CN102777156A - 一种多层段油气井的压裂方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多层段油气井的压裂方法，该方法采用连续油管拖动普通油管进行压裂，其步骤包括：完整连接压裂工作装置；利用普通油管末端的喷砂射孔枪对油气井层段进行喷砂射孔；通过连续油管及连续油管与套管之间的环空同步泵注实施加砂压裂；并对已压层段填置砂塞；拖动连续油管至上一待改造层段，重复上述步骤，直到完成全部油气层段的压裂；下放连续油管冲洗全部油气层段的砂塞；起出连续油管，将普通油管悬挂于井口用于油气井的排液和投产。本发明不同于现有技术采用若干根普通油管连接使用的结构形式，利用连续油管和普通油管一趟管串实施单井多层段的射孔和拖动压裂，既提高了施工效率，又节省了人力、物力和财力。

Description

一种多层段油气井的压裂方法

技术领域

本发明涉及气井开发领域的压裂改造方面，具体是一种利用连续油管与普通油管组合的方式，进行多层段油气井储层段改造的压裂方法。

背景技术

针对低渗透油气田的油气井开发，水力压裂技术是开发低渗透油气藏中最根本的工艺方法，也是经济有效的重要手段。对于单井多层段油气储层的开发，常规的压裂改造手段，一般采用普通油管与机械封隔器进行封隔实施多层段的压裂改造，管柱结构复杂，难以实现逐层改造,且难以完成对多小层的开发和动用。

目前，也有采用连续油管对单井多层段进行压裂的方法，如图1所示，采用注入头13将连续油管12伸入套管26，注入头13下方连接有防喷盒14和连续油管防喷器15，地面装置包括由上至下依次连接的清蜡阀门23、1号总闸24、2号总闸25、采油树大四通7和套管四通8。连续油管12底部连接连续油管接头1和喷砂射孔枪10，通过注入头13拖动连续油管12对准层段A、B、C，分别进行射孔和压裂，这样采用一趟管串可以完成多个层段的改造作业，缺无法完成冲砂作业和后期的排液和投产。完成多层段压裂改造后，通过注入头13提出全部连续油管12管串，卸掉连续油管12底部的喷砂射孔枪10，重新下入连续油管12进行冲砂。冲砂后需采用重密度压井液进行压井作业，确保连续油管12井口装置的安全拆除和保障普通油管9井口装置的顺利安装，然后才能下入普通油管9，替出重密度压井液后，通过地面采油树装置（23、24、25）进行后续的排液和投产。由此可见，该工艺进行单井多层段的改造作业，工序复杂、步骤繁琐，浪费大量的人力财力，效率低下。此外，该方法需要压井，会严重污染已压裂的层段，影响天然气的开采效果和产量，甚至造成活井压死。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种全新的利用连续油管与普通油管组合的方式对单井实施多层射孔和拖动压裂。

本发明所采用的技术方案是：

一种多层段油气井的压裂方法，该方法采用连续油管与普通油管组合的方式进行射孔、压裂、填砂和冲砂作业，待施工完成后起出连续油管，并将普通油管悬挂于井口装置之上，用于排液和投产，其具体步骤包括：

（1）完整连接普通油管井口装置和连续油管井口装置，通过普通油管井口装置依次下放和连接若干根普通油管，在普通油管的底部连接喷砂射孔枪，普通油管顶部连接连续油管构成组合管串；

（2）通过连续油管井口装置下放组合管串至人工井底； 

（3）上提组合管串至预射层段，利用喷砂射孔枪对储层段进行喷砂射孔； 

（4）通过组合管串及组合管串与套管之间的环空同时泵注压裂液，对已射孔层段实施加砂压裂改造作业；

（5）对已压裂改造层段实施填砂作业；

（6）上提组合管串，使喷砂射孔枪上升至上一待改造层段，重复步骤（3）～（5），直到完成全部层段的压裂改造；

（7）通过组合管串注入冲洗液，冲洗全部油气层段的砂塞； 

（8）上提组合管串，拆开连续油管井口装置和连续油管，将普通油管悬挂于普通油管井口装置上，用于油气井的排液与投产。

所述组合管串连接处，连续油管接头和普通油管接箍之间设置有一个旋塞阀。

所述普通油管井口装置包括修井防喷器组、采油树四通和旁通管件。

所述连续油管井口装置包括上提或下放连续油管的提升装置、连续油管防喷器组、压裂四通和旁通管件。

所述喷砂射孔枪枪身四周均匀布置射孔喷嘴，底部设置有一个通道和单向开关，在步骤（7）时，通过组合管串与套管之间的环空注入冲洗液将该单向开关顶开，从而打开喷砂射孔枪的底部通道。

