CN102979495B - 裸眼水平井多簇限流压裂管柱及其压裂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种裸眼水平井多簇限流压裂管柱及其压裂方法，其采用的设备主要是：水力锚、悬挂器、裸眼封隔器、多簇滑套、投球开启式滑套、压力开启式滑套、座封球座等，通过封隔器封隔井筒，封隔段内安装多簇滑套、投球开启式滑套以及压力开启式滑套，先应用压力开启式滑套对水平井段第一封隔段实施措施改造，然后通过井口投球，操控滑套组，依次逐段进行改造，最后放喷排液，将球回收后即可投产。该技术可以在不增加原有压裂工艺投球次数的前提下，成倍的提高水平井分段压裂段数，有助于较长水平井的精细分段改造。
Description
技术领域
本发明属于裸眼水平井分段压裂技术领域，具体涉及一种裸眼水平井多簇限流压裂管柱及其压裂方法。
背景技术
裸眼水平井分段压裂工艺是一种常用的油田增产措施，尤其适用于气藏及裂缝性油藏的开发。该工艺采用悬挂器将完井工具串下入水平井段，使用裸眼封隔器封隔水平段，实现压裂作业井段横向选择性分段隔离，同时应用开启式滑套建立井筒与储层的连通，根据压裂段数目进行分段压裂，可以实现全井段完全压裂作业。该工艺一趟管柱既可以作为完井管柱，同时也可以作为后续储层分段压裂改造施工管柱，减少了施工成本，无需进行固井及射孔作业，提高了完井作业效率。
该工艺先应用压力开启滑套对水平井段第一段实施压裂改造后，需要通过井口投球，依次开启滑套，从而依次逐段进行改造，改造段数受到投球数量的限制，无法对较长水平井进行精细分段改造。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种裸眼水平井多簇限流压裂管柱及其压裂方法，本发明可以在不增加原有压裂工艺投球次数的前提下，成倍的提高水平井分段压裂段数，有助于较长水平井的精细分段改造。
为了解决上述技术问题，本发明的裸眼水平井多簇限流压裂管柱，包括套管、布置在套管内部的油管、与油管连接且依次设置的若干个压裂施工组以及与最后一个压裂施工组连接且位于套管尾部的第一压裂施工组，所述套管与油管之间设有悬挂器和水力锚，所述第一压裂施工组包括依次设置的封隔器、压力开启式滑套、座封球座以及浮鞋且上述各部件之间通过油管短节连接，每个所述压裂施工组包括依次设置的封隔器、多簇滑套、封隔器、多簇滑套、封隔器、投球开启式滑套以及封隔器且上述各部件之间通过油管短节连接,所述多簇滑套、投球开启式滑套以及压力开启式滑套的外筒壁上轴向设有若干出液口，每个所述出液口中均设有一暂堵片，且每个所述暂堵片均由一暂堵压盖压紧在出液口中。
一种通过上述裸眼水平井多簇限流压裂管柱实现的压裂方法，其包括如下步骤：
1）裸眼段完钻后，经过通井、刮削、模拟管柱通井等工序，保证井眼光滑，为下入完井管柱做好井筒准备；
2)按照施工管柱设计用钻杆下入完井管柱；
3)用KCl水溶液顶替井筒内全部泥浆至泥浆罐，直到进出口水溶液性能一致；
4)替完泥浆后，投低密度座封球至座封球座处,用水泥车泵送球到位，钻杆内加压座封封隔器和悬挂器；
5)座封完成后，钻杆内继续升高压力，丢开悬挂器，上提钻杆，钻杆内打压，检验悬挂器的密封性，稳压，压降合格后，起出钻杆；
6)下插入密封装置，回接油管至井口，完成压裂施工管柱,并进行回接管柱的验封；
7)验封合格后，套管不泄压，油管内加压打开压力开启式滑套，安装压裂井口，等待压裂；
8)压裂车组摆放、连接完成后，地面高压管线试压，合格后方可进行压裂施工；
9）按照压裂泵注程序进行第一压裂施工组的压裂施工；
10）第一压裂施工组加砂完成后投封堵球，依次打开压裂施工组（Ⅱ）内的多簇滑套与投球开启式滑套，封堵球最终落在投球开启式滑套的球座上；用管串允许的最大排量进行压裂，迅速在井底建立起高于各个层段破裂压力的井底压力，从而把所有的层段依次压开，经一次加砂和替置完成该组分段压裂作业；
11）应用上述10）同样的施工方法，完成压裂施工组（Ⅲ）或后续更多组的压裂施工；
12）压裂施工完成后，关井压力扩散，随后开始防喷排液。
本发明可以在不增加原有压裂工艺投球次数的前提下，成倍的提高水平井分段压裂段数，有助于较长水平井的精细分段改造。
