专利名称：一种复合管柱水力喷射分段压裂方法
技术领域：
本发明涉及一种油气井地层中进行水力压裂的方法，具体涉及ー种复合管柱水力喷射分段压裂方法。
背景技术：
随着全球油气资源的持续开采，低渗透地质储量占剩余储量的比例持续增长，此外部分老油田储层逐步进入低压衰竭期，储层的压裂改造已成为新增低渗透区块及老油田衰竭储层油气开发的基本エ艺。通常，在部分油气井中需沿井筒间隔一定距离进行分层多段压裂，裂缝达到足够的尺寸及滲透率，方可最大限度通过井筒开采储层中的油气。常规的压裂技术多使用射孔弹进行射孔，之后向井内泵入压裂液进行笼统压裂， 井下裂缝起裂位置及走向受地应カ影响难以控制，特别是水平井，対称的双翼笼统压裂会压穿储层周围的水层，造成油层见水。常规分层压裂技术多采用机械封隔器、暂堵剂或填砂实现分层压裂。机械封隔器可在套管井实施分层或多段压裂，但容易发生砂卡导致井下事故，且封隔器多次座封解封后封隔效果变差；应用暂堵剂分层则支撑剂的充填难以控制； 填砂分层压裂施工周期过长，成本较高。连续油管压裂技术自20世纪90年代产生以来已在国外油气田增产改造中得到了广泛的应用，此技术能够选择性封隔和增产，上提下放压裂管柱及井下压裂工具速度快，大大缩短作业时间；能在欠平衡条件下作业，不需要压死井，从而减轻或避免油气层伤害；能较为准确地进行压裂工具定位，使每个小层都得到合理的压裂改造。
发明内容
本发明的目的在于克服常规压裂技术中无法对薄互层进行定点压裂，以及多层段压裂封隔困难、施工作业时间长的问题，提供一种复合管柱水力喷射分段压裂方法。为此，本发明所提供的一种复合管柱水力喷射分段压裂方法，包括如下步骤(1)通过工作管柱将喷射压裂装置下至井内待施工层位；所述喷射压裂装置具有多级串联连接的喷枪；所述喷枪均为中空柱状体，其侧壁上设有至少两个喷嘴；所述喷枪包括设于所述喷射压裂装置下部的第一级底部喷枪，以及位于底部喷枪上部的多级上部喷枪，其中各上部喷枪内均设有能够封闭该级喷嘴的滑套， 且所述滑套在外力作用下能够在所述喷枪内滑移，打开所述喷嘴；所述工作管柱与最上部喷枪相连接；(2)校准所述喷射压裂装置的位置，使其对准待施工层位，然后投球封堵第一级底部喷枪的单向阀； (3)通过所述工作管柱将射孔液泵至井下所述喷射压裂装置内，通过所述喷嘴形成高速磨料射流，在地层中形成射孔孔眼； (4)通过所述工作管柱向井下所述喷射压裂装置泵入压裂液，通过所述喷嘴产生的高速射流使所述射孔孔眼破裂延伸形成裂縫；
(5)完成一个层位压裂之后，上提所述工作管柱将所述喷射压裂装置上移至下一施工层位，重复上述步骤C3) ；(6)拖动第一级底部喷枪施工两至三层后，调整第二级上部喷枪的位置使其对准待施工层位；向所述工作管柱投球打开第二级上部喷枪的滑套，重复上述步骤(3) (5)；(7)拖动第二级上部喷枪施工两至三层后，调整第三级上部喷枪的位置使其对准待施工层位；向所述工作管柱内投球打开第三级喷枪的滑套，重复上述步骤(3) (5)；(8)待所有层位施工完毕后，上提所述工作管柱取出所述喷射压裂装置即完成对油井的分段压裂。上述的复合管柱水力喷射分段压裂方法中，所述多级喷枪之间可通过普通油管或连续油管相连接。上述的复合管柱水力喷射分段压裂方法中，所述喷枪上可设有若干个扶正器，可保证所述喷枪位于井筒的中间。