專(zhuān)利名稱(chēng)：水平井壓裂管柱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種壓裂管柱，特別涉及一種適用于水平井的壓裂管柱。
背景技術(shù)：
在油氣勘探開(kāi)發(fā)方面，會(huì)遇到新油田油藏類(lèi)型越來(lái)越復(fù)雜、老油田挖潛難度越來(lái)越大等多種的情況。解決這些問(wèn)題的一種有效方法是水力壓裂改造，其通過(guò)高的排量和壓力，將含有高濃度支撐劑的壓裂液注入井下，在目的層造縫并延伸擴(kuò)展裂縫。當(dāng)壓裂液破膠返排后，會(huì)形成一條或多條具有高導(dǎo)流能力的支撐裂縫以更好地溝通儲(chǔ)層，從而提高油氣
井產(chǎn)量。目前，水力分段壓裂是最常用的方法，具體來(lái)說(shuō)其主要有限流法壓裂、暫堵劑分層壓裂、機(jī)械封隔器壓裂、泵送橋塞壓裂、裸眼封隔器壓裂，水力噴射壓裂等。在現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)中，也描述了水平井技術(shù)在勘探開(kāi)發(fā)油氣藏中的應(yīng)用。例如中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)200510072121. 8公開(kāi)了一種“水平井壓裂方法”，該方法為在施工的全井段均勻射孔條件下，采用現(xiàn)場(chǎng)分析診斷及暫阻劑技術(shù)，分多次施工階段實(shí)現(xiàn)多條人工裂縫的目的。該方法的主要缺點(diǎn)在于無(wú)法控制裂縫起裂位置、不能實(shí)現(xiàn)分段壓裂。另外，在現(xiàn)場(chǎng)施工中不能有效封隔已經(jīng)壓開(kāi)的裂縫。中國(guó)專(zhuān)利200710179500. 6公開(kāi)了 “磨料射流井下射孔、割縫分層壓裂的方法及裝
置”，該專(zhuān)利披露了一種磨料射流噴射裝置，其具有設(shè)有至少兩個(gè)噴嘴的用于噴射磨料射流的噴槍?zhuān)⑶宜鰢姌屌c油管相連接。該專(zhuān)利還披露了該磨料射流噴射裝置的使用方法。該裝置和方法的缺點(diǎn)在于，在遇到層間壓力差值大的井時(shí)，液體可能會(huì)進(jìn)入已壓裂縫，影響壓裂效果。并且，一套工具只能壓裂施工一層，使得壓裂成本增加。中國(guó)專(zhuān)利201010271024. 2公開(kāi)了 “封隔器”，該封隔器用于油氣井壓裂施工，能夠防止中途坐封失效，能夠?qū)崿F(xiàn)一趟管柱多次坐封和解封。該裝置的缺點(diǎn)在于，封隔器關(guān)鍵部件橡膠易于受到井下高溫影響而失效，特別是對(duì)于135°C以上的井，其不再適用。中國(guó)專(zhuān)利200610141781. I公開(kāi)了 “吸水膨脹組合物、吸水膨脹材料和吸水膨脹封隔器”，該專(zhuān)利披露了在封隔器橡膠體中加入吸水劑、反應(yīng)單體和表面活性劑，遇水便自動(dòng)膨脹，膨脹后可與不規(guī)則外形井壁實(shí)現(xiàn)良好的密封。其缺點(diǎn)在于，該封隔器膨脹遇水膨脹后無(wú)法實(shí)現(xiàn)收縮，因此在壓裂完成后，不能將壓裂管柱起出地面，這不利于后期的壓裂改造。文獻(xiàn)《MethodTo Pump Bridge/Frac Plugs at Reduced Fluid Rate》(http://www. onepetro. org/mslib/app/search, do.檢索碼 112377)中披露了泵送橋塞壓裂方法。其通過(guò)電纜將密封橋塞下入井下，然后射孔、進(jìn)行壓裂施工。完成一段壓裂后，再次下入橋塞坐封，密封第一段裂縫，然后在其他層段進(jìn)行射孔壓裂。壓裂結(jié)束后，從地面下入鉆頭將井下所有橋塞磨削掉，再進(jìn)行后期生產(chǎn)作業(yè)。其缺點(diǎn)在于，該方法一次只能壓裂一段，多層壓裂必須更換新橋塞下入井下，施工周期長(zhǎng)，作業(yè)成本高。因此，急需一種能夠在一次作業(yè)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)地層段壓裂，并且不受井內(nèi)溫度影響的壓裂管柱。