附图说明
图1为裸眼水平井多簇限流压裂管柱结构简图；
图2为本发明管柱中压裂施工组Ⅱ内的施工流程图；
图3是多簇滑套的结构剖图；
图4是图3在多簇滑套处于闭合状态下A-A向的剖视图；
图5是图3在多簇滑套处于开启状态下A-A向的剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
参见图1和图3，本发明的裸眼水平井多簇限流压裂管柱，包括套管8、布置在套管8内部的油管9、与油管9连接且依次设置的若干个压裂施工组Ⅱ/Ⅲ以及与最后一个压裂施工组Ⅱ连接且位于套管8尾部的第一压裂施工组Ⅰ，所述套管8与油管9之间设有悬挂器2和水力锚1，所述第一压裂施工组Ⅰ包括依次设置的封隔器3i、压力开启式滑套6、座封球座7以及浮鞋且上述各部件之间通过油管短节连接，每个所述压裂施工组Ⅱ/Ⅲ包括依次设置的封隔器3e/3a、多簇滑套4c/4a、封隔器3f/3b、多簇滑套4d/4b、封隔器3g/3c、投球开启式滑套5b/5a以及封隔器3h/3d且上述各部件之间通过油管短节连接,所述多簇滑套4a、4b、4c、4d、投球开启式滑套5a、5b以及压力开启式滑套6的外筒壁上轴向设有若干排出液口109，每个所述出液口109中均设有一暂堵片106，每个滑套上的暂堵片106所能承受的压力不同，且每个所述暂堵片106均由一暂堵压盖105压紧在出液口109中。
参见图3至图5，所述多簇滑套包括外筒101，所述外筒101上端形成有内螺纹，下端形成有外螺纹，该外筒101外壁上部周向均布有多个出液口109，外壁的轴向还能够设置若干排出液口109（图中未示），多簇滑套还包括内滑套108、组合球座112、导向器110、扩张器117、上压盖102、下压盖116以及球111，所述内滑套108通过剪钉107安装在外筒101内壁，该内滑套108中部周向均布有多个方孔，每个所述方孔中对应安装有一球座体115，每个所述球座体115对合构成所述组合球座112，所述组合球座112内壁上部形成有短斜面，下部形成有长斜面，所述组合球座112上端设有导向器110，下端设有扩张器117，所述导向器110为一环形体且其内壁形成有一用于将球111导向组合球座112短斜面处的环形斜面，所述导向器110上端设有上压盖102，所述上压盖102螺纹连接在内滑套108内壁上部，该上压盖102一端顶在导向器110的上端并将导向器110压紧在组合球座112上，所述扩张器117外壁上部形成有一环形的前端斜面，下部与下压盖116内壁贴合，所述前端斜面与长斜面贴合，所述下压盖116螺纹连接在内滑套108内壁下部，该下压盖116与扩张器117之间设有一弹簧114，所述外筒101内壁上且位于组合球座112下方形成有一与组合球座112相匹配的环形开启槽113。每个所述出液口109中均设有一暂堵片106，且每个所述暂堵片106均由一暂堵压盖105压紧在出液口109中。所述出液口109上端且位于内滑套108与外筒101内壁之间、剪钉107下端且位于内滑套108与外筒101内壁之间以及导向器110与内滑套108之间均设有密封圈103。所述内滑套108上、下端均设有一紧定螺钉104，两个所述紧定螺钉104均穿过内滑套108分别顶在上、下压盖102、116的螺纹面上。
该多簇滑套通过投入球111并提高工具内部液体压力来进行操作。当多簇滑套处于初始关闭状态时，将球111由工具上段投入，其沿着导向器110的环形斜面落在组合球座112的短斜面上，从而使得该多簇滑套内部上下段隔开。随着液体持续进入该多簇滑套上部，球111受到的推力逐渐增大。当推力超出剪钉107的断裂极限时，均布的剪钉107全部被剪断，内滑套108及安装在其上的各部件在球111的推动下整体移向外筒101的下部。随着内滑套108的相对移动，内滑套108上部的一对密封圈103移过外筒101上的出液口109，暂堵片106与多簇滑套内上部液体连通。当组合球座112运动到外筒101的开启槽113位置时，组合球座112在扩张器117的推动下径向扩张进入到开启槽113内，组合球座112组成的内孔孔径变大，如图5所示。随着组合球座112的扩张，原本受孔径限制的球111被释放，并随着液体流向外筒101的下部，最终进入下端工具。当准备实施压裂操作时，多簇滑套内部液体的压力逐渐升高，当升高到暂堵片106的承压极限时，而且由于每个滑套上的暂堵片所能承受的压力不同（如第二封隔段内压力开启式滑套5b上暂堵片的破裂压力为21Mpa，第三封隔段内多簇滑套4d上暂堵片的破裂压力为22Mpa，第四封隔段内多簇滑套4c上暂堵片的破裂压力为20Mpa），外筒101上的各暂堵片106根据承压能力大小依次破裂，多簇滑套内部和外部实现连通，多簇滑套完全开启。
