一种基于压力振荡的页岩气水平井作业装置及方法
【专利摘要】本发明提供一种基于压力振荡的页岩气水平井作业装置及方法，通过高压管线分别将泵车和仪表车连接在采油树上，将泵车和仪表车之间通过数据线连接，将混砂车和酸罐车分别通过高压管线连接在泵车上，泵车还通过高压管线连接振荡系统，振荡系统包括信号发生器、伺服机构和柱塞泵，所述振荡系统通过数据线连接压力传感器，压力传感器通过高压管线连接在所述采油树上。本发明可以使目标储层产生多条扇骨状主裂缝，并在主裂缝上产生延伸长的分叉小裂缝；还可以减小主裂缝的瞬间延伸长度，从而避免压穿水层。
【专利说明】
一种基于压力振荡的页岩气水平井作业装置及方法
技术领域
[0001]本发明属于天然气开采作业装置及方法技术领域，涉及一种基于压力振荡的页岩气水平井作业装置及方法。
【背景技术】
[0002]页岩气是指主体以吸附、游离或溶解方式赋存于页岩及页岩储集层中所夹砂质、粉砂质泥岩地层中的天然气。它与常规天然气物理化学性质完全一样，是填充于页岩裂隙，孔径为几个纳米的微细孔隙及层面内的天然气。由于页岩气通常储层在致密岩层内，开采难度大，成本高;从而通常需要采取增产措施。在对页岩气的开采过程中，通常采用压裂的手段，提高地层的渗透率，使储层中的页岩气更易于流入井筒。
[0003]但是，现有的页岩气水平井作业方法通常存在不足之处:由于地层三向主应力的相对大小变化难于预测，现有技术以高压憋压和大排量的工艺进行地层作业时，单一压力作用使地层裂缝单向延伸并容易压穿地下水层，主要裂缝上的分叉小裂缝延伸长度小，又返回主裂缝，从而降低页岩气的开采效率。因此现有技术中亟需一种可以改变地层裂缝形状和提高页岩气采收率的作业装置及方法。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种基于压力振荡的页岩气水平井作业装置，解决了现有页岩气水平井存在的裂缝单向延伸导致的页岩气采收率低的问题。
[0005]本发明的另一个目的是提供一种采用上述装置进行页岩气采集的作业方法。
[0006]本发明所采用的技术方案是，一种基于压力振荡的页岩气水平井作业装置，包括接有多组液体罐的混砂车、酸罐车、栗车和仪表车，通过高压管线分别将所述栗车和所述仪表车连接在采油树上，将所述栗车和所述仪表车之间通过数据线连接，将混砂车和酸罐车分别通过高压管线连接在所述栗车上，在所述仪表车上设有显示压裂动态施工曲线和栗车排量曲线的显示器，所述栗车还通过高压管线连接振荡系统，在所述栗车与所述振荡系统之间的高压管线上还设置有液压阀门，所述振荡系统包括信号发生器、伺服机构和柱塞栗，所述振荡系统通过数据线连接压力传感器，压力传感器通过高压管线连接在所述采油树上，通过所述压力传感器反馈井口压力信号，以启动和运行所述信号发生器，进而由所述伺服机构驱动所述柱塞栗产生振荡压力。
[0007]可选的，所述振荡系统还包括连接在所述柱塞栗上的高压密封阀门。
[0008]本发明所采用的另一个技术方案是，利用上述基于压力振荡的页岩气水平井作业装置进行页岩气采集的方法，具体步骤如下:
[0009]步骤一、根据页岩气目标储层的地震资料和地质资料的分析处理结果，确定所述目标储层中水平井段的岩石矿物种类及其含量；
[0010]步骤二、根据所述水平井段的岩石矿物种类及其含量，确定用于酸化洗井的洗井液中酸的类型和含量，启动栗车，并通过酸罐车对目标储层进行酸化洗井作业；
[0011]步骤三、进行压裂施工准备工作，包括进行压裂施工中的循环、试压和试挤作业；
[0012]步骤四、开始压裂施工工作，同时开启振荡系统，并通过压力传感器监测井口回压，振荡系统根据接收压力传感器反馈回来的井口压力信号，来启动和运行信号发生器，信号发生器产生的信号传递给振荡系统中的伺服机构，伺服机构按照接收的信号控制柱塞栗，使柱塞栗产生振荡压力，进而通过栗车反馈至井下流体；
[0013]步骤五、在监测井口回压的上升过程中，当回压在O?40Mpa时，每上升5Mpa运行一次振荡系统，当回压上升到40Mpa以后，每上升2Mpa运行一次振荡系统，并监测仪表车上显示的压裂动态施工曲线，当压裂动态施工曲线发生明显形状变化时，持续运行振荡系统10?20分钟后关停系统，并在仪表车上显示的排量曲线稳定后进行加砂作业，加砂作业中所用携砂液由砂支撑剂以及多组液体罐中的压裂液和添加剂按一定比例混合而成；
