CN104213883A - 用于喷砂压裂的喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于喷砂压裂的喷嘴，包括喷嘴本体，设置在喷嘴本体内表面的加强层。加强层包括多层耐磨性能不同的层。耐磨层包括与喷嘴本体直接相邻的第一陶瓷层，与第一陶瓷层相邻的合金钢层和与合金钢层相邻的第二陶瓷层。第二陶瓷层的耐磨性能大于合金钢层的耐磨性能。根据本发明的喷嘴在喷砂射孔期间能够被适当磨损，但是其强度又不会显著降低，能够提高在压裂期间的排量。

Description

用于喷砂压裂的喷嘴

技术领域

本发明涉及一种地层压裂装置，特别是一种用于喷砂压裂的喷嘴。

背景技术

水力喷砂压裂是近年来提出的一种油气井增产改造的新方法，在这种方法中，首先通过喷射器进行喷砂射孔，然后通过压裂液经喷射器流出以进行地层压裂。为此，喷射器的喷嘴成为水力喷砂压裂的关键部件。

在现有技术中，为了延长喷嘴的使用寿命，对喷嘴的耐磨性进行了大量研究。例如，将喷嘴的主体材料选择为陶瓷，在陶瓷外设置金属壳体以避免产生拉应力，使得喷嘴不易破碎，具有较高的使用寿命。另外还有一些喷嘴使用不锈钢或碳钢为基体，在基体上内衬陶瓷层复合而成。这种喷嘴的耐磨性很高，使用寿命也很长。

但是，在提高喷嘴的耐磨性带来的问题是，在喷砂射孔期间，喷嘴的内通径几乎不会增加，这将导致射孔后进行压裂作业时，在井口限压条件下，压裂施工排量无法提高，影响压裂改造的效果。从而水力喷砂压裂技术主要用于低排量、小规模的压裂改造井。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题，本发明提出了一种用于喷砂压裂的喷嘴。这种喷嘴在喷砂射孔期间能够被适当磨损，但是其强度又不会显著降低，能够提高在压裂期间的排量。

根据本发明提供了一种用于喷砂压裂的喷嘴，包括喷嘴本体，设置在喷嘴本体内表面的加强层，其中，加强层包括多层耐磨性能不同的层。

在喷砂射孔期间，根据本发明的喷嘴的加强层能够被部分磨损，从而增大了喷嘴的流通横截面。这样，在压裂施工期间，能够进行较大排量、较大规模的施工，提高水力喷砂压裂的增产效果。

在一个实施例中，耐磨层包括与喷嘴本体直接相邻的第一陶瓷层，与第一陶瓷层相邻的合金钢层和与合金钢层相邻的第二陶瓷层，其中第二陶瓷层的耐磨性能大于合金钢层的耐磨性能。通过设置耐磨性不同的层以适应喷砂射孔到喷砂压裂过程不同的磨损，喷嘴被逐渐磨损，流通横截面逐渐扩大。在喷砂压裂期间还存在第一陶瓷层，从而即增大了喷嘴的流通横截面，而且喷嘴的强度不会有大的变化。

在一个优选的实施例中，第一陶瓷层为金刚石与立方碳化硼结合的复合材料。这些陶瓷的耐磨性能很高，能够适应喷砂压裂期间的高磨损，从而能保证压裂施工的进行。

在另一个实施例中，第二陶瓷层为金刚石与立方碳化硼结合的复合材料。合金钢层为35CrMo。第二陶瓷层的硬度大于合金钢层的厚度，使得在喷砂射孔期间第二陶瓷层不会被快速磨损，从而可以减小喷嘴的厚度。第二陶瓷层和合金钢层在喷砂射孔期间能被完全磨损，以增大喷嘴的流通横截面。另外，在第一陶瓷层和第二陶瓷层之间设置合金钢层，从而可以减少陶瓷材料的使用量因而大大降低喷嘴的生产成本，对喷嘴的尺寸也不会带来大的影响。

在一个实施例中，喷嘴本体为合金牌号为YG8，YG15，YT15中的一种，优选为YG8。这种材料的耐磨性能小于陶瓷层的耐磨性能，但远大于合金钢层的耐磨性能，当第一陶瓷层被损坏后，硬质合金可以维持压裂作业的持续进行。

在一个实施例中，喷嘴初始内通径∶第二陶瓷层的厚度∶合金钢层的厚度∶第一陶瓷层的厚度在8～20:1:4～8:3～6。这种设置使得在喷砂压裂期间喷嘴的流通面积会在适当的范围内逐渐增大，避免了喷嘴的流通面积突然增大对井筒带来不利影响。在一个优选的实施例中，喷嘴初始内通径∶第二陶瓷层的厚度∶合金钢层的厚度∶第一陶瓷层的厚度等于10∶1∶5∶4。

在一个实施例中，在喷嘴本体的外表面设置有能与喷射器相连接的结构。在一个优选的实施例中，在喷嘴本体的外表面设置有能与喷射器相连接的螺纹。这样喷嘴以能够拆卸的方式安装在喷射器上，以便于更换，这也方便了使用。

与现有技术相比，本发明的优点在于，本发明的喷嘴从内到外一次设置了多层加强层，在压裂施工期间，这些加强层能够被部分磨损，增大喷嘴的流通横截面，从而能够进行较大排量、较大规模的施工，提高水力喷砂压裂的增产效果。加强层包括三层耐磨性能不同的层以满足不同压裂施工阶段的要求。此外，喷嘴本体选用硬质合金，硬质合金具有较高的耐磨性能，因而当第一陶瓷层被损坏后，硬质合金可以维持压裂作业的持续进行。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1是根据本发明的喷嘴的结构示意图。

