CN102979497A - 不动管柱式无封隔器滑套水力喷射脉动酸压装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种不动管柱式无封隔器滑套水力喷射脉动酸压装置及方法。本发明属于油田开采领域，涉及一种在油气井储层中进行酸化压裂的装置及方法。该装置包括自下而上顺次相连的导向头、多孔油管短节、单向阀、第一下短节、第一扶正器、第一喷枪、第二扶正器、第一上短节；单向阀用于实现装置的封闭以及开启；第一喷枪上安装自激振荡喷嘴，用于实现水力喷射脉动射孔与酸压。本发明利用高速脉动射流产生的水力卷吸封隔作用进行酸压封隔，结构简单，安全可靠；一次下入酸压装置可酸化压裂更多的层数，逐级投球打开滑套实现不动管柱对多层段储层的逐级酸化压裂，可同时实现水力射孔、水力自封隔及脉动酸化压裂；通过在套管及井壁产生较高的波动的滞止压力，快速形成定向射孔孔眼且避免射孔弹爆炸射孔产生的压实带。

Description

不动管柱式无封隔器滑套水力喷射脉动酸压装置及方法

技术领域

本发明属于油田开采领域，具体地，涉及一种在油气井储层中进行酸化压裂的装置及方法，更具体地，涉及一种利用自激振荡喷嘴产生脉冲脉动射流进行不动管柱式无封隔器酸化压裂的装置和方法。

背景技术

随着全球油气资源的持续开采，低渗透地质储量占剩余储量的比例持续增长，此外部分老油田储层逐步进入低压衰竭期，储层的压裂改造已成为新增低渗透区块及老油田衰竭储层油气开发的基本工艺。通常，在部分油气井中需沿井筒间隔一定距离进行分层多段压裂，裂缝达到足够的尺寸及渗透率，方可最大限度通过井筒开采储层中的油气。

常规的酸化压裂技术多使用射孔弹进行射孔，之后向井内泵入压裂液进行笼统压裂，井下裂缝起裂位置及走向受地应力影响难以控制，特别是水平井，对称的双翼笼统压裂会压穿储层周围的水层，造成油层见水；同时，射孔弹射孔爆炸时会在孔眼周围形成压实带，爆炸射孔中压力存在波动，令孔眼处压力可能低于裂缝闭合压力，对敏感地层产生伤害；此外，常规酸化压裂方法酸压过程中，酸液进入裂缝一定距离后，酸液性能变化较大不能继续溶蚀地层，压力也不足以继续压裂地层，限制酸化压裂形成裂缝的长度。

常规酸压技术多采用机械封隔器实现分层酸化压裂。机械封隔器可在套管井实施分层或多段压裂，但容易发生砂卡导致井下事故，且封隔器受酸液腐蚀，多次座封解封后封隔效果变差，裂缝达到一定长度后继续注入酸液无法再酸化溶蚀地层，形成的裂缝长度有限。

本发明通过短节连接多级无封隔器滑套水力喷射脉动酸压装置下入井筒内，通过依次投球打开各级酸压装置滑套，实现不拖动管柱的多级酸化压裂。利用工具上布置的自激振荡喷嘴，射孔过程中，形成高速水力脉冲射流，高速射流的卷吸作用实现了水力封隔，不需要传统的封隔器，利用射流的滞止压力波动迅速破坏套管及井壁形成射孔孔眼，不会产生压实带，对于起裂压力高的层位可大幅降低起裂压力；酸化压裂过程中，利用自激振荡喷嘴喷出的高速脉冲射流的卷吸作用，在射孔孔眼壁面产生水力自封隔，进而实现不动管柱多层段射孔压裂增产；此外，利用脉冲射流的压力脉动，在孔眼及裂缝中使酸液产生扰动，可使前端性能已变化的酸液能够被后续未反应酸液替换，继续溶蚀地层扩展裂缝，同时前端酸液进入地层一定深度后压力脉动的峰值仍可大于裂缝起裂压力，继续压开地层进行溶蚀，增加酸压裂缝的长度。

发明内容

为了克服现有常规酸化压裂技术中技术的缺陷，本发明提供一种不动管柱式无封隔器滑套水力喷射脉动酸压的装置及方法。

为克服上述缺陷，本发明采用如下方案：

不动管柱式无封隔器滑套水力喷射脉动酸压装置，包括导向头、多孔油管短节、单向阀、第一下短节、第一扶正器、第一喷枪、第二扶正器、第一上短节；其特征在于：导向头连接到多孔油管短节下端；多孔油管短节上端与单向阀的下端相连接，单向阀内设有阀球和球座阀，单向阀上端与第一下短节的下端连接，第一下短节上端与第一喷枪的下端连接；第一下短节上安装有第一扶正器；第一喷枪上安装自激振荡喷嘴，第一喷枪上端通过第一上短节连接到工作管柱上，在第一上短节上安装有第二扶正器。

