一种水力径向面切割喷射器、切割组件及切割方法

摘要

本发明公开了一种水力径向面切割喷射器、切割组件及切割方法，其中，该水力径向面切割喷射器包括本体、设置于该本体轴向侧壁上的至少一个喷射孔、以及设置于该喷射孔内的喷嘴及外护套，该外护套套设于该喷嘴外并与该喷射孔固定连接，该喷嘴上设有喷射方向不同的至少三个喷孔。使用本发明的水力径向面切割喷射器进行切割时，通过在喷嘴上设置喷射方向不同的至少三个喷孔，使用水力径向面切割，形成扇形孔道，在地应力的作用下，裂缝沿着最小主应力发展，从而提高地层渗透率，达到增产增注的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及石油天然气钻采领域，更具体地说，涉及一种水力径向面切割喷射器、切割组件及切割方法。

背景技术

目前磨料水射流技术是利用磨料射流的打击、切削作用，穿透金属套管，打碎近井筒附近的岩石，为了实现快速高效穿透金属套管，切割岩石，射流速度必须要达到180m/s以上，根据伯努利原理，随着射流速度的提高，在喷嘴处施加的压力相应增加，地面泵注设备的功率也会增加，而且磨料水射流只是单纯地在地层制造棒锥型孔穴，对储层的改造范围有限。

为进一步提高井筒与储层的接触面积，需要利用地层裂缝扩展，形成复杂导流通道，为油气井的生产提供高导流优势通道，但是在实际施工过程中，无法保证单簇射流的方向都沿着最小主应力的方向，导致裂缝扭曲，增大裂缝延展的阻力。

发明内容

本发明针对现有技术的上述缺陷，提供一种水力径向面切割喷射器、切割组件及切割方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种水力径向面切割喷射器，该喷射器包括本体、设置于该本体轴向侧壁上的至少一个喷射孔、以及设置于该喷射孔内的喷嘴及外护套，该外护套套设于该喷嘴外并与该喷射孔固定连接，该喷嘴上设有喷射方向不同的至少三个喷孔。

在本发明所述的水力径向面切割喷射器中，该外护套上与该至少三个喷孔相对应位置处设有至少三个通孔，该通孔的喷射方向分别与该喷孔的喷射方向相同。

在本发明所述的水力径向面切割喷射器中，该至少三个喷孔中至少包括第一喷孔、第二喷孔和第三喷孔，该第一喷孔的喷射方向与该本体的长度方向垂直设置，该第二喷孔的喷射方向与该第一喷孔的喷射方向之间的夹角为5-40°，该第三喷孔的喷射方向与该第一喷孔的喷射方向之间的夹角为5-40°。

在本发明所述的水力径向面切割喷射器中，该喷嘴为椭圆锥形喷嘴，该至少三个喷射孔均沿该椭圆锥形喷嘴的长度方向设置。

在本发明所述的水力径向面切割喷射器中，该外护套的外侧壁上设有外螺纹，该喷射孔内壁上设有可与该外螺纹螺接的内螺纹。

在本发明所述的水力径向面切割喷射器中，该外护套顶部周缘固设有凸出于该外护套外侧壁的环形凸缘，该环形凸缘与该喷射孔顶壁之间夹设有密封圈。

为解决上述技术问题，本发明还公开一种水力径向面切割组件，该切割组件包括如上述的至少一个喷射器、连接于该喷射器第一端的连接器、以及连接于该喷射器第二端的导向器。

在本发明所述的水力径向面切割组件中，该切割组件包括至少两个喷射器，该至少两个喷射器相互螺接并形成喷射器组件，该连接器和该导向器分别连接于该喷射器组件两端。

在本发明所述的水力径向面切割组件中，该导向器端部为半椭球形或圆锥状。

为解决上述技术问题，本发明还公开一种水力径向面切割方法，利用如上述的切割组件，该方法包括：

将切割组件通过连接器与泵注设备连接；

将切割组件插入至井筒并下放至预定高度位置处；

启动泵注设备向该切割组件泵注工作液，该切割组件中的每个喷嘴均向外喷射不同角度的多簇射流，该多簇射流击穿井筒套管，并在储层内形成扇形面切割槽。

实施本发明的水力径向面切割喷射器、切割组件及切割方法，具有以下有益效果：使用本发明的水力径向面切割喷射器进行切割时，通过在喷嘴上设置喷射方向不同的至少三个喷孔，使用水力径向面切割，形成扇形孔道，在地应力的作用下，裂缝沿着最小主应力发展，从而提高地层渗透率，达到增产增注的目的。高压射流通过喷嘴及外护套后形成空化气泡，降低高压射流所需的泵压，同时空化气泡产生的微射流及激波，对锥型孔洞的近井筒储层内壁造成破坏，加速储层岩石颗粒的剥蚀，使得扇形孔道持续扩大，提高储层的导流能力，增强储层改造效果。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明水力径向面切割喷射器的结构示意图；

图2是本发明水力径向面切割喷射器中A处的部分放大结构示意图；

图3是本发明水力径向面切割喷射器中喷嘴和外护套的组合结构示意图；

图4是本发明水力径向面切割喷射器中喷嘴和外护套的分解结构示意图；

图5是本发明水力径向面切割组件的结构示意图。

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。

如图1-4所示，在本发明的水力径向面切割喷射器第一实施例中，该喷射器100包括本体101、设置于该本体101轴向侧壁上的至少一个喷射孔102、以及设置于该喷射孔102内的喷嘴103及外护套104，该外护套104套设于该喷嘴103外并与该喷射孔102固定连接，该喷嘴103上设有喷射方向不同的至少三个喷孔105。

