專利名稱：適用于多級水力噴射壓裂的水力噴槍的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種適用于多級水力噴射壓裂的水力噴槍，用于石油天然氣鉆井過程的完井增產措施，屬于酸化壓裂技術裝備的設計制造技術領域。
背景技術：
多級水力噴射壓裂技術是90年代末發展起來的，也是國外應用比較廣泛的技術，是水力噴射和壓裂技術相結合的產物。在水動力中，管流可分為多種，其中嘴流就是一種高速管流，根據流體射流原理進行噴射射孔壓裂的，屬于淹沒非自由射流，水力噴射時每個噴嘴就是一個單獨的管流噴射，噴嘴出口速度的部分液體叫邊界層，射流中心保持出口速度的部分液體叫做等速核心。高壓水射流射孔是在井口利用壓裂車泵入液體，在欲實施射孔作業井段由等速核心內的高速流動的對套管障礙物產生沖擊力，由于液體中含有120Kg/m3粉砂，通過噴嘴射出的高速流動含粉砂液體穿透套管，與此同時，在高壓流體作用下，高壓含砂水流經水力噴槍的噴嘴后，以較高速度沖擊破碎油氣儲層巖石，并切割穿透巖層，形成一定直徑，一定深度的水平孔道，主要用途就是使射孔深度穿透井筒周圍的鉆井侵入帶，不產生射孔壓實帶，且射孔孔眼直徑和深度遠大于常規聚能彈射孔。水力噴射分段壓裂技術原理是把壓能轉變為動能，油管流體加壓后經噴嘴噴射而出的噴射速度大于126 m/s的高速射流，在地層中射流成縫，水力噴砂射孔后，接著提高排量，在已射開孔上下部 的井眼中產生負壓值形成隔離，高速流體在地層巖石中形成孔洞，直接作用于孔洞底部，產生高于地層破裂壓力的壓勢，在地層中造出一條裂縫，然后加砂壓
ο現有技術中采用水力噴嘴表面進行防銹處理，噴嘴外表面和密封定位套前端面噴涂硬質合金粉末耐磨涂層的水力噴砂射孔器也有報道，但是，現有技術的水力噴砂射孔器防反濺沖蝕結構在實踐中噴嘴周邊的本體任然損害嚴重。特別是在實施3到6級的多級水力射孔壓裂中，現有技術的噴嘴基本只能使用一級，而且還不具有防砂卡功能。隨著油井水平井水力噴射壓裂施工層數的增加、井深增加，封隔器長時間處于高溫高壓環境中，并且存在多次反復坐封的可能，常規的不動管柱水力噴射與壓裂聯作工藝是在管柱層間實施無封隔器進行有效分隔，在這種情況下，目前的水力噴槍只能用一次，已經不適用當前水平井多層次水力噴射與壓裂聯作改造。現有技術在水力噴槍沒有噴涂硬質合金時，由于一級噴槍外表面沒做硬化處理，因此被反濺傷害掏空了噴嘴，導致工具失效的情況時常出現。根據大量的實驗結果，采用這種只能進行一級施工的單級噴槍帶封隔器進行水力噴射壓裂聯作，受噴嘴材料性能限制，單體噴槍連續使用2小時以上就會因為磨損過大，導致水力噴槍失效，如若設計施工為6段以上，則需要起鉆更換鉆具，這樣會增加了施工作業周期及作業成本。發明內容本實用新型的目的在于克服現有水力噴槍存在的上述問題，提供一種適用于多級水力噴射壓裂的水力噴槍，本實用新型不僅使噴嘴能夠有效的防止水力噴砂射孔器在噴砂過程的反濺沖蝕，而且能使噴槍本體具有更好的防止噴砂過程的反濺沖蝕，保證多級水力噴射壓裂酸化技術的順利完成。為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案如下:一種適用于多級水力噴射壓裂的水力噴槍，其特征在于:包括噴槍本體、噴嘴套和噴嘴，噴槍本體兩端分別為上接頭和下接頭，噴槍本體上設置有噴射水眼，噴嘴套設置在噴射水眼中，噴嘴設置在噴嘴套中，噴嘴外表面和噴嘴套前端面均設置有碳化鎢層，且所述噴射水眼四周的噴槍本體外壁上設置有碳化鎢層。所述噴嘴外表面和噴嘴套前端面均噴焊有碳化鎢層，且所述噴射水眼四周的噴槍本體外壁上噴焊有碳化鎢層。所述噴嘴套前端面的碳化鎢層延伸至噴射水眼四周的噴槍本體外壁上，在噴射水眼四周的噴槍本體外壁上形成碳化鎢層。