进一步地，还包括第二级喷枪、第二上短节；第二喷枪上端通过第二上短节连接到工作管柱、下端与第一上短节上端连接；第二喷枪内设计有滑套及销钉，进行第一级酸压时，滑套被销钉固定，封隔了第二喷枪上的喷嘴，仅通过第一喷枪进行第一级酸压；第一级酸压完成后，通过在工作管柱内投入匹配钢球，在压力作用下钢球座封于滑套上端，可以剪断销钉打开滑套，使第二级喷枪的喷嘴与流体通道连接，同时钢球与滑套配合关闭了第二喷枪向下的通道，封隔了下部完成酸压工作的第一喷枪，进行第二级酸压施工。

进一步地，在第二喷枪上端通过第二上短节依次连接第三喷枪、第三上短节；第三喷枪与第二喷枪的结构相同，仅第三喷枪内滑套的内径大于第二喷枪所采用钢球的直径，同时小于第三喷枪所采用的钢球的直径；

进一步地，以此类推，喷枪内滑套内径大于其前一喷枪所采用的钢球外径，可实现逐级投入钢球打开滑套进行酸化压裂。

进一步地，导向头外部上端为圆柱体、下端为锥面柱体，内部上端为大直径圆形通孔、下端为小直径圆形通孔；大直径圆形通孔处设有内螺纹；

优选地，多孔油管短节为带孔圆管，上下两端分别设有外螺纹，多孔油管短节下端与导向头螺纹连接，油管主体侧面开有42个的小孔，分14层均布于油管圆周，层内小孔相位120°，层间小孔相位60°。

进一步地，单向阀上下两端分别设有外螺纹和内螺纹，单向阀的下端通过内螺纹与多孔油管短节的上端螺纹连接，上端通过外螺纹与第一下短节连接；单向阀内流道最小内径为12mm，在最小流道上端开有与水平面呈60°夹角的斜槽设计为球座阀，与阀球配合组成单向阀，单向阀上端入口处装有凡尔挡片，阀球直径大于球座阀的最小内径和凡尔挡片上的孔径。

进一步地，第一下短节为中空圆管，上下接头处分别设有外螺纹和内螺纹，第一下短节通过通过下接头的内螺纹与单向阀螺纹连接、通过上接头的外螺纹与第一喷枪连接。

进一步地，第一扶正器为带有六翼的圆管，六个翼沿轴向设置并沿圆管外周均布，六个翼上下两端分别进行倒角，倒角面长度为20mm，倒角面与竖直面的倒角角度为30°。

进一步地，第一喷枪为管壁设计有水眼的圆管，上下接头处设有内螺纹，第一喷枪通过上下接头的螺纹实现与第一上短节和第一下短节螺纹的连接；喷枪3均布两层水眼、每层3个水眼，层内水眼相位120°，层间水眼相位60°，水眼处设计有内螺纹；喷枪总长500mm；

进一步地，自激振荡脉冲喷嘴为上部外径小、下部外径大的圆柱体，自激振荡脉冲喷嘴外径小的部分设有外螺纹，以与喷枪上水眼处的内螺纹进行螺纹连接；自激振荡脉冲喷嘴内部流道的上端为球锥形喷腔、中部为大尺寸圆柱形谐振腔、下部为小直径圆柱形喷腔。

优选地，自激振荡脉冲喷嘴采用碳化钨或陶瓷等耐腐蚀材料加工制造；优选地，第一上短节为中空圆管，上下接头处分别设有内螺纹和外螺纹，第一上短节通过上接头的内螺纹与工作管柱连接，通过下接头的外螺纹与第一喷枪连接；优选地，第二扶正器的结构与第一扶正器的结构相同；

优选地，第二喷枪为管壁设计有水眼的圆管，上接头处设有内螺纹，下接头设有外螺纹，第二喷枪通过上下接头的螺纹实现与第二上短节和第一上短节的连接；喷枪中间均布两层水眼、每层3个水眼，层内水眼相位120°，层间水眼相位60°，水眼处设计有内螺纹，可安装自激振荡脉冲喷嘴；喷枪内部设计有滑套，滑套的外径等于第二级喷枪的内径，滑套由销钉固定在喷枪内封堵第二喷枪上的喷嘴；喷枪总长500mm，在第二喷枪的下端面设有限位锥面，用于限制滑套的位移；滑套外径60mm，长度132mm，开有四道密封槽，靠近滑套下端，开有宽6mm的槽，与销钉配合实现固定；滑套上端内壁倒角60°，与钢球配合实现座封；下端外壁倒角30°，与喷枪本体限位锥面配合，销钉剪断后，滑套最终止动于限位锥面。

不动管柱式无封隔器滑套水力喷射脉动酸压方法，采用上述所述的不动管柱式无封隔器滑套水力喷射脉动酸压装置，其特征在于：包括以下施工步骤：

(1)、通过工作管柱将多级无封隔器滑套水力喷射脉动酸压装置下至井内待施工层位；

(2)、通过工作管柱将射孔液泵至多级无封隔器水力喷射脉动酸压装置，此时各级装置滑套未打开，流体作用于底部单向阀形成座封憋压，仅通过最下部一级酸压装置喷枪上布置的自激振荡喷嘴喷出形成高速的振荡脉冲射流，在套管及井壁产生较高的波动的滞止压力，快速形成定向射孔孔眼；