使用本发明的水力径向面切割喷射器100进行切割时，通过在喷嘴103上设置喷射方向不同的至少三个喷孔105，使用水力径向面切割，形成扇形孔道，在地应力的作用下，裂缝沿着最小主应力发展，从而提高地层渗透率，达到增产增注的目的。高压射流通过喷嘴103及外护套104后形成空化气泡，降低高压射流所需的泵压，同时空化气泡产生的微射流及激波，对锥型孔洞的近井筒储层内壁造成破坏，加速储层岩石颗粒的剥蚀，使得扇形孔道持续扩大，提高储层的导流能力，增强储层改造效果。

泵注工作液过程中，泵注排量不变的情况下，泵注压力较水力径向面切割工具的地面测试压力降低，维持射流速度所需的泵注设备输出功率也随之降低，作业效率也得到相应提升，水力径向面切割实施之后，地层流体可以进入井筒，地层的导流能力可以增加，从而实现增产改造的目的。

可以理解的，该本体101为圆筒状本体101，该本体101内设有沿本体101长度方向设置的腔体。

如图3、4，该外护套104上与该至少三个喷孔105相对应位置处设有至少三个通孔106，该通孔106的喷射方向分别与该喷孔105的喷射方向相同。

在本实施方式中，该至少三个喷孔105中至少包括第一喷孔107、第二喷孔108和第三喷孔109，该第一喷孔107的喷射方向与该本体101的长度方向垂直设置，该第二喷孔108的喷射方向与该第一喷孔107的喷射方向之间的夹角为5-40°，该第三喷孔109的喷射方向与该第一喷孔107的喷射方向之间的夹角为5-40°。

泵入本体101内的工作液可分别从第一喷孔107、第二喷孔108和第三喷孔109喷出，形成多簇射流。优选的，该第二喷孔108和第三喷孔109对称设置于第一喷孔107两侧。优选的，该第二喷孔108的喷射方向与该第一喷孔107的喷射方向之间的夹角为10-30°，该第三喷孔109的喷射方向与该第一喷孔107的喷射方向之间的夹角为10-30°

具体的，该喷嘴103为椭圆锥形喷嘴103，该至少三个喷孔105均沿该椭圆锥形喷嘴103的长度方向设置。

为便于外护套104与喷射孔102连接，该外护套104的外侧壁上设有外螺纹110，该喷射孔102内壁上设有可与该外螺纹110螺接的内螺纹。

进一步的，该外护套104顶部周缘固设有凸出于该外护套104外侧壁的环形凸缘111，该环形凸缘111与该喷射孔102顶壁之间夹设有密封圈112。

在安装外护套104及喷嘴103时，可在外护套104与喷嘴103之间注胶密封固定连接，再将外护套104旋入喷射孔102内进行固定，在固定完成之后，密封圈112夹设于环形凸缘111和喷射孔102之间，形成密封。

如图5所示，本发明还公开一种水力径向面切割组件200，该切割组件200包括如上述的至少一个喷射器100、连接于该喷射器100第一端的连接器201、以及连接于该喷射器100第二端的导向器202。

优选的，该切割组件200包括至少两个喷射器100，该至少两个喷射器100相互螺接并形成喷射器100组件，该连接器201和该导向器202分别连接于该喷射器100组件两端。

在使用切割组件200时，可将多个喷射器100相互串联在一起，形成喷射器100组件，喷射器100之间相互密封连接并连通，因此可以在切割组件200上形成多个喷嘴103，可对不同高度的储层同时进行切割。

为便于将切割组件200伸入至井筒内，该导向器202端部为半椭球形或圆锥状。在下放切割组件200时，将导向器202先深入井筒中，随后逐渐向下插入切割组件200整体，直至切割组件200下放至预定高度位置。

本发明还公开一种水力径向面切割方法，利用如上述的切割组件200，该方法包括：

S1，切割组件200通过连接器201与泵注设备连接；

S2，将切割组件200插入至井筒并下放至预定高度位置处；

S3，启动泵注设备向该切割组件200泵注工作液，该切割组件200中的每个喷嘴103均向外喷射不同角度的多簇射流，该多簇射流击穿井筒套管，并在储层内形成扇形面切割槽。

具体的，实施该方法时，先对井筒进行清理。在下入切割组件200之前需进行通井、洗井等工作，以确保井筒通畅无阻挂。

将切割组件200入井。按照井身结构、储层厚度等井况，设计切割组件200所需的喷射器100个数，将切割组件200下放到井中设计深度。

启动泵注设备向切割组件200内注液进行切割施工。通过钢制连接管柱与切割组件200的连接器201连接，通过向切割组件200泵注工作液，形成高速磨料射流，击穿钢制套管，并在储层内形成一组或者多组扇形面切割槽。

连续实施径向面切割施工。通过拖动钢制管柱带动切割组件200沿井筒上移至设定位置，重复步骤S3的施工过程。

在切割施工完成之后，取出切割组件200，清理井筒。

在本申请中，还可以根据实际情况，重复S3步骤和拖动钢制管柱带动切割组件200沿井筒上移至设定位置的步骤，直至获得最好的增产效果。

本申请中的工作液包括水、磨料和添加剂。

可选的，工作液中水的组分为90％～98％。

可选的，工作液中磨料的组分为1％～10％。

可选的，工作液中添加剂的组分为1％～8％。

其中，该磨料为不同粒径的固体颗粒，如：石英砂、石榴石、玻璃、陶粒、塑料。该添加剂为富含微小气泡或微小气团，利于携带气核的烃类产品或者有机物，包括高分子表面活性剂、柴油。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。