用于水平井定向射孔压裂的压裂装置
技术领域
本公开涉及煤矿施工技术领域，特别涉及一种用于水平井定向射孔压裂的压裂装置。
背景技术
进行煤气层水平井压裂改造可以增加煤层气的渗流通道，更大程度地动用煤层气地下资源量，使单井产量大幅提高，更好地提升煤层气开采的经济价值。
相关技术中，在对水平井进行压裂改造时，多采用以下方式：在井筒内压力可控的情况下拖动喷砂器等装置对水平井进行喷砂射孔，然后再对水平井进行压裂。
然而，上述方式对水平井进行压裂改造时，无法对水平井定向射孔压裂，不能满足生产要求。
实用新型内容
本公开实施例提供了一种用于水平井定向射孔压裂的压裂装置，可以对水平井进行定向射孔压裂。
所述技术方案如下：
本公开实施例提供了一种用于水平井定向射孔压裂的压裂装置，所述用于水平井定向射孔压裂的压裂装置包括第一扶正器、定向器、喷砂器、第二扶正器、接箍定位器和引鞋，所述第一扶正器与所述定向器的第一端相连，所述定向器的第二端与所述喷砂器的第一端相连，所述喷砂器的第二端与所述第二扶正器的第一端相连，所述第二扶正器的第二端与所述接箍定位器的第一端相连，所述接箍定位器的第二端与所述引鞋相连；
所述定向器包括偏心侧和非偏心侧，所述偏心侧或者所述非偏心侧的轴线与所述喷砂器的喷射方向之间成预定的夹角。
可选地，所述压裂装置包括多个定向器，各所述定向器同轴固定在一起，靠近所述第一扶正器的一个所述定向器的一端与所述第一扶正器相连，靠近所述喷砂器的一个所述定向器的一端与所述喷砂器相连。
可选地，所述定向器的偏心侧上设置有配重块。
可选地，所述定向器为空心的扇形柱体。
可选地，所述定向器偏心侧的壁厚度大于非偏心侧的壁厚度。
可选地，所述第一扶正器通过第一旋转接头与所述定向器的第一端相连，所述定向器的第二端通过第二旋转接头与所述喷砂器的第一端相连。
可选地，所述接箍定位器包括接箍定位器本体、盖帽、定位片和弧形弹簧片；所述接箍定位器本体上设置有凹槽，所述盖帽将所述定位片固定在所述接箍定位器本体上，且所述定位片封盖在所述凹槽上，所述定位片外侧设置有用于和油井套管配合的定位凸台，所述弧形弹簧片位于所述凹槽内，且所述弧形弹簧片的两端连接在所述定位片的内侧，所述弧形弹簧片的弧顶与压裂装置的连续管相接触。
可选地，所述压裂装置还包括安全丢手，所述安全丢手的一端与所述第一扶正器的第一端相连。
可选地，所述压裂装置还包括封隔器，所述封隔器的第一端与所述第二扶正器的第二端相连，所述封隔器的第二端与所述接箍定位器的第一端相连。
可选地，所述第一扶正器和所述第二扶正器上均设置有多根扶正条，所述扶正条的长度方向与所述第一扶正器或所述第二扶正器的轴线平行。
本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过本实施例提供的用于水平井定向射孔压裂的压裂装置在对水平井进行压裂施工时，首先依次连接第一扶正器、定向器、喷砂器、第二扶正器、接箍定位器和引鞋，由于定向器包括偏心侧和非偏心侧，所以在把该压裂装置下入到水平井的水平段之后，利用定向器的偏心侧自身的重力使定向器带动喷砂器轴向转动。又由于喷砂器的喷射方向与偏心侧或者非偏心侧的轴线成预定的夹角，所以在喷砂器旋转停止后，喷砂器的喷射方向实现定位，喷砂器上的喷嘴便可轻松实现朝预定方向进行射孔，从而可以实现定向射孔。这样有效沟通老区和/或新区地层与周边邻井的已有裂缝。另外，当沿地层最大主应力进行定向射孔时，可以使压裂过程产生的初始裂缝沿地层最大主应力方向延展，避免或减少形成复杂裂缝。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实施例提供的用于水平井定向射孔压裂的压裂装置的结构示意图；
图2是本实施例提供的定位器的结构示意图；
图3是本实施例提供的定位器的侧视图；
图4是本实施例提供的第一扶正器的结构示意图；
图5是本实施例提供的第一扶正器的侧视图；
图6是本实施例提供的接箍定位器的结构示意图；