(3)、通过工作管柱将酸液泵至多级无封隔器水力喷射脉动酸压装置，通过喷嘴射入孔眼，在水力卷吸下形成封隔作用，憋压形成裂缝；同时，利用振荡脉冲射流的压力脉动，在孔眼及裂缝中使酸液产生扰动，可使性能已变化的酸液能够被后续未反应酸液替换，继续溶蚀地层扩展裂缝，同时酸液进入地层一定深度后压力脉动的峰值仍可大于裂缝起裂压力，继续压开地层进行溶蚀，增加酸压裂缝的长度；

(4)、完成最下端储层酸压后，在工作管柱中投入与下端第二级滑套水力喷射脉动酸压装置相匹配的钢球，泵入加压射孔液，钢球在压力作用下座封于第二级酸压装置的滑套上，当压力达到一定值即可打开滑套并座封下部已完成酸化的酸压装置，射孔液由第二级酸压装置喷枪上喷出形成振荡脉冲射流，进行射孔；

(5)、第二级储层射孔工作后，通过工作管柱向井下水力喷射脉动酸压装置泵入加压酸液，利用第二级酸压装置完成储层酸压；

(6)、完成下端层位的酸压增产改造后，通过工作管柱依次投入与各级装置相匹配的钢球打开各级酸压装置滑套并座封封隔下部已完成酸压工作的水力喷射脉动酸压装置，依次完成上部各储层射孔、酸化压裂；

(7)、完成所有层位酸化压裂后上提管柱取出不动式无封隔器滑套水力喷射脉动酸压装置。

进一步地，不动管柱式无封隔器滑套水力喷射脉动酸压方法适用于水平井和竖直井。

水力卷吸自封隔压裂的基本原理是保持环空压力低于地层破裂压力，自激振荡喷嘴喷射进入地层孔眼，在孔眼口处高速射流产生强卷吸作用，将部分环空液及孔内返流流体卷吸入孔眼内，使孔眼内憋压压力大于地层的破裂压力，裂缝起裂，持续喷入孔眼的高速射流及卷吸的返流保持孔眼内的压力大于裂缝扩展压力，裂缝持续扩展，由于环空压力低于地层破裂压力，所以裂缝仅在自激振荡喷嘴的喷射点形成，实现水力自封隔。施工时，保持环空压力低于地层破裂压力，利用本发明喷枪上布置的自激振荡喷嘴产生的高速脉冲射流可以实现水力卷吸自封隔，仅对喷射点处的地层进行压裂施工。本发明不使用传统的机械封隔器可避免砂卡问题，降低作业风险；同时免除了暂堵剂分层及填砂分层充填难控制、施工周期长等问题。

脉动酸压的基本原理是当稳定流体流过自激振荡喷嘴谐振腔的出口收缩断面时，产生自激压力激动，这种压力激动反馈回谐振腔从而形成反馈压力振荡。适当控制谐振腔尺寸和流体的马赫数及斯特劳哈尔数(Strouhal number)，使反馈压力振荡的频率与谐振腔的固有频率相匹配，从而在谐振腔内形成声谐共振，使喷嘴出口射流变成断续涡环流，并产生强烈压力振荡和空化作用。本发明通过喷枪上布置自振空化喷嘴，使酸液形成自激振荡空化射流，可迅速射穿套管及井壁形成射孔孔道，酸化压裂过程中，利用脉冲振荡射流的压力脉动，使孔眼及裂缝中酸液产生扰动，可使深处性能已变化的酸液能够被后续注入酸液替换，继续溶蚀地层扩展裂缝，同时酸液进入地层一定深度后压力脉动的峰值仍可大于裂缝起裂压力，继续压开地层进行溶蚀，增加酸压裂缝的长度。

本发明相对于现有酸化压裂技术，具有如下有益效果：

(1)、利用高速脉动射流产生的水力卷吸封隔作用进行酸压封隔，不需要传统酸压工具的封隔器，避免了传统工具中封隔器多次座封解封易失效的问题。

(2)、采用脉动射流进行酸压可增加酸压进入地层深度，增大压裂裂缝长度，酸化压裂效果优于常规技术。

(3)、本发明装置结构简单，安全可靠，施工方法成熟，施工成本较常规技术更低。

(4)、可根据所需酸压层数组装相应级数的酸化压裂装置，一次下入酸压装置可酸化压裂的层数更多；采用逐级投球打开滑套的方法，实现不动管柱对多层段储层的逐级酸化压裂，不需要拖动管柱连续进行酸化压裂可减小作业时间，降低施工成本。

(5)、将水力脉冲射孔与酸压技术结合起来，可同时实现水力射孔、水力自封隔及脉动酸化压裂，现场施工中不需增加额外的地面设备就可进行多层段酸化压裂；能够轻易实现直井、水平井的分层、分段不拖动管柱的酸化压裂；另外，对于水平井段周围有水层时，可通过调整喷枪上自激振荡喷嘴的布置方向避免酸压过程中穿透水层。