所述噴槍本體2外壁上噴焊的碳化鎢層覆蓋整個噴槍本體2外壁。所述碳化鎢層為預制件，分別焊接在噴嘴外表面、噴嘴套前端面和噴射水眼四周的噴槍本體外壁上。所述噴槍本體外壁上的預制件焊接后覆蓋整個噴槍本體外壁。所述噴嘴設置有3-9個,直徑為3.5 mm -6.5mm。所述噴嘴與噴嘴套焊接成一體，噴嘴套與噴槍本體通過螺紋連接。所述噴嘴為硬度達到HRA90的鎢鈷硬質合金噴嘴。所述噴嘴為鎳基合金噴嘴或碳化鎢噴嘴。采用本實用新型的優點在于:一、本實用新型包括噴槍本體、噴嘴套和噴嘴，噴槍本體兩端分別為上接頭和下接頭，噴槍本體上設置有噴射水眼，噴嘴套設置在噴射水眼中，噴嘴外表面和噴嘴套前端面均設置有碳化鎢層，且所述噴射水眼四周的噴槍本體外壁上設置有碳化鎢層，采用此結構，由于噴嘴外表面和噴嘴套前端面均設置有碳化鎢層，能夠有效的防止水力噴砂射孔器在噴砂過程的反濺沖蝕，因此能夠保證多級水力噴射壓裂管柱實施設計的多級水力噴射壓裂酸化技術；并且在所述噴射水眼四周的噴槍本體外壁上設置有碳化鎢層，能保證噴槍本體具有更好的防止噴砂過程的反濺沖蝕，保證多級水力噴射壓裂酸化技術的順利完成。二、本實用新型中，所述噴嘴外表面和噴嘴套前端面均噴焊有碳化鎢層，且所述噴射水眼四周的噴槍本體外壁上噴焊有碳化鎢層，使碳化鎢層和噴槍本體外壁達到良好結合，抗沖擊性能較好、耐磨、耐腐蝕。三、本實用新型中，所述噴嘴套前端面的碳化鎢層延伸至噴射水眼四周的噴槍本體外壁上，在噴射水眼四周的噴槍本體外壁上形成碳化鎢層，采用延伸形成的方式，整體性更好，提高抗沖擊性能。四、本實用新型中，所述噴槍本體2外壁上噴焊的碳化鎢層覆蓋整個噴槍本體2外壁，提高了噴槍本體的耐磨、耐腐蝕性能，保證整個噴槍本體具有更好的防止噴砂過程的反濺沖蝕，進一步保證多級水力噴射壓裂酸化技術的順利完成。[0026]五、本實用新型中，所述碳化鎢層為預制件，分別焊接在噴嘴外表面、噴嘴套前端面和噴射水眼四周的噴槍本體外壁上，采用預制件焊接的方式，工藝更加簡單可靠，并且可在現場焊接，使用更加靈活。六、本實用新型中，所述噴槍本體外壁上的預制件焊接后覆蓋整個噴槍本體外壁，同樣提高了噴槍本體的耐磨、耐腐蝕性能，也能進一步保證整個噴槍本體具有更好的防止噴砂過程的反濺沖蝕。七、本實用新型中，所述噴嘴設置有3-9個,直徑為3.5 mm _6.5mm,采用此結構,尤其適用于多級水力噴射壓裂，使每一段射孔階段壓力更加平穩。八、本實用新型中，所述噴嘴與噴嘴套焊接成一體，噴嘴套與噴槍本體通過螺紋連接，采用此結構，使噴嘴、噴嘴套和噴槍本體三者的整體性更好，提高抗沖擊性能。九、本實用新型中，所述噴嘴為硬度達到HRA90的鎢鈷硬質合金噴嘴，或所述噴嘴為鎳基合金噴嘴或碳化鎢噴嘴，采用此結構，不僅保證了噴嘴自身的抗沖擊性能，并且有利于噴嘴與其上的碳化鎢層結合為一體。

圖1為本實用新型單級噴槍結構示意圖圖中標記為:1、上接頭，2、噴槍本體，3、噴射水眼，4、噴嘴，5、噴嘴套，6、碳化鎢層，
7、下接頭。
具體實施方式
實施例1一種適用于多級水力噴射壓裂的水力噴槍，包括噴槍本體2、噴嘴套5和噴嘴4，噴槍本體2兩端分別為上接頭I和下接頭7，噴槍本體2上設置有噴射水眼3，噴嘴套5設置在噴射水眼3中，噴嘴4設置在噴嘴套5中，噴嘴4外表面和噴嘴套5前端面均設置有碳化鎢層，且所述噴射水眼3四周的噴槍本體2外壁上設置有碳化鎢層。本實施例中，所述噴嘴4外表面和噴嘴套5前端面均噴焊有碳化鎢層，且所述噴射水眼3四周的噴槍本體2外壁上噴焊有碳化鎢層。如圖1所示的單級噴槍結構，可通過上下接頭連接成多級噴槍。