专利名称：一种煤层气井的分段压裂的系统和方法
技术领域：
本发明涉及煤层气井压裂领域，特别涉及煤层气井的分段压裂的系统和方法。
背景技术：
煤层气储层具有低孔、低渗的特点，一般需要压裂改造才能获得较好的气产量。其中，煤层气开采可以使用煤层气直井、煤层气定向井、煤层气水平井等多种的开发方式。现有技术中，套管完井的煤层气水平井在钻完井技术方面已基本成熟，若有成熟的与之配套的压裂增产技术，则套管完井加压裂的方式可以大大推动煤层气开发，但在其分段压裂方面还存在一些技术问题。其中，压裂是对常规油气田层或非常规油气层一种常用的改造方法，目的是提高近井地带的渗透能力从而提高产能。现有技术中，采用水力喷射射孔和压裂技术，虽然压裂施工进度较快，但管柱被砂卡的风险高，易耽误施工进度，造成高的修井费用，后期管柱的处理费用也较高。现有技术中，采用速钻桥塞分段压裂技术，需要分级点火完成一趟作业座封桥塞及射孔两道工序，压裂完所有的层段后需要采用专用的工具对桥塞进行钻磨，使得施工工艺复杂、周期长，而且采用速钻桥塞的分段压裂技术，其工艺复杂、施工费用高。
发明内容
本发明提供了煤层气井的分段压裂的系统和方法，以解决施工风险大、工艺复杂、施工成本高的问题。本发明公开了一种煤层气井的分段压裂系统，所述系统包括:套管短节、压裂装置、投球器和封隔球，各套管短节与煤层气井的生产套管连接，分别位于两段压裂段或压裂层之间，安装有套管短节的生产套管在钻井完成后被下入井内进行固井；投球器与煤层气井中采油树的上部连接，采油树的下部与生产套管连接，按距离投球器由近到远的顺序，各个套管短节的内径依次减小；压裂装置，用于按距离投球器由远到近的顺序对各段压裂段或压裂层进行压裂，在将一段压裂段或压裂层压裂完成，并对待压裂的下一段压裂段或压裂层进行完射孔后，向生产套管中注入压裂液，将由投球器投入的封隔球送到该完成压裂的压裂段或压裂层靠近投球器一侧的套管短节处，封堵该套管短节，所述封隔球与所述套管短节相匹配。其中，所述套管短节包括:外套和内套，各个套管短节的外套规格相同，外套的强度大于生产套管的强度；各个套管短节的内套的外径相同，内套与外套丝扣连接并固定；各个套管短节的内套的内径，按距离投球器由近到远的顺序依次减小。其中，所述内套所用材料为复合材料。其中，两个相邻套管短节的内套的内直径相差7mm至8mm间的任意值。其中，所述封隔球的直径比相匹配的套管短节的内直径大3.5mm至4mm间的任意值。其中，所述封隔球所用材料为复合橡胶材料，耐压差强度大于40MPa。其中，当生产套管为5寸半套管时，压裂段或压裂层的数量为2至7中任意值；和/ 或，当生产套管为7寸半套管时，压裂段或压裂层的数量为2至10中任意值。本发明还公开了一种煤层气井的分段压裂方法，所述方法包括:将各套管短节与煤层气井的生产套管连接，各套管短节分别位于两段压裂段或压裂层之间，钻井完成后，将生产套管下入井内进行固井，将煤层气井中采油树的下部与生产套管连接，将投球器与采油树的上部连接；按距离投球器由近到远的顺序，各个套管短节的内径依次减小；通过压裂装置按距离投球器由远到近的顺序对各段压裂段或压裂层进行压裂，在将一段压裂段或压裂层压裂完成，并对待压裂的下一段压裂段或压裂层进行完射孔后，投球器投入封隔球，向生产套管中注入压裂液，将封隔球送到该完成压裂的压裂段或压裂层靠近投球器一侧的套管短节处，封堵该套管短节，所述封隔球与所述套管短节相匹配。其中，所述套管短节包括:外套和内套，各个套管短节的外套规格相同，外套的强度大于生产套管的强度；各个套管短节的内套的外径相同，内套与外套丝扣连接并固定；各个套管短节的内套的内径，按距离投球器由近到远的顺序依次减小。其中，两个相邻套管短节的内套的内直径相差7mm至8mm间的任意值，和/ 或，所述封隔球的直径比相匹配的套管短节的内直径大3.5mm至4mm间的任意值。本发明的有益效果是:通过使用多个相互匹配的套管短节和封隔球，在将一段压裂段或压裂层压裂完成，并对待压裂的下一段压裂段或压裂层进行完射孔后，注入对下一段压裂段或压裂层进行压裂的压裂液，并通过压裂液将由投球器投入的封隔球送到该完成压裂的压裂段或压裂层的套管短节处，封堵该套管短节；仅需在将煤层气井的生产套管中安装套管短节，完成一段压裂后，在对下一段进行压裂时，使用进行压裂的压裂液将封隔球送入套管短节进行封堵，便可以实现分段压裂，满足煤层气压裂施工中大排量的需要。并且，采用该技术方案，无需增加复杂施工操作，安全可靠、快捷地实现分段压裂，同时可以避免不必要的修井，取得了缩短施工周期，降低成本的有益效果。