上述的复合管柱水力喷射分段压裂方法中，所述扶正器可设于所述喷枪的端部。上述的复合管柱水力喷射分段压裂方法中，所述喷枪的一个端部依次与多孔管和导锥相连接，所述多孔管可提供压裂液进出的通道，所述导锥能够保证喷射压裂装置能够顺利入井。本发明利用喷射压裂装置上的喷嘴对施工层位进行定点射孔压裂，射孔过程中， 高速磨料射流射穿套管及井壁形成射孔孔眼，降低裂缝起裂压カ；压裂过程中向套管泵入液体，利用喷嘴喷出的高速射流的卷吸作用将环空中的液体卷入射孔孔道中，进而实现分层压裂；压裂完ー层后拖动管柱，使喷射压裂装置对准下一层位进行喷射压裂，或者在井ロ 投球加压打开下一级喷枪滑套进行喷射压裂；本发明提供的定点射孔、压裂、水力卷吸自封隔方法，克服了传统公知技术存在的不足与缺陷，将拖动管柱与不动管柱喷射压裂技术结合起来，能够方便快速地实现直井分层与水平井分段压裂。
图1为本发明的喷射压裂装置的结构示意图。图2为本发明的复合管柱水力喷射压裂方法的流程图。图3为利用复合管柱在水平井中进行多段压裂示意图-ー级喷枪喷射压裂第一広。图4为拖动第一级底部喷枪喷射压裂第二层示意图。图5为投球打开ニ级上部喷枪滑套，使用ニ级上部喷枪喷射压裂第三层示意图。图6为拖动ニ级上部喷枪喷射压裂第四层示意图。图7为投球打开三级上部喷枪滑套，使用三级上部喷枪喷射压裂第五层示意图。图8为拖动三级上部喷枪喷射压裂第六层示意图。图中各标记如下1工作管柱、2扶正器、3喷枪、31滑套式喷枪、32无滑套喷枪、4 喷嘴、5单向阀、6多孔管、7导锥、8射孔孔道。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。图1是本发明的喷射压裂装置的结构示意图，该装置主要包括两个滑套式喷枪31 和一个无滑套喷枪32 (如图3-图8)，各个喷枪3之间通过油管或油管短节相连，喷枪3为中空柱状体，其侧壁上设有6个喷嘴4，可产生高速射流，需具有较强的耐磨性，为陶瓷材料； 两个滑套式喷枪31内均设有能够封闭该级喷枪喷嘴4的滑套(图中未示出)，且该滑套在外力作用下能够在喷枪31内滑移，打开喷嘴4 ；喷枪3的两端部各设有多个扶正器2，以保证喷枪3位于井筒中间；喷枪3的一个端部上设有单向阀5，用于封堵下部通道，使流体通过喷嘴4形成高速射流；设置单向阀5的端部依次与多孔管6和导锥7相连接。图2是本发明的复合管柱水力喷射分段压裂方法主要包括如下步骤1、拖动管柱喷砂射孔压裂步骤(1)根据改造层位置，将三级喷枪3在地面使用普通油管连接成喷射压裂装置并下入井内；(2)洗井一周，保证油管内无杂质，同时使油套环空充满液体；(3)在井ロ向油管内投钢球，封堵最下级喷枪的单向阀，使液体通过喷嘴高速喷出；(4)通过工作管柱将射孔液泵送至喷射压裂装置，通过喷嘴形成高速的磨料射流切割套管及井壁，形成一定长度的射孔孔道和多条微裂缝；(5)射孔完成后，通过工作管柱将压裂液(包括前置液和携砂液)泵送至喷射压裂装置并通过喷嘴射入孔眼，推动和挤压液体在地层内形成裂缝并保持裂缝向远端扩展；同时向油套环空泵入液体，増加井底压カ维持裂缝开启状态，保证压裂液体顺利进入裂縫；(6)完成ー个层位压裂后，关井使地层压カ扩散；裂缝闭合之后上提工作管柱将喷射装置上移至下一施工层位，重复步骤(4)至(5)；根据加砂量不同