本發(fā)明屬于油氣井水力噴砂技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可旋轉(zhuǎn)噴嘴式雙螺旋水力噴射器和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

長(zhǎng)慶油田致密油氣藏通常采用分段壓裂分簇射孔水力噴射壓裂管柱進(jìn)行儲(chǔ)層改造、試油、完井一體化作業(yè)，其中水力噴射器是實(shí)施水力噴射壓裂工藝的關(guān)鍵工具。目前，在水平井水力噴射壓裂施工前，由于水力噴射壓裂管柱下入至水平井段目的層時(shí)，常規(guī)水力噴射器基本上與井筒套管內(nèi)壁接觸，致使常規(guī)水力噴射器某個(gè)噴嘴或某兩個(gè)噴嘴與井筒套管內(nèi)壁之間間隙很小，僅僅預(yù)留2~3mm，考慮到常規(guī)水力噴射器的噴嘴是固定的，從而無(wú)法有效進(jìn)行水力定向射孔壓裂作業(yè)，有時(shí)還不能完全射開(kāi)設(shè)計(jì)的孔道數(shù)，無(wú)法使常規(guī)水力噴射器各噴嘴能有效對(duì)準(zhǔn)最小地應(yīng)力方向或原始地層裂縫延伸方向進(jìn)行定向射孔，射孔成功率低，難以滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)壓裂施工需要。此外，雙簇水力噴射器上、下游噴嘴間出現(xiàn)了顆粒砂濃度、流量、壓力嚴(yán)重不均勻的現(xiàn)象，并導(dǎo)致上游噴射器射不開(kāi)套管和地層或射孔時(shí)間長(zhǎng)、下游噴射器提前射開(kāi)套管和地層且發(fā)生沖蝕失效。為此，設(shè)計(jì)了可旋轉(zhuǎn)噴嘴式雙螺旋水力噴射器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有水力噴射器由于噴嘴固定，導(dǎo)致噴嘴無(wú)法有效對(duì)準(zhǔn)最小地應(yīng)力方向或原始地層裂縫延伸方向進(jìn)行定向射孔，造成射孔成功率低的問(wèn)題。

為此，本發(fā)明提供了一種可旋轉(zhuǎn)噴嘴式雙螺旋水力噴射器，包括噴射器本體，噴射器本體內(nèi)腔壁上開(kāi)設(shè)有阿基米德雙螺旋流道，所述阿基米德雙螺旋流道內(nèi)均勻分布有四個(gè)噴嘴套，噴嘴套螺紋連接在阿基米德雙螺旋流道內(nèi)，每一個(gè)噴嘴套內(nèi)安裝有一個(gè)圓錐滾子軸承，圓錐滾子軸承的內(nèi)圈安裝有球形噴嘴，球形噴嘴連通至噴射器本體的外表面。

所述阿基米德雙螺旋流道的表面鍍有鎳基合金材料。

所述圓錐滾子軸承與噴嘴套之間是過(guò)盈配合，圓錐滾子軸承與球形噴嘴之間通過(guò)密封副密封連接。

所述球形噴嘴徑向可旋轉(zhuǎn)角度范圍是±45°。

所述球形噴嘴和噴嘴套采用耐沖蝕硬質(zhì)合金碳化鎢YG8材料制成，圓錐滾子軸承采用高碳鉻軸承鋼GCr15材料制成。

所述阿基米德雙螺旋流道的雙螺旋線(xiàn)沿順時(shí)針?lè)较?，螺旋角?5°，雙螺旋線(xiàn)螺距是120mm，間距是30mm。

所述噴射器本體的兩端設(shè)有外螺紋。

一種可旋轉(zhuǎn)噴嘴式雙螺旋水力噴射器的應(yīng)用，可旋轉(zhuǎn)噴嘴式雙螺旋水力噴射器的兩端螺紋連接在水平井分段壓裂分簇射孔水力噴射壓裂管柱上，隨噴射壓裂管柱下入水平井對(duì)目的層進(jìn)行定向射孔壓裂。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提供的這種可旋轉(zhuǎn)噴嘴式雙螺旋水力噴射器，在常規(guī)水力噴射器內(nèi)腔結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)了阿基米德雙螺旋結(jié)構(gòu)，阿基米德雙螺旋本體雙螺旋槽鍍有抗磨耐蝕材料，防止了雙螺旋流道的局部沖蝕。由于4個(gè)球型噴嘴（含圓錐滾子軸承和噴嘴套）分布在阿基米德雙螺旋本體內(nèi)腔雙螺旋槽上，使攜砂流體在阿基米德雙螺旋本體內(nèi)腔中沿雙螺旋槽流道流到每個(gè)噴嘴中，實(shí)現(xiàn)了雙簇水力噴射器上、下游噴嘴間顆粒砂濃度、流量、壓力均勻，有效解決了雙簇水力噴射器失效難題，實(shí)用性強(qiáng)，效果顯著。將常規(guī)水力噴射器的噴嘴設(shè)計(jì)為可旋轉(zhuǎn)的噴嘴，實(shí)現(xiàn)了水力定向射孔壓裂方位的實(shí)時(shí)調(diào)整，提高了定向射孔成功率，提高了裂縫孔道起裂效果。

