CN103306645B - 水平井一趟钻压裂完井管柱及其工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及油气田勘探和开发领域，特别是一种油气田勘探和开发中储层改造的水平井一趟钻压裂完井管柱及其工艺，该管柱至少包括套接在套管（1）内的油管（2），其特征是：油管（2）最下端布置有水力喷枪（3），水力喷枪（3）侧部为喷枪孔眼，底部为能够放置钢球（6）的球座（5），套管（1）及油管（2）的井口端分别有套管阀门（7）及油管阀门（8）。本发明能够一趟钻完成水平井的各项工序，降低井控风险，减少更换钻具的次数，可加快提速进度，提速效果显著，同时还可节约封隔器及水力喷枪，降低油管的磨损，增大利用率，降低水平井开发成本。
Description
技术领域
本发明涉及油气田勘探和开发领域，特别是一种油气田勘探和开发中储层改造的水平井一趟钻压裂完井管柱及其工艺。
背景技术
目前国内水平井分段改造工艺技术有桥塞封隔压裂、封隔器封隔压裂、砂塞封隔及液体胶塞封隔等方式，以封隔器分段压裂工艺技术为主。封隔器封隔压裂工艺又包括单喷射器带底封隔器拖动压裂，双喷射器带底封隔器分段压裂，如，PSK多级水力喷射分段压裂。尽管PSK多级水力喷射压裂能够实现一趟管柱施工10段左右，大大节约了起下钻的次数，但是每个施工层次之间，必须进行放喷降压、反洗等工序，每个施工层之间的时间长达2-5个小时，并不是最优的储层高效改造手段。技术提速的主要目的是缩短每个层之间的等停时间，提高压裂施工设备利用率，减少更换管柱次数，缩短水平井施工各工序环节之间的等停时间。
另外，PSK多级水力喷射压裂能够实现一趟管柱施工10段左右，因该施工管柱带有封隔器，不能进行环空加砂压裂，也就不能实现油套合注的大排量（3-12方/分）体积压裂的工艺要求。
水力喷射带下封隔器拖动压裂工艺技术已是成熟的工艺技术，解决了水平井分段压裂的技术难题；但随着水平井施工规模越来越大，施工井数越来越多，该工艺已不能满足水平井规模化和工厂化快速施工的要求。该工艺存在以下问题：
1、每个施工层段之间，要进行放喷达2-5小时，将井内压力放完后，反冲约半小时才能动井口上提施工工具，进行下一个层段的施工，期间压裂设备等停达2-5小时，每天最多才能施工1-3个层段，施工速度慢缓，成为低渗透油气藏开发的主要制约因素之一。
2、每个层段压裂时，所有压裂砂液要从喷枪中喷出后，再进入施工层段，喷枪的寿命有限，最多只能压裂2-3个层90多方砂。即使采用PSK多级分层施工工艺也不能满足水平井多级分段压裂工艺的需求，当井内施工层段达20段左右时，最少需更换2-3趟管柱，造成井控风险及放喷对环境的污染；压裂施工也要等停2-3天，也是制约生产技术提速的主要因素之一。
3、每口水平井需通洗井一趟钻，水力喷射压裂约需2-3趟钻，冲砂需一趟钻，每口井最少约需4-5趟钻的起下，才能完成施工作业，作业队承受巨大的人力工作量，返出液体对环境的污染，起下钻时的井控风险。
4、由于井内施工工具上连接有几个分层压裂用的封隔器，不能进行大排量（3-10方/分）环空注入，不能满足大型体积压裂的工艺要求。