图7是本实施例提供的封隔器的结构示意图。
图中各符号表示含义如下：
1、第一扶正器；11、扶正条；2、定向器；21、配重块；3、喷砂器；4、第二扶正器；5、接箍定位器；51、接箍定位器本体；52、盖帽；53、定位片；531、定位凸台；54、弧形弹簧片；6、引鞋；7、安全丢手；8、封隔器；81、循环部；82、封隔部；83、锚定部；
100、连续管；101、第一旋转接头；102、第二旋转接头；103、连接器。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
本公开实施例提供了一种用于水平井定向射孔压裂的压裂装置，如图1所示，压裂装置包括第一扶正器1、定向器2、喷砂器3、第二扶正器4、接箍定位器5和引鞋6，第一扶正器1与定向器2的第一端相连，定向器2的第二端与喷砂器3的第一端相连，喷砂器3的第二端与第二扶正器4的第一端相连，第二扶正器4的第二端与接箍定位器5的第一端相连，接箍定位器5的第二端与引鞋6相连。
图2是本实施例提供的定位器的结构示意图，如图2所示，定向器2包括偏心侧A和非偏心侧B。定向器2的偏心侧或者非偏心侧的轴线与喷砂器3的喷射方向之间成预定的夹角。
通过本实施例提供的用于水平井定向射孔压裂的压裂装置在对水平井进行压裂施工时，首先依次连接第一扶正器1、定向器2、喷砂器3、第二扶正器4、接箍定位器5和引鞋6，并将该压裂装置连接在连续管100上，由于定向器2包括偏心侧和非偏心侧，所以在把该压裂装置下入到水平井的水平段之后，利用定向器2的偏心侧自身的重力使定向器2带动喷砂器轴向转动。又由于喷砂器3的喷射方向与偏心侧或者非偏心侧的轴线成预定的夹角，所以在喷砂器3旋转停止后，喷砂器3的喷射方向实现定位，喷砂器上的喷嘴的喷射方向便可轻松实现朝预定方向进行射孔，从而可以实现定向射孔，这样有效沟通老区和/或新区地层与周边邻井的已有裂缝。另外，当沿地层最大主应力进行定向射孔时，可以使压裂过程产生的初始裂缝沿地层最大主应力方向延展，避免或减少形成复杂裂缝。本实施例中的压裂装置通过定向器2能够快速的对喷砂器上的喷射方向进行有效定位，实现定向射孔。
示例性地，当定向器2的偏心侧或者非偏心侧的轴线与喷砂器3的喷嘴的喷射方向之间成90°夹角时，在将该压裂装置下放到水平井的水平段中之后，喷砂器3的喷嘴喷射方向即为水平方向，即喷砂器3以水平方向对套管进行射孔。当定向器2的偏心侧或者非偏心侧的轴线与喷砂器3的喷射方向之间小于90°夹角时，喷砂器3以低于水平的倾斜方向对套管进行射孔。所以，依据每个水平井的具体状况，只需要合理的预设喷砂器3的射孔方向与定向器2的偏心侧轴线之间的夹角，便可轻松实现对压裂井进行合理的定向射孔。
继续参见图1，可选地，第一扶正器1通过第一旋转接头101与定向器2的第一端相连，定向器2的第二端通过第二旋转接头102与喷砂器3的第一端相连。
在上述实现方式中，由于定向器2相对连续管100是偏心时，在将该压裂装置下放到水平井的水平段中之后，定向器2和喷砂器3是固定连接在一起的，当定向器2的第一端通过第一旋转接头101与第一扶正器1相连，喷砂器3的第二端通过第二旋转接头102与第二扶正器4相连，从而可以使定向器2和喷砂器3在井下自动旋转并完成自动定向。在使用旋转接头连接定向器2与第一扶正器1以及连接喷砂器3与第二扶正器4时，可以使旋转接头的回转中心线与连续管100的中心轴线位于同一直线上。
在定向器2可以在井下完成自动定向的情况下，在地面上将定向器2和喷砂器3固定连接在一起，并使定向器2偏心侧或者定向器2非偏心侧与喷砂器3之间成预定的夹角时，可以使压裂装置下入到水平井中的喷砂器3上的喷嘴朝预先设计好的射孔方向射孔，从而实现定向射孔。其中，定向器2偏心侧或者定向器2非偏心侧与喷砂器3之间成预定的夹角，也可以说是定向器2的中心轴线与喷砂器3上喷嘴喷出方向之间成预定的夹角。
