高恒超

【摘 要】滑套節(jié)流噴砂器將輔助擴(kuò)張式封隔器坐封及分層壓裂換層二者功能融為一體，對(duì)分層壓裂施工成敗起著至關(guān)重要的作用。本文重點(diǎn)從滑套節(jié)流噴砂器的結(jié)構(gòu)原理及節(jié)流噴嘴的材質(zhì)方面進(jìn)行了試驗(yàn)研究，通過(guò)優(yōu)化工具結(jié)構(gòu)，優(yōu)選節(jié)流噴嘴材質(zhì)，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用不斷改進(jìn)，使滑套節(jié)流噴砂器在使用中的可靠性有較大提高。

【關(guān)鍵詞】節(jié)流；噴砂器

引言

隨著油田開(kāi)發(fā)的不斷深入，增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)形式日趨嚴(yán)峻，對(duì)開(kāi)發(fā)的技術(shù)手段要求也越來(lái)越高，壓裂改造作為一項(xiàng)有效的增產(chǎn)措施，已經(jīng)得到了廣泛的推廣使用。以勘探測(cè)試技術(shù)的不斷進(jìn)步為基礎(chǔ)，同井不同井段油藏的非均質(zhì)性得到了更廣泛的認(rèn)知，為了使不同特性油層都得到最佳的壓裂改造效果，需要根據(jù)不同油層特性實(shí)施有針對(duì)性的壓裂改造工藝，受逐層改造工藝繁瑣的限制及施工成本的影響，不動(dòng)管柱分多層壓裂改造正逐漸成為此類(lèi)多薄層、非均質(zhì)油氣井壓裂改造的首選方式，并且近年來(lái)呈大規(guī)模上升趨勢(shì)?；坠?jié)流噴砂器是分多層壓裂實(shí)施的重要工具，起著輔助擴(kuò)張式封隔器坐封，控制換層的作用，是分層壓裂工藝成功實(shí)施的基礎(chǔ)。

1.工具原理

節(jié)流器是通過(guò)工具縮頸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使高速流體在通過(guò)工具縮頸處時(shí)受節(jié)流影響，產(chǎn)生一定的壓力損失，從而產(chǎn)生擴(kuò)張式封隔器坐封所需要的油套壓差，節(jié)流器通過(guò)縮頸尺寸的設(shè)置，可調(diào)節(jié)不同流體排量下的節(jié)流壓差；噴砂器是攜砂液進(jìn)入地層的出口，大量的高速攜砂液從噴砂器出口通過(guò)并轉(zhuǎn)向進(jìn)入地層，對(duì)噴砂器的耐沖蝕性能有較高要求?；坠?jié)流噴砂器將以往節(jié)流器與噴砂器的功能融為一體，通過(guò)耐沖蝕節(jié)流噴嘴的設(shè)計(jì)，使工具的節(jié)流與噴砂功能相輔相成。

滑套節(jié)流噴砂器在分多層施工中采用打開(kāi)上級(jí)封堵下級(jí)的形式，即第一層施工采用常規(guī)節(jié)流器（或噴砂器），第一層施工完成后打開(kāi)第一級(jí)滑套，同時(shí)封堵下部節(jié)流器（或噴砂器），開(kāi)始第二層施工，第三層施工時(shí)打開(kāi)第二級(jí)滑套，同時(shí)封堵第一級(jí)滑套，從而依次類(lèi)推完成分多層施工。

2.結(jié)構(gòu)優(yōu)化

滑套節(jié)流噴砂器采用投球打滑套的開(kāi)啟方式，通過(guò)在工具內(nèi)部設(shè)置不同尺寸滑套，并對(duì)應(yīng)不同尺寸鋼球，從而實(shí)現(xiàn)滑套分多級(jí)開(kāi)啟（見(jiàn)表1）。

滑套節(jié)流噴砂器內(nèi)部、節(jié)流噴砂口以上設(shè)置有密封筒，可與上一級(jí)滑套配合密封，滑套芯子安裝固定在滑套節(jié)流噴砂器內(nèi)，通過(guò)銅銷(xiāo)釘固定，當(dāng)相應(yīng)鋼球落在滑套密封面后，上部壓力將銅銷(xiāo)釘剪斷，滑套節(jié)流噴砂器順利開(kāi)啟，此時(shí)鋼球及滑套在液力沖擊下掉落致下一級(jí)滑套上部密封筒中封堵下一級(jí)滑套節(jié)流噴砂器出液口，銅銷(xiāo)釘?shù)臄?shù)量和尺寸可根據(jù)需要分別調(diào)整以滿(mǎn)足所需要的滑套打開(kāi)壓力。滑套掉下后液流從節(jié)流噴砂口進(jìn)入油套環(huán)空壓開(kāi)地層，由于需要起到節(jié)流的功能，因此節(jié)流噴砂口尺寸不能敞開(kāi)，需經(jīng)計(jì)算進(jìn)行設(shè)計(jì)（見(jiàn)表2）。

該表為直噴節(jié)流孔的理論節(jié)流壓差，在此計(jì)算的基礎(chǔ)上，同時(shí)考慮滑套節(jié)流噴砂器均勻出液，在其圓周上設(shè)置了3個(gè)軸向均勻分布的等徑節(jié)流噴砂口，同時(shí)節(jié)流噴砂口呈朝斜上噴射狀（如圖1所示），減輕了液流反濺對(duì)工具本體的沖蝕。

圖1

3.材質(zhì)優(yōu)選

隨著壓裂工藝技術(shù)的進(jìn)步及現(xiàn)場(chǎng)需求的增加，目前的壓裂各層參數(shù)都在朝著大砂量、大排量、高砂比的趨勢(shì)發(fā)展，因此對(duì)滑套節(jié)流噴砂器節(jié)流噴砂口的耐沖蝕可靠性及持久性要求越來(lái)越高。節(jié)流噴砂口耐沖蝕的關(guān)鍵在于材質(zhì)，材質(zhì)的優(yōu)劣直接影響著

工具的性能，也是整件工具的核心。經(jīng)過(guò)調(diào)研及反復(fù)試驗(yàn)，優(yōu)選出了陶瓷及耐磨合金鋼運(yùn)用到了節(jié)流噴砂口的生產(chǎn)加工中，使整套工具的性能有大幅提高（如圖2所示）。

4.總結(jié)

滑套節(jié)流噴砂器的技術(shù)進(jìn)步對(duì)多層壓裂施工的成功開(kāi)展具有重要意義，既符合減少下井工具數(shù)量保障安全的原則，又在保證工具功能的同時(shí)大幅提高了節(jié)流噴砂口耐沖蝕的可靠性及持久性，取得了一舉兩得的效果。此后，將在滑套節(jié)流噴砂器的使用穩(wěn)定性及降低成本方面做出進(jìn)一步的研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]李國(guó)美，孫虎，王躍社.水力加砂壓裂施工用節(jié)流器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.石油機(jī)械，2007.

[2]劉勇峰等.壓裂過(guò)程中節(jié)流器沖刷腐蝕數(shù)值計(jì)算.腐蝕與防護(hù)，2012.

[3]楊祥祥等.一種新型壓裂噴砂器的設(shè)計(jì).中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2011.