压裂过程中，先应用压力开启式滑套对水平井段第一段实施措施改造，然后通过井口投球，操控滑套组，依次逐段进行改造，最后放喷排液，将球回收后即可投产。其中多簇滑套是一种新型滑套工具，采用封堵球憋压开启，具有开启后能使封堵球顺利通过的特点。多簇滑套的应用，使每次投球可以打开连续的2-4簇多簇滑套，并采用限流压裂方法同时完成滑套所在2-4段的压裂改造。因此，在压裂施工组内，一次投球可打开连续的若干个多簇滑套与一个投球开启式滑套。各滑套上均预制有一定数量与直径的出液口，通过大排量施工，依靠压裂液通过各出液口时产生的摩阻，大幅度提升井底压力，从而使压裂液自动转向，可以相继压开破裂压力相近的各个目的层。
本发明采用封隔器封隔套管，第一压裂施工组Ⅰ内，封隔器3i与套管尾部构成第一封隔段，该封隔段内设有压力开启式滑套6；在压裂施工组Ⅱ内，封隔器3g与封隔器3h之间构成第二封隔段并设有投球开启式滑套5b，封隔器3f与封隔器3g之间构成第三封隔段并设有多簇滑套4d，封隔器3e与封隔器3f之间构成第四封隔段并设有多簇滑套4c;在压裂施工组Ⅲ内，封隔器3c与封隔器3d之间构成第五封隔段并设有投球开启式滑套5a，封隔器3b与封隔器3c之间构成第六封隔段并设有多簇滑套4b，封隔器3a与封隔器3b之间构成第七封隔段并设有多簇滑套4a。
本发明以6″裸眼水平井施工为例，如图1所示，将水平段分为3组，第一压裂施工组Ⅰ的第一封隔段由压力开启式滑套6控制；压裂施工组Ⅱ内的第二、三、四封隔段，分别由投球开启式滑套5b、多簇滑套4d与多簇滑套4c控制；压裂施工组Ⅲ内的第五、六、七封隔段，分别由投球滑套5a、多簇滑套4b与多簇滑套4a控制。具体实施步骤如下：
1）裸眼段完钻后，经过通井、刮削、模拟管柱通井等工序，保证井眼光滑，为下入完井管柱做好井筒准备；
2）按图1所示连接并下入管柱:浮鞋+加长接头+座封球座7+31/2″油管+压差滑套6+31/2″油管+裸眼封隔器3i+31/2″油管+裸眼封隔器3h+31/2″油管+裸眼封隔器3h+31/2″油管+投球滑套5b+31/2″油管+裸眼封隔器3g+31/2″油管+多簇滑套4d+31/2″油管+裸眼封隔器3f+31/2″油管+多簇滑套4c+31/2″油管+裸眼封隔器3e+31/2″油管+裸眼封隔器3d+31/2″油管+投球滑套5a+31/2″油管+裸眼封隔器3c+31/2″油管+多簇滑套4b+31/2″油管+裸眼封隔器3b+31/2″油管+多簇滑套4a+31/2″油管+裸眼封隔器3a+31/2″油管+7″悬挂器2+转换接头+31/2″钻杆至井口；
3）连接正注管线，地面管线试压到30MPa，管柱压重10t，用2%KCl水溶液顶替井筒内全部泥浆至泥浆罐，直到进出口水溶液性能一致；
4）替完泥浆后，投低密度座封球至座封球座7处,以0.5～0.6m3/min排量泵送球到位，钻杆内加压座封裸眼封隔器3a-3i和悬挂器2；
5）钻杆内继续升高压力，丢开悬挂器2，上提钻杆10m，钻杆内打压15MPa，检验悬挂器1的密封性，稳压5min，压降不超过0.5MPa为合格，起出钻杆；
6）按照图1所示下入回接管柱：插入密封与水力锚1+27/8″油管+31/2″油管+油补距+油管挂，并安装采气树，在井口四个方向加绷绳固定；
7）连接地面管线，管线试压45MPa，10min压力下降不超过0.5MPa为合格，环空试压20MPa，稳压15min，压降不超过0.5MPa为插入管密封合格；
8）套管8与油管9间的环空不泄压，油管9打压直至压力开启式滑套6打开，关井等待压裂施工；
9）压裂车组摆放、连接完成后，地面高压管线、平衡管线试压，合格后方可进行压裂施工；