需要说明的是，定向器2偏心侧或者定向器2非偏心侧与喷砂器3之间所成的预定夹角角度或者定向器2的中心轴线与喷砂器3上喷嘴喷出方向之间所成的成的预定夹角角度与已设计的射孔方向与连续管100中心轴线或者定向器2中心轴线之间的夹角角度相对应。在具体应用中，在设置定向器2偏心侧或者非偏心侧与喷砂器3之间所成的预定夹角时，可以将该夹角的角度大小设置为使喷砂器3在井下沿地层最大主应力方向射孔的角度大小，即当在地面上将定向器2偏心侧或者非偏心侧与喷砂器3之间所成的夹角设置为该角度大小时，喷砂器3在井下就可以沿地层最大主应力方向射孔，从而可以减少射孔时生成的复杂裂缝。其中，预设夹角角度的具体大小可以根据已测得的地层最大主应力方向进行选取。
示例性地，第一旋转接头101的轴承与连续管100连接，第二旋转接头102的轴承与连续管100连接。
图3是本实施例提供的定位器的侧视图，如图3所示，可选地，定向器2为空心的扇形柱体。
在上述实现方式中，定向器2的偏心侧可以一直朝向重力方向。当定向器2是空心的扇形柱体时，可以使定向器2的中心轴线沿重力方向偏离连续管100的中心轴线预设距离，从而使定向器2相对连续管100而言是偏心的。
其中，预设距离的具体数值可以在使定向器2相对连续管100而言是偏心的基础上，根据实际需要进行选取，例如10cm或20cm等。在将该压裂装置下入到水平井的水平段中之后，由于定向器2的中心轴线沿重力方向偏离连续管100的中心轴线，则定向器2的偏心侧可以在重力的作用下始终在连续管100中心轴线的下方从而使定向器2完成定向。
可选地，定向器2的偏心侧上设置有配重块21。
在上述实现方式中，定向器2的偏心侧上设置有配重块21，则定向器2的偏心侧可以保证在重力的作用下始终在连续管100中心轴线的下方从而使定向器2快速完成定向。
可选地，定向器2偏心侧的壁厚度大于非偏心侧的壁厚度。
在上述实现方式中，定向器2偏心侧的壁厚度大于非偏心侧的壁厚度可以进一步提高定向器2的定向效果。
可选地，压裂装置包括多个定向器2，各定向器2同轴固定在一起，靠近第一扶正器1的一个定向器2的一端与第一扶正器1相连，靠近喷砂器3的一个定向器2的一端与喷砂器3相连。
在上述实现方式中，设置多个定向器2可以进一步提高定向器2的定向效果。
图4是本实施例提供的第一扶正器的结构示意图，如图4所示，示例性地，第一扶正器1和第二扶正器4上均可以设置多根扶正条11，扶正条11的长度方向与第一扶正器1或第二扶正器4的轴线平行。第一扶正器1和第二扶正器4的最大外径小于水平井的套管内径，且大于定向器2和喷砂器3的最大旋转直径。
在上述实现方式中，多根扶正条的设置可以提高第一扶正器1和第二扶正器4的扶正效果，第一扶正器1和第二扶正器4的最大外径可以小于水平井的套管内径，且大于定向器2和喷砂器3的最大旋转直径，这样便于确保该压裂装置在井筒内正常移动，同时使定向器2和喷砂器3旋转自如。
图5是本实施例提供的第一扶正器的侧视图，如图5所示，示例性地，第一扶正器1和第二扶正器4结构完全相同，第一扶正器1和第二扶正器4的截面均可以为圆形，扶正条11均匀周向分布在第一扶正器1的外壁上。
图6是本实施例提供的接箍定位器的结构示意图，如图6所示，可选地，接箍定位器5包括接箍定位器本体51、盖帽52、定位片53和弧形弹簧片54；接箍定位器本体51上设置有凹槽，盖帽52将定位片53固定在接箍定位器本体51上，且定位片53封盖在凹槽上，定位片53外侧设置有用于和油井套管配合的定位凸台531，弧形弹簧片54位于凹槽内，且弧形弹簧片54的两端连接在定位片53的内侧，弧形弹簧片54的弧顶与压裂装置的连续管100相接触。
在上述实现方式中，接箍定位器5可以用于定位套管的接箍位置，从而可以使工作人员根据接箍定位器5定位到的套管接箍位置数据了解该压裂装置在水平井中的位置信息，并根据该压裂装置在水平井中的位置信息调整该压裂装置的位置。