所述底部通道是一个通孔，单向开关是一个座于通孔上方、外径大于通孔直径的低密度圆球。

所述步骤（5）中，填砂高度高于射孔层段的高度。

所述步骤（8）中，连续油管和普通油管分开后，普通油管的顶部由下至上依次连接双公、油管挂和油管短节，将油管挂回坐于井口装置。

所述双公的内部通道具有开关。

本发明所产生的有益效果是：

本发明针对现有压裂方式进行了技术改造，利用连续油管与普通油管对接的技术实现对单井多层系进行射孔和拖动压裂作业，工艺相对简单、工序相对简化，可以实现多层段的逐层改造,能够完成对多小层的开发和动用，既提高了施工效率，又节省了人力物力财力，易于大规模使用和推广。该方法与现有技术相比，具有以下优势：

（1）该方法采用连续油管与普通油管组合方式对多层段油气井进行压裂改造，属国内首创。

（2）该方法利用一趟管串可实现射孔、压裂、冲砂、排液和投产等多种工艺一体化作业，充分利用了连续油管起下速度快的特点，提高了单井多层次层段的开发时效。

（3）该方法的组合管柱使用井下工具少、结构简单，降低了多层段油气井多工艺作业的风险

（4）该方法自始至终无需压井，有效保护油气储层、使其免受伤害，提高了天然气气井的有效开采率，特别有助于多层段低压油气藏的开采。

（5）该方法在所有层段施工作业后，直接将普通油管留于油气井中用于投产，缩减了开发步骤，节省了人力、物力、财力。

附图说明

图1为现有技术连续油管对单井多层段进行压裂的结构示意图；

图2是本发明普通油管井口装置的结构示意图；

图3是本发明连续油管井口装置与连续油管的结构示意图；

图4是本发明步骤（1）的结构示意图；

图5是本发明步骤（4）的结构示意图；

图6是本发明步骤（7）中连续油管和普通油管拆开后的结构示意图；

图7是本发明步骤（7）中将普通油管悬挂在井口的结构示意图；

图8是本发明步骤（7）中排液采气的结构示意图。

图中标号表示：1-连续油管接头、2-旋塞阀、3-普通油管接箍、4-吊卡、5-环形防喷器、6-双闸板防喷器、7-采油树大四通、8-套管四通、9-普通油管、10-喷砂射孔枪、11-人工井底、12-连续油管、13-注入头、14-防喷盒、15-连续油管防喷器、16-压裂四通、17-防喷管、18-低密度圆球、19-砂粒、20-油管短节、21-油管挂、22-双公、23-清蜡阀门、24-1号阀门、25-2号阀门、26-套管、27-生产阀门、A-层段、B-层段、C-层段。

具体实施方式

如图2～8所示，本发明是一种多层段油气井的压裂方法，该方法采用外径相同的连续油管12连接普通油管9、下入套管26内进行多层段射孔和压裂作业。普通油管9是若干根、连接起来有一定长度，其底部末端连接有喷砂射孔枪10，顶部连接连续油管12。连接完整后，下放连续油管12，利用喷砂射孔枪10由下至上、依次对油气井的若干个层段进行喷砂射孔、环空加砂压裂、填砂封隔转层和冲砂作业，直到完成油气井所有层段的施工改造。待施工完成后上提组合管串，拆开连续油管12，并将普通油管9悬挂于井口的采气树大四通7上，恢复采油树后，进行油气井的排液及投产。本具体实施方式中的油气井具有3个层段，由下至上分别为：层段A、层段B、层段C，但是，本发明不仅限于此结构。具体步骤如下：