5、“三低”油气藏的施工规模越来越大，油管内的施工排量，砂比已在逐年提高。油管内最大施工排量只能满足2.5-3方/分的施工量,在此施工排量下,每趟施工管柱所用的油管只能使用2-3次就需报废,增加了水平井的开发成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种水平井一趟钻压裂完井管柱及其工艺，该工艺能够一趟钻完成水平井的各项工序，降低井控风险，减少更换钻具的次数，可加快提速进度，提速效果显著，同时还可节约封隔器及水力喷枪，降低油管的磨损，增大利用率，降低水平井开发成本。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是, 水平井一趟钻压裂完井管柱，它至少包括套接在套管内的油管，其特征是：油管最下端布置有水力喷枪，水力喷枪侧部为喷枪孔眼，底部为能够放置钢球的球座，套管及油管的井口端分别有套管阀门及油管阀门。
所述的球座为逐渐收缩的喇叭口状结构，最下方喇叭口处直径小于钢球直径。
所述的水力喷枪为喷枪孔眼处有滑套的可关闭式水力喷枪。
水平井一趟钻压裂完井工艺包括如下步骤：
a、将油管下入到井底位置，对套管进行大排量反循环洗井，并对套管进行试压，达到通洗井工艺标准；
b、上提油管到水平井施工的第一层段所在位置；
c、从油管上端口向内投钢球，并将钢球泵送到球座上，使油管内的喷射液流仅能够从喷枪孔眼中喷出，此时，地面施工泵的压力能够达到水力喷射施工压力；打开油管阀门，通过油管对水平井内第一层段进行单簇或多簇水力喷射；
d、喷射完成后关闭套管阀门压开第一层段的油层，由于关闭了套管阀门，油管继续通过喷枪孔眼喷入不大于10立方的压裂液，使得油层内压力增大，然后油管停止注入压裂液，利用油层中注入液体形成的压力，从油管放喷，放喷过程中带动钢球返出油管外；
e、上提油管到第二层段；
f、关套管阀门，让压裂砂液从油管下端球座的喇叭口排出，对第一层段的油气层进行压裂；
g、当压裂施工的顶替液注完时，进行打砂塞作业，达到砂塞封堵油气层的工艺要求；
h、反冲出油管内多余砂子；
i、重复步骤c到步骤h，对第二层段施工，如此反复将所有层段施工完成；
j、当最后一个层施工完成，放空井内压力后，利用原钻具对井内砂塞进行水力冲砂。
所述的步骤g打砂塞的工艺方法为：压裂施工顶替液注完时，提高砂比达到50-60%，砂塞液量为油管下部出口端到施工层段之间井筒容积的1.5-1.8倍，打砂塞液须从油管内注入，不能从套管注入；以正常的施工排量将砂塞液泵送到油管出口端后，降低施工排量≤1.0方/分；在泵注过程中，地层压力会逐渐升高，当压力升高至井筒额定安全压力时停泵，测算压力下降的速率，并反复蹩压使砂塞的砂子之间形成的间隙进一步压实，使砂塞的导流能力下降，增强砂塞与套管内壁的附着力，使井内施工后的停泵压力封堵在地层内，压力下降速率达到井筒试压要求，起到分层压裂的封隔作用。
所述的步骤j的水力冲砂工艺方法为：从油管内投入大钢球，大钢球的直径大于封堵油管喇叭口所用钢球直径2-4mm，并泵送到水力喷枪的滑套上，打开滑套，将水力喷枪的喷枪孔眼堵上，冲砂液流从套管井口处进入，经下部的油管喇叭口进入油管内，将井内砂液塞冲蚀碎后，由油管返出井外，达到冲蚀砂塞的工艺要求。
本发明的有益效果包括如下几点：
1、本发明一趟钻即可完成水平井的各项工序，每口井可节约起下钻5趟钻，降低井控风险，减少更换钻具的次数，可加快提速进度3-5天，提速效果显著。
2、每个施工层段由于射孔后只注入了不大于10立方的压裂液，放喷等停时间数分钟即可，可有效利用2-5小时的放喷等停时间，每天可多压2-3层段，可大幅提高压裂设备的利用率，每口井缩短压裂施工时间2-3天。
3、因水力喷枪只参与水力喷砂射孔，一个喷枪可以满足所有段的射孔要求，每口井可以节约4-5个封隔器及水力喷枪，同时因井内无封隔器，施工钻具少，降低了施工卡钻的风险，提高了水平井压裂施工的工程安全。
