本實用新型涉及有限級間斷式雙螺旋井底砂液混配管柱，主要適用于水平井體積壓裂多級分簇射孔壓裂管柱中。

背景技術：

水平井體積壓裂技術是目前長慶油田增儲上產的主流改造技術，實施這項技術的關鍵工具串為多級拖動/多級不動管柱水力噴射壓裂管柱，由于高泵壓、大排量、大液量、大砂量流體流動下，攜砂液在長水平段容易出現砂液分離、顆粒砂沉積現象，這樣降低了進入上、下游噴射器處的砂濃度、砂量，導致上、下游噴射器射孔效果不佳，使產生的射孔通道（寬度、長度）達不到理論計算值和數值模擬結果，不利于多級分簇射孔，給后續壓裂起裂造成一定的困難。

為此，公司自主研發了雙螺旋分流短節，通過現場試驗和室內實驗，取得了良好的實驗效果。實驗發現，高速攜砂液流經一段等直管時，顆粒砂從管路底部運動到管路中心部位，越來越多的顆粒砂向管路中心部位聚集，并沿管路液流方向運動，砂濃度沿管路高度分布規律為“管路中心處高，管路上、下壁處低”，但流經雙螺旋分流短節時，高速攜砂液以旋流狀態迅速混合均勻并以螺旋式向前運動，經過雙螺旋分流短節后，高速攜砂液仍然以螺旋式旋流狀態向前運動，而且運動位移較長。

根據上述現象和原理，創新提出是否可以在管柱的不同位置處連接這種雙螺旋分流短節，組成有限級間斷式雙螺旋井底砂液混配管柱，正好解決目前水平井體積壓裂長水平段砂液分離、顆粒砂沉積的問題，為此，設計了有限級間斷式雙螺旋井底砂液混配管柱。

技術實現要素：

本實用新型通過在多級分簇噴射壓裂管柱不同的位置（一定油管長度）增加雙螺旋短節，使高速攜砂液流經第一級雙螺旋短節時產生螺旋旋流運動狀態，經過雙螺旋短節后高速攜砂液仍然以螺旋旋流狀態向前運動，而且運動的位移恰好為每兩級雙螺旋短節之間的油管長度，從而始終保持高速攜砂液在長水平段中以螺旋旋流狀態運動，直至運動到分簇射孔上、下游噴射器處，有效進行射孔和后續壓裂，解決目前水平井長水平段砂液分離、顆粒砂沉積問題，確保水平井體積壓裂多級分簇射孔壓裂工藝施工成功率。

本實用新型要解決的技術問題是提供有限級間斷式雙螺旋井底砂液混配管柱，使大液量、高流速攜砂液以螺旋旋流狀態沿管柱長度方向運動，保證顆粒砂和液體實時混合均勻，據此提高水平井長水平段攜砂液中砂濃度、砂量的穩定性，達到有效射孔和壓裂的效果。

本實用新型采用的技術方案為：

有限級間斷式雙螺旋井底砂液混配管柱，包括從井口到井底依次連接的第一級油管、和第n級油管，所述第一級油管與第n級油管之間設置有多個雙螺旋短節和油管，所述的雙螺旋短節和油管交替連接；所述第n級油管下端依次連接有上雙螺旋短節和上水力噴射器，所述上水力噴射器下端依次連接有下雙螺旋短節和下水力噴射器，所述下水力噴射器下端連接有伸縮補償器，所述伸縮補償器下端連接有底封拖動壓裂封隔器。

