用于超高侵蚀性环境的水力喷射工具制造技术

本发明专利技术涉及一种改善的方法和系统，用于穿孔、开槽和切割钢铁和地下岩石，另外还用于压裂地下岩层以增加来自其中的期望的流体的产量。本发明专利技术涉及具有由硬材料构成的套筒的流体喷射装置。套筒包括至少一个孔，流过喷射装置的流体通过套筒中的孔射出。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术主要涉及采矿和地下钻井岩层。更具体地，本专利技术涉及一种改善的方法和系统，用于穿孔、开槽和切割钢铁和地下岩石；还用于破碎地下岩层，以增加来自其中的期望的流体的产量。
技术介绍
喷射工具用于许多不同的工业中，具有多种不同的应用。例如，喷射工具用于例如打孔和水力压裂的地下操作中。水力压裂通常被采用，以增加来自被井筒穿透的地下岩层的烃的产量。典型地，在进行水力压裂处理时，在有井套管的情形中，例如出现在靠近将要被处理的地层的井的垂直截面中，井套管被穿孔。使用爆炸性装置或水力(hydrajetting)喷射装置可以进行这种穿孔操作。在仅岩层的一部分作为单个级被压裂的情形中，所述部分之后通过使用传统的封隔器等与岩层的其它被穿孔的部分隔离开，压裂流体通过井套管中的孔被抽取到井筒中和岩层的被隔离开的部分，以一定速度和压力被增加，使得裂缝被形成在岩层中和在岩层中延伸。支撑剂可以悬浮在压裂流体中，该压裂流体沉积在裂缝中。支撑剂起到防止裂缝封闭的作用，从而在岩层中提供了传导通道，通过该通道，生成的流体可轻易地流到井筒中。在特定的岩层中，为了充分地为多个岩层带或整个岩层提供裂缝，重复这一过程。可以在美国专利No. 5，765，642中看到用于压裂岩层的一个方法，在此通过引用将其全部内容并入本文中，通过该方法，水力喷射工具被采用，以足够形成空穴的压力通过喷嘴向地下岩层喷射流体，并使用空穴中的停滞压力压裂岩层。油田应用中的水力喷射通常需要长的持续喷射时间，用于切割大量的套管柱和穿孔。在如美国专利No. 5,765,642所描述的采用水力喷射工具形成空穴(cavity)和使用空穴中的停滞压力压裂岩层时，这个问题被极大地放大。这是因为数百万磅的支撑剂可能以非常高的速度流过水力喷射工具，用于形成空穴和压裂岩层。对于承受在喷射过程中所遇到的磨损力的一个方法是由超硬材料制造喷射工具。然而，喷射工具不能用非常硬的材料制成以防止侵蚀，因为这样的材料是易碎的和在喷射操作中或在喷射工具移入和移出喷射位置时将破碎。因此，现有的喷射工具包括圆柱形的结构，其不能承受磨损力。在一些应用中，流体喷嘴由坚硬材料制成，其被安装在圆柱形结构上。因此，现有的水力喷射方法的一个缺点是在操作期间喷射工具被侵蚀。为了处理这种侵蚀，喷射工具必须被从钻孔中拔出，进行修理或更换。拔出喷射工具将是昂贵的并且还可能导致工作失效。在这样的情形中，将期望具有能够承受侵蚀力的冲击的方法和工具，用于传送流体至将要被压裂的岩层。
技术实现思路
本专利技术主要涉及采矿和地下钻井岩层。更具体地，本专利技术涉及改善的方法和系统，用于穿孔、开槽和切割钢铁和地下岩石，还用于压裂地下岩层以增大来自其中的期望流体的产量。在一个实施例中，本专利技术涉及包括套筒的耐磨喷射工具。套筒由硬度大于75 Rockwell A (洛氏硬度A级)的材料构成，并且在其壁上具有至少一个孔。流过套筒的流体可以从孔中流出。在另一实施例中，本专利技术涉及一种流体喷射装置，其具有硬度大于75 Rockwell A的圆柱形主体。流过圆柱形主体的流体通过圆柱形主体中的口射出。在特定实施例中，本专利技术可包括包封喷射装置的支持装置。支持装置包括孔，其与套筒中的孔对齐，用于允许流体从套筒中射出。根据随后结合附图对优选的实施例的描述，对本领域技术人员来说，本专利技术的特征和优点是显而易见的。虽然本领域技术人员可以做出诸多变化，但是这些变化都在本专利技术的精神内。附图说明这些附图示出本专利技术的一些实施例的特定方面，并且不应当用于限制或限定本专利技术。图1示出根据现有技术的水力喷射工具。图2示出根据现有技术的导致损坏的因素对水力喷射工具的影响。图3示出根据现有技术的使用水力喷射工具的直立喷射和倾斜喷射的结果。图4示出根据本专利技术的一个实施例的改善的喷射工具的切割视图，示出坚固的套筒、支撑装置和相关的部件。图5示出根据本专利技术的一个实施例的导致损坏的因素对改善的喷射工具的影响。具体实施例方式本专利技术主要涉及采矿和地下钻井岩层。更具体地，本专利技术涉及一种改善的方法和系统，用于穿孔、开槽和切割钢铁和地下岩石；还用于破碎地下岩层，以增加来自其中的期望的流体的产量。在穿透特定岩层的钻井中，特别是偏斜的钻井，通常期望产生许多结构，包括穿孔、小裂缝、大裂缝或其组合。时常，由通过使用水力喷射工具进行的操作产生这些结构。