(6)、通过工作管柱将射孔液泵至无封隔器水力喷射脉动酸压装置，通过喷枪上布置的自激振荡喷嘴形成高速的脉冲射流，在套管及井壁产生较高的波动的滞止压力，快速形成定向射孔孔眼且避免射孔弹爆炸射孔产生的压实带。

附图说明

图1a是本发明压裂一级地层时采用的一级不动管柱式无封隔器滑套水力喷射脉动酸压装置主视示意图；

图1b是本发明压裂一级地层时采用的一级不动管柱式无封隔器滑套水力喷射脉动酸压装置结构示意图；

图2是本发明酸压装置中导向头结构示意图；

图3是本发明酸压装置中多孔油管短节结构示意图；

图4是本发明酸压装置中单向阀结构示意图；

图5是本发明酸压装置中下短节结构示意图；

图6a是本发明酸压装置中第一扶正器结构示意图；

图6b是本发明酸压装置中第一扶正器俯视示意图；

图7是本发明酸压装置中第一喷枪结构示意图；

图8是本发明酸压装置中自激振荡脉冲喷嘴结构示意图；

图9是本发明酸压装置中上短节结构示意图；

图10a是压裂两级地层时采用的两级不动管柱式无封隔器滑套水力喷射脉动酸压装置主视示意图；

图10b是压裂两级地层时采用的两级不动管柱式无封隔器滑套水力喷射脉动酸压装置结构示意图；

图11a是本发明酸压装置中第二喷枪结构滑套锁定状态示意图；

图11b是本发明酸压装置中第二喷枪结构滑套打开状态示意图；

图12是本发明酸压装置中滑套结构示意图；

图13是不动管柱式无封隔器滑套水力喷射脉动酸压方法流程图；

图14是不动管柱式无封隔器滑套水力喷射脉动酸压装置在水平井中3段酸化压裂的实施示意图；

图15是不动管柱式无封隔器滑套水力喷射脉动酸压装置在直井中3段酸化压裂的实施示意图；

图中：1、导向头，2、多孔油管短节，3、单向阀，4、第一下短节，5、第一扶正器，6、第一喷枪，7、第二扶正器，8、第一上短节，第二喷枪9，第二上短节10。

具体实施方式

实施例一

如图1所示，仅压裂一级地层时采用的一级不动管柱式无封隔器滑套水力喷射脉动酸压装置，包括导向头1、多孔油管短节2、单向阀3、第一下短节4、第一扶正器5、第一喷枪6、第二扶正器7、第一上短节8；自下而上，导向头1连接到多孔油管短节2下端，导向头1可保证工具顺利下入井内，同时与多孔油管短节2配合可提供反洗井筒作业的流动通道；多孔油管短节2上端与单向阀3的下端相连接，单向阀3内设有阀球31和球座阀32，用于实现酸压施工时级不动管柱式无封隔器滑套水力喷射脉动酸压装置的封闭以及反洗循环作业时工具通道的开启；单向阀3上端与第一下短节4的下端连接，第一下短节4上端与第一喷枪6的下端连接；第一下短节4上安装有第一扶正器5，第一扶正器5可以固定拖动式无封隔器水力喷射脉动酸压装置，使之处于井筒中心且不与套管接触，保证酸化压裂的对称性及作业稳定；第一喷枪6上安装自激振荡喷嘴61，用于实现水力喷射脉动射孔与酸压；第一喷枪6上端通过第一上短节8连接到工作管柱上，在第一上短节8上安装有第二扶正器7。

如图2所示，导向头1外部上端为圆柱体、下端为锥面柱体，内部上端为大直径圆形通孔、下端为小直径圆形通孔；大直径圆形通孔处设有内螺纹。导向头1下端的锥面设计，便于顺利下入工具；同时内部设计的通孔，提高了反洗井时的过流能力，保证了密封面含砂时的处理能力，使工具运行更可靠。

如图3所示，多孔油管短节2为带孔圆管，上下两端分别设有外螺纹，多孔油管短节2下端与导向头1螺纹连接，油管主体侧面开有42个的小孔，分14层均布于油管圆周，层内小孔相位120°，层间小孔相位60°，小孔与多孔油管短节内部通孔共同构成反洗井时流体通道。

如图4所示，单向阀3上下两端分别设有外螺纹和内螺纹，单向阀3兼有短接功能，单向阀3的下端通过内螺纹与多孔油管短节2的上端螺纹连接，上端通过外螺纹与第一下短节4连接；单向阀内流道最小内径为12mm，在最小流道上端开有与水平面呈60°夹角的斜槽设计为球座阀32，与阀球31配合组成单向阀，单向阀上端入口处装有凡尔挡片33，阀球31直径大于球座阀32的最小内径和凡尔挡片33上的孔径，使阀球31始终位于球座阀32与凡尔挡片33之间的工作区域。压裂液正方向流动时，阀球31与球座阀32圆锥面配合实现座封；反洗时，压裂液冲开阀球，实现解封并反向流动。由于凡尔挡片33的限制作用，阀球31并不会偏离工作位置，而且该设计在水平位置时仍然能实现座封。