實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提出了一種水平井壓裂管柱，其不但能夠?qū)崿F(xiàn)在一次作業(yè)中，對(duì)多個(gè)地層段壓裂，而且不受井內(nèi)溫度的影響，沒(méi)有使用次數(shù)的限制。根據(jù)本實(shí)用新型，提出了一種水平井壓裂管柱，其通過(guò)設(shè)于連續(xù)油管上游端處的連接節(jié)連接于連續(xù)油管，所述壓裂管柱包括在連續(xù)油管上朝向連續(xù)油管下游端依次布置的射流器和單向閥。其中，在單向閥的下游還布置有用于在井筒內(nèi)產(chǎn)生砂塞封隔的噴砂器。根據(jù)本實(shí)用新型，連續(xù)油管的形狀與井內(nèi)套管的形狀相同，即均為“L”形，其豎直部分的端部穿出井口，水平部分布置在地層內(nèi)的井筒里。這里，詞語(yǔ)“水平部分”不應(yīng)按照數(shù)學(xué)意義上的水平來(lái)理解，其可以為以一定的傾角向地層深處延伸。同樣地，“豎直部分”也可以有一定的傾角。連續(xù)油管使得壓裂操作更容易、作業(yè)層數(shù)更多。 在本文中，用語(yǔ)“下游”和“上游”均以流體的流向?yàn)閰⒄铡Ｔ谝粋€(gè)實(shí)施例中，在單向閥內(nèi)布置有圓臺(tái)形球座，其大端開(kāi)口朝向井口。這種圓臺(tái)形球座用于承接來(lái)自井口的球體，封堵連續(xù)油管從而截止流向井筒下游端的流體流動(dòng)。而且這種單向閥起單向?qū)Я髯饔脙H截止從井口流向壓裂管柱末端的液體，而允許從壓裂管柱末端流向井口的液體，因此，這種單向閥僅在下文所述的射孔過(guò)程中起作用，而在壓裂過(guò)程中不起作用。在一個(gè)實(shí)施例中，在射流器上布置有3個(gè)噴嘴。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中,所有噴嘴布置在垂直于連續(xù)油管縱軸的同一平面中。根據(jù)本實(shí)用新型，射流器僅在射孔時(shí)噴砂，從而大幅降低射流器噴嘴磨損，延長(zhǎng)了射流器的使用壽命。在一個(gè)實(shí)施例中，在所述噴砂器的周向壁上布置有4個(gè)噴砂孔。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，該噴砂孔布置在垂直于連續(xù)油管縱軸的同一平面中并且彼此之間相位角為90°。根據(jù)本實(shí)用新型，噴砂器不但可用于在壓裂過(guò)程中，將壓裂液噴入地層裂縫中進(jìn)行壓裂，還可以在加砂壓裂過(guò)程中向地層裂縫中注入支撐劑。更重要地是，在加砂壓裂后期，可在裂縫周?chē)木矁?nèi)形成砂塞。砂塞作為封隔介質(zhì)，避免了機(jī)械封隔器坐封不牢、使用次數(shù)有限、受溫度影響問(wèn)題。在一個(gè)特定的實(shí)施例中，噴砂器上設(shè)有3-4個(gè)噴砂孔，直徑為 20-30mm，相位角 90° -120。。在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)本實(shí)用新型的水平井壓裂管柱還包括至少兩個(gè)間隔布置的扶正器。扶正器使得射流器與套管之間存在一定距離，從而保證射孔質(zhì)量。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，扶正器上的扶正塊為螺旋形。這種螺旋形扶正塊使得液體經(jīng)過(guò)此處會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)繞流，便于清洗壓裂管柱周?chē)鷼堄嗟闹蝿┮苑乐股翱?。從而?dāng)一段壓裂施工結(jié)束，能迅速帶壓上提管柱，遠(yuǎn)離已壓裂施工層段。在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)本實(shí)用新型的水平井壓裂管柱還包括緊鄰連接節(jié)而布置在連接節(jié)下游側(cè)的斷開(kāi)器，以能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)油管與壓裂管柱的脫開(kāi)。在壓裂施工過(guò)程中，發(fā)生事故時(shí)，該斷開(kāi)器能夠使連續(xù)油管與壓裂管柱斷開(kāi)，僅起出連續(xù)油管，從而可降低后續(xù)事故處理的復(fù)雜性。在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)本實(shí)用新型的水平井壓裂管柱還包括布置在水平井壓裂管柱下游末端的反洗閥，以?xún)H允許流體從環(huán)空經(jīng)由反洗閥進(jìn)入連續(xù)油管，從而清洗井筒內(nèi)的支撐劑。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于，通過(guò)使用噴砂器，可在壓裂后期大幅提高支撐劑砂濃度，而在裂縫周?chē)木仓行纬缮叭?。砂塞作為封隔介質(zhì)，避免了機(jī)械封隔器坐封不牢，受用次數(shù)有限，溫度受限問(wèn)題。通過(guò)扶正器上螺旋形的扶正塊可防止壓裂管柱發(fā)生砂卡。射流器僅在噴砂射孔時(shí)噴射砂粒，從而大幅降低射流器噴嘴磨損，延長(zhǎng)了射流器使用壽命。反洗閥的使用能夠?qū)⑸叭杆偾宄?，以便于后期的采油作業(yè)。另外，根據(jù)本實(shí)用新型的水平井壓裂管柱能夠進(jìn)行帶壓作業(yè)，從而縮短了施工時(shí)間，并降低了施工成本和施工風(fēng)險(xiǎn)。
