CN101446187B - 双封隔器水力喷射压裂工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油天然气开发领域的井下作业压裂施工艺技术，特别是一种双封隔器水力喷射压裂工艺，其特征是：在油管(2)上连接有滑套封隔器(3)和水力喷射器(5)，水力喷射器(5)底端连接有砂液回流保护器(6)，砂液回流保护器(6)的下部连接有下封隔器(7)，下封隔器(7)的下部连接有刮管器(8)，通过油管短节连接有反循环单流阀(9)，实现一次性下入套管(1)内完成洗井，冲砂，射孔和压裂工作。它将射孔与压裂工艺相结合，减少射孔弹射孔的作业工序，减少分层压裂的井下作业工具，降低卡钻的作业风险及其成本费用。

Description

双封隔器水力喷射压裂工艺

技术领域

本发明属于石油天然气开发领域的井下作业压裂施工艺技术，特别是一种双封隔器水力喷射压裂工艺。

背景技术

井下作业首先要进行洗井，射孔，压裂施工，排液，冲砂，最后完井的工序，最初的工序基本上是一个工序换一趟钻具，作业时间长，职工的工作量大；目前，基本上洗井下一趟钻具，再下一趟压裂钻具就能完井。通常每口井都要进行射孔和压裂，喷砂射孔是常用工艺技术之一，主要是对付底水油帽油藏；喷砂射孔工艺技术因底水油藏少，应用较少。为了解决水平井的分射孔与压裂问题，将该工艺技术与压裂施工在一起进行施工，其基本上解决了水平井压裂施工的有关问题，但也存在许多的不足，如压裂施工中，要从套管中进行补充压裂液，增加一套压裂施工车辆；当油层破裂压力较高时，要进行酸处理才能压开；当进行第二层喷砂射孔压裂时，第二层是否压开了，成了分层压裂的焦点。

发明内容

本发明的目的是提供一种双封隔器水力喷射压裂工艺，它将射孔与压裂工艺相结合，减少射孔弹射孔的作业工序，减少分层压裂的井下作业工具，降低卡钻的作业风险及其成本费用。

本发明的目的是这样实现的，提供一种双封隔器水力喷射压裂工艺，其特征是：在油管上连接有滑套封隔器和水力喷射器，水力喷射器底端连接有砂液回流保护器，砂液回流保护器的下部连接有下封隔器，下封隔器的下部连接有刮管器，通过油管短节连接有反循环单流阀，实现一次性下入套管内完成洗井，冲砂，射孔和压裂工作。

所述的水力喷射器下方通过连接件连接有砂液回流保护器。

所述的砂液回流保护器下端的连接件上接有下封隔器。

所述的滑套封隔器和投放到油管内的滑套式节流器在要求封隔器坐封时配套使用。

所述的套管内的油管上通过连接件依次连接有滑套封隔器、水力喷射器、砂液回流保护器、下封隔器、刮管器、反循环单流阀。

所述的双封隔器水力喷射压裂工艺，它的工艺过程按如下步骤实施：

1)反循环洗井：洗井液流经过油套管环空→下部的反循环单流阀9→砂液回流保护器6→水力喷射器5→滑套式节流器4座→滑套封隔器3→油管2返出井外，完成反循环洗井；

2)正循环洗井或喷砂射孔：洗井液流从油管2→滑套封隔器3→水力喷射器5喷出，进行洗井或喷砂射孔；

3)坐封：用活性水循环一个井筒容积，将水力喷射时留在井筒内的余砂全部冲出后停泵，从井口投入滑套式节流器4，用小排量将其送到滑套封隔器3位置，打开滑套封隔器3进液孔眼，让滑套封隔器3坐封；