如图5所示，第一下短节4为中空圆管，上下接头处分别设有外螺纹和内螺纹，第一下短节4通过通过下接头的内螺纹与单向阀3螺纹连接，上接头的外螺纹与第一喷枪6连接，上下接头处螺纹密封性高、强度高，施工中既可保证密封性又不会发生管柱断裂事故。

如图6所示，第一扶正器5为带有六翼的圆管，六个翼沿轴向设置并沿圆管外周均布，六个翼上下两端分别进行倒角，倒角面长度为20mm，倒角面与竖直面的倒角角度为30°，便于工具在井眼内起下。扶正器可以固定不动管柱式无封隔器滑套水力喷射脉动酸压装置，使之处于井筒中心且不与套管接触，保证酸化压裂的对称性及作业稳定。第一短节接头之间圆管的外径等于扶正器的内径，长度略大于扶正器长度，工具安装之后，短节两端接头外径大于扶正器的内径，实现了扶正器套装在短节上的固定。

如图7所示，第一喷枪6为管壁设计有水眼的圆管，上下接头处设有内螺纹，第一喷枪通过上下接头的螺纹实现与第一上短节8和第一下短节4螺纹的连接；喷枪3均布两层水眼、每层3个水眼，层内水眼相位120°，层间水眼相位60°，水眼处设计有内螺纹，可安装自激振荡脉冲喷嘴61；喷枪总长500mm。流体从工作管柱经第一上短节8进入第一喷枪6，从第一喷枪6上的自激振荡脉冲喷嘴61高速喷出，形成的脉动射流可快速射穿套管并在地层形成孔眼，酸压时高速脉动射流卷吸地层孔眼周围的流体一同进入地层，实现了水力作用下的封隔，可快速进行地层酸压。

如图8所示，自激振荡脉冲喷嘴61为上部外径小、下部外径大的圆柱体，自激振荡脉冲喷嘴61外径小的部分设有外螺纹，以与喷枪3上水眼处的内螺纹进行螺纹连接；自激振荡脉冲喷嘴61内部流道的上端为球锥形喷腔611、中部为大尺寸圆柱形谐振腔612、下部为小直径圆柱形喷腔613。流体自自激振荡喷嘴球锥形喷枪611进入谐振腔612产生扰动，当扰动的流体流过自激振荡喷嘴谐振腔612的出口收缩断面进入小直径圆柱形喷腔613时，便可产生自激压力激动，这种压力激动反馈回谐振腔612从而形成反馈压力振荡，适当控制谐振腔尺寸和流体的马赫数及斯特劳哈尔数(Strouhal number)，使反馈压力振荡的频率与谐振腔612的固有频率相匹配，从而在谐振腔612内形成声谐共振，使喷嘴喷枪613出口射流变成断续涡环流，并产生强烈压力振荡和空化作用，可迅速射穿套管及井壁形成射孔孔道，酸化压裂过程中，利用自激振荡射流的压力脉动，使孔眼及裂缝中酸液产生波动，实现酸液交换并使其压力波峰大于储层破裂压力，溶蚀、破裂、扩展裂缝，增加酸压裂缝的长度。根据施工特点，自激振荡脉冲喷嘴需经受射孔液中磨料磨蚀及酸液等的的腐蚀，所以自激振荡脉冲喷嘴61采用碳化钨或陶瓷等耐腐蚀材料加工制造。

如图9所示，第一上短节8为中空圆管，上下接头处分别设有内螺纹和外螺纹，第一上短节8通过上接头的内螺纹与工作管柱连接，通过下接头的外螺纹与第一喷枪6连接，上下接头处螺纹密封性高、强度高，施工中既可保证密封性又不会发生管柱断裂事故。

第二扶正器7的结构与第一扶正器5的结构相同。

实施例二

如图10所示，压裂两级地层时采用的两级不动管柱式无封隔器滑套水力喷射脉动酸压装置，与实施例一中的一级地层时采用的两级不动管柱式无封隔器滑套水力喷射脉动酸压装置的区别在于：还包括第二喷枪9、第二上短节10；第二喷枪9上端通过第二上短节10连接到工作管柱、下端与第一上短节8上端连接；第二喷枪9内设计有滑套93及销钉92，进行第一级酸压时，滑套93被销钉92固定，封隔了第二喷枪9上的喷嘴，仅通过第一喷枪6进行第一级酸压；第一级酸压完成后，通过在工作管柱内投入匹配钢球91，在压力作用下钢球91座封于滑套93上端，可以剪断销钉92打开滑套93，使第二级喷枪9的喷嘴与流体通道连接，同时钢球91与滑套93配合关闭了第二喷枪9向下的通道，封隔了下部完成酸压工作的第一喷枪6，此时可进行第二级酸压施工。