以下結(jié)合附圖
來(lái)對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，其中圖I是根據(jù)本實(shí)用新型的水平井壓裂管柱的示意圖；圖2是根據(jù)本實(shí)用新型的水平井壓裂管柱的單向閥的截面圖；圖3-4是根據(jù)本實(shí)用新型的壓裂管柱噴砂壓裂過(guò)程示意圖；圖5是根據(jù)本實(shí)用新型的壓裂管柱進(jìn)行多地層段壓裂的示意圖；圖6是多層壓裂后清理砂塞示意圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。圖I示意性顯示了水平井壓裂管柱100的示意圖。水平井壓裂管柱100通過(guò)設(shè)于連續(xù)油管109上游端處的連接節(jié)108連接于連續(xù)油管109。所述水平井壓裂管柱100包括射流器105、單向閥104以及噴砂器102，其在連續(xù)油管109上朝向連續(xù)油管109下游端依次布置。如圖2所示，單向閥104包括圓臺(tái)形的球座202，其用于承接來(lái)自井口 112的球114從而封堵連續(xù)油管、實(shí)現(xiàn)單向?qū)Я髯饔?。這種單向?qū)Я髯饔脼樵谙挛乃龅纳淇走^(guò)程中，射孔物質(zhì)被球114所阻擋而僅能從射流器105的噴嘴115中高速射出，實(shí)現(xiàn)噴砂射孔；當(dāng)射孔結(jié)束后，將球114反洗出地面，單向閥104不再起作用，套管110為貫通從而可將壓裂液送入井內(nèi)并通過(guò)噴砂器102進(jìn)行壓裂過(guò)程。射流器105用于將射孔物質(zhì)，例如石英砂通過(guò)噴嘴115高速射出，打穿套管，在地層中形成一定長(zhǎng)度的孔道，從而實(shí)現(xiàn)井筒與地層的連通，為后續(xù)壓裂施工做必要準(zhǔn)備。在一個(gè)實(shí)施例中，射流器105的噴嘴115的數(shù)量為多個(gè)，例如為3個(gè)并且沿射流器105的周向均勻布置，即相鄰噴嘴115彼此之間的夾角為120°，在圖I中僅可看到兩個(gè)噴嘴115。在另一個(gè)實(shí)施例中，噴嘴115的直徑為4_6mm。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中,所有的噴嘴115處于垂直于連續(xù)油管109縱軸的相同平面中。噴砂器102不但在壓裂過(guò)程中，用于將壓裂液噴入地層裂縫中進(jìn)行壓裂；而且在加砂壓裂過(guò)程中，還用于向地層裂縫中注入支撐劑。噴砂器102上的噴沙孔116的直徑較大，在一個(gè)實(shí)施例中該直徑為20-30_，較大的孔徑使得支撐劑通過(guò)時(shí)所受的阻力較小，因此地面施工壓力可大幅減小。更重要地是，較大的孔徑使得易于增加支撐劑濃度和砂量，從而在加砂壓裂后期能快速大幅提高支撐劑濃度，以在裂縫周?chē)木矁?nèi)形成砂塞。這種砂塞能夠作為封隔介質(zhì)，消除了機(jī)械封隔器坐封不牢、使用次數(shù)有限、受溫度影響的問(wèn)題。水平井壓裂管柱100還可包括扶正器。扶正器的數(shù)量至少為兩個(gè)，優(yōu)選地，多個(gè)扶正器為不連續(xù)布置以確保連續(xù)油管109不會(huì)偏離設(shè)計(jì)位置。此外，扶正器使得射流器105與套管110之間存在一定距離，從而保證射孔質(zhì)量。在圖I所示的實(shí)施例中，壓裂管柱100包括兩個(gè)扶正器104、106，并且兩個(gè)扶正器為間隔布置。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，扶正器上的扶正塊(未示出)為螺旋形。這種螺旋形扶正塊使得液體經(jīng)過(guò)此處會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)繞流，便于清洗水平井壓裂管柱100周?chē)鷼堄嗟闹蝿┮苑乐股翱?。?yōu)選地，水平井壓裂管柱100還包括斷開(kāi)器107。