水平井多段多级往复式压裂方法及装置与流程

本申请属于油气增产措施水力压裂技术领域，特别是一种水平井多段多级往复式压裂方法及装置。

背景技术：

随着我国石油工业的发展，低渗透油气藏的开发力度逐渐加大，水平井因具有穿透能力强、露油面积大、储层动用程度高等一系列优点，越来越多地应用到了低渗透油气藏的开发中。

水平井分段压裂技术是我国当前油气田增产的重要技术措施，通过分段压裂技术进行储层改造，可以明显改善水平井周围油气渗流条件，提升油气井产能。在一般情况下，压裂后产生的水力裂缝会出现在与最小主地应力方位相垂直的方向上。在采用常规多段压裂技术对水平井进行压裂时，已产生的较长的水力裂缝在一定范围内会对其周围的地应力场造成一定的影响，从而会改变该水力裂缝周围地层的最小主地应力方向，进而会影响到后续水力压裂的结果，很容易导致后续压裂产生的水力裂缝偏离预期的裂缝轨迹，即后续产生的水力裂缝会发生偏转，导致实际水力裂缝与预期水力裂缝产生较大偏差。

技术实现要素：

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种水平井多段多级往复式压裂方法及装置，其能够有效消除或者减弱已产生的水力裂缝对后续产生的水力裂缝的干扰，能够最大程度地得到一系列足够长的相互平行的直裂缝，进而有效增大压裂改造范围，提高水平井的储层改造效果。

本发明的具体技术方案是：

本发明提供一种水平井多段多级往复式压裂方法，包括如下步骤：

获取压裂管柱，并将所述压裂管柱分成n个压裂段，第一压裂段距离井口最远，第n压裂段距离井口最近，n为正整数，且n≥2；

对所述第一压裂段所在的地层进行压裂，形成预定长度的水力裂缝为第一一级裂缝；

对所述第二压裂段所在的地层进行压裂，形成预定长度的水力裂缝为第二一级裂缝；对所述第一压裂段所在的地层再次进行压裂，以使第一一级裂缝再次延伸预定长度后停止压裂，形成第一二级裂缝；

以此类推，对第n压裂段所在的地层进行压裂，形成预定长度的水力裂缝为第n一级裂缝；对第(n-1)压裂段所在的地层再次进行压裂，以使第(n-1)一级裂缝再次延伸预定长度后停止压裂，形成第(n-1)二级裂缝；以此类推，对所述第一压裂段所在的地层再次进行压裂，以使第一(n-1)级裂缝再次延伸预定长度后停止压裂，形成第一n级裂缝；

对所述第n压裂段所在的地层再次进行压裂，以使第n一级裂缝再次延伸预定长度后停止压裂，形成第n二级裂缝；对所述第(n-1)压裂段所在的地层再次进行压裂，以使第(n-1)二级裂缝再次延伸预定长度后停止压裂，形成第(n-1)三级裂缝；以此类推，对所述第二压裂段所在的地层再次进行压裂，以使第二(n-1)级裂缝再次延伸预定长度后停止压裂，形成第二n级裂缝；