4)水力喷射压裂：坐封后进行水力喷射压裂(首先从油管2注入的喷射液流通过水力喷射器5对套管1进行水力喷砂射孔；然后投滑套式节流器4让滑套封隔器3坐封，压裂液通过水力喷射器5对油气层喷射的液体，不再从套管1返出，而是将油气层压开，压裂砂液进入了油气层，将支撑剂带入压开的裂缝当中，起到不让裂缝闭合的作用，完成水力喷射压裂；

5)放压除砂：在油管2中放压，释放完井内压力，再反冲出井内余砂；

6)上层压裂：上提套管1内施工管窜(以上施工工具的连接组合)到新的层位进行第二层的压裂。

所述的第二层压裂反冲结束后，如果钻具起不动时，可直接抽汲，降低油管内的液面，让下封隔器7解封后，再进行正常的起钻。

本发明的特点是：这种双封隔器水力喷射压裂工艺，在油管2上连接有滑套封隔器3和水力喷射器5，水力喷射器5底端连接有砂液回流保护器6，6的下部连接有封隔器7，7的下部连接有刮管器8，通过油管短节连接有反循环单流阀9，它实现了一趟管柱进行洗井，喷砂射孔，分层压裂，抽汲排液，探砂面冲砂的工艺技术要求，减少射孔弹射孔的作业工序，减少分层压裂的井下作业工具，降低卡钻的作业风险，以及相关的成本费用。而且它能有效地进行分层压裂，解决该工艺技术中要对套管进行压裂液补充，需要一套压裂施工机组及其费用的问题。

附图说明

下面结合实施例附图对本发明做进一步说明。

图1是实施例示意图。

图中：1、套管；2、油管；3、滑套封隔器；4、滑套式节流器；5、水力喷射器；6、砂液回流保护器；7、下封隔器；8、刮管器；9、反循环单流阀。

实施例1如图1所示，它在油管2上通过连接件从上向下依次连接有滑套封隔器3、水力喷射器5、砂液回流保护器6、下封隔器7、刮管器8、反循环单流阀9，连接好后油管2下入套管1内，上、下封隔器卡准油气层，对油气层实现水力喷射压裂。滑套封隔器3和水力喷射器5连接在油管2上，滑套式节流器4与滑套封隔器3是配套使用的，它是在要求封隔器坐封时将滑套式节流器4投放到油管2内，它与滑套封隔器3配套使用使封隔器坐封。砂液回流保护器6和反循环单流阀9通过管窜连接与油管2连接。

双封隔器水力喷射压裂工艺是按照下述步骤进行的：

1)反循环洗井：洗井液流经过油套管环空→下部的反循环单流阀9→砂液回流保护器6→水力喷射器5→滑套式节流器4座→滑套封隔器3→油管2返出井外，完成洗井；

2)正循环洗井或喷砂射孔：洗井液流从油管2→滑套封隔器3→水力喷射器5喷出，进行洗井或喷砂射孔；

3)坐封：用活性水循环一个井筒容积，将喷砂射孔时井内的余砂全部冲出后停泵，从井口投入滑套式节流器4，用小排量将其送到滑套封隔器3位置，打开滑套式封隔器的进液孔眼，让其坐封；是否坐封，可从套管阀门是否返水进行判断，坐封后套管阀门出口不返水。

4)水力喷射压裂：坐封后进行水力喷射压裂；首先从油管2注入的喷射液流通过水力喷射器5对套管1进行水力喷砂射孔(此时，滑套式封隔器不坐封)；当喷砂射孔工艺结束后，反冲出井内的余砂，从井口投滑套式节流器4让封隔器坐封，压裂液通过水力喷射器5对油气层喷射液体，再不从套管1返出，而是将油气层压开，压裂砂液进入了油气层，将支撑剂带入压开的裂缝当中，起到不让裂缝闭合的作用，这就是水力喷射压裂；