如美国专利No. 5，765，642中所讨论的，在将水力喷射工具用作压裂工具时遇到了一个最严峻的喷射应用。在压裂过程中，压裂工具设置在将要压裂的岩层中，流体之后以足够切穿套管和水泥护层(cementsheath)和在其中形成空穴的压力通过流体喷嘴喷射到岩层上。另外，所述压力必须足够高，以能够通过空穴中的停滞压力压裂岩层。由于流体必需沿大致与引入的喷射流体的方向相反的方向从空穴中流出，在空穴中捕获了喷射的流体，所以在将要压裂的岩层中的空穴的顶端处产生高停滞压力。在空穴的顶端处施加到岩层上的高压力使得裂纹被形成和在岩层中延伸相当距离。在特定情形中，支撑剂悬浮在被沉积在裂纹中的压裂流体中。支撑剂可以是粒状的物质，例如沙粒、陶瓷或矾土或其它的人造的颗粒、胡桃壳、或承载在压裂流体的悬浮液中的其它材料。支撑剂起到了防止裂纹封闭的作用，从而在岩层中提供了传导通道，通过该通道，产生的流体可轻易地流到井筒中。支撑剂的存在还提高了喷射 流体的侵蚀作用。为了根据本专利技术将如上述地形成的裂纹进一步地延伸到岩层中，压 裂流体通过压裂工具被抽取，并且进入到井筒中，以升高施加到岩层上 的外围流体压力。以足以将裂纹从井筒至岩层延伸额外的距离的速度和 高压力，将流体抽取到裂缝中。现在参考附图，对本专利技术的细节进行描述。转向图1，根据现有技术 的水力喷射工具总的由附图标记100来表示。喷嘴130如图1所显示可以延伸超过外壁的表面，或喷嘴130可仅延伸到水力喷射工具100的外 壁的表面上。根据将要压裂的岩层喷嘴130的方向可改变。喷嘴130具 有用作喷嘴开口 150的外部开口，该开口允许流体通过喷嘴130从水力 喷射工具100的内侧流出。典型地，喷嘴130可以由能够承受与流体压 裂、压裂或其它处理流体的磨损性质以及所使用的任何支撑剂或其它压 裂剂相关的应力的任何材料构成。可以用于构造喷嘴130的材料可以包 括，但不限于碳化钨、金刚石复合物和特定的陶瓷。虽然喷嘴130通常由耐磨材料(例如碳化钨或其它特定陶瓷)构 成，但这样的材料昂贵和易碎。因此，全部都由这样的物质形成的工 具，将易于破碎，因为它不能承受在它向下移至将要压裂的场所上时所 遇到的力。因此，水力喷射工具100的主体典型地由钢铁或类似材料制 成，虽然它们不易碎，但不足够强以承受在水力喷射过程中遇到的磨损 力。图2中显示的是根据现有技术的导致损坏的因素对水力喷射工具的 影响。箭头被用于显示在流体靠近和通过喷嘴开口 150从喷嘴130流出 时的流体流动的方向。典型地，在流体从喷嘴130流出时，存在有损坏 水力喷射工具100的三种不同的现象。第一，随着流体接近喷嘴开口 150，它倾向于快速地转过拐角，以通 过喷嘴开口 150从喷嘴130流出。随着流体转向以从喷嘴开口 150流 出，流体中的一些如箭头210显示地过冲(overshoot)。这种流体过冲还 导致在水力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种喷射工具，包括：　套筒，其具有至少一个在所述套筒的壁中的孔；　其中，所述套筒包括硬度大于７５洛氏硬度Ａ级的材料；和　其中在所述套筒中流动的流体通过所述孔流出。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-5-14 11/748,0871.一种喷射工具，包括套筒，其具有至少一个在所述套筒的壁中的孔；其中，所述套筒包括硬度大于75洛氏硬度A级的材料；和其中在所述套筒中流动的流体通过所述孔流出。2. 根据权利要求l所述的喷射工具，其中，所述套筒是圆柱形的。3. 根据权利要求1所述的喷射工具，其中，所述材料包括陶瓷。4. 根据权利要求3所述的喷射工具，其中，所述陶瓷包括碳化物。5. 根据权利要求4所述的喷射工具，其中，所述碳化物包括没有粘 合剂的碳化物。6. 根据权利要求4所述的喷射工具，其中，所述碳化物包括具有粘 合剂的碳化物。7. 根据权利要求6所述的喷射工具，其中，所述粘合剂是钴或钼中 的一种。8. 根据权利要求1所述的喷射工具，其中，所述喷射工具是水力喷 射工具。9. 根据权利要求1所述的喷射工具，其中，所述套筒被包封在支持 装置中。10. 根据权利要求9所述的喷射工具，其中，所述支持装置包括第一 部件和第二部件。11. 根据权利要求9所述的喷射工具，其中，所述支持装置中的孔与 主体中的孔对齐。12...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉姆B瑟亚特马德亚，
申请(专利权)人：哈利伯顿能源服务公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]