如图11所示，第二喷枪9为管壁设计有水眼的圆管，上接头处设有内螺纹，下接头设有外螺纹，第二喷枪9通过上下接头的螺纹实现与第二上短节10和第一上短节8的连接；喷枪中间均布两层水眼、每层3个水眼，层内水眼相位120°，层间水眼相位60°，水眼处设计有内螺纹，可安装自激振荡脉冲喷嘴；喷枪内部设计有滑套93，滑套93的外径等于第二级喷枪9的内径，滑套93由销钉92固定在喷枪内封堵第二喷枪9上的喷嘴；喷枪总长500mm，在第二喷枪的下端面设有限位锥面94，用于限制滑套93的位移。

如图12所示，滑套93与钢球91组成了喷枪的开启控制元件，是实现不动管柱分段压裂的关键部件，多级酸压装置中除最底端第一级喷枪不需安装滑套外，其余均装有滑套。滑套外径60mm，长度132mm，开有四道密封槽，靠近滑套下端，开有宽6mm的槽，与销钉配合实现固定。滑套上端内壁倒角60°，与钢球91配合实现座封；下端外壁倒角30°，与喷枪本体限位锥面94配合，销钉剪断后，滑套最终止动于限位锥面94。

对于三级地层酸压施工，可根据施工层数在第二喷枪9上端通过第二上短节10依次连接第三喷枪、第三上短节。第三喷枪与第二喷枪9的结构相同，仅第三喷枪内滑套的内径大于第二喷枪所采用钢球的直径，同时小于第三喷枪所采用的钢球的直径，如此，从上部投入钢球91打开第二喷枪9滑套93时，钢球91可顺利通过第三喷枪的滑套进入第二喷枪9实现第二喷枪9滑套93的开启及第一级喷枪6的封隔，进行第二级酸化压裂。

以此类推，多级压裂时，喷枪内滑套内径大于其前一喷枪所采用的钢球外径，可实现逐级投入钢球打开滑套进行酸化压裂。

如图13所示，不动管柱式无封隔器滑套水力喷射脉动酸压方法主要包括以下压裂施工步骤：

(1)、通过工作管柱将多级无封隔器滑套水力喷射脉动酸压装置下至井内待施工层位；

(2)、通过工作管柱将射孔液泵至多级无封隔器水力喷射脉动酸压装置，此时各级装置滑套未打开，流体作用于底部单向阀形成座封憋压，仅通过最下部一级酸压装置喷枪上布置的自激振荡喷嘴喷出形成高速的振荡脉冲射流，在套管及井壁产生较高的波动的滞止压力，快速形成定向射孔孔眼且避免产生压实带；

(3)、通过工作管柱将酸液泵至多级无封隔器水力喷射脉动酸压装置，通过喷嘴射入孔眼，在水力卷吸下形成封隔作用，憋压形成裂缝；此外，利用振荡脉冲射流的压力脉动，在孔眼及裂缝中使酸液产生扰动，可使性能已变化的酸液能够被后续未反应酸液替换，继续溶蚀地层扩展裂缝，同时酸液进入地层一定深度后压力脉动的峰值仍可大于裂缝起裂压力，继续压开地层进行溶蚀，增加酸压裂缝的长度。

(4)、完成最下端储层酸压后，在工作管柱中投入与下端第二级滑套水力喷射脉动酸压装置相匹配的钢球，泵入加压射孔液，钢球在压力作用下座封于第二级酸压装置的滑套上，当压力达到一定值即可打开滑套并座封下部已完成酸化的酸压装置，射孔液由第二级酸压装置喷枪上喷出形成振荡脉冲射流，进行射孔。

(5)、第二级储层射孔工作后，通过工作管柱向井下水力喷射脉动酸压装置泵入加压酸液，利用第二级酸压装置完成储层酸压。

(6)、完成下端层位的酸压增产改造后，通过工作管柱依次投入与各级装置相匹配的钢球打开各级酸压装置滑套并座封封隔下部已完成酸压工作的水力喷射脉动酸压装置，依次完成上部各储层射孔、酸化压裂。

