一種滑套噴砂器的研制

盧雅蘭

摘 要 勝利油田低滲透油藏儲量雖然豐富，但處于完善開發、有效動用的階段，目前正向著高溫、深埋、低品位、薄互層油藏發展。針對水平井壓裂技術，研制了一種滑套噴砂器，該噴砂器結構簡單，性能可靠，工作時位置正對壓裂層，管內打壓，噴砂體的噴砂口露出，進行噴砂壓裂。

關鍵詞 噴砂器 滑套

中圖分類號：TE934 文獻標識碼：A

1結構

主要由上接頭、噴砂體、滑套、連接套、下接頭等零部件組成，結構原理圖見圖1。

1-上接頭；2-噴砂體；3-滑套；4-連接套；5-下接頭；

2工作原理

滑套噴砂器結構簡單，性能可靠，工作時滑套噴砂器的位置一般正對壓裂層，并且在兩個封隔器之間。首先投入相應直徑的低密度球，打壓至8MPa～10MPa，剪斷剪釘，啟動滑套下行，將噴砂體的噴砂口露出，進行噴砂壓裂。

3性能參數

4性能特點

（1）滑套噴砂器節流壓差隨壓裂液排量的增大而加大，滿足了K344封隔器靠節流壓差坐封的要求；

（2）優選耐磨材料，增加了球座及噴砂體等零部件的耐磨性能，滿足了水平井分段壓裂高砂比的要求；

（3）通過對噴砂體出口的優化設計，能夠有效減少壓裂砂或陶粒對套管的損傷；

（4）實現了應用不帶彈簧的靠流量控制壓差，有效降低了噴砂器對壓裂液濃度的剪切降解，增加了壓裂施工的有效性。

5滑套的設計計算

5.1滑套噴砂器的節流壓差計算

從噴砂器結構可以看出，該工具引起的節流壓差主要因素包括縮徑與折管，應用水頭損失的疊加原理公式：

（1）

式中：

-水流損失的當量長度，m，在該公式中取=0。

∑ -阻力系數

-流速，m/s

∑ = 1+ 2 （2）

式中：

1-縮徑造成的阻力系數

2-折管造成的阻力系數

由《流體力學》查得 1=0.298

由《流體力學》公式

2=0.946sin2（ /2）+2.407sin4（ /2）

計算得 2==3.353

hf=△p/ g （3）

式中：

△p-壓差，MPa

-液體密度，kg/m3取 =1000kg/m3

將前面公式（1）、（2、（3）所有參數代入公式hf=（ +∑ ）

計算得：

當流量Q=2.1m3/min時，△p=1.5MPa，從而滿足了壓裂工藝中的替漿工藝要求及封隔器坐封壓差條件。

5.2滑套噴砂器的啟動壓力計算

滑套啟動是由剪釘控制，因此剪釘剪斷的力為滑套的啟動壓力。

則剪釘被剪斷所需的剪切力可由下式計算得到：

FJ=n[ ] D/（41000） （4）

式中：[ ]—剪釘的許用剪切強度，剪釘的材料選擇黃銅H62，依據試驗數值取[ ]=290MPa，

DJ—剪釘的中徑，DJ=7.35mm

n—剪釘的個數，n=4

由公式求得：FJ=49.2kN

滑套受力的總面積可由下式計算得到：

S= D2/4 （5）

由公式求得：S=3419.46mm2

則剪釘被剪斷時的壓強可由下式求得：

PJ=（FJ103）/S （6）

求得：PJ=14.39MPa

則當打壓到14.39MPa時剪釘被剪斷。

6結論

該滑套噴砂器是水平井封隔器分段壓裂工藝管柱中的核心配套工具之一，其結構簡單性能優良，具有壓裂施工時保護套管和產生節流壓差的功能。