5)放压反冲：当水力喷射施工结束后，在油管2中放压，释放完井内压力，再反冲出井内余砂；

6)上层压裂：上提套管内施工管窜(以上施工工具的连接组合)到新的层位置进行第二层的压裂；

当第二层压裂反冲结束后，如果钻具起不动时，可直接抽汲，降低油管内的液面，让下封隔器解封后，再进行正常的起钻。

本发明的工艺原理是：

滑套封隔器其技术性能要求为：在井内不投入滑套时，其封隔器内腔的进水孔眼是关闭的，这时可以进行水力喷砂射孔；当要进行水力压裂时，从井口投入滑套式节流器4，将其送到这个封隔器的滑套开关处，让其下行，将封隔器进水孔眼打开，滑套下行到其限位处，停留在这个位置，压裂液通过滑套式节流器4进入下部的水力喷射器5，进行喷射压裂；当第一层压完，压裂第二层时，采用反冲的方式，将滑套式节流器4向井外冲出时，滑套式节流器4在上行的过程当中，将滑套开关向上带动，使封隔器的进水孔眼又堵住，此时，封隔器又不坐封，这样就可以又进行正循环喷砂射孔了。

相关工具的说明：

滑套封隔器3目前在采油技术方面，已有这种类型的滑套式封隔器。事先将这种封隔器下入井内，当需要对某个层进行封隔时，只要在井口投入一个钢球，将这种封隔器的进水孔打开，在井内液柱的作用下，封隔器就会坐封，封隔水层，达到分层开采或隔绝水层的目的。我们可以将其所投入的钢球改为滑套式节流器4，保证滑套式节流器4的直径大于30mm以上，就可以将这种类型的封隔器用于水力喷射压裂工艺技术。

滑套式节流器4其主要作用是开关滑套，并且让压裂液流从嘴子中通过；其使用方法是从井口投入，循环到滑套封隔器位置，将封隔器的进水孔眼打开，自动坐落在其限位座上；反循环将其向井外冲出时，它又能带动滑套阀关闭封隔器进水孔眼，达到开关封隔器进水孔眼的目的。

水力喷射器5：其性能可以在喷嘴内外压差达到30MPa的情况下，可以连续加砂40-60方。

砂液回流保护器6：它直接连接在水力喷射器5的底部，它与下封隔器7不是直接连通的，而是通过其侧面的孔眼与下封隔器7连通；其作用是将高速向下流动的液流，在此处改变方向，让其从水力喷射器的侧孔眼中喷出，进行水力喷射；含砂液流在此处的冲刷力是非常大的，如果不在此处将液流改变方向，含砂液流就会直接冲向单向阀后，再向上返，就会形成强大的涡流，将反循环阀至水力喷射器的这段管柱刺穿，通过现场的实验已证实了这一点，必须将液流在水力喷射器底部进行导向保护以下管段。砂液回流保护器6的侧面设计有与下封隔器7连通的孔眼，这些孔眼的总过流面积要达到直径为30mm以上的截面积，确保反循环的流量，不能有过大的节流压差；每个孔眼的直径要达到6-8mm，保证反循环时的砂液能够通过。

套管1、油管2、下封隔器7、刮管器8、反循环单流阀9是我们常规压裂用的现有工具，不作详细叙述。

这种滑套封隔器3+滑套式节流器4+水力喷射器5+砂液回流保护器6+下封隔器7+刮管器8+反循环单流阀9的管柱结构，适合于各种油井套管中进行水力喷砂分层压裂工艺技术。

对于清水完井的井，进行水力喷砂压裂时，按以上管柱的连接方法下入井内，封隔器卡准油层的位置，即可进行施工。

第一步，进行反循环洗井：液流经过油套管环空→管窜下部的反循环单流阀→砂液回流保护器→水力喷射器→滑套式节流器座→滑套封隔器→油管返出井外，达到反循环洗井的要求。

第二步，进行正循环洗井(喷砂射孔)，液流从油管→滑套封隔器→水力喷射器喷出，进行洗井或喷砂射孔。

第三步，当喷砂射孔结束后，再用活性水循环一个井筒容积，将喷砂射孔时，加入的砂粒全部冲出，停泵，从井口投入滑套式节流器，用小排量将其送到滑套封隔器位置，打开其进液孔眼，让其坐封。其是否坐封，可从套管阀门是否返水进行判断，坐封后套管阀门出口不返水。