所述上雙螺旋短節與第n級油管之間連接有上調整短節，所述上調整短節與第n級油管通過安全接頭連接。

所述下雙螺旋短節與上水力噴射器之間通過下調整短節連接。

所述下水力噴射器與伸縮補償器之間設置有單流閥。

上述多個雙螺旋短節長度均為2500mm，外徑80mm，內徑40mm，螺旋線沿順時針方向，螺旋角45°，雙螺旋螺距120mm，雙螺旋線間距30mm。

所述的多個雙螺旋短節內設有螺旋梯形槽，其螺旋梯形槽長120mm，槽深5mm，槽底部寬度10mm，梯形角60° ，所述的螺旋梯形槽內鍍有抗耐磨材料。

所述第一級油管與第n級油管之間設置有個雙螺旋短節和個油管，所述的雙螺旋短節和油管交替連接；第一級油管與第n級油管之間依次連接有第一級雙螺旋短節、第二級油管、第二級雙螺旋短節，第三級油管、第三級雙螺旋短節、第四級油管、第四級雙螺旋短節。

本實用新型的有益效果為：

本實用新型在雙螺旋短節雙螺旋梯形槽內鍍有抗耐磨材料，防止了雙螺旋流道的局部沖蝕，提高了雙螺旋流道的旋流效果。通過在多級分簇噴射壓裂管柱不同的位置（一定油管長度）增加雙螺旋短節，使高速攜砂液流經第一級雙螺旋短節時產生螺旋旋流運動狀態，經過雙螺旋短節后高速攜砂液仍然以螺旋旋流狀態向前運動，而且運動的位移恰好為每兩級雙螺旋短節之間的油管長度，始終保持高速攜砂液在長水平段中以螺旋旋流狀態運動，直至運動到分簇射孔上、下游噴射器處，有效進行射孔和壓裂，應用效果顯著，實用性強，解決了目前水平井長水平段砂液分離、顆粒砂沉積問題，提高了水平井體積壓裂多級分簇射孔壓裂工藝施工成功率。

以下將結合附圖進行進一步的說明。

附圖說明

圖1為有限級間斷式雙螺旋井底砂液混配管柱示意圖；

圖2 雙螺旋短節順時針雙螺旋線展開圖；

圖3 雙螺旋短節順時針雙螺旋槽俯視圖。

圖中，附圖標記為：1-第一級油管；2-第1級雙螺旋短節；3-第2級油管；4-第2級雙螺旋短節；5-第3級油管；6-第3級雙螺旋短節；7-第四級油管；8-第四級雙螺旋短節；9-第n級油管；10-安全接頭；11-上調整短節；12-上雙螺旋短節；13-上水力噴射器；14-下調整短節；15-下雙螺旋短節；16-下水力噴射器；17-單流閥；18-伸縮補償器；19-底封拖動壓裂封隔器。

具體實施方式

實施例1：

本實用新型提供一種如圖1所示的限級間斷式雙螺旋井底砂液混配管柱，本實用新型通過在多級分簇噴射壓裂管柱不同的位置（一定油管長度）增加雙螺旋短節，使高速攜砂液流經第一級雙螺旋短節時產生螺旋旋流運動狀態，經過雙螺旋短節后高速攜砂液仍然以螺旋旋流狀態向前運動，而且運動的位移恰好為每兩級雙螺旋短節之間的油管長度，從而始終保持高速攜砂液在長水平段中以螺旋旋流狀態運動，直至運動到分簇射孔上、下游噴射器處，有效進行射孔和后續壓裂，解決目前水平井長水平段砂液分離、顆粒砂沉積問題，確保水平井體積壓裂多級分簇射孔壓裂工藝施工成功率。

本實用新型要解決的技術問題是提供有限級間斷式雙螺旋井底砂液混配管柱，使大液量、高流速攜砂液以螺旋旋流狀態沿管柱長度方向運動，保證顆粒砂和液體實時混合均勻，據此提高水平井長水平段攜砂液中砂濃度、砂量的穩定性，達到有效射孔和壓裂的效果。

有限級間斷式雙螺旋井底砂液混配管柱，包括從井口到井底依次連接的第一級油管1、和第n級油管9，所述第一級油管1與第n級油管9之間設置有多個雙螺旋短節和油管，所述的雙螺旋短節和油管交替連接；所述第n級油管9下端依次連接有上雙螺旋短節12和上水力噴射器13，所述上水力噴射器13下端依次連接有下雙螺旋短節15和下水力噴射器16，所述下水力噴射器16下端連接有伸縮補償器18，所述伸縮補償器18下端連接有底封拖動壓裂封隔器19。