(7)、完成所有层位酸化压裂后上提管柱取出不动式无封隔器滑套水力喷射脉动酸压装置。

图14为不动管柱式无封隔器滑套水力喷射脉动酸压装置在水平井中3段酸化压裂的实施例。利用工作管柱将多级无封隔器滑套水力喷射脉动酸压装置下入井内待施工层位，最下端的一级喷枪无滑套，后两级喷枪装有滑套，此时第二、三级喷枪上的自激振荡喷嘴由滑套封隔，第一级喷枪上的喷嘴与流道连通。施工时，射孔液加压由工作管柱泵至酸压装置，装置底部的单向阀关闭，流体经第一级喷枪上的自激振荡喷嘴喷出形成空化脉冲射流，可快速切割套管冲击地层形成射孔孔眼；射孔完成后，酸液加压由工作管柱泵至酸压装置经第一级喷枪上的自激振荡喷嘴形成空化脉冲射流喷入射孔孔眼，由于高速射流的卷吸作用使孔眼内憋压，眼内压力大于地层破裂压力时开始在孔眼端部形成裂缝，酸液以脉冲射流形式卷吸环空流体持续进入孔眼使孔眼内压力大于裂缝扩展压力，裂缝持续扩展，由于脉冲射流的压力波动，孔眼及裂缝中的酸液产生脉动，可使性能已变化的酸液能够被后续未反应酸液替换，继续溶蚀地层扩展裂缝，同时酸液进入地层一定深度后压力脉动的峰值仍可大于裂缝起裂压力，继续压开地层进行溶蚀，增加酸压裂缝的长度。层段1完成酸压增产后，向工作管柱内投入滑套钢球并注液，钢球在流体压力作用下座封于第二级喷枪滑套上，当压力达到一定值后，滑套与枪体之间的销钉剪断，滑套向前推移与喷枪本体限位锥面配合，限制位移，此时，第二级喷枪喷嘴实现开启，同时钢球与滑套封闭喷枪本体下部轴向流道，压裂液不能流到下面一级喷枪，等同于关闭下面施工结束的喷枪，由工作管柱依次泵入射孔液与压裂酸液便可实现对层段2的酸化压裂，由此实现不动管柱第二层段酸化压裂。重复施工直至完成所有层段酸压增产，上提管柱取出水力喷射脉动酸压装置。

图15为不动管柱式无封隔器滑套水力喷射脉动酸压装置在直井中3段酸化压裂的实施例。施工过程及方法同水平井中不动管柱无封隔器滑套水力喷射脉动多段酸压工艺一致。

Claims (10)

1.不动管柱式无封隔器滑套水力喷射脉动酸压装置，包括导向头、多孔油管短节、单向阀、第一下短节、第一扶正器、第一喷枪、第二扶正器、第一上短节；其特征在于：导向头连接到多孔油管短节下端；多孔油管短节上端与单向阀的下端相连接，单向阀内设有阀球和球座阀，单向阀上端与第一下短节的下端连接，第一下短节上端与第一喷枪的下端连接；第一下短节上安装有第一扶正器；第一喷枪上安装自激振荡喷嘴，第一喷枪上端通过第一上短节连接到工作管柱上，在第一上短节上安装有第二扶正器。

2.根据权利要求1所述的不动管柱式无封隔器滑套水力喷射脉动酸压装置，其特征在于：还包括第二级喷枪、第二上短节；第二喷枪上端通过第二上短节连接到工作管柱、下端与第一上短节上端连接；第二喷枪内设计有滑套及销钉，进行第一级酸压时，滑套被销钉固定，封隔了第二喷枪上的喷嘴，仅通过第一喷枪进行第一级酸压；第一级酸压完成后，通过在工作管柱内投入匹配钢球，在压力作用下钢球座封于滑套上端，可以剪断销钉打开滑套，使第二级喷枪的喷嘴与流体通道连接，同时钢球与滑套配合关闭了第二喷枪向下的通道，封隔了下部完成酸压工作的第一喷枪，进行第二级酸压施工。

3.根据权利要求1-2所述的不动管柱式无封隔器滑套水力喷射脉动酸压装置，其特征在于：在第二喷枪上端通过第二上短节依次连接第三喷枪、第三上短节；第三喷枪与第二喷枪的结构相同，仅第三喷枪内滑套的内径大于第二喷枪所采用钢球的直径，同时小于第三喷枪所采用的钢球的直径；进一步地，以此类推，喷枪内滑套内径大于其前一喷枪所采用的钢球外径，可实现逐级投入钢球打开滑套进行酸化压裂。

4.根据权利要求1-3所述的不动管柱式无封隔器滑套水力喷射脉动酸压装置，其特征在于：导向头外部上端为圆柱体、下端为锥面柱体，内部上端为大直径圆形通孔、下端为小直径圆形通孔；大直径圆形通孔处设有内螺纹；优选地，多孔油管短节为带孔圆管，上下两端分别设有外螺纹，多孔油管短节下端与导向头螺纹连接，油管主体侧面开有42个的小孔，分14层均布于油管圆周，层内小孔相位120°，层间小孔相位60°。

5.根据权利要求1-4所述的不动管柱式无封隔器滑套水力喷射脉动酸压装置，其特征在于：单向阀上下两端分别设有外螺纹和内螺纹，单向阀的下端通过内螺纹与多孔油管短节的上端螺纹连接，上端通过外螺纹与第一下短节连接；单向阀内流道最小内径为12mm，在最小流道上端开有与水平面呈60°夹角的斜槽设计为球座阀，与阀球配合组成单向阀，单向阀上端入口处装有凡尔挡片，阀球直径大于球座阀的最小内径和凡尔挡片上的孔径。

6.根据权利要求1-5所述的不动管柱式无封隔器滑套水力喷射脉动酸压装置，其特征在于：第一下短节为中空圆管，上下接头处分别设有外螺纹和内螺纹，第一下短节通过下接头的内螺纹与单向阀螺纹连接、通过上接头的外螺纹与第一喷枪连接。

