本发明涉及油气田增产技术领域，尤其涉及一种水力喷射压裂用喷嘴。
背景技术：
目前，水力喷射技术在水平井的分段压裂中已获大规模推广应用。其基本原理是利用高压水射流效应，喷射速度可达每秒130m甚至200m以上，这种速度再夹杂支撑剂颗粒的强力打磨作用，可穿透套管及水泥环，并进入地层50cm以上(相当于水力喷射的等速核长度)。如想要水力裂缝继续延伸，必须从环空再注入压裂液，与油管的喷射液一起，继续延伸裂缝。同时由于高速水射流效应，在喷射的周围将产生负压效应，可更强力地吸引环空外压裂液进入裂缝，其利于起到水力封隔作用，确保不同喷射裂缝间的有效分段。
但现有的技术通常只能在水平井筒内进行水力喷射，水力喷射的作用仅限于射孔及水力封隔，远井裂缝仍采用常规压裂，裂缝的方向是最大水平主应力方向。且水力喷射时通常只有一个裂缝存在，不存在多个裂缝间的应力干扰效应，因此，裂缝复杂性及改造体积也难以大幅提升。虽然现有技术中可将水力喷射管柱不仅局限于水平井筒内，有的甚至可以将喷射工具延伸运移到裂缝内部100m及以上，但喷射形成的仅为一个直径很小的喷射孔眼，这对层状沉积的砂岩而言，由于垂向渗透率远低于水平向渗透率，因此，仅靠上述喷射形成的孔眼仍难以大幅度提高远井储层的油气产量。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种提高远井储层产量、操作方便，且结构紧凑的水力喷射压裂用喷嘴。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种水力喷射压裂用喷嘴，包括喷嘴外套及内转子，所述内转子可转动地安装于所述喷嘴外套内，所述喷嘴外套及内转子均设有供喷射流体通过的过流通道，所述喷嘴外套上设有向前喷射切割的水平喷射孔、两个向上下侧喷射切割的径向喷射孔，以及两个向上下侧斜后方喷射的斜向喷射孔；所述喷嘴外套的过流通道与所述水平喷射孔及径向喷射孔连通，所述内转子的过流通道在内转子转动时与其中一所述斜向喷射孔连通。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述内转子上设有径向贯通槽，所述径向贯通槽在内转子转动时连通所述内转子的过流通道与其中一所述斜向喷射孔。
所述径向贯通槽为弧形贯通槽。
两个所述径向喷射孔及两个所述斜向喷射孔均对称布置于所述喷嘴外套的上下两侧。
两个所述斜向喷射孔的中心线相交于所述喷嘴外套的中心轴线上，两个所述径向喷射孔的中心线重合，所述水平喷射孔的中心线与所述喷嘴外套的中心轴线重合。
所述喷嘴外套包括相互连接的圆柱形外套及半球形外套，所述内转子安装于所述圆柱形外套内；所述水平喷射孔设于所述半球形外套上，所述径向喷射孔设于所述圆柱形外套与半球形外套的连接位置，所述斜向喷射孔设于所述圆柱形外套上。
所述水平喷射孔、径向喷射孔及斜向喷射孔的出液速度大于130m/s。
所述喷嘴外套的过流通道包括依次连接的喷射管安装段、内转子安装段、圆柱形过流段及半球形过流段；所述内转子安装段的直径小于所述喷射管安装段的直径，且大于所述圆柱形过流段的直径；所述半球形过流段的直径与所述圆柱形过流段的直径相等。
所述内转子的一端设有多个与过流通道连通的轴向螺旋槽，多个所述轴向螺旋槽沿所述内转子端面的周向均匀布置，以在喷射流体经过时带动内转子转动。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的喷嘴包括喷嘴外套和内转子，喷嘴外套上设有水平喷射孔、两径向喷射孔及两斜向喷射孔，其中，水平喷射孔向前喷射切割，以开启向前的通道；两个径向喷射孔向上下侧喷射切割，以增加切割裂缝的高度；两斜向喷射孔向上下侧斜后方喷射，以提供喷嘴向前移动的动力，且在内转子转动时，其中一斜向喷射孔与过流通道连通，使得喷嘴可向上或向下移动，其增加了向上或向下裂缝高度。即本发明采用水平喷射孔、两径向喷射孔及两斜向喷射孔结合的方式在实现储层深穿透的同时，可在远井区域喷射形成定向缝面，增加储层与裂缝通道的接触面积及导流能力，其大幅提高了远井储层的产量，经济性好、效率高。同时，本发明的内转子可转动地安装于喷嘴外套内，喷嘴外套的过流通道与水平喷射孔及径向喷射孔连通，内转子的过流通道在内转子转动时与其中一斜向喷射孔连通，其结构简单、布局紧凑、占用空间小。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1是本发明水力喷射压裂用喷嘴的立体结构示意图。