附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步说明。

图1示意性地显示了根据本发明的用于喷砂压裂的喷嘴10（以下称之为喷嘴10）的结构。喷嘴10包括喷嘴本体4，设置在喷嘴本体4内表面的加强层。在图1所示的实施例中，加强层包括与喷嘴本体4直接相邻的第一陶瓷层3，与第一陶瓷层3相邻的合金钢层2和与合金钢层2相邻的第二陶瓷层1。在压裂施工过程中，部分甚至全部加强层会被逐渐磨损消失，从而喷嘴10的通流面积会增大，提高水力喷砂压裂的增产效果。在喷嘴本体4的外表面上还设置有连接结构以与喷射器（未示出）相连接，例如这种连接结构可为螺纹，应明确地是，任何能将喷嘴10与喷射器以能拆卸的方式连接在一起的连接结构都可以用在这里。

为了适应喷砂射孔到喷砂压裂过程不同的磨损，将加强层的各个层设置为第二陶瓷层1的耐磨性能大于合金钢层2的耐磨性能，而第一陶瓷层3的耐磨性能大于第二陶瓷层1的耐磨性能。此外，为了使得当第一陶瓷层被损坏后，仍然能够维持压裂作业的继续进行，也将喷嘴本体4也具有较强的耐磨性能。为了实现这些性能，在一个具体的实施例中，第一陶瓷层3为金刚石与立方碳化硼结合的复合材料，第二陶瓷层1为金刚石与立方碳化硼结合的复合材料，合金钢层35CrMo，喷嘴本体4为钨钴类硬质合金，例如YG8。

第一陶瓷层3通过粘结剂与喷嘴本体4粘结在一起，在一个实施例中，所使用的粘结剂为市售的Aremco568高温胶粘剂，这种粘结剂能够耐高温、耐腐蚀并且粘结强度很高，能够保证第一陶瓷层3牢固地与喷嘴本体4粘结在一起。类似地是，合金钢层2也可使用相同的粘结剂粘结在第一陶瓷层3的内表面上。而第二陶瓷层1则通过涂覆的方式设置在合金钢层2的内表面上。在一个优选的实施例中，在将合金钢层2粘结到第一陶瓷层3的内表面之前，首先在合金钢层2的内表面上涂覆第二陶瓷层1，这样会使大大降低喷嘴10的生产难度。

下面根据喷嘴10的一个具体的实施例来描述其使用过程。

将喷嘴10初始内通径设置在4mm，第一陶瓷层3的厚度为1.6mm，合金钢层厚度为2mm，第二陶瓷层1厚度为0.4mm。

在喷砂射孔施工期间，第二陶瓷层1不断被磨损，在喷砂射孔阶段结束后第二陶瓷层1基本磨损消失，这样压裂时合金钢层2就裸露出来。由于合金钢层2耐磨性较低，在喷砂压裂期间很快就会磨损殆尽，最终会露出第一陶瓷层3。第一陶瓷层3的耐磨性很高，能够承受喷砂压裂过程的磨损。这样，在喷砂压裂期间，喷嘴10的内通径已经由原来的4mm增大到8.8mm，增加了一倍多，在喷射器上喷嘴10的数量不变的情况下，排量可提高一倍以上，考虑施工中压裂管柱（未示出）沿程摩阻的增加和井口限压，排量仍然提高0.5倍左右。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种用于喷砂压裂的喷嘴，包括喷嘴本体，设置在所述喷嘴本体内表面的加强层，

其中，所述加强层包括多层耐磨性能不同的层。

2.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述耐磨层包括与所述喷嘴本体直接相邻的第一陶瓷层，与所述第一陶瓷层相邻的合金钢层和与所述合金钢层相邻的第二陶瓷层，其中所述第二陶瓷层的耐磨性能大于合金钢层的耐磨性能。

3.根据权利要求2所述的喷嘴，其特征在于，所述第一陶瓷层为金刚石与立方碳化硼结合的复合材料。

4.根据权利要求2或3所述的喷嘴，其特征在于，所述第二陶瓷层为金刚石与立方碳化硼结合的复合材料。

5.根据权利要求2到4中任一项所述的喷嘴，其特征在于，所述合金钢层为35CrMo。

6.根据权利要求5所述的喷嘴，其特征在于，所述喷嘴本体为合金牌号为YG8，YG15，YT15中的一种，优选为YG8。

7.根据权利要求2到6中任一项所述的喷嘴，其特征在于，喷嘴初始内通径∶第二陶瓷层的厚度∶合金钢层的厚度∶第一陶瓷层的厚度在8～20:1:4～8:3～6。

8.根据权利要求7所述的喷嘴，其特征在于，喷嘴初始内通径∶第二陶瓷层的厚度∶合金钢层的厚度∶第一陶瓷层的厚度等于10∶1∶5∶4。

9.根据权利要求1到8中任一项所述的喷嘴，其特征在于，在所述喷嘴本体的外表面设置有能与喷射器相连接的结构。

10.根据权利要求9所述的喷嘴，其特征在于，在所述喷嘴本体的外表面设置有能与喷射器相连接的螺纹。