本實施例中根據現場的需要，確定所述第n級油管9中n的值，在每兩級雙螺旋短節之間的油管的長度應等于攜砂液通過上一級雙螺旋短節后仍然以螺旋旋流狀態運動的位移，保證大液量、高流速攜砂液的螺旋旋流狀態連續有效。這樣確定好油管長度，最終確定需要幾節雙螺旋短節，多個雙螺旋短節便于在施工作業中調配和更換。

本實用新型是實現井底砂液重新混配的重要工具，改變了進入水平井長水平段攜砂液中顆粒砂、液體的運動流態，使原本受重力作用迫使下沉的顆粒砂和沿管柱直徑方向流動的液體在雙螺旋旋流和離心力作用下充分混合，保證了高速流動下攜砂液的有效砂濃度，從而保持了進入多級分簇射孔上、下游噴射器處砂濃度的穩定狀態，確保了正常射孔及后續壓裂，適合應用于水平井體積壓裂多級分簇射孔壓裂管柱中。其他水平井體積壓裂多級不動/拖動水力噴射壓裂管柱結構可以在上述管柱圖中適當增加或更換相應工具，但第n級雙螺旋短節以上的管柱保持不變。

本實用新型涉改變了進入水平井長水平段攜砂液中顆粒砂、液體的運動流態，使原本受重力作用迫使下沉的顆粒砂和沿管柱直徑方向流動的液體在雙螺旋旋流和離心力作用下充分混合，保證了高速流動下攜砂液的有效砂濃度，從而保持了進入多級分簇射孔上、下游噴射器處砂濃度的穩定狀態，確保了正常射孔及后續壓裂，適合應用于水平井體積壓裂多級分簇射孔壓裂管柱中。

實施例2：

基于上述實施例的基礎上，本實施例中，所述上雙螺旋短節12與第n級油管9之間連接有上調整短節11，所述上調整短節11與第n級油管9通過安全接頭10連接。

所述下雙螺旋短節15與上水力噴射器13之間通過下調整短節14連接。

所述下水力噴射器16與伸縮補償器18之間設置有單流閥17。

所述的第一級油管1和第n級油管9結構相同，均為Φ73mm油管。

所述的上調整短節11和下調整短節14結構相同，均為Φ73mm調整短節。

如圖2和圖3所示，上述多個雙螺旋短節長度均為2500mm，外徑80mm，內徑40mm，螺旋線沿順時針方向，螺旋角45°，雙螺旋螺距120mm，雙螺旋線間距30mm。

所述的多個雙螺旋短節內設有螺旋梯形槽，其螺旋梯形槽長120mm，槽深5mm，槽底部寬度10mm，梯形角60° ，所述的螺旋梯形槽內鍍有抗耐磨材料。

所述第一級油管1與第n級油管9之間設置有4個雙螺旋短節和4個油管，所述的雙螺旋短節和油管交替連接；第一級油管1與第n級油管9之間依次連接有第一級雙螺旋短節2、第二級油管3、第二級雙螺旋短節4，第三級油管5、第三級雙螺旋短節6、第四級油管7、第四級雙螺旋短節8。

有限級間斷式雙螺旋井底砂液混配管柱，其特征在于從井口到水平井底：其中，每一級雙螺旋短節內腔根據阿基米德雙螺旋線原理設計加工雙螺旋梯形槽，并在雙螺旋梯形槽表面鍍有耐磨材料，以防止雙螺旋流道的局部沖蝕。可以使大液量、高流速攜砂液沿螺旋線流道以螺旋旋流狀態運動，將水平段攜砂液中的顆粒砂和液體充分混合均勻，始終保持混合均勻的高速攜砂液運動到分簇射孔上、下游噴射器處，提高上、 下游噴射器射孔效果。