图1为本发明一实施例的煤层气水平井的分段压裂的系统的结构图；图2为本发明一实施例的套管短节的剖面图；图3为本发明一实施例的煤层气直井的分段压裂的系统的结构图；图4为本发明一实施例的煤层气定向井的分段压裂的系统的结构图；图5为本发明一实施例的煤层气井的分段压裂的方法的流程图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。参见图1，为一实施例的煤层气水平井的分段压裂的系统的结构图。系统包括:套管短节200、压裂装置、投球器100和封隔球。为使结构图简洁便于说明，在图1中未示出压裂装置和封隔球。其中，压裂装置为本领域常用装置，在本实施例中，可以为任何通过压裂液对煤层进行压裂的装置，在此没有特别限制。在本实施例中，具有6个套管短节200，分别为第一级套管短节200a、第二级套管短节200b、第三级套管短节200c、第四级套管短节200d、第五级套管短节200e、第六级套管短节200f。本实施例中压裂段的数量为7。此处，仅为本实施例中的举例说明，当生产套管为5寸半套管时，压裂段的数量为2至7中任意值；当生产套管为7寸半套管时，压裂段的数量为2至10中任意值。各套管短节200与煤层气井的生产套管300连接，分别位于两段压裂段或压裂层之间。在水平井中，如图1所示，分段压裂的各段对应为压裂段，在直井或定向井中，如图3或图4所示，分段压裂的各段对应为压裂层。各段压裂段的长度或压裂层的高度依分段压裂的要求而定。安装有套管短节200的生产套管300在钻井完成后被下入井内进行固井。投球器100与煤层气井中采油树400的上部连接，采油树400的下部与生产套管300连接，按距离投球器100由近到远的顺序，各个套管短节200的内径依次减小。参见图2，为本发明一实施例的套管短节的结构图。套管短节200包括外套210和内套220。各个套管短节200的外套210规格相同，外套210的强度大于生产套管300的强度。各个套管短节200的内套220的外径相同，内套220与外套210丝扣连接并固定。各个套管短节200的内套220的内径，按距离投球器100由近到远的顺序依次减小。两个相邻套管短节200的内套220的内直径相差8mm，即由第六级套管短节200f至第一级套管短节200a，内套的内直径依次减少8_。内套220所用材料为复合材料，以便于实现钻磨。在本实施例中采用如图2所示的套管短节。套管短节200与套管丝扣连接，图2中左侧圈出部分2001与套管公扣直接连接，右侧圈出部份2002与双公套管短节200的一端连接，另一端与下部的生产套管300连接。压裂装置，用于按距离投球器100由远到近的顺序对各段压裂段进行压裂，在将一段压裂段压裂完成，并对待压裂的下一段压裂段进行完射孔后，通过注入少量压裂液，将由投球器100投入的封隔球送到该完成压裂的压裂段的套管短节200处，封堵该套管短节200，所述封隔球与所述套管短节200相匹配。其中，封隔球的直径比相匹配的套管短节200的内直径大4mm。封隔球所用材料为复合橡胶材料，耐压差强度大于40MPa。在本实施例中压裂装置可以为任何通过压裂液对煤层进行压裂的装置。例如，压裂装置包括:压裂车组、地面高压管线、井口装置，以及配备的射孔枪。压裂车组包括:压裂主机车、混砂车、仪表车。在如图1所示的系统中，在生产套管300下入到井内进行固井后，采用油管传输射孔，例如连续油管或电缆加爬行器，将射孔枪输送到需要压裂的第一段压裂段进行射孔，提出射孔枪，对第一段压裂段进行压裂。具体压裂过程为，压裂车组将压裂液体以高于地层吸收能力的排量注入地层，使地层岩石破裂形成裂缝，然后用携砂液携带支撑剂进入到裂缝中，压裂后裂缝闭合，支撑剂停留在裂缝起到支撑作用，从而形成较高导流能力裂缝有利于油气的流动。对第一段压裂段进行压裂后，采用电缆泵送方式将射孔枪送入到第二段压裂段进行射孔，提出射孔枪。注入压裂液将由投球器100投入的封隔球泵送到第一级套管短节200a，进而封堵压裂的第一段压裂段，继续注入压裂液对第二段压裂段进行压裂。