7.根据权利要求1-6所述的不动管柱式无封隔器滑套水力喷射脉动酸压装置，其特征在于：第一扶正器为带有六翼的圆管，六个翼沿轴向设置并沿圆管外周均布，六个翼上下两端分别进行倒角，倒角面长度为20mm，倒角面与竖直面的倒角角度为30°。

8.根据权利要求1-7所述的不动管柱式无封隔器滑套水力喷射脉动酸压装置，其特征在于：第一喷枪为管壁设计有水眼的圆管，上下接头处设有内螺纹，第一喷枪通过上下接头的螺纹实现与第一上短节和第一下短节螺纹的连接；喷枪3均布两层水眼、每层3个水眼，层内水眼相位120°，层间水眼相位60°，水眼处设计有内螺纹；喷枪总长500mm；自激振荡脉冲喷嘴为上部外径小、下部外径大的圆柱体，自激振荡脉冲喷嘴外径小的部分设有外螺纹，以与喷枪上水眼处的内螺纹进行螺纹连接；自激振荡脉冲喷嘴内部流道的上端为球锥形喷腔、中部为大尺寸圆柱形谐振腔、下部为小直径圆柱形喷腔；优选地，自激振荡脉冲喷嘴采用碳化钨或陶瓷等耐腐蚀材料加工制造；优选地，第一上短节为中空圆管，上下接头处分别设有内螺纹和外螺纹，第一上短节通过上接头的内螺纹与工作管柱连接，通过下接头的外螺纹与第一喷枪连接；优选地，第二扶正器的结构与第一扶正器的结构相同；优选地，第二喷枪为管壁设计有水眼的圆管，上接头处设有内螺纹，下接头设有外螺纹，第二喷枪通过上下接头的螺纹实现与第二上短节和第一上短节的连接；喷枪中间均布两层水眼、每层3个水眼，层内水眼相位120°，层间水眼相位60°，水眼处设计有内螺纹，可安装自激振荡脉冲喷嘴；喷枪内部设计有滑套，滑套的外径等于第二级喷枪的内径，滑套由销钉固定在喷枪内封堵第二喷枪上的喷嘴；喷枪总长500mm，在第二喷枪的下端面设有限位锥面，用于限制滑套的位移；滑套外径60mm，长度132mm，开有四道密封槽，靠近滑套下端，开有宽6mm的槽，与销钉配合实现固定；滑套上端内壁倒角60°，与钢球配合实现座封；下端外壁倒角30°，与喷枪本体限位锥面配合，销钉剪断后，滑套最终止动于限位锥面。

9.不动管柱式无封隔器滑套水力喷射脉动酸压方法，采用上述权利要求1-8所述的不动管柱式无封隔器滑套水力喷射脉动酸压装置，其特征在于：包括以下施工步骤：

(1)、通过工作管柱将多级无封隔器滑套水力喷射脉动酸压装置下至井内待施工层位；

(2)、通过工作管柱将射孔液泵至多级无封隔器水力喷射脉动酸压装置，此时各级装置滑套未打开，流体作用于底部单向阀形成座封憋压，仅通过最下部一级酸压装置喷枪上布置的自激振荡喷嘴喷出形成高速的振荡脉冲射流，在套管及井壁产生较高的波动的滞止压力，快速形成定向射孔孔眼；

(3)、通过工作管柱将酸液泵至多级无封隔器水力喷射脉动酸压装置，通过喷嘴射入孔眼，在水力卷吸下形成封隔作用，憋压形成裂缝；同时，利用振荡脉冲射流的压力脉动，在孔眼及裂缝中使酸液产生扰动，可使性能已变化的酸液能够被后续未反应酸液替换，继续溶蚀地层扩展裂缝，同时酸液进入地层一定深度后压力脉动的峰值仍可大于裂缝起裂压力，继续压开地层进行溶蚀，增加酸压裂缝的长度；

(4)、完成最下端储层酸压后，在工作管柱中投入与下端第二级滑套水力喷射脉动酸压装置相匹配的钢球，泵入加压射孔液，钢球在压力作用下座封于第二级酸压装置的滑套上，当压力达到一定值即可打开滑套并座封下部已完成酸化的酸压装置，射孔液由第二级酸压装置喷枪上喷出形成振荡脉冲射流，进行射孔；

(5)、第二级储层射孔工作后，通过工作管柱向井下水力喷射脉动酸压装置泵入加压酸液，利用第二级酸压装置完成储层酸压；

(6)、完成下端层位的酸压增产改造后，通过工作管柱依次投入与各级装置相匹配的钢球打开各级酸压装置滑套并座封封隔下部已完成酸压工作的水力喷射脉动酸压装置，依次完成上部各储层射孔、酸化压裂；

(7)、完成所有层位酸化压裂后上提管柱取出不动式无封隔器滑套水力喷射脉动酸压装置。

10.根据权利要求9所述的不动管柱式无封隔器滑套水力喷射脉动酸压方法，其特征在于：不动管柱式无封隔器滑套水力喷射脉动酸压方法适用于水平井和竖直井。

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