當(dāng)井下發(fā)生事故，例如當(dāng)發(fā)生砂卡管柱時(shí)，連續(xù)油管109和水平井壓裂管柱100可從斷開(kāi)器107處斷開(kāi)，從而可僅將連續(xù)油管109從井內(nèi)取出，以便于后續(xù)處理。在水平井壓裂管柱100的下游末端處還布置有反洗閥101。反洗閥101為單向?qū)ó?dāng)通過(guò)環(huán)空113注入液體時(shí)，反洗閥101才會(huì)打開(kāi)并且液體會(huì)進(jìn)入連續(xù)油管109和水平井壓裂裝置100中；而當(dāng)通過(guò)連續(xù)油管109注入液體時(shí)，反洗閥101會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。因此，可實(shí)現(xiàn)清洗套管110內(nèi)的支撐劑并防止砂卡管柱問(wèn)題。在使用過(guò)程中，首先將連續(xù)油管109和水平井壓裂管柱100裝配在一起。如圖I所示。各個(gè)壓裂部件的裝配順序?yàn)槌蜻B續(xù)油管109的端部依次為連接節(jié)108、斷開(kāi)器107、第一扶正器106、射流器105、單向閥104、第二扶正器103、噴砂器102、反洗閥101。在上述裝配步驟結(jié)束后，將Φ55πιπι的球114從口投入連續(xù)油管109中。以I. Om3/min的排量向連續(xù)油管109中注入載體液以將送球114到達(dá)單向閥104處，從而封堵連續(xù)油管109。然后，向連續(xù)油管109內(nèi)注入射孔液進(jìn)行噴砂射孔，如圖3中的箭頭所示。在一個(gè)實(shí)施例中，射孔液為含射孔石英砂的液體，石英砂濃度100kg/m3，石英砂顆粒的直徑為
O.4-0. 8mm,連續(xù)油管109的排量為I. 0m3/min。射孔一定時(shí)間，例如12min,并且當(dāng)石英砂用量達(dá)到I. 2m3后，完成射孔。接著，將連續(xù)油管109上提一定距離以使得水平井壓裂管柱100離開(kāi)壓裂位置，在一個(gè)實(shí)施例中，上提距離為30m。然后，向環(huán)空113內(nèi)注入洗液，洗液穿過(guò)單向閥101進(jìn)入連續(xù)油管109內(nèi)，將球114返到地面。之后，向連續(xù)油管109和環(huán)空113內(nèi)注入壓裂液直到將地層壓裂，如圖4中的箭頭所示。在一個(gè)實(shí)施例中，連續(xù)油管109中的排量大于環(huán)空113中排量，例如連續(xù)油管109的排量為3. 5m3/min，環(huán)空113的排量為I. 2m3/min。當(dāng)套管壓力達(dá)到24MPa時(shí)地層出現(xiàn)破裂，壓裂液進(jìn)入裂縫中以維持地層裂縫擴(kuò)展，如圖4所示。然后，向連續(xù)油管109中注入支撐劑。在一個(gè)實(shí)施例中，所述支撐劑為過(guò)交聯(lián)混砂壓裂液，其濃度可為180kg/m3, 300kg/m3,430kg/m3, 540kg/m3,670kg/m3, 780kg/m3,910kg/m3,1020kg/m3 中的一種，并且連續(xù)油管 109 中的排量為3. 5m3/min。在另一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)注入的支撐劑數(shù)量達(dá)到30m3后，迅速提高支撐劑的濃度，并且當(dāng)高濃度支撐劑達(dá)到施工裂縫位置，降低連續(xù)油管排量，以形成砂塞，完成第一層壓裂。在一個(gè)實(shí)施例中，將支撐劑的濃度提高到2450kg/m3，而當(dāng)高濃度支撐劑達(dá)到施工裂縫位置，連續(xù)油管的排量降低為lm3/min。然后，停止向連續(xù)油管109和環(huán)空113內(nèi)注入液體，并上提壓裂管柱100，使射流器105對(duì)準(zhǔn)第二地層段，重復(fù)進(jìn)行上述過(guò)程，即可實(shí)現(xiàn)該地層段的壓裂，如圖5所示。在圖5中還可以看到，由于存在砂塞501，后續(xù)壓裂液不會(huì)進(jìn)入已完成壓裂的地層段。最后，完成預(yù)計(jì)壓裂后，再次將水平井壓裂管柱100下入，并向環(huán)空113中注入洗液，并且洗液經(jīng)由反洗閥101進(jìn)入水平井壓裂管柱100內(nèi)部并通過(guò)連續(xù)油管109返回地面以排出井筒內(nèi)的砂塞從而完成洗井，如圖6所示。