其中，投球器100所投的封隔球为与第一级套管短节200a相匹配的封隔球，该封隔球直径比第一级套管短节200a的内直径大4mm。压裂液压裂完成后，用携砂液携带支撑剂进入到裂缝中，压裂后裂缝闭合，支撑剂停留在裂缝起到支撑作用。采用电缆泵送方式将射孔枪送入到第三段压裂段进行射孔，提出射孔枪。注入压裂液，将由投球器100投入的封隔球泵送到第二级套管短节200b，进而封堵压裂的第二段压裂段，继续注入压裂液对第三段压裂段进行压裂。其中，投球器100所投的封隔球为与第二级套管短节200b相匹配的封隔球，该封隔球直径比第二级套管短节200b的内直径大4mm。压裂液压裂完成后，用携砂液携带支撑剂进入到裂缝中，压裂后裂缝闭合，支撑剂停留在裂缝起到支撑作用。重复上述操作，直到第六级套管短节200f被封隔球封堵，并且第七段压裂段被压本发明中系统除可用于煤层气水平井外还可以用于煤层气直井和煤层气定向井。参见图3，为本发明一实施例的煤层气直井的分段压裂的系统的结构图。在本实施例中，具有2个套管短节200，分别为第一级套管短节200a、第二级套管短节200b。本实施例中，煤层气井为直井，压裂层的数量为3。系统中所包含装置以及装置间连接关系与上述水平井实施例没有差别。为使结构图简洁便于说明，在图3中未示出压裂装置和封隔球，图中黑色方块部分代表煤层。参见图4，为本发明一实施例的煤层气定向井的分段压裂的系统的结构图。在本实施例中，具有2个套管短节200，分别为第一级套管短节200a、第二级套管短节200b。本实施例中，煤层气井为定向井，压裂层的数量为3。系统中所包含装置以及各个装置间连接关系与上述水平井实施例没有差别。为使结构图简洁便于说明，在图4中未示出压裂装置和封隔球，图中黑色方块部分代表煤层。本发明还提供了一种煤层气井的分段压裂方法，所述方法包括如下步骤。步骤S510，将各套管短节与煤层气井的生产套管连接，各套管短节分别位于两段压裂段或压裂层之间，钻井完成后，将生产套管下入井内进行固井，将煤层气井中采油树的下部与生产套管连接，将投球器与采油树的上部连接。其中，按距离投球器由近到远的顺序，各个套管短节的内径依次减小。步骤S520，通过压裂装置按距离投球器由远到近的顺序对各段压裂段或压裂层进行压裂，在将一段压裂段或压裂层压裂完成，并对待压裂的下一段压裂段或压裂层进行完射孔后，投球器投入封隔球，向生产套管中注入压裂液，将封隔球送到该完成压裂的压裂段或压裂层靠近投球器一侧的套管短节处，封堵该套管短节。所述封隔球与所述套管短节相匹配。该方法适用于煤层气水平井、煤层气直井、以及煤层气定向井。在水平井中，如图1所示，分段压裂的各段对应为压裂段，在直井或定向井中，如图3或图4所示，分段压裂的各段对应为压裂层。各段压裂段的长度或压裂层的高度依分段压裂的要求而定。
进一步地,所述套管短节包括:外套和内套，各个套管短节的外套规格相同，外套的强度大于生产套管的强度；各个套管短节的内套的外径相同，内套与外套丝扣连接并固定；各个套管短节的内套的内径，按距离投球器由近到远的顺序依次减小。进一步地，两个相邻套管短节的内套的内直径相差7_至8_间任意值。进一步地，所述封隔球的直径比相匹配的套管短节的内直径大3.5mm至4mm间任意值。进一步地，所述内套所用材料为复合材料。进一步地，所述封隔球所用材料为复合橡胶材料，耐压差强度大于40MPa。进一步地，当生产套管为5寸半套管时，压裂段或压裂层的数量为2至7中任意值；进一步地，当生产套管为7寸半套管时，压裂段或压裂层的数量为2至10中任意值。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种煤层气井的分段压裂系统，其特征在于，所述系统包括:套管短节、压裂装置、投球器和封隔球， 各套管短节与煤层气井的生产套管连接，分别位于两段压裂段或压裂层之间，安装有套管短节的生产套管在钻井完成后被下入井内进行固井； 投球器与煤层气井中采油树的上部连接，采油树的下部与生产套管连接，按距离投球器由近到远的顺序，各个套管短节的内径依次减小； 压裂装置，用于按距离投球器由远到近的顺序对各段压裂段或压裂层进行压裂，在将一段压裂段或压裂层压裂完成，并对待压裂的下一段压裂段或压裂层进行完射孔后，向生产套管中注入压裂液，将由投球器投入的封隔球送到该完成压裂的压裂段或压裂层靠近投球器一侧的套管短节处，封堵该套管短节，所述封隔球与所述套管短节相匹配。