實施例2本實施例與上述實施例基本相同，主要區別在于:所述噴嘴套5前端面的碳化鎢層延伸至噴射水眼3四周的噴槍本體2外壁上，在噴射水眼3四周的噴槍本體2外壁上形成碳化鎢層。延伸的方式同樣可以采用噴焊，依次從噴嘴、噴嘴套至噴槍本體外壁。實施例3本實施例與上述實施例基本相同，主要區別在于:所述噴槍本體2外壁上噴焊的碳化鎢層覆蓋整個噴槍本體2外壁。實施例4本實施例與上述實施例基本相同，主要區別在于:所述碳化鎢層為預制件，分別焊接在噴嘴4外表面、噴嘴套5前端面和噴射水眼四周的噴槍本體2外壁上。可以采用燒結或鑄造后形成預制件，然后焊接上去的方法。實施例5本實施例與上述實施例基本相同，主要區別在于:所述噴槍本體2外壁上的預制件焊接后覆蓋整個噴槍本體2外壁。實施例6本實施例是對上述實施例的進一步說明:本實用新型中，所述噴嘴4設置有3-9個,直徑為3.5 mm -6.5mm。本實用新型中，所述噴嘴4與噴嘴套5焊接成一體，噴嘴套5與噴槍本體2通過螺紋連接。此結構為最佳，但并不局限于焊接和螺紋連接。進一步地，所述噴嘴4為硬度達到HRA90的鎢鈷硬質合金噴嘴。或者，所述噴嘴4為鎳基合金噴嘴或碳化鎢噴嘴。實施例7本實用新型包括噴槍本體和噴嘴，噴槍本體2的兩端是連接管柱的上接頭I和下接頭7 ;上接頭I和下接頭7的中間保護層6，噴嘴包括噴射水眼3、噴嘴4和噴嘴套5 ;在噴槍本體2的中段設置有噴射水眼3,噴射水眼3中設置有噴嘴4,所述噴嘴直徑為0 3.5 _-6.5mm ;根據實驗和井眼的不同，噴嘴直徑選擇為3.5 mm、4.5 mm、5.5 mm、6.3 mm為最佳。根據射孔層的設計，在噴槍本體上可以設置3-9個噴嘴，根據大量施工實例，選擇噴嘴的數量最佳是3個、4個、6個、8個或者9個。實施例8現場實施例:(I)經過表面噴涂碳化鎢層處理過的噴槍在承受了五段水力噴射射孔及壓裂施工之后，噴嘴依然保持完好，封隔器也無明顯損壞，有效的提高了工具使用的安全性。設計的噴焊有硬質合金的水力噴槍進行了兩級、三級水力噴射分段壓裂管柱的地面試驗，現場應用64套工具壓裂35 口井292段，加砂5523 m3，單井縮短施工周期5_6天，一趟管柱最多分段壓裂13段，最多加砂量225m3，噴焊有硬質合金的水力噴搶使用良好，因此大幅度提高了水平井施工效率，工具性滿足施工要求。在一 口水平井的三疊系延長組長3層進行實驗，完鉆井深1862.0m,水平段長度為333.96m，方案設計為對水平段8個噴點進行水力噴射加砂壓裂，分別加陶粒7m3+10m3+12m3+15m3+15m3+12m3+10m3+7m3,施工管柱采用水平井高效管柱組合'2 7/8"外加厚油管+PSK344-110噴射封隔器+滑套坐落接頭+ —級水力噴槍+K344-108封隔器+單流閥+眼管+堵頭。用一級噴槍對該井三段(層)進行了水力噴射壓裂施工，施工順利，快速有效的完成了施工任務，縮短施工周期約1.5天。(2)另一口水平井，施工層位是長6-3，完鉆井深3100.0m，方案設計為對水平段14個噴點進行水力噴射加砂壓裂，用三趟管柱完成水力噴射與壓裂聯作，第一趟管柱加陶粒 20m3+30m3+35m3+35m3+35m3+40m3，第二趟管柱加陶粒 40m3+40m3+35m3+35m3，第三趟管柱加陶粒30m3+25m3+20m3+15m3，施工管柱均采用水平井高效管柱組合'2 7/8"外加厚油管+PSK344-110噴射封隔器+滑套坐落接頭+ —級水力噴槍+K344-108封隔器+單流閥+眼管+堵頭。[0065]下多級水力噴射與壓裂聯作工具管柱，先用一級噴槍拖動管柱對第一、第二、第三段進行水力噴射及壓裂施工，每一段射孔階段壓力平穩，壓裂施工過程顯示正常。