以此类推，最后对所述第n压裂段所在的地层再次进行压裂，以使第n(n-1)级裂缝再次延伸预定长度后停止压裂，形成第nn级裂缝。

在优选的实施方式中，所述预定长度不超过相邻裂缝之间的间距的一半。

在优选的实施方式中，该一系列裂缝为垂直于原地层最小主地应力方向的平行直裂缝。

在优选的实施方式中，在对相应的压裂段进行多级往复式压裂时，需要在相应压裂段的压裂管柱上射孔。

在优选的实施方式中，在相应压裂段的压裂管柱外侧套设有第一封隔器，并在相应压裂段的压裂管柱内设置桥塞，以对相应压裂段进行封堵。

在优选的实施方式中，所述桥塞设置在相应压裂段内远离井口一侧。

在优选的实施方式中，在需要进行压裂的压裂段靠近井口方向的其余压裂段上，均使用第二封隔器对已射开的孔眼进行封堵。

另外，本发明还提供一种采用上述任一项所述的水平井多段多级往复式压裂方法的水平井多段多级往复式压裂装置，包括：

套管，

压裂管柱，其套设在所述套管内，并与所述套管之间形成环空，所述压裂管柱具有n个压裂段，每个所述压裂段上均开设射孔孔眼；

两个第一封隔器，其设置在相应压裂段压裂管柱外的环空内，并分别位于相应压裂段的两端；

桥塞，其设置在相应压裂段远离井口一侧压裂管柱的内部。

在优选的实施方式中，所述水平井多段多级往复式压裂装置还包括：压裂车和管汇，所述压裂车通过管汇连接所述压裂管柱。

在优选的实施方式中，在需要压裂的压裂段靠近井口方向的其余所有射孔的孔眼外均套设有第二封隔器。

借由以上的技术方案，本申请的有益效果在于：

本发明的水平井多段多级往复式压裂方法及装置，能够有效消除或者减弱常规水平井多段压裂工艺中已产生的较长的水力裂缝对后续压裂产生的水力裂缝的干扰，使应力干扰区减小，能够使水平井多段压裂产生的水力裂缝均沿着垂直于原地层最小主地应力方向延伸，得到一系列相互平行且足够长的直裂缝，能够有效增大储层改造范围，提高储层改造效果。

参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本申请公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本申请的理解，并不是具体限定本申请各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本申请的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本申请。在附图中：

图1为本申请实施方式的水平井多段多级往复式压裂方法流程图；

图2为本申请实施方式的水平井多段多级往复式压裂装置结构图。

以上附图的附图标记：1、第一一级裂缝；2、第二一级裂缝；3、第一二级裂缝；4、第(n-1)一级裂缝；5、第二二级裂缝；6、第一(n-1)级裂缝；7、第n一级裂缝；8、第(n-1)二级裂缝；9、第二(n-1)级裂缝；10、第一n级裂缝；11、第n二级裂缝；12、第(n-1)(n-1)级裂缝；13、第二n级裂缝；14、第n(n-1)级裂缝；15、第(n-1)n级裂缝；16、第nn级裂缝；17、压裂管柱；18、压裂车；19、管汇；20、环空；21、第n压裂段；22、第(n-1)压裂段；23、第二压裂段；24、第一压裂段；25、第一封隔器；26、桥塞；27、应力干扰区

具体实施方式

下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，本发明提供一种水平井多段多级往复式压裂方法，该方法包括如下步骤：

s1：获取压裂管柱17，并将所述压裂管柱17分成n个压裂段，第一压裂段24距离井口最远，第n压裂段21距离井口最近，n为正整数，且n≥2。

s2：对所述第一压裂段24所在的地层进行压裂，形成预定长度的水力裂缝为第一一级裂缝1。

s3：对所述第二压裂段23所在的地层进行压裂，形成预定长度的水力裂缝为第二一级裂缝2；对所述第一压裂段24所在的地层再次进行压裂，以使第一一级裂缝1再次延伸预定长度后停止压裂，形成第一二级裂缝3。

s4：以此类推，对所述第n压裂段21所在的地层进行压裂，形成预定长度的水力裂缝为第n一级裂缝7；对所述第(n-1)压裂段22所在的地层再次进行压裂，以使第(n-1)一级裂缝4再次延伸预定长度后停止压裂，形成第(n-1)二级裂缝8；以此类推，对所述第一压裂段24所在的地层再次进行压裂，以使第一(n-1)级裂缝6再次延伸预定长度后停止压裂，形成第一n级裂缝10。

s5：对所述第n压裂段21所在的地层再次进行压裂，以使第n一级裂缝7再次延伸预定长度后停止压裂，形成第n二级裂缝11；对所述第(n-1)压裂段22所在的地层再次进行压裂，以使第(n-1)二级裂缝8再次延伸预定长度后停止压裂，形成第(n-1)三级裂缝；以此类推，对所述第二压裂段23所在的地层再次进行压裂，以使第二(n-1)级裂缝9再次延伸预定长度后停止压裂，形成第二n级裂缝13。

