一种海上油田水击压裂实施方法与流程

本发明属于油气田储层改造方法及完井领域，特别涉及一种海上油田水击压裂实施方法。

背景技术：

水力冲击压裂技术(简称“水力冲击”或“水击”)是一种绿色的、不占作业空间、低成本的小型水力压裂技术，从80-90年代起，在国内开始研究并应用，目前已在中原、吉林、辽河、胜利、大港等油田实施达上千井次，效果显著。也是海上油田重点发展的一项措施改造技术。

现在主流技术主要包括一种油水井水力冲击解堵方法及装置(cn1401879)、一种注水井水力冲击解堵装置(cn2550493)、连续冲击酸化管柱(cn201620764u)、一种水力冲击压裂解堵装置(cn201908641u)、水力冲击波发生器(游林创.石油钻采机械[j]，1983，11(6)：31-34)、正水击化学解堵工艺技术(赵荣生，王王才，赵星辉等.[j]，1997，19(19)：125-128)等。

上述技术主要为实现无限次的水力冲击作业；实现多次连续水力冲击作业；实现水力冲击与负压解堵联作；实现水力冲击致裂岩石效果；实现水力冲击与化学解堵联作。

但上述技术主要针对于陆地油田，重点讲述施工工具、管柱或装置，而海上油田与陆地油田生产方式迥异，例如陆地主要为139.7mm套管，而海上油田主要为244.475mm或177.8mm套管，为了确保作业效果，水击冲击工具尺寸、长度、厚度等参数需要发生变化，工具无法进行通用，同时针对具体施工井，还需要进行设计及试验；海上油田存在生产甲板、中间甲板、作业甲板，无法像陆地油田那样，采用固定井口的方式进行安全作业，需要采用特殊的井口处理方式；同时海上油田由于局限的作业空间，对于管柱安全、工具安全、压力模拟及限制有更高的安全控制要求。陆地油田相关技术无法直接在海上油田进行安全应用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种海上油田水击压裂实施方法，该实施方法可实现海上油田水击压裂作业，确保了海上油田施工井工具的匹配性，并提升了海上油田平台水击压裂高压作业下的管柱、井口等安全性。

本发明所采用的技术方案是：

一种海上油田水击压裂实施方法，包括以下步骤：

步骤一、首先，对向井筒内注施工液体所需水力冲击压力pc1、水力冲击装置的冲击片压力pp以及安装在地面施工泵的施工压力pd分别计算，计算公式如下：

pc1＝(1.1～2.0)p破＝(2.0～3.0)pp；

pp＝pd+ph；

其中p破为海上油田施工井段的地层破裂压力，ph为海上油田施工井段的地层压力，海上油田地面施工泵施工压力pd一般为10～30mpa；

步骤二、选择水力冲击装置，包括分别选取水力冲击装置的冲击室的尺寸和长度以及冲击片的厚度和材质，以满足海上油田井筒尺寸的作业；

其中：选取冲击室的尺寸和长度的方法如下：

第a1步，在以下五组海上油田常规冲击室规格中任意选取一组：

第一组：直径114mm、长度20.3～25.0m；

第二组：直径127mm、长度22.6～27.8m；

第三组：直径140mm、长度24.9～30.7m；

第四组：直径159mm、长度28.3～34.8m；

第五组：直径178mm、长度31.7～39.0m；

第a2步，根据第a1步选取的冲击室的尺寸和长度，采用水力冲击压力模拟计算方法计算实际的水力冲击压力值pc2，然后将实际的水力冲击压力值pc2与步骤一计算得到的水力冲击压力值pc1范围比较，若在pc1范围内，则采用第a1步选取的冲击室的尺寸和长度；若pc2小于1.1p破或大于2.0p破，则重新执行第a1步和第a2步，直至pc2在pc1范围内；

选取冲击片的厚度和材质的方法包括以下步骤：

第b1步，预选冲击片的厚度和材质；

第b2步，对预选的冲击片进行破裂试验，其中若冲击片破裂试验的抗压值在步骤一计算得到的pp值范围内，则采用预选的冲击片的厚度和材质；否则，重新进行第b1步和第b2步，直至冲击片破裂试验的抗压值在步骤一计算得到的pp值范围内；

步骤三、拆除海上平台生产甲板的原有的采油树以及生产管柱并清洗井筒，然后在作业甲板上边连接作业管柱各部件边穿过安装在井筒顶部万能防喷器依次下放，所述的作业管柱各部件连接结构为：

水力冲击装置顶部与下部纵向减震器通过变扣连接，下部纵向减震器与第一节钻杆底部通过变扣连接，第一节钻杆顶部与上部纵向减震器通过变扣连接，上部纵向减震器顶部与第二节钻杆底部通过变扣连接，在所述的第二节钻杆的顶部依次连接有多节钻杆，最顶部的钻杆顶部与安装在作业甲板上的旋塞阀出口相连；

步骤四、将旋塞阀进口通过地面管线依次连接施工泵以及用于存储酸液或修井液的施工液体罐；在中间甲板和作业甲板之间的井筒上分别连接节流管汇和节流管汇；

步骤五、关闭万能防喷器，使得作业甲板以下井筒的通道关闭，同时开启节流管汇、节流管汇的开关阀门；随后启动地面施工泵，施工液体通过地面管线注入作业管柱中，当施工压力值pd达到水力冲击装置的冲击片压力值pp，冲击片破裂，水力冲击装置产生水力冲击压力值pc2，进行水力冲击压裂作业；作业后关闭地面施工泵，关闭井口旋塞阀的开关阀门，等待直至作业管柱中压力降为零，打开万能防喷器，再起出作业管柱，下入海上平台井上原有的生产管柱。