[0014]步骤六、进行压裂施工的顶替液作业，并关闭井口所有进出口阀门，根据压裂液破胶时间to确定关井时间t，要求t = 1.2to，工作人员用清水对栗车及高压管线进行清洗和放压，提升井下管柱并收拾施工现场，压裂施工工作完成并安全撤离井场。
[0015]本发明的特点还在于，
[0016]岩石的矿物种类包括下述中的至少一种:砂岩，灰岩，白云岩。
[0017]酸液的类型包括下述中的至少一种:盐酸，氢氟酸。
[0018]本发明的有益效果是:
[0019]1、采用独有的振荡系统的设计，在页岩气水平井作业中，可以使目标储层产生多条扇骨状主裂缝，并在主裂缝上产生延伸长的分叉小裂缝，可增油5-25 %以上。
[0020]2、信号发生器所产生的振荡信号，在页岩气水平井作业中，可以减缓单一压力峰值对地层的作用强度，减小主裂缝在单一压力峰值下的的瞬间延伸长度，从而避免压穿水层。
[0021]3、选择合理的压力振荡时机并建立完善的信号反馈机制，通过监测井口回压变化以及根据压裂动态施工曲线的形状变化和栗车排量曲线的状态监测施工的进行，从而多角度保证页岩气水平井的稳定施工。
[0022]4、无辐射，安全环保，能够全自动化连续运行，降低了维护费用，效率高，节省了维护成本。
【附图说明】
[0023]图1是本发明一种基于压力振荡的页岩气水平井作业装置的结构示意图。
[0024]图中，1.液体罐，2.混砂车，3.酸罐车，4.信号发生器，5.振荡系统，6.伺服机构，7.柱塞栗，8.液压阀门，9.压力传感器，10.采油树，11.栗车，12.仪表车。
【具体实施方式】
[0025]为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
[0026]如图1所示，本发明一种基于压力振荡的页岩气水平井作业装置，包括既可单独提供液体罐I中的压裂液以进行压裂施工、又可提供将砂支撑剂和多组液体罐I中的压裂液及各种添加剂按一定比例混合的携砂液以进行加砂作业的混砂车2，能够产生高压和大排量向地层注入液体的栗车11，用于记录施工中各种参数的仪表车12，其中通过高压管线分别将所述仪表车12和所述栗车11连接在采油树1上，将所述栗车11和所述仪表车12之间进行通过数据线连接，在所述仪表车10上设有显示压裂动态施工曲线和栗车排量曲线的显示器，所述栗车11分别通过高压管线连接酸罐车3、混砂车2和振荡系统5，在所述栗车11与所述振荡系统5之间的高压管线上还设置有液压阀门8，所述振荡系统5包括信号发生器4、伺服机构6和柱塞栗7，所述采油树10还通过高压管线连接压力传感器9，所述振荡系统5通过数据线连接所述压力传感器9。进一步的，振荡系统5还包括用于提供保护的与柱塞栗连接的高压密封阀门，以免过高的回压损坏振荡系统。
[0027]在实际施工过程中，振荡系统5根据接收压力传感器9经由数据线反馈回来的井口压力信号，来启动和运行信号发生器4，信号发生器4产生的信号传递给振荡系统5中伺服机构6，伺服机构6按照接收的信号控制振荡系统5中的柱塞栗7，使柱塞栗7产生振荡压力进行振荡施工作业，柱塞栗7产生的振荡压力作用于各向异性的页岩储集层时，可以使储集层在被压开的短时间内，产生多条扇骨状的裂缝，减缓单一压力峰值对地层的作用强度，减小主裂缝在单一压力峰值下的的瞬间延伸长度，从而避免压穿水层。
[0028]本发明所采用的另一个技术方案是，一种基于压力振荡的页岩气水平井作业方法，具体步骤如下:
[0029]步骤一、根据页岩气目标储层的地震资料和地质资料的分析处理结果，确定所述目标储层中水平井段的岩石矿物种类及其含量；
[0030]步骤二、根据所述水平井段的岩石矿物种类及其含量，确定用于酸化洗井的洗井液中酸的类型和含量，启动栗车11，并通过酸罐车3对目标储层进行酸化洗井作业；
[0031]步骤三、进行压裂施工准备工作，包括进行压裂施工中的循环、试压和试挤作业；
[0032]步骤四、开始压裂施工工作，同时开启振荡系统5，并通过压力传感器9监测井口回压，振荡系统5根据接收压力传感器9反馈回来的井口压力信号，以启动和运行信号发生器4，信号发生器4产生的信号传递给振荡系统中的伺服机构6，伺服机构6按照接收的信号控制柱塞栗7，使柱塞栗7产生振荡压力，进而通过栗车11反馈至井下流体；