在一個(gè)實(shí)施例中，洗液排量為I. 5m3/min。在另一個(gè)實(shí)施例中，將水平井壓裂管柱100下放距離超過(guò)所壓裂地層段位置30m，以增加洗井效果。最后，提出水平井壓裂管柱100，下入生產(chǎn)管串，投產(chǎn)。雖然已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了描述，但在不脫離本實(shí)用新型的范圍的情況下，可以對(duì)其進(jìn)行各種改進(jìn)并且可以用等效物替換其中的部器。本實(shí)用新型并不局限于文中公開(kāi)的特定實(shí)施例，而是包括落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有技術(shù)方案?！?br> 權(quán)利要求1.一種水平井壓裂管柱，其通過(guò)設(shè)于連續(xù)油管上游端處的連接節(jié)連接于連續(xù)油管，所述壓裂管柱包括在連續(xù)油管上朝向連續(xù)油管下游端依次布置的射流器和單向閥， 其特征在于，在單向閥的下游還布置有用于在井筒內(nèi)產(chǎn)生砂塞封隔的噴砂器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水平井壓裂管柱，其特征在于，在所述噴砂器的周向壁上布置有4個(gè)噴砂孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水平井壓裂管柱，其特征在于，所述噴砂孔布置在垂直于連續(xù)油管縱軸的同一平面中并且彼此之間相位角為90°。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水平井壓裂管柱，其特征在于，在所述單向閥內(nèi)布置有圓臺(tái)形球座，其大端開(kāi)口朝向井口。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水平井壓裂管柱，其特征在于，在所述射流器上布置有3個(gè)噴嘴。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水平井壓裂管柱，其特征在于，所有噴嘴布置在垂直于連續(xù)油管縱軸的同一平面中。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水平井壓裂管柱，其特征在于，還包括至少兩個(gè)間隔布置的扶正器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的水平井壓裂管柱，其特征在于，所述扶正器上的扶正塊為螺旋形。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水平井壓裂管柱，其特征在于，還包括緊鄰連接節(jié)而布置在連接節(jié)下游側(cè)的斷開(kāi)器，以能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)油管與壓裂管柱的脫開(kāi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水平井壓裂管柱，其特征在于，還包括布置在水平井壓裂管柱下游末端的反洗閥，以?xún)H允許流體從環(huán)空經(jīng)由反洗閥進(jìn)入連續(xù)油管，從而清洗井筒內(nèi)的支撐劑。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種水平井壓裂管柱，屬于采油機(jī)械領(lǐng)域。其通過(guò)設(shè)于連續(xù)油管上游端處的連接節(jié)連接于連續(xù)油管，所述壓裂管柱包括在連續(xù)油管上朝向連續(xù)油管下游端依次布置的射流器和單向閥。其中，在單向閥的下游還布置有用于在井筒內(nèi)產(chǎn)生砂塞封隔的噴砂器。根據(jù)本實(shí)用新型的水平井壓裂管柱能夠?qū)崿F(xiàn)在一次作業(yè)中，對(duì)多個(gè)地層段壓裂，而且不受井內(nèi)溫度的影響，沒(méi)有使用次數(shù)的限制。
文檔編號(hào)E21B43/267GK202659221SQ20122026766
公開(kāi)日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月7日
發(fā)明者曲海, 曾義金, 李根生, 張波, 李洪春, 吳春方, 李奎為, 劉建坤 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司石油工程技術(shù)研究院