s6：以此类推，最后对所述第n压裂段21所在的地层再次进行压裂，以使第n(n-1)级裂缝14再次延伸预定长度后停止压裂，形成第nn级裂缝16。

在本实施方式中，首先获取压裂管柱17，并按需要将所述压裂管柱17分成n个压裂段，该第一压裂段34距离井口最远，第n压裂段21距离井口最近。此时n为正整数，且n≥2。然后可以利用压裂车18和管汇19向压裂管柱17中注入压裂液，直到压裂管柱17内注满压裂液为止，再用桥塞26和两个第一封隔器25封闭距离井口最远的第一压裂段24。对第一压裂段24的压裂管柱17射孔，增大压裂液排量，在压力达到地层破裂压力时，地层发生破裂，形成一条垂直于地层最小主地应力方向的水力裂缝。保持压裂液排量不变，裂缝延伸到预定长度后，停止注液，得到第一一级裂缝1。

然后，将桥塞26和第一封隔器25转移到第二压裂段23，参照上述压裂步骤对第二压裂段23进行射孔，并对所述第二压裂段23所在的地层进行压裂，形成预定长度的水力裂缝为第二一级裂缝2。再将桥塞26和第一封隔器25转移到第一压裂段24，在第一压裂段24前边的射孔位置处(即第二压裂段23的射孔)使用第二封隔器(图中未示出)在压裂管柱17外侧将射孔的孔眼封堵，然后接着注入压裂液进行压裂，使第一一级裂缝1重新张开，并再次延伸预定长度后，停止注液，得到第一二级裂缝3。

接着将桥塞26和第一封隔器25转移到第三压裂段，对第三压裂段进行射孔，并对所述第三压裂段所在的地层进行压裂，形成预定长度的水力裂缝为第三一级裂缝。再将桥塞26和第一封隔器25转移到第二压裂段23，在第二压裂段23前边的射孔位置处(即第三压裂段的射孔)使用第二封隔器(图中未示出)在压裂管柱17外侧将射孔的孔眼封堵，对所述第二个压裂段23所在的地层再次进行压裂，以使第二一级裂缝2再次延伸预定长度后停止压裂，形成第二二级裂缝5。将桥塞26和第一封隔器25转移到第一压裂段24，在第一压裂段24前边的射孔位置处(即第二压裂段23的射孔和第三压裂段的射孔)使用第二封隔器在压裂管柱17外侧将射孔的孔眼封堵，对所述第一压裂段24所在的地层再次进行压裂，以使第一二级裂缝3再次延伸预定长度后停止压裂，形成第一三级裂缝。

参照上述步骤，以此类推，将桥塞26和第一封隔器25转移到第n压裂段21，对第n压裂段21进行射孔，并对所述第n压裂段21所在的地层进行压裂，形成预定长度的水力裂缝为第n一级裂缝7。再将桥塞26和第一封隔器25转移到第(n-1)压裂段22，在第(n-1)压裂段22前边的射孔位置处(即第n压裂段21的射孔)使用第二封隔器在压裂管柱17外侧将射孔的孔眼封堵，对所述第(n-1)压裂段22所在的地层再次进行压裂，以使第(n-1)一级裂缝4再次延伸预定长度后停止压裂，形成第(n-1)二级裂缝8。以此类推，将桥塞26和第一封隔器25转移到第一个压裂段24，在第一压裂段24前边的射孔位置处(即第二压裂段23的射孔至第n压裂段21的射孔)使用第二封隔器在压裂管柱17外侧将射孔的孔眼封堵，对所述第一压裂段24所在的地层再次进行压裂，以使第一(n-1)级裂缝6再次延伸预定长度后停止压裂，形成第一n级裂缝10。