封隔器坐封后，可以进行水力喷射压裂。压裂施工后，在油管中放压，释放完井内压力，然后再反冲出井内的余砂。反冲合格后，上提钻具到新的位置进行第二层的压裂。第二层压完反冲结束后，如果钻具起不动时，可直接抽汲，降低油管内的液面，让下封隔器解封后，再进行正常的起钻。

在水平井应用时，防范卡钻的必要措施如下：

首先在套管内以100-300L/min的排量进行注入，在套管注入前，油管不能首先放喷；其压力视停泵压力而定，不能超过套管的安全压力25-30Mpa。若封隔器解封能以一定的排量注入，再在油管内控制放喷，其放出的排量为套管注入排量的1.5至2倍为宜，并且在套管入口和排出口安装电磁流量计，利用压裂施工仪表进行监控确保放喷过程中砂子不被推到套管内喷嘴以上，以免形成卡钻。当放喷压力低于0.5Mpa时，套管停止注入，但放喷排量始终不能大于300L/min，以免井内吐砂。这时可以畅开油管阀门，进行大排量冲洗达到一个循环，将钻具下端的节流器反冲出来；紧接着上提钻具到设计要求的位置，再在油管内投入带滑套节流器，用液流送到钻具位置，让封隔器坐封，对上层段进行喷砂射孔。

实施例2是最基本的方式，它只采用在油管2上同时连接有滑套封隔器3和水力喷射器5，水力喷射器5底端通过连接件连接有反循环单流阀9，实现一次性下入套管内完成洗井，冲砂，射孔和压裂工作。但这种基本结构没有实施例1效果好。

本发明的有益效果：

不用双封隔器压裂钻具，只用喷砂射孔压裂施工的缺点：

1、当地层破压高于套管安全施工压力时，必须用土酸进行处理地层后，才能将地层压开。

2、当地层施工压力较高时，一旦形成砂堵，压力急剧升高，失去控制，易将套管压破，可能会将井压报废。尽管压裂车有超压保护也不能达到及时控制的要求。

3、在压裂施工过程中，要不断的向井内补水，并且其排量达到700L/min，对于加20-30方支撑剂的施工规模，从套管注入的水量达到20-40方，浪费了水资源，更重要的是，降低了压入油层的砂浓度，严重影响了裂缝的支撑宽度，降低了裂缝的导流能力，影响了其改造效果。

4、通过岭平-1井及塞平-1井的施工可知，尽管水平井施工的是同一个层位的油层，各个层段的破裂压力，施工压力的差异是很大的。若上一个层段的破裂压力高于已施工过的下层段施工压力，则施工时，肯定压入了下段，其上段是不可能压开的。如果是这样，水平井的效果发挥不出来。

5、因套管注入的排量和压力较高，必须用压裂车进行施工，因此，较常规施工多用了一套压裂机组。而施工用水达到常规施工的1.5-2倍。

6、其优点显而易见，水平段不下压裂施工钻具，不容易卡钻；对于单层的施工，可以将射孔及压裂结合起来，一次完成，对于多层的施工，必须对下层封堵后，才能可靠地压开上段。

7、在水平井内，单层压完后，当液体排出排量达到300以上升时，油层会吐砂，能将吐出的支撑剂一直推移到直井段，甚至可能造成反冲冲不开，形成卡钻，因此，在水平井压完后，要在放喷口安装流量计，严密监控油管吐出的流量不能大于套管注入排量的1.5至2倍L/min，确保不造成卡钻。