以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

圖1是可旋轉(zhuǎn)噴嘴式雙螺旋水力噴射器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1的B-B向阿基米德雙螺旋流道順時(shí)針展開(kāi)示意圖。

圖3是圖1的A-A向示意圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明：1、噴射器本體；2、噴嘴套；3、球形噴嘴；4、圓錐滾子軸承；5、阿基米德雙螺旋流道。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

為了克服現(xiàn)有水力噴射器由于噴嘴固定，導(dǎo)致噴嘴無(wú)法有效對(duì)準(zhǔn)最小地應(yīng)力方向或原始地層裂縫延伸方向進(jìn)行定向射孔，造成射孔成功率低的問(wèn)題，本實(shí)施例提供了如圖1和圖2所示的一種可旋轉(zhuǎn)噴嘴式雙螺旋水力噴射器，包括噴射器本體1，噴射器本體1內(nèi)腔壁上開(kāi)設(shè)有阿基米德雙螺旋流道5，所述阿基米德雙螺旋流道5內(nèi)均勻分布有四個(gè)噴嘴套2，噴嘴套2螺紋連接在阿基米德雙螺旋流道5內(nèi)，每一個(gè)噴嘴套2內(nèi)安裝有一個(gè)圓錐滾子軸承4，圓錐滾子軸承4的內(nèi)圈安裝有球形噴嘴3，球形噴嘴3連通至噴射器本體1的外表面。

可旋轉(zhuǎn)噴嘴式雙螺旋水力噴射器的工作過(guò)程是：

（一）在油氣水平井進(jìn)行分段壓裂分簇射孔水力噴射壓裂施工前，根據(jù)施工設(shè)計(jì)中管柱結(jié)構(gòu)組合要求，連接好帶有可旋轉(zhuǎn)噴嘴式雙螺旋水力噴射器的水力噴射壓裂管柱，并將噴射壓裂管柱下入井筒內(nèi)，使可旋轉(zhuǎn)噴嘴式雙螺旋水力噴射器下到設(shè)計(jì)井深位置；

（二）利用泵車(chē)以排量0.6～0.8m³/min、泵壓25MPa清水循環(huán)洗井，保證井筒機(jī)械雜質(zhì)含量小于0.2%，直至井筒清潔干凈；

（三）提高泵車(chē)排量至1.8~2.0m³/min，將砂濃度為130~150kg/m³的攜砂液沿噴射壓裂管柱泵入可旋轉(zhuǎn)噴嘴式雙螺旋水力噴射器處，攜砂液因經(jīng)過(guò)噴射器本體1產(chǎn)生旋流至每個(gè)球形噴嘴3內(nèi)，同時(shí)攜砂液流經(jīng)球形噴嘴3產(chǎn)生流速高達(dá)200m/s的高速射流，由于球形噴嘴3的節(jié)流作用在噴嘴處產(chǎn)生高的動(dòng)壓力（動(dòng)態(tài)載荷），迫使圓錐滾動(dòng)軸承4旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)球形噴嘴3方位實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)可調(diào)，有效進(jìn)行定向射孔壓裂，從而使高速攜砂射流液定向噴射到套管內(nèi)壁達(dá)到射開(kāi)套管和地層的目的，形成井筒與地層連通的射孔通道；

（四） 射開(kāi)套管和地層后，繼續(xù)提高排量至2.4~3.0m³/min開(kāi)始進(jìn)行水力定向壓裂，按照設(shè)計(jì)壓裂時(shí)間要求壓裂后，再用頂替液將噴射壓裂管柱中壓裂液全部替入地層，以完成儲(chǔ)層壓裂改造目的；

（五）待分段壓裂分簇射孔水力噴射壓裂施工完成后，上提出噴射壓裂管柱，及時(shí)拆卸、檢查可旋轉(zhuǎn)噴嘴式雙螺旋水力噴射器的噴射器本體1（含外壁和內(nèi)腔）、球形噴嘴3（含沖蝕）、圓錐滾子軸承4（含滾動(dòng)軸承的靈活性）使用情況，用于保養(yǎng)或更換可旋轉(zhuǎn)噴嘴式雙螺旋水力噴射器，以便后續(xù)再次進(jìn)行水力噴射壓裂施工。