将桥塞26和第一封隔器25转移到第n压裂段21，对所述第n压裂段21所在的地层再次进行压裂，以使第n一级裂缝7再次延伸预定长度后停止压裂，形成第n二级裂缝11。将桥塞26和第一封隔器25转移到第(n-1)压裂段22，在第(n-1)压裂段22前边的射孔位置处(即第n压裂段21的射孔)使用第二封隔器在压裂管柱17外侧将射孔的孔眼封堵，对所述第(n-1)压裂段22所在的地层再次进行压裂，以使第(n-1)二级裂缝8再次延伸预定长度后停止压裂，形成第(n-1)三级裂缝。以此类推，将桥塞26和第一封隔器25转移到第二个压裂段23，在第二压裂段23前边的射孔位置处(即第三压裂段至第n压裂段21的射孔)使用第二封隔器在压裂管柱17外侧将射孔的孔眼封堵，对所述第二压裂段23所在的地层再次进行压裂，以使第二(n-1)级裂缝9再次延伸预定长度后停止压裂，形成第二n级裂缝13。

以此类推，最后将桥塞26和第一封隔器25转移到第n压裂段21，对所述第n压裂段21所在的地层再次进行压裂，以使第n(n-1)级裂缝14再次延伸预定长度后停止压裂，形成第nn级裂缝16，最终得到一系列足够长的相互平行的直裂缝，完成压裂。本发明可以对水平井进行多段多级往复式压裂，能够得到一系列垂直于原地层最小主地应力方向的直裂缝，这些裂缝可以在保持平行的情况下延伸到足够的长度。需要说明的是，所述预定长度不超过相邻裂缝之间的间距的一半，这样能够有效消除或者减弱已产生的裂缝对后续压裂产生裂缝的干扰。

另外，如图2所示，本发明还提供了一种采用上述水平井多段多级往复式压裂方法的水平井多段多级往复式压裂装置，该压裂装置包括：套管、压裂管柱17，两个第一封隔器25、以及桥塞26。压裂管柱17套设在所述套管内，并与所述套管之间形成环空20，所述压裂管柱17具有n个压裂段，每个所述压裂段上均开设射孔孔眼。两个第一封隔器25设置在相应压裂段压裂管柱17外的环空20内，并分别位于相应压裂段的两端。桥塞26设置在相应压裂段远离井口一侧压裂管柱17的内部。

具体地，压裂管柱17可以套设在套管的内部，压裂管柱17可以具有n个压裂段，每个所述压裂段上均可以开设有射孔的孔眼。该射孔的孔眼可以根据实际压裂的需要按顺序射开。由于两个第一封隔器25和桥塞26需要辅助相应压裂段的压裂，因此两个第一封隔器25需要设置在相应压裂段压裂管柱17外的环空20内，并分别位于相应压裂段的两端。桥塞26需要设置在相应压裂段远离井口一侧压裂管柱17的内部，以对相应压裂段进行封堵。

如果需要压裂的压裂段之前的压裂管柱17上(需要压裂的压裂段靠近井口的压裂管柱17)具有射孔的孔眼，则可以使用第二封隔器(图中未示出)对需要压裂的压裂段之前(靠近井口)的压裂管柱17上的其余射孔进行封堵后，再对相应压裂段进行压裂。另外，所述水平井多段多级往复式压裂装置还包括：压裂车18和管汇19，所述压裂车18可以通过管汇19连接所述压裂管柱17，以将压裂液注入压裂管柱17中。

需要说明的是，本实施例提供的第一封隔器25、第二封隔器、以及桥塞26等可以选用任意合适的现有构造。为清楚简要地说明本实施例所提供的技术方案，在此将不再对上述部分进行赘述，说明书附图也进行了相应简化。但是应该理解，本实施例在范围上并不因此而受到限制。

本发明的水平井多段多级往复式压裂方法及装置，能够有效消除或者减弱常规水平井多段压裂工艺中已产生的较长的水力裂缝对后续压裂产生的水力裂缝的干扰，使应力干扰区27减小，能够使水平井多段压裂产生的水力裂缝均沿着垂直于原地层最小主地应力方向延伸，得到一系列相互平行且足够长的直裂缝，能够有效增大储层改造范围，提高储层改造效果。

使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的申请主题的一部分。