图2是本发明水力喷射压裂用喷嘴的主剖视图。
图3是本发明内转子的立体结构示意图。
图4是本发明内转子的主剖视图。
图5是本发明喷嘴外套的主剖视图。
图中各标号表示：
1、喷嘴外套；11、水平喷射孔；12、径向喷射孔；13、斜向喷射孔；14、圆柱形外套；15、半球形外套；2、内转子；21、径向贯通槽；22、轴向螺旋槽；3、过流通道；31、喷射管安装段；32、内转子安装段；33、圆柱形过流段；34、半球形过流段。
具体实施方式
下面将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。
如图1至图5所示，本实施例的水力喷射压裂用喷嘴，包括喷嘴外套1及内转子2，内转子2可转动地安装于喷嘴外套1内。喷嘴外套1及内转子2均设有过流通道3，以供喷射流体通过；喷嘴外套1上设有水平喷射孔11、两个径向喷射孔12及两个斜向喷射孔13。其中，水平喷射孔11向前喷射切割，两个径向喷射孔12向上下侧喷射切割，喷嘴外套1的过流通道3与水平喷射孔11及径向喷射孔12连通；两个斜向喷射孔13向上下侧斜后方喷射，内转子2的过流通道在内转子2转动时与其中一斜向喷射孔13连通。
本发明的水平喷射孔11向前喷射切割，以开启向前的通道；两个径向喷射孔12向上下侧喷射切割，以增加切割裂缝的高度；两斜向喷射孔13向上下侧斜后方喷射，以提供喷嘴向前移动的动力，且在内转子2转动时，其中一斜向喷射孔13与过流通道3连通，使得喷嘴可向上或向下移动，其增加了向上或向下裂缝高度。即本发明采用水平喷射孔11、两径向喷射孔12及两斜向喷射孔13结合的方式在实现储层深穿透的同时，可在远井区域喷射形成定向缝面，增加储层与裂缝通道的接触面积及导流能力，其大幅提高了远井储层的产量，经济性好、效率高。同时，本发明的内转子2可转动地安装于喷嘴外套1内，喷嘴外套1的过流通道3与水平喷射孔11及径向喷射孔12连通，内转子2的过流通道3在内转子2转动时与其中一斜向喷射孔13连通，其结构简单、布局紧凑、占用空间小。
如图3及图4所示，内转子2上设有径向贯通槽21，径向贯通槽21在内转子2转动时连通内转子2的过流通道3与其中一斜向喷射孔13。在径向贯通槽21连通上方的斜向喷射孔13与内转子2的过流通道3时，由于位于喷嘴外套1上方的斜向喷射孔13及径向喷射孔12的合力大于位于喷嘴外套1下方的径向喷射孔12的作用力，因此喷嘴会向下移动，从而向下增加裂缝高度；反之向上增加裂缝高度，从而实现裂缝高度增加的目的。其结构简单、操作方便。本实施例中，径向贯通槽21为弧形贯通槽，弧形贯通槽沿喷嘴外套1的周向布置。
如图5所示，两个径向喷射孔12对称布置于喷嘴外套1的上下两侧；两个斜向喷射孔13同样对称布置于喷嘴外套1的上下两侧，以保证喷嘴上下有效切割及切割裂缝的高度。本实施例中，水平喷射孔11、径向喷射孔12及斜向喷射孔13的出液速度大于130m/s，以保证喷射切割的效率。
进一步地，两个斜向喷射孔13的中心线相交于喷嘴外套1的中心轴线上，两个径向喷射孔12的中心线重合，水平喷射孔11的中心线与喷嘴外套1的中心轴线重合。其使得喷嘴在喷射过程中受力均衡，保证了喷射可靠性。
更进一步地，如图1及图2所示，本实施例中，喷嘴外套1包括圆柱形外套14及半球形外套15，圆柱形外套14与半球形外套15连接，半球形外套15的设置减少了喷嘴的前进阻力。其中，内转子2安装于圆柱形外套14内；水平喷射孔11设于半球形外套15上，径向喷射孔12设于圆柱形外套14与半球形外套15的连接位置，斜向喷射孔13设于圆柱形外套14上，其布局合理、紧凑。
如图5所示，本实施例中，喷嘴外套1的过流通道3包括依次连接的喷射管安装段31、内转子安装段32、圆柱形过流段33及半球形过流段34。其中，喷射管与喷射管安装段31连接，喷射软管具有抗扭特性，在喷嘴带动喷射软管进入储层的过程中，喷射软管不发生扭转，保证喷嘴的裂缝在一个平面上；内转子2安装于内转子安装段32内；圆柱形过流段33设于圆柱形外套14内；半球形过流段34设于半球形外套15内。喷嘴外套1分段设置的形式使得各部件分区布置、布局合理紧凑。
同时，内转子安装段32的直径小于喷射管安装段31的直径，且内转子安装段32的直径大于圆柱形过流段33的直径，半球形过流段34的直径与圆柱形过流段33的直径相等，其在保证内转子2有效安装的同时，保证了流体的稳定性，提高了切割效果。