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述套管短节包括:外套和内套， 各个套管短节的外套规格相同，外套的强度大于生产套管的强度； 各个套管短节的内套的外径相同，内套与外套丝扣连接并固定； 各个套管短节的内套的内径，按距离投球器由近到远的顺序依次减小。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于， 所述内套所用材料为复合材料。
4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于， 两个相邻套管短节的内套的内直径相差7mm至8mm间的任意值。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述封隔球的直径比相匹配的套管短节的内直径大3.5mm至4mm间的任意值。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述封隔球所用材料为复合橡胶材料，耐压差强度大于40MPa。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于， 当生产套管为5寸半套管时，压裂段或压裂层的数量为2至7中任意值； 和/或， 当生产套管为7寸半套管时，压裂段或压裂层的数量为2至10中任意值。
8.—种煤层气井的分段压裂方法，其特征在于，所述方法包括: 将各套管短节与煤层气井的生产套管连接，各套管短节分别位于两段压裂段或压裂层之间，钻井完成后，将生产套管下入井内进行固井，将煤层气井中采油树的下部与生产套管连接，将投球器与采油树的上部连接；按距离投球器由近到远的顺序，各个套管短节的内径依次减小； 通过压裂装置按距离投球器由远到近的顺序对各段压裂段或压裂层进行压裂，在将一段压裂段或压裂层压裂完成，并对待压裂的下一段压裂段或压裂层进行完射孔后，投球器投入封隔球，向生产套管中注入压裂液，将封隔球送到该完成压裂的压裂段或压裂层靠近投球器一侧的套管短节处，封堵该套管短节，所述封隔球与所述套管短节相匹配。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于， 所述套管短节包括:外套和内套， 各个套管短节的外套规格相同，外套的强度大于生产套管的强度；各个套管短节的内套的外径相同，内套与外套丝扣连接并固定；各个套管短节的内套的内径，按距离投球器由近到远的顺序依次减小。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，两个相邻套管短节的内套的内直径相差7mm至8mm间的任意值，和/或，所述封隔球的直径比相匹 配的套管短节的内直径大3.5mm至4mm间的任意值。
全文摘要
本发明公开煤层气井的分段压裂系统和方法，系统包括套管短节、压裂装置、投球器和封隔球，各套管短节与煤层气井的生产套管连接，分别位于两段压裂段之间，安装有套管短节的生产套管在钻井完成后被下入井内进行固井；投球器与煤层气井中采油树的上部连接，按距离投球器由近到远的顺序，各个套管短节的内径依次减小；压裂装置，用于按距离投球器由远到近的顺序对各段压裂段进行压裂，在将一段压裂段压裂完成，并对待压裂的下一段压裂段进行完射孔后，注入压裂液，将由投球器投入的封隔球送到该完成压裂的压裂段的靠近投球器一侧的套管短节处，封堵该套管短节，封隔球与套管短节相匹配。本发明能够取得了缩短施工周期，降低成本的有益效果。
文档编号E21B43/26GK103195402SQ201310127809
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月12日 优先权日2013年4月12日
发明者彭少涛, 李曙光, 刘富, 孙斌, 刘川庆 申请人:中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司, 中石油煤层气有限责任公司