项目名称：一种新型陶瓷盖板水力喷枪
- 中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆井下技术作业公司
- 陕西省西安市未央区长庆兴隆园小区长庆大厦1508室
- 710018
- 何晓梅
- 02986021843
- http://www.ccde.cnpc/sites/jxjs/Pages/de
| 姓名 |
何 炜 |
电话 |
86021811 |
电子邮件 |
cj_hewei@cnpc.com.cn |
| 区号 |
029 |
邮编 |
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通信地址 |
陕西省咸阳市渭城区朝阳四路长庆井下工业园 |
田 军 李 铭 张海涛 徐孝山 孙国玉 李继宏 胡耀辉 崔向敏 景立军
| 专利类型 |
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专利状态 |
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| 申请号 |
授权日期 |
授权专利号 |
| CN201920555196.9 |
2020-02-07 |
ZL201920555196.9 |
水力喷枪作为各类水力喷射压裂管柱的关键工具之一，其性能和使用寿命是水力喷射压裂管柱整体性能和使用寿命的决定因素之一。以连续油管底封拖动压裂工艺管柱为例，主要由连续油管连接头、安全接头、水力喷枪、封隔器、套管接箍定位器及导向扶正器组成， 据统计，在连续油管底封拖动压裂工艺施工中，水力喷枪是整个工艺管柱更换最频繁和使用寿命最短的工具，成为了公司连续油管压裂工具的技术短板。从而导致连续油管压裂施工工具成本大幅增加，影响整个管柱的完整性和使用寿命，并严重制约一趟钻施工长水平段井的施工能力。因此，解决水力喷枪使用寿命短的问题，成为了需要迫切解决的技术短板。
我们通过结果理论分析、流体模拟分析及水力喷枪真实失效形貌，水力喷射过程中的对水力喷枪返溅冲蚀伤害是主要原因。重点集中在喷嘴周围，呈现出流速高、冲击力度大、不可避免但影响范围有限等特点。鉴于以上现状，我们在常规水力喷枪结构基础上，增加局部抗返溅冲蚀结构,优选硬度高、耐冲蚀、机械加工性能良好的工业陶瓷(Si3N4)材料代替合金工具钢制作防护盖板，应用外防护盖板结构实现水力喷枪的抗反溅冲蚀性能，提升水力喷枪的抗外冲蚀性能及使用寿命两倍以上。
1.在不改变喷枪整体尺寸前提下，创新设计应用外防护盖板结构实现水力喷枪的抗反溅冲蚀性能，提升水力喷枪的抗外冲蚀性能及使用寿命一倍以上；
2.创新性使用工业陶瓷材料替代合金工具钢材料，在同等强度、硬度等技术条件下，陶瓷的韧性更加优秀；
3.盖板安装结构采用螺钉固定、金属胶粘接及喷嘴套压盖固定在本体上，不仅固定牢靠，还能消除喷射时的产生振动效应，延长喷嘴和盖板的使用寿命；
4.在增加盖板结构的条件下，整个喷枪工具成本仅增加了2000元，但使用寿命增长一倍以上，综合作业成本更低；
5.工具外部防护结构设计，更容易应用于其他型号工具之上，形成系列化产品，其优秀的抗冲蚀性能也可进行更加广泛的应用推广。
1.直接经济效益
连续油管用水力喷枪从2018年12月至今施工累计应用2500层次，改进前需使用喷枪277只，改进后仅需使用喷枪131只，改进前喷枪价格2万元，改进后后单只成本仅增加0.2万元，计算结果如下：
减少工具成本：277×2-131×2.2=288.2万元
2.间接经济效益
新型陶瓷盖板水力喷枪累计可减少连续油管起下管柱164次，起下管柱单趟费用平均5.2万/次，单趟起下时间8小时，累计减少起下时间146×8=1168小时；压裂施工等停费用0.64万/小时。
节约连油起下成本： 164次× 5.2万/次=852.8万
节约压裂施工成本：1168小时× 0.64万/小时=747.52万
累计节约成本： 852.8万+ 747.52万=1600.32万
3. 社会效益
水力喷枪工具改进后，弥补了长庆井下技术作业公司连续油管底封拖动水力喷射压裂工具管柱水力喷枪易失效的技术短板，使公司具备了一趟钻施工长水平段井的施工能力，为公司进一步占领高端业务领域提供了工具保障，目前已经在国内及国外刚果（布）油田累计使用400口以上，压裂施工2500层次以上，作为目前底封拖动压裂施工改造必不可少的利器，获得甲方及各使用单位的高度评价。2021年9月26日，该型工具配套的压裂管柱在华H100平台单套平均压裂35段，华H100-14井单套工具完成了59段的压裂施工，刷新了陆地水平井一趟钻工具施工全国纪录。