[0033]步骤五、在监测井口回压的上升过程中，当回压在O?40Mpa时，每上升5Mpa运行一次振荡系统5，当回压上升到40Mpa以后，每上升2Mpa运行一次振荡系统5，并监测仪表车12上显示的压裂动态施工曲线，当压裂动态施工曲线发生明显形状变化时，持续运行振荡系统10?20分钟后关停系统，并在仪表车12上显示的排量曲线稳定后进行加砂作业，加砂作业中所用携砂液由砂支撑剂以及多组液体罐I中的压裂液和添加剂按一定比例混合而成；
[0034]步骤六、进行压裂施工的顶替液作业，并关闭井口所有进出口阀门，根据压裂液破胶时间to确定关井时间t，要求t = 1.2to，工作人员用清水对栗车11及各高压管线进行清洗和放压，提升井下管柱并收拾施工现场，压裂施工工作完成并安全撤离井场。
[0035]可选的，所述岩石的矿物种类包括下述中的至少一种:砂岩，灰岩，白云岩。
[0036]可选的，所述酸液的类型包括下述中的至少一种:盐酸，氢氟酸。
[0037]以上所述，仅为本发明的较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，所有熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，根据本发明的技术方案及其本发明的构思加以等同替换或改变均应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于压力振荡的页岩气水平井作业装置，包括:接有多组液体罐(I)的混砂车(2)、酸罐车(3)、栗车(11)和仪表车(12)，其特征在于，通过高压管线分别将所述栗车(11)和所述仪表车(12)连接在采油树(10)上，将所述栗车(11)和所述仪表车(12)之间通过数据线连接，将所述混砂车(2)和所述酸罐车(3)分别通过高压管线连接在所述栗车(I I)上，在所述仪表车(12)上设有显示压裂动态施工曲线和栗车排量曲线的显示器，所述栗车(11)还通过高压管线连接振荡系统(5)，在所述栗车(11)与所述振荡系统(5)之间的高压管线上还设置有液压阀门(8)，所述振荡系统(5)包括信号发生器(4)、伺服机构(6)和柱塞栗(7)，所述振荡系统(5)通过数据线连接压力传感器(9)，所述压力传感器(9)通过高压管线连接在所述采油树(10)上，通过所述压力传感器(9)反馈井口压力信号，以启动和运行所述信号发生器(4)，进而由所述伺服机构(6)驱动所述柱塞栗(7)产生振荡压力。2.—种采用权利要求1所述的作业装置进行的页岩气水平井作业方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一、根据页岩气目标储层的地震资料和地质资料的分析处理结果，确定所述目标储层中水平井段的岩石矿物种类及其含量； 步骤二、根据所述水平井段的岩石矿物种类及其含量，确定用于酸化洗井的洗井液中酸的类型和含量，启动栗车(11)，并通过酸罐车(3)对目标储层进行酸化洗井作业； 步骤三、进行压裂施工准备工作，包括进行压裂施工中的循环、试压和试挤作业； 步骤四、开始压裂施工工作，同时开启振荡系统(5)，并通过压力传感器(9)监测井口回压，振荡系统(5)根据接收压力传感器(9)反馈回来的井口压力信号，以启动和运行信号发生器(4)，信号发生器(4)产生的信号传递给振荡系统中的伺服机构(6)，伺服机构(6)按照接收的信号控制柱塞栗(7)，使柱塞栗(7)产生振荡压力，进而通过栗车(11)反馈至井下流体； 步骤五、在监测井口回压的上升过程中，当回压在O?40Mpa时，每上升5Mpa运行一次振荡系统(5)，当回压上升到40Mpa以后，每上升2Mpa运行一次振荡系统(5)，并监测仪表车(12)上显示的压裂动态施工曲线，当压裂动态施工曲线发生明显形状变化时，持续运行振荡系统(5)10?20分钟后关停系统，并在仪表车(12)上显示的排量曲线稳定后进行加砂作业，加砂作业中所用携砂液由砂支撑剂以及多组液体罐(I)中的压裂液和添加剂按一定比例混合而成； 步骤六、进行压裂施工的顶替液作业，并关闭井口所有进出口阀门，根据压裂液破胶时间to确定关井时间t，要求t=1.2to，工作人员用清水对栗车(11)及各高压管线进行清洗和放压，提升井下管柱并收拾施工现场，压裂施工工作完成并安全撤离井场。
【文档编号】E21B43/00GK105863571SQ201610298193
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月6日
【发明人】李忠厚
【申请人】延安大学