（1）完整连接压裂工作装置，压裂工作装置包括：普通油管井口装置、连续油管井口装置、足够长度的普通油管9和连续油管12。其中：普通油管井口装置包括修井防喷器组、采油树四通和旁通管件；连续油管井口装置包括连续油管12的提升装置、连续油管防喷器组、压裂四通16和旁通管件。连接连续油管12与普通油管9构成组合管串，普通油管9的长度一般在9.5-9.6米左右，通过普通油管接箍3进行连接从而达到一定的总长，普通油管接箍3的外径一般大于普通油管9外径13-15毫米。连续油管12为一根长度达数千米、外径尺寸相同的一根油管。

普通油管井口装置其实是修井作业井口装置，由下至上依次安装：套管四通8、采油树大四通7、双闸板防喷器6和环形防喷器5。套管四通8、采油树大四通7是四通组件，双闸板防喷器6和环形防喷器5是防喷组件。

以上的这些普通油管井口装置安装完毕后，在套管26内下普通油管9，逐一连接若干根普通油管9，通过普通油管井口装置依次下放至油气井中，普通油管9底部连接有喷砂射孔枪10、顶部将连接连续油管12。喷砂射孔枪10枪身四周均匀布置射孔喷嘴，底部设置有一个通道和单向开关，该底部通道是一个通孔，单向开关是一个座于通孔上方、外径大于通孔直径的低密度圆球18。

首先，在第一根普通油管9的下端（末端）连接喷砂射孔枪10，本具体实施方式所使用的喷砂射孔枪10为枪身四周均匀分布有射孔喷嘴、底部有一线性变径通孔；连接牢固后用第一只吊卡4紧裹第一根普通油管9管壁、卡于普通油管接箍3下方，用修井机或钻机的大钩吊起吊卡，将普通油管9吊至普通油管井口装置正上方缓慢下放，第一根普通油管9穿过普通油管井口装置下放于套管26内，与此同时，吊卡4将悬座在普通油管井口装置（环形防喷器5）之上，此时便完成了第一根普通油管9的下放。同理，用第二只吊卡4紧裹第二根普通油管9管壁、卡于普通油管接箍3下方。卸下石油作业机设备大钩吊起第二只吊卡4，将第二根普通油管9吊至第一根普通油管9正上方，使用石油作业机设备的液压钳完成第一、二根普通油管9的连接，上提第一、二根普通油管9管串，取走第一只吊卡4，将第二根普通油管9下放至套管26中，同样，第二只吊卡4也将悬座于环形防喷器5之上，完成第二根普通油管9的下放，依此类推，逐一完成所有普通油管9的连接和下放，并将最后一根普通油管接箍3通过吊卡4悬座于环形防喷器5之上，普通油管9悬于套管26内。完成上述作业后，在普通油管接箍3顶部连接旋塞阀2，此时旋塞阀2处于打开状态。

连续油管井口装置包括由下至上依次安装：防喷管17、压裂四通16、连续油管防喷器15、防喷盒14和注入头13，注入头13是上提或下放连续油管12的驱动装置，能将连续油管12快速下入或起出油气井，可满足压裂、修井等高效施工需要。防喷管17、连续油管防喷器15、防喷盒14是防喷器组，压裂四通16是进行连续油管环空压裂时、为其压裂液提供流经通道的四通组件。

以上的这些连续油管井口装置在地面组装完毕后，将连续油管12由上至下穿过整个连续油管井口装置，并将连续油管12末端露于防喷管17下方0.3～0.5m，便于连续油管接头1与旋塞阀2连接。当普通油管9和连续油管12对接完成后，注入头13抱死夹紧连续油管12，用吊车吊起连续油管井口装置及整个组合管串上移（0.2～0.3）m，使普通油管接箍3脱离吊卡4表面和环形防喷器5，将普通油管9所有重量悬于连续油管上，做连接强度拉力试验，若此时，普通油管9和连续油管12的连接部件发生脱落，普通油管9将掉落在吊卡4上，不会落入油气井中。如果拉力试验成功，则取下吊卡4，再使用吊车下放连续油管井口装置和组合管串，将连续油管井口装置的防喷管17下放至环形防喷器5上，利用法兰螺栓对两者进行连接紧固。

（2）通过连续油管井口装置下放组合管串至人工井底，进行井深校核。通过注入头13下放连续油管12，从而带动普通油管9下放，将喷砂射孔枪10下至人工井底11进行井深校核，投入低密度圆球18封堵喷砂射孔枪10底部的通孔。