考慮到一級噴槍已經進行了大砂量的施工，為了避免一級噴槍在第四段射孔失效，投Φ 34mm鋼球打開PSK344-110噴射封隔器工具，滑套開啟正常，用PSK344-110噴射封隔器工具繼續完成第四、第五、第六段水力噴射及壓裂施工，每一段射孔階段平穩，壓裂施工正常。下第二趟多級水力噴射與壓裂工具管柱，先用一級噴槍拖動管柱進行了第七、第八兩段的水力噴射及壓裂施工，每一段射孔階段壓力平穩，壓裂施工過程顯示正常。考慮到一級噴槍已經進行了兩段大砂量的施工，為了避免一級噴槍在第九段射孔失效，投Φ34πιπι鋼球打開PSK344-110噴射封隔器工具，滑套開啟正常，用PSK344-110噴射封隔器工具繼續完成第九、第十兩段水力噴射及壓裂施工，每一段射孔階段平穩，壓裂施工正常 。
權利要求1.一種適用于多級水力噴射壓裂的水力噴槍，其特征在于:包括噴槍本體(2)、噴嘴套(5)和噴嘴(4)，噴槍本體(2)兩端分別為上接頭(I)和下接頭(7)，噴槍本體(2)上設置有噴射水眼(3)，噴嘴套(5)設置在噴射水眼(3)中，噴嘴(4)設置在噴嘴套(5)中，噴嘴(4)外表面和噴嘴套(5 )前端面均設置有碳化鎢層，且所述噴射水眼(3 )四周的噴槍本體(2 )外壁上設置有碳化鎢層。
2.根據權利要求1所述的適用于多級水力噴射壓裂的水力噴槍，其特征在于:所述噴嘴(4 )外表面和噴嘴套(5 )前端面均噴焊有碳化鎢層，且所述噴射水眼(3 )四周的噴槍本體(2)外壁上噴焊有碳化鎢層。
3.根據權利要求1所述的適用于多級水力噴射壓裂的水力噴槍，其特征在于:所述噴嘴套(5)前端面的碳化鎢層延伸至噴射水眼(3)四周的噴槍本體(2)外壁上，在噴射水眼(3)四周的噴槍本體(2)外壁上形成碳化鎢層。
4.根據權利要求2所述的適用于多級水力噴射壓裂的水力噴槍，其特征在于:所述噴槍本體(2)外壁上噴焊的碳化鎢層覆蓋整個噴槍本體(2)外壁。
5.根據權利要求1所述的適用于多級水力噴射壓裂的水力噴槍，其特征在于:所述碳化鎢層為預制件，分別焊接在噴嘴(4)外表面、噴嘴套(5)前端面和噴射水眼(3)四周的噴槍本體(2)外壁上。
6.根據權利要求5所述的適用于多級水力噴射壓裂的水力噴槍，其特征在于:所述噴槍本體(2)外壁上的預制件焊接后覆蓋整個噴槍本體(2)外壁。
7.根據權利要 求1一6中任一所述的適用于多級水力噴射壓裂的水力噴槍，其特征在于:所述噴嘴(4)設置有3-9個,直徑為3.5 mm -6.5mm。
8.根據權利要求1一6中任一所述的適用于多級水力噴射壓裂的水力噴槍，其特征在于:所述噴嘴(4)與噴嘴套(5)焊接成一體，噴嘴套(5)與噴槍本體(2)通過螺紋連接。
9.根據權利要求1一6中任一所述的適用于多級水力噴射壓裂的水力噴槍，其特征在于:所述噴嘴(4)為硬度達到HRA90的鎢鈷硬質合金噴嘴。
專利摘要本實用新型公開了一種適用于多級水力噴射壓裂的水力噴槍，包括噴槍本體、噴嘴套和噴嘴，噴槍本體兩端分別為上接頭和下接頭，噴槍本體上設置有噴射水眼，噴嘴套設置在噴射水眼中，噴嘴外表面和噴嘴套前端面均設置有碳化鎢層，且所述噴射水眼四周的噴槍本體外壁上設置有碳化鎢層。本實用新型不僅使噴嘴能夠有效的防止水力噴砂射孔器在噴砂過程的反濺沖蝕，而且能使噴槍本體具有更好的防止噴砂過程的反濺沖蝕，保證多級水力噴射壓裂酸化技術的順利完成。
文檔編號B05B9/01GK203161200SQ20132009177
公開日2013年8月28日 申請日期2013年2月28日 優先權日2013年2月28日
發明者李景彬, 陸紅軍, 鄧小強, 陳寶春, 齊銀, 張文, 侯俊耀, 楊文明, 黃智勇, 寧治軍, 韓虎成 申請人:中國石油集團公司川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術作業公司