可旋轉(zhuǎn)噴嘴式雙螺旋水力噴射器的噴嘴是通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)：攜砂流體在噴射器本體1的內(nèi)腔中沿阿基米德雙螺旋流道5流到每個(gè)球形噴嘴3中，攜砂流體通過(guò)球形噴嘴3時(shí)由于節(jié)流壓差的動(dòng)壓力（沖力）作用帶動(dòng)圓錐滾子軸承4旋轉(zhuǎn)，圓錐滾子軸承4限制軸向旋轉(zhuǎn)，從而迫使球形噴嘴3沿徑向旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)球形噴嘴3方位調(diào)整。四個(gè)球形噴嘴3（含圓錐滾子軸承4和噴嘴套2）均勻分布在噴射器本體1內(nèi)腔的阿基米德雙螺旋流道5內(nèi)，可以保證攜砂流體在噴射器本體1的內(nèi)腔中沿阿基米德雙螺旋流道5流到每個(gè)球形噴嘴3中，實(shí)現(xiàn)了雙簇水力噴射器上、下游噴嘴間顆粒砂濃度、流量、壓力均勻。需要說(shuō)明的是，阿基米德雙螺旋流道5的立體形狀為梯形槽，如圖3所示，螺旋梯形槽長(zhǎng)120mm，槽深5mm，槽底部寬度10mm，梯形角60°。

本發(fā)明與常規(guī)水力噴射器相比，不僅可以實(shí)時(shí)調(diào)整水力噴射器各噴嘴的定向射孔方位，還可以使攜砂流體的流態(tài)和流向改變到有利于均勻進(jìn)入每個(gè)噴嘴中，有效解決了水平井常規(guī)水力噴射器各噴嘴無(wú)法實(shí)時(shí)調(diào)整方位的問(wèn)題，同時(shí)解決了常規(guī)雙簇水力噴射器上、下游噴嘴間砂濃度、流量、壓力不均勻的問(wèn)題，極大地提高了常規(guī)水力噴射器定向射孔成功率，有效防止了雙簇水力噴射器因沖蝕而導(dǎo)致下游噴射器提前失效，達(dá)到了雙簇水力噴射器上、下游噴嘴實(shí)時(shí)可調(diào)方位和同時(shí)定向射孔壓裂儲(chǔ)層的目的，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用性強(qiáng)，應(yīng)用效果顯著，適合應(yīng)用于水平井分段壓裂分簇射孔水力噴射壓裂管柱中。

實(shí)施例2：

在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，所述阿基米德雙螺旋流道5的表面鍍有鎳基合金材料，以防止流體由于旋向的改變而引起阿基米德雙螺旋流道5梯形槽的局部沖蝕。

實(shí)施例3：

在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，所述圓錐滾子軸承4與噴嘴套2之間是過(guò)盈配合，圓錐滾子軸承4與球形噴嘴3之間通過(guò)密封副密封連接。所述球形噴嘴3徑向可旋轉(zhuǎn)角度范圍是±45°，球型噴嘴直徑6.3mm，噴嘴套直徑42mm。

所述球形噴嘴3和噴嘴套2采用耐沖蝕硬質(zhì)合金碳化鎢YG8材料制成，經(jīng)熱處理硬度達(dá)HRC92~95；圓錐滾子軸承4采用高碳鉻軸承鋼GCr15材料制成，具有很高的接觸疲勞強(qiáng)度、高耐磨性和尺寸穩(wěn)定性，圓錐滾子軸承型號(hào)32904，外徑37mm，內(nèi)徑20mm，厚度12mm，動(dòng)態(tài)額定負(fù)載3.5kN；另外，噴射器本體1采用35CrMo材料，經(jīng)熱處理HBW197~235，如圖3所示，內(nèi)腔特殊加工阿基米德雙螺旋梯形結(jié)構(gòu)，并在雙螺旋梯形槽表面鍍有鎳基合金材料以防止流體由于旋向的改變而引起螺旋梯形槽局部沖蝕。

所述阿基米德雙螺旋流道5的雙螺旋線(xiàn)沿順時(shí)針?lè)较颍菪鞘?5°，雙螺旋線(xiàn)螺距是120mm，間距是30mm。

所述噴射器本體1的兩端設(shè)有外螺紋，可旋轉(zhuǎn)噴嘴式雙螺旋水力噴射器的兩端螺紋連接在水平井分段壓裂分簇射孔水力噴射壓裂管柱上，隨噴射壓裂管柱下入水平井對(duì)目的層進(jìn)行定向射孔壓裂，外螺紋的扣型為2-7/8"EUE，每英寸8牙，錐度1:16，噴射器本體1的長(zhǎng)度380mm，外徑100mm，內(nèi)徑40mm。

需要說(shuō)明的是，噴射器本體1、球形噴嘴3、噴嘴套2和圓錐滾子軸承4加工不允許有裂紋、氣孔等缺陷。

以上例舉僅僅是對(duì)本發(fā)明的舉例說(shuō)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍的限制，凡是與本發(fā)明相同或相似的設(shè)計(jì)均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本實(shí)施例沒(méi)有詳細(xì)敘述的部件和結(jié)構(gòu)屬本行業(yè)的公知部件和常用結(jié)構(gòu)或常用手段，這里不一一敘述。