（3）上提组合管串使喷砂射孔枪10的高度对应层段A，关闭防喷盒14使其抱死连续油管12，利用喷砂射孔枪10对该层段A进行喷砂射孔。通过向连续油管12内泵注喷砂液，喷砂液流经整个组合管串，并通过喷砂射孔枪10四周的射孔喷嘴喷出、形成高速聚能流体，从而射穿套管26及近井地带。

（4）通过向组合管串及组合管串与套管26之间的环空同时泵注压裂液对已射孔的层段A实施加砂压裂作业。首先，向连续油管12及连续油管12与套管26之间的环空同时注入压裂基液压开地层。待地层压开后，通过压裂四通16向连续油管12与套管26之间的环空泵入携砂液，且加砂过程中，砂子与液体的体积比按施工设计进行；连续油管12内始终注入压裂基液，直至完成层段A的设计砂量为止。

（5）在压裂后期，通过压裂四通16向连续油管12与套管26之间的环空泵入高浓度的携砂液，对已压裂改造的层段A实施填砂作业。其中，填砂作业时将连续油管12上移，防止沉砂卡埋喷砂射孔枪10，以免造成卡钻事故；且填砂的高度高于层段A的高度，其目的是为了防止在进行上方层段改造时，压裂液渗入层段A。

（6）通过连续油管井口装置（注入头13）上提组合管串，使喷砂射孔枪10对准上一待改造层段（层段B），重复步骤（3）～（5），直到完成油气井内全部层段的压裂改造。

（7）通过组合管串注入冲洗液，将井筒内的砂塞冲洗出井，露出全部已改造层段（A、B、C）。通过向连续油管12内泵注冲洗液，冲洗液流经组合管串，由喷砂射孔枪10底部喷出，进行冲砂作业。喷砂射孔枪10枪身四周均匀分布射孔喷嘴，其底部设置有一个通孔，通孔的通径远远大于射孔喷嘴的通径，在进行喷砂射孔时，其底部通孔由一个外径比该孔直径大的低密度圆球18进行封堵。

进行连续油管12冲砂作业时，需先向连续油管12与套管26之间的环空泵入冲洗液，将低密度圆球18从组合管串内通道返回来，从而打开喷砂射孔枪10底部通孔。再向连续油管12注入冲洗液，冲洗液流经整个组合管串，由于喷砂射孔枪10底部通孔的通径远远大于射孔喷嘴的通径，冲洗液主要从喷砂射孔枪10底部通道喷出，冲散砂粒、并将砂粒逐步上返于组合管串与套管26之间的环空，直至从采气树四通7返出，利用注入头13边下连续油管12、边注入冲洗液的方式，将人工井底11以上所有层段的填砂全部冲洗干净。 

（8）上提连续油管12，拆开连续油管井口装置和连续油管12，将普通油管9悬挂于普通油管井口装置的采气树大四通7上，恢复采油树后，用于油气井的排液及投产。首先，通过注入头13上提连续油管12，从而拖动整个组合管串向上移动、使连续油管接头1抵达防喷管17处，关闭环形防喷器5，使其胶芯抱死普通油管9、截断井内压力。为了安全起见，建议同时关闭双闸板防喷器6的半封闸板。然后，将防喷管17和环形防喷器5卸开，使用吊车吊起所有连续油管井口装置和组合管串向上移动，将普通油管接箍3、旋塞阀2和连续油管接头1露于防喷管17与环形防喷器5之间，普通油管接箍3应超过环形防喷器5上方一定间距（0.3～0.5m）。在环形防喷器5上放置吊卡4后，通过吊车下放连续油管井口装置和组合管串，将普通油管接箍3放置于吊卡4上，此时，普通油管9悬挂于普通油管井口装置之上。

此时，关闭旋塞阀2，截断普通油管9内压，泄掉旋塞阀2之上连续油管12的内压，拆开连续油管接头1，使用吊车移走连续油管12和连续油管井口装置。然后，在旋塞阀2上方依次连接双公22、油管挂21和油管短节20，双公22两端具有外螺纹，内部具有常闭的开关。当完成双公22与旋塞阀2连接紧固后，打开旋塞阀2，通过双公22的内部开关关闭普通油管9的内压，普通油管9的外部压力通过环形防喷器5和双闸板防喷器6的半封进行密封。油管挂21配合采气树大四通7内部的密封面、使其密封普通油管9与套管26之间的环空。