喷枪可拖动施工两至三层，上提工作管柱包括不压井作业和压井作业两种方式；2、投球打滑套喷砂射孔压裂步骤(1)在地面从油管内投球并低排量送球入座，在排量不变的情况下若油管压カ突升突降，证明钢球入座且滑套已被打开，坐封滑套的钢球可封隔已完成施工层段的喷枪；(2)通过工作管柱将射孔液泵送至喷射压裂装置，通过喷嘴形成高速的磨料射流切割套管及井壁，形成一定长度的射孔孔道和多条微裂缝；(3)射孔完成后，通过工作管柱将压裂液(包括前置液和携砂液)泵送至喷射装置并通过喷嘴射入孔眼，推动和挤压液体在地层内形成裂缝并保持裂缝向远端扩展；同时向油套环空泵入液体，増加井底压カ维持裂缝开启状态，保证压裂液体顺利进入裂縫；(4)完成ー个层位压裂后，关井等待裂缝闭合；打开滑套后的喷枪可作为拖动式喷枪继续使用，或者再次投球打开上级喷枪滑套，使上级喷枪上的喷嘴与装置内流体流道联通，重复步骤⑵至⑶；(5)由下至上依次完成所有层段压裂施工后上提工作管柱取出喷射压裂装置即可。图3是利用复合管柱在水平井中进行多段压裂示意图，如图所示的是ー级喷枪32 喷射压裂第一层的示意图；无滑套喷枪32与工作管柱1相连，工作管柱1可以是普通油管
5也可以是连续油管；喷砂射孔过程中，从喷嘴4射出的高速磨料射流穿透套管和地层形成具有一定深度的射孔孔道8，并在孔道末端形成多条微裂缝利于裂缝起裂；压裂过程中，关闭油套环空，油管和套管同时注入液体；从喷嘴4出来的高速流体射向射孔孔道，同时将会在孔道入口附近形成低压区卷吸环空中的流体进入射孔孔道8，油套同时注入的高压液体将在孔道末端形成裂缝并向前延伸。图4是拖动一级喷枪喷射压裂第二层示意图；压裂完第一层后上提工作管柱1使无滑套喷枪32对准第二层位，重复喷砂射孔和压裂过程，在第二层段造缝填砂；上提工作管柱1分为带压作业和不带压作业两种工作方式，若工作管柱1为连续油管则一般使用不压井作业机来上提管柱，若工作管柱1为普通油管则要正循环压井后再上提管柱。图5是使用ニ级滑套式喷枪喷射压裂第三层示意图，使用一级喷枪(无滑套喷枪 32)压裂完第二层后，若ニ级喷枪(滑套式喷枪31)刚好已对准目的层，此时不动工作管柱 1投球加压打开ニ级喷枪(滑套式喷枪31)滑套，滑套打开后液体将只能从ニ级喷枪的喷嘴射出；若二级喷枪没有对准目的层，此时要拖动工作管柱1使ニ级喷枪对准待改造层位，接下来再投球打滑套；打开滑套后重复喷砂射孔和压裂过程，在第三层段造缝填砂。图6是拖动ニ级喷枪喷射压裂第四层示意图，压裂完第三层后上提工作管柱1使 ニ级喷枪(滑套式喷枪31)对准第四层位，重复喷砂射孔和压裂过程，在第四层段造缝填砂。图7是投球打开三级喷枪滑套，使用三级喷枪(滑套式喷枪31)喷射压裂第五层示意图，与图5类似，在使用ニ级喷枪压裂完第四层后，若三级喷枪刚好已对准目的层，此时不动工作管柱1投球加压打开三级喷枪滑套，滑套打开后液体将只能从三级喷枪的喷嘴射出；若三级喷枪没有对准目的层，此时要拖动工作管柱1使三级喷枪对准待改造层位，接下来再投球打滑套；打开滑套后重复喷砂射孔和压裂过程，在第五层段造缝填砂。图8是拖动三级喷枪(滑套式喷枪31)喷射压裂第六层示意图，压裂完第五层后上提工作管柱1使三级喷枪对准第六层位，重复喷砂射孔和压裂过程，在第六层段造缝填砂。
权利要求
