[发明专利]一种压裂施工中的压力流量调节器

说明书

技术领域

本发明属于井下工具技术领域，特别是一种压裂施工中的压力流量调节器。

背景技术

在套管井压裂施工中，尤其是单层单段压裂施工中，通常使用扩张式封隔器和喷砂器所组成的工具管串，其中扩张式封隔器采用通用的K344型，即液压坐封，液压解封，当管柱内有足够的压力，封隔器的胶筒扩张隆起，封住油管和套管之间的环空，当管柱内压力降低，胶筒又恢复原状。而喷砂器则采用始终敞开的若干喷嘴，夹砂或(和)夹酸的压裂液可以在任意压力和流量下流出喷嘴。喷砂器所完成的工作首先是喷砂射孔，射穿套管和固井水泥环，然后是加大流量完成体积压裂。

在喷砂射孔和体积压裂过程中，封隔器必须维持坐封状态，即管内压力始终要超过封隔器的坐封压力，亦即喷砂器喷嘴的压力和流量起点较高，在这样的压力和流量下喷砂射孔一旦射穿套管和水泥环，进入地层的瞬间，由于地层对压力和流量的吸收能力远大于套管和水泥环，管内的压力和流量会发生剧烈变化，引起震动，这种现象，在水力学上称为“负水锤”，具有较大的破坏力。为保障设备安全，“负水锤”现象必须避免。

人们很自然地会想到在封隔器和喷砂器之间安装减压阀或流量调节阀。目前在各领域中使用的压力、流量调节装置还没有适用于本发明所述的工作状况的。

发明内容

本发明的目的是提供一种压裂施工中的压力流量调节器，该调节器满足了套管井喷砂压裂施工的需要，填补了单层单段压裂施工所用扩张式封隔器——喷砂器管串安全装置的空白。能够在喷砂射孔和体积压裂过程中，避免出现“负水锤”现象，保障了设备安全。

本发明是这样实现的：

一种压裂施工中的压力流量调节器，包括外管，及置于外管管腔内的内管，所述内管包括上管段和下管段，所述上管段中设有活塞，下管段中设有与活塞相套接的弹簧保护套，相套接的活塞和弹簧保护套空腔内设置有预应力压缩弹簧；包括所述下管段、弹簧保护套置于连接在外管管腔底部的多孔底座上。

进一步地，所述内管的上管段为中心开孔的空心圆柱体，空心圆柱体由氧化锆陶瓷材料制成，沿空心圆柱体中心孔至外管管内壁之间由上至下呈渐开线状结构，上管段的顶部为锥口状；所述呈渐开线状的空心圆柱管体下方为设有与其渐开线状空心圆柱管体下部相接的幅股。

进一步地，所述幅股下端设在与上管段空心圆柱体外径一致的空心管上，幅股沿上管段空心管壁至外管内管壁周向对称设置，幅股设有3～8条，每条幅股的形状与呈渐开线状的上管段实心管体下部弧线形状一致。

进一步地，所述套接于上管段空心圆柱体中的活塞上端面设有圆柱段，圆柱段外壁上设有用于镶装密封圈的密封槽。

进一步地，所述上管段的顶部锥口沿上管段圆柱段上端面圆周设置有突棱。

进一步地，所述上管段的顶部锥口上沿设有挡环。

进一步地，所述外管与上管段和下管段相接内壁分别设有密封圈。

进一步地，所述上管段、下管段和幅股与外管之间设有减震层。

进一步地，所述上管段和下管段之间设有间隙。

进一步地，所述内管、活塞、空心管、幅股和弹簧保护套均由氧化锆陶瓷制成，所述多孔底座配有氧化锆陶瓷底座内衬。

由上可见，本发明给出了只用井口泵压控制的可从零连续调节喷砂器压力和流量的压力流量调节器。它可以在保障封隔器坐封前提下，逐渐增加喷砂器的压力和流量，确保在射穿套管和水泥环后，可增大管内排量，达到体积压裂的需求。最后还要保障在压裂结束停泵后，封隔器、压力流量调节器和喷砂器全部恢复到初始状态，管内压力流量不会有剧烈波动，消除“负水锤”现象对管件及压裂泵的伤害。

本发明的活塞是试过泵压移动受弹簧支撑的活塞，而活塞周围是逐渐扩大的管腔，活塞的位置决定了管腔的大小，管腔的大小决定了节流压降的大小，从而决定了下游喷砂器的压力和流量的大小，使喷砂器能够获得安全的压力和流量，完成喷砂射孔。

并且本发明所有受夹砂液冲蚀的部件——内管、活塞、幅股、弹簧的保护套及多孔底座的内衬——全部采用氧化锆陶瓷，从而能够使该压力流量调节器能获得最大的压力和流量完成体积压裂。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1是本发明工作原理图(装配图)；

图2是A-A截面图；

图3是B-B截面图；

图4是多孔底座模型。