一种滑套喷砂器的研制

2018-06-06 09:30:08 科教导刊·电子版 2018年6期

卢雅兰

摘 要 胜利油田低渗透油藏储量虽然丰富,但处于完善开发、有效动用的阶段,目前正向着高温、深埋、低品位、薄互层油藏发展。针对水平井压裂技术,研制了一种滑套喷砂器,该喷砂器结构简单,性能可靠,工作时位置正对压裂层,管内打压,喷砂体的喷砂口露出,进行喷砂压裂。

关键词 喷砂器 滑套

中图分类号:TE934 文献标识码:A

1结构

主要由上接头、喷砂体、滑套、连接套、下接头等零部件组成,结构原理图见图1。

1-上接头;2-喷砂体;3-滑套;4-连接套;5-下接头;

2工作原理

滑套喷砂器结构简单,性能可靠,工作时滑套喷砂器的位置一般正对压裂层,并且在两个封隔器之间。首先投入相应直径的低密度球,打压至8MPa~10MPa,剪断剪钉,启动滑套下行,将喷砂体的喷砂口露出,进行喷砂压裂。

3性能参数

4性能特点

(1)滑套喷砂器节流压差随压裂液排量的增大而加大,满足了K344封隔器靠节流压差坐封的要求;

(2)优选耐磨材料,增加了球座及喷砂体等零部件的耐磨性能,满足了水平井分段压裂高砂比的要求;

(3)通过对喷砂体出口的优化设计,能够有效减少压裂砂或陶粒对套管的损伤;

(4)实现了应用不带弹簧的靠流量控制压差,有效降低了喷砂器对压裂液浓度的剪切降解,增加了压裂施工的有效性。

5滑套的设计计算

5.1滑套喷砂器的节流压差计算

从喷砂器结构可以看出,该工具引起的节流压差主要因素包括缩径与折管,应用水头损失的叠加原理公式:

(1)

式中:

-水流损失的当量长度,m,在该公式中取=0。

∑ -阻力系数

-流速,m/s

∑ = 1+ 2 (2)

式中:

1-缩径造成的阻力系数

2-折管造成的阻力系数

由《流体力学》查得 1=0.298

由《流体力学》公式

2=0.946sin2( /2)+2.407sin4( /2)

计算得 2==3.353

hf=△p/ g (3)

式中:

△p-压差,MPa

-液体密度,kg/m3取 =1000kg/m3

将前面公式(1)、(2、(3)所有参数代入公式hf=( +∑ )

计算得:

当流量Q=2.1m3/min时,△p=1.5MPa,从而满足了压裂工艺中的替浆工艺要求及封隔器坐封压差条件。

5.2滑套喷砂器的启动压力计算

滑套启动是由剪钉控制,因此剪钉剪断的力为滑套的启动压力。

则剪钉被剪断所需的剪切力可由下式计算得到:

FJ=n[ ] D/(41000) (4)

式中:[ ]—剪钉的许用剪切强度,剪钉的材料选择黄铜H62,依据试验数值取[ ]=290MPa,

DJ—剪钉的中径,DJ=7.35mm

n—剪钉的个数,n=4

由公式求得:FJ=49.2kN

滑套受力的總面积可由下式计算得到:

S= D2/4 (5)

由公式求得:S=3419.46mm2

则剪钉被剪断时的压强可由下式求得:

PJ=(FJ103)/S (6)

求得:PJ=14.39MPa

则当打压到14.39MPa时剪钉被剪断。

6结论

该滑套喷砂器是水平井封隔器分段压裂工艺管柱中的核心配套工具之一,其结构简单性能优良,具有压裂施工时保护套管和产生节流压差的功能。