1.一种复合管柱水力喷射分段压裂方法，包括如下步骤(1)通过工作管柱将喷射压裂装置下至井内待施工层位；所述喷射压裂装置具有多级串联连接的喷枪；所述喷枪均为中空柱状体，其侧壁上设有至少两个喷嘴；所述喷枪包括设于所述喷射压裂装置下部的第一级底部喷枪，以及位于底部喷枪上部的多级上部喷枪，其中各上部喷枪内均设有能够封闭该级喷嘴喷嘴的滑套， 且所述滑套在外力作用下能够在所述喷枪内滑移，打开所述喷嘴；所述工作管柱与最上部喷枪相连接；(2)校准所述喷射压裂装置的位置，使其对准待施工层位，然后投球封堵第一级底部喷枪的单向阀；(3)通过所述工作管柱将射孔液泵至井下所述喷射压裂装置内，通过所述喷嘴形成高速磨料射流，在地层中形成射孔孔眼；(4)通过所述工作管柱向井下所述喷射压裂装置泵入压裂液，通过所述喷嘴产生的高速射流使所述射孔孔眼破裂延伸形成裂縫；(5)完成一个层位压裂之后，上提所述工作管柱将所述喷射压裂装置上移至下一施工层位，重复上述步骤⑶ ⑷；(6)拖动第一级底部喷枪施工两至三层后，调整第二级上部喷枪的位置使其对准待施 エ层位；向所述工作管柱投球打开第二级上部喷枪的滑套，重复上述步骤C3) (5)；(7)拖动第二级上部喷枪施工两至三层后，调整第三级上部喷枪的位置使其对准待施 エ层位；向所述工作管柱内投球打开第三级喷枪的滑套，重复上述步骤(3) (5)；(8)待所有层位施工完毕后，上提所述工作管柱取出所述喷射压裂装置即完成对油井的分段压裂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述多级喷枪之间通过普通油管或连续油管相连接。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述喷枪上设有若干个扶正器。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述扶正器设于所述喷枪的端部。
5.根据权利要求1-4中任一所述的方法，其特征在于所述喷枪的一个端部依次与多孔管和导锥相连接。
全文摘要
本发明公开了一种复合管柱水力喷射分段压裂方法。包括如下步骤(1)通过工作管柱将喷射压裂装置下至井内待施工层位；(2)校准喷射压裂装置的位置，对准待施工层位，然后投球封堵第一级底部喷枪；(3)通过工作管柱将射孔液泵至井下喷射压裂装置内，在地层中形成射孔孔眼；(4)通过工作管柱向井下喷射压裂装置泵入压裂液，使射孔孔眼破裂延伸形成裂缝；(5)完成一个层位压裂之后，上提工作管柱将喷射压裂装置上移至下一施工层位，重复(3)～(4)；(6)拖动第一级底部喷枪施工两至三层后，向工作管柱投球打开第二级上部喷枪的滑套，重复(3)～(5)；(7)拖动第二级上部喷枪施工两至三层后，调整第三级上部喷枪的位置使其对准待施工层位；向工作管柱内投球打开第三级喷枪的滑套，重复(3)～(5)；(8)待所有层位施工完毕后，上提工作管柱取出喷射压裂装置。
文档编号E21B43/26GK102536186SQ20121002710
公开日2012年7月4日 申请日期2012年2月8日 优先权日2012年2月8日
发明者刘书杰, 夏强, 彭成勇, 曹砚锋, 李根生, 田守嶒, 范鑫, 黄中伟 申请人:中国海洋石油总公司, 中国石油大学(北京), 中海油研究总院