4、本施工管柱的结构及原理，可以满足大型体积压裂的工艺要求，加快体积压裂的施工速度，由于施工后，现场储液大罐已空置，可以在冲砂工序，通过除砂工艺，将返出液体全部回收，用于下口井的施工；达到施工液体、砂子重复利用，实现安全环保的本质要求，其经济效益是相当巨大！
5、压后无放喷液体返出，减少了施工井场的污水存放量，污水坑占用井场的面积，增大井场设备摆放的面积，满足大型体积压裂井对井场的需求。
6、还可降低油管的施工排量至1.5-2.0方/分以内,增大套管内的施工排量,满足施工的总排量,降低对油管的磨损,增大油管的有效利用率,大大降低水平井开发的成本。
7、因油管只是满足喷砂射孔的工艺要求，因此，可以采用小直径油管，如，内径为2″的油管，可以节约大量的油管钢材，进一步降低水平井开发的成本。
8、该施工管柱有类似于光油管施工，因此，在压裂施工过程中，可将砂液高浓度地从油管内注入，套管中只是注入压裂液，使砂液在油管出口处与套管注入液进行混和，避免在套管加砂时，砂子在水平平段内脱砂形成砂堵；并且在施工过程中，当发现施工压力升高时，可及时降低油管的加砂排量，提高套管的施工排量，降低施工总砂比，能够及时排除施工过程中形成的砂桥，防止油层内脱砂形成砂堵，进一步提高压裂工艺的水平。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明：
图1是管柱结构示意图；
图2是第一层段施工示意图；
图3是第二层段施工示意图；
图中：1、套管；2、油管；3、水力喷枪；4、喷枪孔眼；5、球座；6、钢球；7、套管阀门；8、油管阀门；9、第一层段；10、第二层段；11、砂塞。
具体实施方式
实施例1
如图1的本管柱结构示意图所示，油管2套接在套管1内，油管2最下端布置有水力喷枪3，水力喷枪3侧部为喷枪孔眼，底部为能够放置钢球6的球座5，套管1及油管2的井口端分别有套管阀门7及油管阀门8。
其中球座5为逐渐收缩的喇叭口状结构，最下方喇叭口处直径小于钢球6直径，需要喷砂射孔时，将钢球6从油管2内投入到球座5上，形成单流阀，使喷砂射孔的液体从喷枪孔眼4中喷出，达到喷砂射孔的工艺要求；当要进行加砂压裂时，则利用井内的压力，将钢球6从油管2底部返出井外，让压裂砂液从油管2下端球座5的喇叭口处排出，对油气层进行压裂，减少砂液对喷枪喷嘴的磨损。
水力喷枪3为可关闭式水力喷枪，即水力喷枪3的喷枪孔眼4处有滑套，通过控制滑套的位置来控制喷枪孔眼4的开闭，该结构在先已申请相关专利并有广泛应用，其结构在此不详细说明。
实施例2
本水平井一趟钻压裂完井工艺包括如下步骤：
a、将油管2下入到井底位置，对套管1进行大排量反循环洗井，并对套管1进行试压，达到通洗井工艺标准；
b、上提油管2到水平井施工的第一层段9所在位置，见图2；
c、从油管2上端口向内投钢球6，并将钢球6泵送到球座5上，使油管2内的喷射液流仅能够从喷枪孔眼4中喷出，此时，地面施工泵的压力能够达到水力喷射施工压力；打开油管阀门8，通过油管2对水平井内第一层段9进行单簇或多簇水力喷射；
d、喷射完成后关闭套管阀门7压开第一层段9的油层，由于关闭了套管阀门7，油管2继续通过喷枪孔眼4喷入不大于10立方的压裂液，使得油层内压力增大，然后油管2停止注入压裂液，利用油层中注入液体形成的压力，从油管2放喷，放喷过程中带动钢球6返出油管2外；
e、上提油管2到第二层段10；
f、关套管阀门7，让压裂砂液从油管2下端球座5的喇叭口排出，对第一层段9的油气层进行压裂；