本发明的有益效果是：

可实现海上油田水击压裂作业，确保了海上油田施工井工具的匹配性，并提升了海上油田平台水击压裂高压作业下的管柱、井口等安全性。

附图说明

图1：本发明一种海上油田水击压裂管柱及流程示意图。

附图标注：1—施工液体罐；2—施工泵；3—地面管线；4—旋塞阀；5-万能防喷器；6—压井管汇；7-节流管汇；8—作业甲板；9—中间甲板；10—生产甲板；11—钻杆；12-1—下部纵向减震器；12-2—上部纵向减震器；13—变扣；14-水力冲击装置；15-导流管；16-冲击片；17-冲击室；18-柱塞；19-尾管；20-井筒。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

如附图1所示，一种海上油田水击压裂实施方法，包括以下步骤：

步骤一、首先，对向井筒20内注施工液体所需水力冲击压力pc1、水力冲击装置14的冲击片压力pp以及安装在地面施工泵2的施工压力pd分别计算，计算公式如下：

pc1＝(1.1～2.0)p破＝(2.0～3.0)pp；

pp＝pd+ph。

其中p破为海上油田施工井段的地层破裂压力，ph为海上油田施工井段的地层压力，海上油田地面施工泵施工压力pd一般为10～30mpa。pp可以通过p破得到，施工泵压力pd根据pp和ph调节。

步骤二、选择水力冲击装置(该装置为现有设备，包含导流管15、冲击片16、冲击室17、柱塞18和尾管19几个部件，本发明是在现有装置上对其冲击室以及冲击片参数进行改进)，包括分别选取水力冲击装置的冲击室的尺寸和长度以及冲击片的厚度和材质，以满足海上油田244.475mm或177.8mm等大井筒尺寸的作业；

其中：选取冲击室的尺寸和长度的方法如下：

第a1步，在以下五组海上油田常规冲击室规格中任意选取一组：

第一组：直径114mm、长度20.3～25.0m；

第二组：直径127mm、长度22.6～27.8m；

第三组：直径140mm、长度24.9～30.7m；

第四组：直径159mm、长度28.3～34.8m；

第五组：直径178mm、长度31.7～39.0m；

第a2步，根据第a1步选取的冲击室的尺寸和长度，采用现有水力冲击压力模拟计算方法(可以参见《石油钻采机械》1983年第6期“水力冲击波发生器”论文32～33页；《石油钻采工艺》1999年第5期“水力冲击法解堵的研究及应用”论文101～102页)计算实际的水力冲击压力值pc2，然后将实际的水力冲击压力值pc2与步骤一计算得到的水力冲击压力值pc1范围比较，若在pc1范围内，则采用第a1步选取的冲击室的尺寸和长度；若pc2小于1.1p破或大于2.0p破，则重新执行第a1步和第a2步，直至pc2在pc1范围内。

选取冲击片的厚度和材质的方法包括以下步骤：

第b1步，预选冲击片的厚度和材质，预选方法与现有方法一致；(可以参见《石油钻采工艺》1997年增期“正水击化学解堵工艺技术研究与应用”论文126～127页)。

第b2步，对预选的冲击片采用现有方法进行破裂试验，其中若冲击片破裂试验的抗压值在步骤一计算得到的pp值范围内，则采用预选的冲击片的厚度和材质；否则，重新进行第b1步和第b2步，直至冲击片破裂试验的抗压值在步骤一计算得到的pp值范围内。(破裂试验方法可以参见《石油钻采工艺》1997年增期“正水击化学解堵工艺技术研究与应用”论文127页)。

步骤三、拆除海上平台生产甲板10的原有的采油树以及生产管柱并清洗井筒，然后在作业甲板8上边连接作业管柱各部件边穿过安装在井筒顶部万能防喷器5依次下放，所述的作业管柱各部件连接结构为：

水力冲击装置14顶部与下部纵向减震器12-1通过变扣13连接，下部纵向减震器12-1与第一节钻杆底部通过变扣13连接，第一节钻杆顶部与上部纵向减震器12-2通过变扣13连接，上部纵向减震器12-2顶部与第二节钻杆11底部通过变扣13连接，在所述的第二节钻杆11的顶部依次连接有多节钻杆，最顶部的钻杆顶部与安装在作业甲板8上的旋塞阀4出口相连；

上部纵向减震器和下部纵向减震器用于减轻水力冲击压力对作业管柱产生的冲击位移，所述的上部纵向减震器位于下部纵向减震器上方30m以内，这样可以最大程度防止距离水力冲击装置14最近的钻杆变形。

步骤四、将旋塞阀4进口通过地面管线3依次连接施工泵2以及用于存储酸液或修井液的施工液体罐1；在中间甲板9和作业甲板8之间的井筒20上分别连接节流管汇6和节流管汇7；节流管汇6、节流管汇7用于水力冲击实施过程中，将井筒20内高压喷溅的井液导入平台泥浆池，防止作业甲板8污染及保护施工作业人员安全。

步骤五、关闭万能防喷器5(推荐以500～1000psi压力关闭万能防喷器5)，使得作业甲板8以下井筒20的通道关闭，同时开启节流管汇6、节流管汇7的开关阀门。随后启动地面施工泵2，施工液体通过地面管线3注入作业管柱中，当施工压力值pd达到水力冲击装置14的冲击片16压力值pp，冲击片16破裂，水力冲击装置14产生水力冲击压力值pc2，进行水力冲击压裂作业。作业后关闭地面施工泵2，关闭井口旋塞阀4的开关阀门，等待直至作业管柱中压力降为零(推荐30分钟～2小时即可)。打开万能防喷器5，再起出作业管柱，下入海上平台井上原有的生产管柱。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。