在使用该压裂装置时，由于水平井内套管与套管之间是通过接箍连接，套管接箍位置相对于套管上非接箍位置会凸出一些，所以当把该压裂装置下入到水平井中之后，上提连续管100时，套管接箍可以碰到接箍定位器5的定位片53上的定位凸台531，此时套管接箍会给定位凸台531的移动带来阻力。当套管接箍碰到定位片53上的定位凸台531时，套管接箍带给定位凸台531的阻力可以通过弧形弹簧片54的弧部传递给连续管100，使连续管100在短时间内增加一定的附加压力。而工作人员通过地面的控制室仪表采集到的拉力脉冲信号和深度计数器的数据，就可以确定该套管接箍位置的深度，从而确定该压裂装置在井下的位置信息。其中，深度计数器可以用来检测该压裂装置在水平井中的深度。
再次参见图1，可选地，该压裂装置还可以包括安全丢手7，安全丢手7的一端与第一扶正器1的第一端相连。
在上述实现方式中，安全丢手7的另一端可以通过连接器103与连续管100相连，安全丢手7内可以设有球座台阶，当在使用该压裂装置进行作业时，若该压裂装置在水平井内遇到特殊情况而卡住，则可以利用安全丢手7向连续管100内投球打压安全丢手7下端卡住的部件，避免发生重大事故。
示例性地，连接器103可以为外卡瓦连接器。
图7是本实施例提供的封隔器的结构示意图，如图7所示，该压裂装置还包括封隔器8，封隔器8的第一端与第二扶正器4的第二端相连，封隔器8的第二端与接箍定位器5的第一端相连。
在上述实现方式中，封隔器8可以将目标煤层与水平井中非目标煤层的煤层封隔，或者封隔器8可以将未压裂的目标煤层与已压裂的目标煤层封隔。
需要说明的是，若该压裂装置在水平井中的深度与设计深度之间的差值超过了预设范围，则可以通过上提或者下放连续管100的方式调整该压裂装置在水平井中的位置。为了进一步保证施工安全，在将封隔器8坐封之后，可以先检查封隔器8的封闭性是否达到施工要求，并在封隔器8的封闭性达到施工要求的前提下再进行下一步操作。
示例性地，封隔器8可以包括：循环部81、封隔部82和锚定部83。其具体工作原理可以是：(1)入井：当封隔器8随该压裂装置下入到水平井中时，循环部81中的上下循环阀可以允许液体旁通，便于封隔器8的下入。(2)坐封：当需要利用封隔器8进行封隔时，在封隔器8到达坐封位置之后上提连续管100一次，可以使封隔器8中的换位心轴换位到锚定部83中换位槽的长槽；然后下放连续管100并缓慢向连续管100加压，使上下循环阀关闭，封隔部82中的胶筒下移从而推动锚定部83中卡瓦椎体下移，使卡瓦撑开并紧贴套管壁支撑，可以使得胶筒完全加压密封。(3)解封：当需要解封封隔器8时，上提连续管100，可以使胶筒收缩，卡瓦复位，换位心轴换位到换位槽中的短槽，从而实现封隔器8的解封。其中，在每次解封之后可以等待一定的时间(例如8-8分钟)再进行下一步的操作，以使胶筒完全收缩。另外，可以通过向连续管100中泵入带压流体的方式缓慢向连续管100加压。
可以理解，封隔器8亦可以为其他类型的封隔器，只要能够实现以上功能便可。
下面简单介绍一下该用于水平井压裂的压裂装置的工作方式：
通过本实施例中提供的用于水平井压裂的压裂装置，在水平井进行喷砂射孔压裂作业时：
首先，将该用于水平井压裂的压裂装置连接在连续管100上，通过在地面上上提和下放连续管100实现该压裂装置在水平井内的移动。另外，通过将定向器2和喷砂器3固定连接在一起，可以在将该压裂装置下放到水平井中之后利用定向器2自身的偏心重量实现对喷砂器3的定向，从而实现定向射孔。
接着，利用该压裂装置对水平井对应的目标煤层进行压裂，目标煤层为需要进行压裂的煤层。将该压裂装置下入到水平井中的套管内，直至喷砂器3位于目标煤层以下。上提连续管100，直至喷砂器3到达目标煤层对应的目标射孔位置。可以利用该压裂装置上的接箍定位器5检测喷砂器3是否到达目标射孔位置，当喷砂器3到达目标射孔位置后，通过该压裂装置对水平井对应的目标煤层进行压裂。
以上仅为本公开的可选实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