8、对于目前的水力喷射压裂造成的卡钻，已充分的说明了这个问题。把水平井喷砂压裂卡钻的原因充分认识后，采取必要的防范措施，就可以在水平段坐封隔器进行压裂施工了，这个认识类似于以前双封套压分层压裂工具卡钻的机理，其意义是很大的。

本工艺是在油气田近年来的增产增注工艺，是对水力喷射压裂工艺技术的完善与改进，水力喷砂射孔可以将射孔与压裂工艺技术相结合，减少用射孔弹进行射孔的工序，每道工序可以为井下作业减少射孔作业施工费用，减少井下作业所用的各种井下作业工具，降低压裂施工的卡钻风险，减少井下作业的工具费用，达到一趟钻进行完井的目的。降低井下作业成本，具有较好的推广应用前景。

Claims (7)

1.双封隔器水力喷射压裂管，其特征是：在油管(2)上连接有滑套封隔器(3)和水力喷射器(5)，水力喷射器(5)底端连接有砂液回流保护器(6)，砂液回流保护器(6)的下部连接有下封隔器(7)，下封隔器(7)的下部连接有刮管器(8)，通过油管短节连接有反循环单流阀(9)，实现一次性下入套管(1)内完成洗井，冲砂，射孔和压裂工作。

2.根据权利要求1所述的双封隔器水力喷射压裂管，其特征是：所述的水力喷射器(5)下方通过连接件连接有砂液回流保护器(6)。

3.根据权利要求1所述的双封隔器水力喷射压裂管，其特征是：所述的砂液回流保护器(6)下端的连接件上接有下封隔器(7)。

4.根据权利要求1所述的双封隔器水力喷射压裂管，其特征是：所述的滑套封隔器(3)和投放到油管(2)内的滑套式节流器(4)在要求封隔器坐封时配套使用。

5.根据权利要求1所述的双封隔器水力喷射压裂管，其特征是：所述的套管(1)内的油管(2)上通过连接件依次连接有滑套封隔器(3)、水力喷射器(5)、砂液回流保护器(6)、下封隔器(7)、刮管器(8)、反循环单流阀(9)。

6.根据权利要求1所述的双封隔器水力喷射压裂管，其特征是：所述的双封隔器水力喷射压裂管的双封隔器水力喷射压裂工艺是按如下步骤实施：

1)反循环洗井：洗井液流经过油套管环空→下部的反循环单流阀(9)→砂液回流保护器(6)→水力喷射器(5)→滑套式节流器(4)座→滑套封隔器(3)→油管(2)返出井外，完成反循环洗井；

2)正循环洗井或喷砂射孔：洗井液流从油管(2)→滑套封隔器(3)→水力喷射器(5)喷出，进行洗井或喷砂射孔；

3)坐封：用活性水循环一个井筒容积，将水力喷射时留在井筒内的余砂全部冲出后停泵，从井口投入滑套式节流器(4)，用小排量将其送到滑套封隔器(3)位置，打开滑套封隔器(3)进液孔眼，让滑套封隔器(3)坐封；

4)水力喷射压裂：坐封后进行水力喷射压裂，首先从油管(2)注入的喷射液流通过水力喷射器(5)对套管(1)进行水力喷砂射孔；然后投滑套式节流器(4)让滑套封隔器(3)坐封，压裂液通过水力喷射器(5)对油气层喷射的液体，不再从套管(1)返出，而是将油气层压开，压裂砂液进入了油气层，将支撑剂带入压开的裂缝当中，起到不让裂缝闭合的作用，完成水力喷射压裂；

5)放压除砂：在油管(2)中放压，释放完井内压力，再反冲出井内余砂；

6)上层压裂：上提套管(1)内施工管窜，以上施工工具的连接组合到新的层位进行第二层的压裂。

7.根据权利要求6所述的双封隔器水力喷射压裂管，其特征是所述的第二层压裂反冲结束后，如果钻具起不动时，可直接抽汲，降低油管内的液面，让下封隔器(7)解封后，再进行正常的起钻。

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