10）按照压裂泵注程序进行第一压裂施工组Ⅰ的压裂施工；
11）如图2所示，按照压裂泵注程序，对压裂施工组Ⅱ内的第二、三、四封隔段进行压裂施工。其中多簇滑套4c、多簇滑套4d与投球开启式滑套5b上的出液口数量与直径按照地层破裂压裂预制。在第一压裂施工组Ⅰ加砂完成后，根据设计需要投入相应尺寸的封堵球，通过憋压顺次开启多簇滑套4c、多簇滑套4d与投球开启式滑套5b，最终封堵球落在投球开启式滑套5b的球座上（图2中步骤II-1）；然后用管串允许的最大排量进行压裂，迅速在井底建立起高于各个层段破裂压力的井底压力，从而首先压开破裂压力（20Mpa）最低的多簇滑套4c层段（图2中步骤Ⅱ-2），然后是破裂压力为21Mpa的多簇滑套4d层段（图2中步骤II-3）与破裂压力为22Mpa投球滑套5b层段（图2中步骤Ⅱ-4）；最后对压裂施工组Ⅱ内所有压开层段进行统一加砂（图2中步骤Ⅱ-5）。
12）利用相同原理完成压裂施工组Ⅲ内第五、六、七封隔段内的压裂作业。
13）所有压裂施工完成后，关井压力扩散，随后开始防喷排液。
综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，本领域的技术人员可以在本发明的技术指导思想之内提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本发明的范围之内。
Claims (1)
1.一种通过裸眼水平井多簇限流压裂管柱实现的压裂方法，其中该方法使用的裸眼水平井多簇限流压裂管柱包括套管(8)、布置在套管(8)内部的油管(9)、与油管(9)连接且依次设置的若干个压裂施工组(Ⅱ/Ⅲ)以及与最后一个压裂施工组(Ⅱ)连接且位于套管(8)尾部的第一压裂施工管串(Ⅰ)，所述套管(8)与油管(9)之间设有悬挂器(2)和水力锚(1)，其特征在于：所述第一压裂施工管串(Ⅰ)包括依次通过油管短节连接的封隔器(3i)、压力开启式滑套(6)、座封球座(7)以及浮鞋，每个所述压裂施工组(Ⅱ/Ⅲ)包括依次通过油管短节连接的封隔器(3e/3a)、多簇滑套(4c/4a)、封隔器(3f/3b)、多簇滑套(4d/4b)、封隔器(3g/3c)、投球开启式滑套(5b/5a)以及封隔器(3h/3d),所述多簇滑套(4a、4b、4c、4d)、投球开启式滑套(5a、5b)以及压力开启式滑套(6)的外筒壁上轴向设有若干出液口(109)，每个所述出液口(109)中均设有一暂堵片(106)，且每个所述暂堵片(106)均由一暂堵压盖(105)压紧在出液口(109)中；
该方法包括以下步骤：
1)裸眼段完钻后，经过通井、刮削、模拟管柱通井工序，保证井眼光滑，为下入完井管柱做好井筒准备；
2)用钻杆下入完井管柱；
3)用KCl水溶液顶替井筒内全部泥浆至泥浆罐，直到进出口水溶液性能一致；
4)替完泥浆后，投低密度座封球至座封球座(7)处,用水泥车泵送低密度座封球到位，钻杆内加压座封封隔器(3a、3b、3c、3d、3e、3f、3g、3h、3i)和悬挂器(2)；
5)座封完成后，钻杆内继续升高压力，丢开悬挂器(2)，上提钻杆，钻杆内打压，检验悬挂器(2)的密封性，稳压，压降合格后，起出钻杆；
6)下插入密封装置，回接油管(9)至井口，完成压裂施工管柱,并进行回接管柱的验封；
7)验封合格后，套管(8)不泄压，油管(9)内加压打开压力开启式滑套(6)，安装压裂井口，等待压裂；
8)压裂车组摆放、连接完成后，地面高压管线试压，合格后方可进行压裂施工；
9)按照压裂泵注程序进行第一压裂施工管串(Ⅰ)的压裂施工；
10)第一压裂施工管串(Ⅰ)加砂完成后投封堵球，依次打开压裂施工组(Ⅱ)内的多簇滑套(4c、4d)与投球开启式滑套(5b)，封堵球最终落在投球开启式滑套(5b)的球座上；用管串允许的最大排量进行压裂，迅速在井底建立起高于各个层段破裂压力的井底压力，从而把所有的层段依次压开，经一次加砂和替置完成压裂施工组(Ⅱ)分段压裂作业；
11)应用上述10)同样的施工方法，完成压裂施工组(Ⅲ)或后续更多压裂施工组的压裂施工；
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