如图3及图4所示，本实施例中，内转子2的一端设有多个轴向螺旋槽22。喷嘴外套1与内转子2的过流通道3连通，多个轴向螺旋,22沿内转子2端面的周向均匀布置。当喷射流体经过喷射管进入喷嘴时，轴向螺旋槽22经喷射流体带动，从而带动内转子2转动，实现内转子2的自转功能，其操作方便、结构设计巧妙。
本实施例中，对于水力喷射造缝而言，喷射流体排量越大，黏度越低，形成的喷射裂缝面越凸凹不平，最终形成的喷射裂缝导流能力也越高。因此，为了增加裂缝的导流能力，喷射流体可采取变排量变黏度的施工策略。
本实施例中，远井定面水力喷射的具体实施步骤如下：(1)储层关键参数的评估。评估包括岩性、物性、敏感性、岩石力学参数、三向地应力及天然裂缝性质等，主要由目的层岩心在模拟地下的应力、孔隙压力及温度等条件下实验确定。(2)地质工程甜点计算，在步骤(1)的基础上，按常规方法计算地质甜点及工程甜点，并按等权重方法计算综合甜点指标，由此确定各个喷射点的位置。(3)裂缝参数的优化，在步骤(1)的基础上，应用常用软件petrel，建立井水平段长及其横向800m范围内的精细地质模型，然后就模型结果导入压裂水平井产量预测常用的商业软件eclipse中，按等效导流能力(为减少模拟工作量，将裂缝的宽度放大一定的倍数后，按比例缩小裂缝内支撑剂的渗透率，使它们的乘积，即裂缝的导流能力保持不变)的方法设置水力裂缝，再按正交设计方法，模拟不同的裂缝长度、缝间距及导流能力情况下的压后产量动态，压后产量相对最高或经济净现值最大对应的裂缝参数，即为最佳的裂缝参数系统。(4)水力喷射施工参数的优化。基于目的层地应力参数，计算不同管径条件下井口压力及排量大小，由喷嘴的最低喷射速度130m/s为依据，喷射管径要低于喷射直径20％以上，以确保喷射管柱的顺畅下入施工。(5)根据步骤(3)中优化的裂缝长度及裂缝方位的特殊要求，准备连续油管下入的管柱末端装置，包括套管切割工具串、喷射软管工具串、喷嘴。(6)进行套管切割作业。(7)按步骤(1)～(3)的要求进行喷射施工，主要施工参数可参照步骤(4)优化的结果。(8)重复步骤(6)～(7)进行施工，直到将所有段施工完为止。(9)返排、测试及生产等环节，参照常规流程及参数执行。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
1.一种水力喷射压裂用喷嘴，其特征在于，包括喷嘴外套及内转子，所述内转子可转动地安装于所述喷嘴外套内，所述喷嘴外套及内转子均设有供喷射流体通过的过流通道，所述喷嘴外套上设有向前喷射切割的水平喷射孔、两个向上下侧喷射切割的径向喷射孔，以及两个向上下侧斜后方喷射的斜向喷射孔；所述喷嘴外套的过流通道与所述水平喷射孔及径向喷射孔连通，所述内转子的过流通道在内转子转动时与其中一所述斜向喷射孔连通。
2.根据权利要求1所述的水力喷射压裂用喷嘴，其特征在于，所述内转子上设有径向贯通槽，所述径向贯通槽在内转子转动时连通所述内转子的过流通道与其中一所述斜向喷射孔。
3.根据权利要求2所述的水力喷射压裂用喷嘴，其特征在于，所述径向贯通槽为弧形贯通槽。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的水力喷射压裂用喷嘴，其特征在于，两个所述径向喷射孔及两个所述斜向喷射孔均对称布置于所述喷嘴外套的上下两侧。
5.根据权利要求4所述的水力喷射压裂用喷嘴，其特征在于，两个所述斜向喷射孔的中心线相交于所述喷嘴外套的中心轴线上，两个所述径向喷射孔的中心线重合，所述水平喷射孔的中心线与所述喷嘴外套的中心轴线重合。
6.根据权利要求5所述的水力喷射压裂用喷嘴，其特征在于，所述喷嘴外套包括相互连接的圆柱形外套及半球形外套，所述内转子安装于所述圆柱形外套内；所述水平喷射孔设于所述半球形外套上，所述径向喷射孔设于所述圆柱形外套与半球形外套的连接位置，所述斜向喷射孔设于所述圆柱形外套上。
7.根据权利要求6所述的水力喷射压裂用喷嘴，其特征在于，所述水平喷射孔、径向喷射孔及斜向喷射孔的出液速度大于130m/s。
8.根据权利要求1至3中任意一项所述的水力喷射压裂用喷嘴，其特征在于，所述喷嘴外套的过流通道包括依次连接的喷射管安装段、内转子安装段、圆柱形过流段及半球形过流段；所述内转子安装段的直径小于所述喷射管安装段的直径，且大于所述圆柱形过流段的直径；所述半球形过流段的直径与所述圆柱形过流段的直径相等。
9.根据权利要求1至3中任意一项所述的水力喷射压裂用喷嘴，其特征在于，所述内转子的一端设有多个与过流通道连通的轴向螺旋槽，多个所述轴向螺旋槽沿所述内转子端面的周向均匀布置，以在喷射流体经过时带动内转子转动。
技术总结