滑套节流喷砂器的试验研究

高恒超

【摘 要】滑套节流喷砂器将辅助扩张式封隔器坐封及分层压裂换层二者功能融为一体，对分层压裂施工成败起着至关重要的作用。本文重点从滑套节流喷砂器的结构原理及节流喷嘴的材质方面进行了试验研究，通过优化工具结构，优选节流喷嘴材质，并结合现场应用不断改进，使滑套节流喷砂器在使用中的可靠性有较大提高。

【关键词】节流；喷砂器

引言

随着油田开发的不断深入，增产稳产形式日趋严峻，对开发的技术手段要求也越来越高，压裂改造作为一项有效的增产措施，已经得到了广泛的推广使用。以勘探测试技术的不断进步为基础，同井不同井段油藏的非均质性得到了更广泛的认知，为了使不同特性油层都得到最佳的压裂改造效果，需要根据不同油层特性实施有针对性的压裂改造工艺，受逐层改造工艺繁琐的限制及施工成本的影响，不动管柱分多层压裂改造正逐渐成为此类多薄层、非均质油气井压裂改造的首选方式，并且近年来呈大规模上升趋势。滑套节流喷砂器是分多层压裂实施的重要工具，起着辅助扩张式封隔器坐封，控制换层的作用，是分层压裂工艺成功实施的基础。

1.工具原理

节流器是通过工具缩颈结构的设计，使高速流体在通过工具缩颈处时受节流影响，产生一定的压力损失，从而产生扩张式封隔器坐封所需要的油套压差，节流器通过缩颈尺寸的设置，可调节不同流体排量下的节流压差；喷砂器是携砂液进入地层的出口，大量的高速携砂液从喷砂器出口通过并转向进入地层，对喷砂器的耐冲蚀性能有较高要求。滑套节流喷砂器将以往节流器与喷砂器的功能融为一体，通过耐冲蚀节流喷嘴的设计，使工具的节流与喷砂功能相辅相成。

滑套节流喷砂器在分多层施工中采用打开上级封堵下级的形式，即第一层施工采用常规节流器（或喷砂器），第一层施工完成后打开第一级滑套，同时封堵下部节流器（或喷砂器），开始第二层施工，第三层施工时打开第二级滑套，同时封堵第一级滑套，从而依次类推完成分多层施工。

2.结构优化

滑套节流喷砂器采用投球打滑套的开启方式，通过在工具内部设置不同尺寸滑套，并对应不同尺寸钢球，从而实现滑套分多级开启（见表1）。

滑套节流喷砂器内部、节流喷砂口以上设置有密封筒，可与上一级滑套配合密封，滑套芯子安装固定在滑套节流喷砂器内，通过铜销钉固定，当相应钢球落在滑套密封面后，上部压力将铜销钉剪断，滑套节流喷砂器顺利开启，此时钢球及滑套在液力冲击下掉落致下一级滑套上部密封筒中封堵下一级滑套节流喷砂器出液口，铜销钉的数量和尺寸可根据需要分别调整以满足所需要的滑套打开压力。滑套掉下后液流从节流喷砂口进入油套环空压开地层，由于需要起到节流的功能，因此节流喷砂口尺寸不能敞开，需经计算进行设计（见表2）。

该表为直喷节流孔的理论节流压差，在此计算的基础上，同时考虑滑套节流喷砂器均匀出液，在其圆周上设置了3个轴向均匀分布的等径节流喷砂口，同时节流喷砂口呈朝斜上喷射状（如图1所示），减轻了液流反溅对工具本体的冲蚀。

图1

3.材质优选

随着压裂工艺技术的进步及现场需求的增加，目前的压裂各层参数都在朝着大砂量、大排量、高砂比的趋势发展，因此对滑套节流喷砂器节流喷砂口的耐冲蚀可靠性及持久性要求越来越高。节流喷砂口耐冲蚀的关键在于材质，材质的优劣直接影响着

工具的性能，也是整件工具的核心。经过调研及反复试验，优选出了陶瓷及耐磨合金钢运用到了节流喷砂口的生产加工中，使整套工具的性能有大幅提高（如图2所示）。

4.总结

滑套节流喷砂器的技术进步对多层压裂施工的成功开展具有重要意义，既符合减少下井工具数量保障安全的原则，又在保证工具功能的同时大幅提高了节流喷砂口耐冲蚀的可靠性及持久性，取得了一举两得的效果。此后，将在滑套节流喷砂器的使用稳定性及降低成本方面做出进一步的研究。

参考文献：

[1]李国美，孙虎，王跃社.水力加砂压裂施工用节流器结构优化设计研究.石油机械，2007.

[2]刘勇峰等.压裂过程中节流器冲刷腐蚀数值计算.腐蚀与防护，2012.

[3]杨祥祥等.一种新型压裂喷砂器的设计.中国石油和化工标准与质量，2011.