)構(gòu)是由中心管(21)、配重體(22)、接箍(24)和接頭(23)組成；其中，中心管(21)為管狀體，兩端有外螺紋；配重體(22)是橫截面為半圓環(huán)形管狀體，半圓環(huán)內(nèi)徑與中心管外徑相同，配重體(22)焊接在中心管(21)外壁上；接箍(24) —端內(nèi)螺紋與中心管的外螺紋連接，接箍(24)另一端的內(nèi)螺紋與接頭(23)的外螺紋連接；接頭(23)外上端外壁上對稱分布有兩個軸向凸鍵(25)，軸向凸鍵(25)的中心線與配重體(22)的中線夾角為O 90°。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水平井定向壓裂裝置，其特征是定向噴槍(3)的結(jié)構(gòu)是由槍體(31)、噴嘴帽和噴嘴(32)組成；槍體(31)為圓筒形兩端外壁有螺紋；在槍體(31)的兩端分別有環(huán)形體，兩個環(huán)形體上分別有兩個對稱的軸向鍵槽(33);槍體(31)的壁上沿軸向分布有一排螺孔，噴嘴帽和噴嘴(32)固定在螺孔內(nèi)；螺孔中心線與軸向鍵槽(33)中心線的夾角在O 90°之間；定向噴槍(3)的結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有噴槍結(jié)構(gòu)基本相同，僅在槍體(31)兩端有環(huán)形體，環(huán)形體上有軸向鍵槽(33)。
全文摘要
水平井定向壓裂裝置，應(yīng)用于石油水平井定向壓裂施工。特征第一定向噴槍扶正器的下接頭與第一配重軸的中心管連接在一起；第一配重軸的接箍與定向噴槍一端連接，并且第一配重軸的接頭的兩個軸向凸鍵分別插入定向噴槍的兩個軸向鍵槽內(nèi)；定向噴槍的另一端與第二配重軸的接箍螺紋連接，并且第二配重軸的接頭的兩個軸向凸鍵分別插入定向噴槍另一端的兩個軸向鍵槽內(nèi)；第二配重軸的中心管螺紋連接第二定向噴槍扶正器的上接頭。效果是定向噴槍噴嘴能自動調(diào)整至所要進行壓裂改造的方位。
文檔編號E21B17/10GK102777162SQ201210250238
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月19日
發(fā)明者余東合, 胡書寶, 趙新紅, 馬昌慶 申請人:中國石油天然氣股份有限公司