采用连续油管12及连续油管井口装置将油管挂21回坐至采气树大四通7，步骤如下：首先，使用吊车吊起连续油管井口装置和连续油管12，通过连续油管接头1将油管短节20与连续油管12对接，并对其连接做拉力试验。试验合格后，移走吊卡4，下放连续油管井口装置至环形防喷器5上。此时，连接防喷管17和环形防喷器5，关闭防喷盒17、其胶芯抱死连续油管12，打开环形防喷器5、使其胶芯离开普通油管9，再打开双闸板防喷器6的半封闸板。再用注入头13下放连续油管12，使油管挂21穿过普通井口装置、回坐至采气树大四通7，将井内普通油管9悬挂于此，上紧气树大四通7的顶丝固定油管挂防止上顶。

完成上述步骤后，拆开环形防喷器5和防喷管17，松弛注入头13的夹紧力，使用吊车吊起连续油管井口装置，截断连续油管12，移走连续油管12和连续油管井口装置，依次拆开并吊走环形防喷器5和双闸板防喷器6。最后，拆开油管挂21上的油管短节20及连续油管接头1，在采气树大四通7之上安装采油树。

生产时，使用工具在采油树清蜡阀门23上打开双公22的内部开关，使普通油管9管串处于通畅状态，通过采油树的生产闸门27进行排液、生产。

Claims (9)

1. 一种多层段油气井的压裂方法，其特征在于：该方法采用连续油管与普通油管组合的方式进行射孔、压裂、填砂和冲砂作业，待施工完成后起出连续油管，并将普通油管悬挂于井口装置之上，用于排液和投产，其具体步骤包括：

（1）完整连接普通油管井口装置和连续油管井口装置，通过普通油管井口装置依次下放和连接若干根普通油管，在普通油管的底部连接喷砂射孔枪，普通油管顶部连接连续油管构成组合管串；

（2）通过连续油管井口装置下放组合管串至人工井底； 

（3）上提组合管串至预射层段，利用喷砂射孔枪对储层段进行喷砂射孔； 

（4）通过组合管串及组合管串与套管之间的环空同时泵注压裂液，对已射孔层段实施加砂压裂改造作业；

（5）对已压裂改造层段实施填砂作业；

（6）上提组合管串，使喷砂射孔枪上升至上一待改造层段，重复步骤（3）～（5），直到完成全部层段的压裂改造；

（7）通过组合管串注入冲洗液，冲洗全部油气层段的砂塞； 

（8）上提组合管串，拆开连续油管井口装置和连续油管，将普通油管悬挂于普通油管井口装置上，用于油气井的排液与投产。

2.根据权利要求1所述的多层段油气井的压裂方法，其特征在于：所述组合管串连接处，连续油管接头和普通油管接箍之间设置有一个旋塞阀。

3.根据权利要求1所述的多层段油气井的压裂方法，其特征在于：所述普通油管井口装置包括修井防喷器组、采油树四通和旁通管件。

4.根据权利要求1所述的多层段油气井的压裂方法，其特征在于：所述连续油管井口装置包括上提或下放连续油管的提升装置、连续油管防喷器组、压裂四通和旁通管件。

5.根据权利要求1所述的多层段油气井的压裂方法，其特征在于：所述喷砂射孔枪枪身四周均匀布置射孔喷嘴，底部设置有一个通道和单向开关，在步骤（7）时，通过组合管串与套管之间的环空注入冲洗液将该单向开关顶开，从而打开喷砂射孔枪的底部通道。

6.根据权利要求5所述的多层段油气井的压裂方法，其特征在于：所述底部通道是一个通孔，单向开关是一个座于通孔上方、外径大于通孔直径的低密度圆球。

7.根据权利要求1所述的多层段油气井的压裂方法，其特征在于：所述步骤（5）中，填砂高度高于层段的射孔高度。

8.根据权利要求1所述的多层段油气井的压裂方法，其特征在于：所述步骤（8）中，连续油管和普通油管拆开后，普通油管的顶部由下至上依次连接双公、油管挂和油管短节，将油管挂回坐于井口装置。

9.根据权利要求8所述的多层段油气井的压裂方法，其特征在于：所述双公的内部通道具有开关。

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