本實用新型中每兩級雙螺旋短節之間的油管的長度應等于攜砂液通過上一級雙螺旋短節后仍然以螺旋旋流狀態運動的位移，保證大液量、高流速攜砂液的螺旋旋流狀態連續有效。

本實用新型中雙螺旋短節的上、下部螺紋扣型為2-7/8"EUE，每英寸8牙，錐度1:16。

本實用新型的連接方式為油管螺紋連接，以便于拆卸和更換。

本實用新型中的雙螺旋短節長度2500mm，外徑80mm，內徑40mm，螺旋線沿順時針方向，螺旋角45°，雙螺旋螺距120mm，雙螺旋線間距30mm，螺旋梯形槽長120mm，槽深5mm，槽底部寬度10mm，梯形角60° 。

本實用新型中的其他工具的結構參數與常規工具參數一致，按尺寸要求選用即可，其中底封拖動壓裂封隔器19為機械壓縮式封隔器。

本實用新型中的多個雙螺旋短節其本體均采用35CrMo材料，經熱處理硬度達197~235HB，內腔根據阿基米德雙螺旋線原理特殊加工雙螺旋梯形槽，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。該雙螺旋短節雙螺旋梯形槽加工不允許有裂紋、氣孔等缺陷，螺旋過渡平緩光滑。

本實用新型的連接方式為油管螺紋連接，以便于拆卸和更換。

本實用新型的應用方式為：

1. 首先油氣井進行水平井體積壓裂多級拖動（不動）管柱分簇噴射壓裂施工前，根據施工管柱結構圖，將雙螺旋短節安裝在壓裂管柱的不同位置，組裝連接好壓裂管柱。

2. 將上述壓裂管柱下入到設計井深位置，然后井口釋放管柱懸重，坐封底封拖動壓裂封隔器19，實現壓裂管柱的可靠密封和定位。

3. 上述壓裂管柱入井坐封錨定后，利用泵車以排量0.6～1.0 m³/min清水循環洗井，保證井筒機械雜質含量小于0.2%，井筒清潔干凈。

4. 然后提高泵車排量至1.0~2.0m³/min，將砂濃度為130~145kg/m³攜砂液沿壓裂管柱泵入，當高速攜砂液流經多個雙螺旋短節到第n級雙螺旋短節和下雙螺旋短節12與下雙螺旋短節15時，由于雙螺旋結構使高速攜砂液產生螺旋旋流運動狀態，將攜砂液中的顆粒砂和液體充分混合均勻，保持整個水平段壓裂管柱內高速攜砂液始終以螺旋旋流狀態運動，直至運動到上、下游上水力噴射器13和下水力噴射器16處，達到射孔目的，形成井筒與地層連通通道。

5. 射開孔道后，泵車以排量2.0m³/min注入頂替液，將壓裂管柱內攜砂液替入地層，然后沖洗壓裂管柱。

6. 沖洗完畢后，套管環空提高排量至3.6~4.0m³/min開始進行環空壓裂，同時，壓裂管柱內以排量1.0m³/min伴注平衡壓力，按照施工設計要求壓裂后，再以排量4.0m³/min注入頂替液，將壓裂管柱中壓裂液全部替入地層，以完成儲層壓裂改造。

7. 待第一段射孔壓裂完成后，井口上提管柱解封底封拖動壓裂封隔器19，按照施工設計泵注程序上提至規定井深位置，釋放懸重二次坐封底封拖動壓裂封隔器19，然后依據上述水力射孔、壓裂步驟繼續完成第2段的噴射壓裂施工。

8. 完成設計段數水力噴射壓裂施工后，將壓裂管柱起出井口，重新下入采油氣管柱完井，裝井口裝置，并且及時拆卸、檢查多個交替連接的油管和雙螺旋短節到第n級雙螺旋短節和上雙螺旋短節12與下雙螺旋短節15（檢查外壁和雙螺旋內腔）使用情況，用于保養或更換多個交替連接的油管和雙螺旋短節到第n級雙螺旋短節和上雙螺旋短節12與下雙螺旋短節15，以便后續再次進行水力噴射壓裂施工。