g、当压裂施工的顶替液注完时，进行打砂塞11作业，达到砂塞11封堵油气层的工艺要求，见图3；
h、反冲出油管2内多余砂子；
i、重复步骤c到步骤h，对第二层段10施工，如此反复将所有层段施工完成；
j、当最后一个层施工完成后，放空井内压力后，利用原钻具对井内砂塞进行水力冲砂。
其中步骤g打砂塞的工艺方法为：压裂施工顶替液注完时，提高砂比达到50-60%，砂塞液量为油管2下部出口端到施工层段之间井筒容积的1.5-1.8倍，打砂塞液须从油管2内注入，不能从套管1注入；以正常的施工排量将砂塞液泵送到油管2出口端后，降低施工排量≤1.0方/分；在泵注过程中，地层压力会逐渐升高，当压力升高至井筒额定安全压力时停泵，测算压力下降的速率，并反复蹩压使砂塞11的砂子之间形成的间隙进一步压实，使砂塞11的导流能力下降，增强砂塞11与套管1内壁的附着力，使井内施工后的停泵压力封堵在地层内，压力下降速率达到井筒试压要求，起到分层压裂的封隔作用，对于N-80，5-1/2″钢级的套管,压力最高为50MPa。
步骤j的水力冲砂工艺方法为：从油管2内投入大钢球，大钢球的直径大于封堵油管2喇叭口所用钢球6直径2-4mm，并泵送到水力喷枪3的滑套上，打开滑套，将水力喷枪的喷枪孔眼4堵上，冲砂液流从套管1井口处进入，经下部的油管喇叭口进入油管2内，将井内砂液塞冲蚀碎后，由油管2返出井外，达到冲蚀砂塞的工艺要求。
本发明一趟钻即可完成水平井的各项工序，每口井可节约起下钻5趟钻，降低井控风险，减少更换钻具的次数，可加快提速进度3-5天，提速效果显著。
每个施工层段由于射孔后只注入了不大于20立方的压裂液，放喷等停时间数分钟即可，可有效利用2-5小时的放喷等停时间，每天可多压2-3层段，可大幅提高压裂设备的利用率，每口井缩短压裂施工时间2-3天。
因水力喷枪只参予水力喷砂射孔，一个喷枪可以满足所有段的射孔要求，每口井可以节约4-5个封隔器及水力喷枪，同时因井内无封隔器，施工钻具少，降低了施工卡钻的风险，提高了水平井压裂施工的工程安全。
本施工管柱的结构及原理，可以满足大型体积压裂的工艺要求，加快体积压裂的施工速度，由于施工后，现场储液大罐已空置，可以在冲砂工序，通过除砂工艺，将返出液体全部回收，用于下口井的施工；达到施工液体、砂子重复利用，实现安全环保的本质要求，其经济效益是相当巨大！
压后无放喷液体返出，减少了施工井场的污水存放量，污水坑占用井场的面积，增大井场设备摆放的面积，满足大型体积压裂井对井场的需求。
还可降低油管的施工排量至1.5-2.0方/分以内,增大套管内的施工排量,满足施工的总排量,降低对油管的磨损,增大油管的有效利用率,大大降低水平井开发的成本。
因油管只是满足喷砂射孔的工艺要求，因此，可以采用小直径油管，如，内径为2″的油管，可以节约大量的油管钢材，进一步降低水平井开发的成本。
该施工管柱有类似于光油管施工，因此，在压裂施工过程中，可将砂液高浓度地从油管内注入，套管中只是注入压裂液，使砂液在油管出口处与套管注入液进行混和，避免在套管加砂时，砂子在水平平段内脱砂形成砂堵；并且在施工过程中，当发现施工压力升高时，可及时降低油管的加砂排量，提高套管的施工排量，降低施工总砂比，能够及时排除施工过程中形成的砂桥，防止油层内脱砂形成砂堵，进一步提高压裂工艺的水平。
Claims (3)
1.水平井一趟钻压裂完井工艺包括如下步骤：
a、将油管（2）下入到井底位置，对套管1进行大排量反循环洗井，并对套管（1）进行试压，达到通洗井工艺标准；
b、上提油管（2）到水平井施工的第一层段（9）所在位置；
c、从油管（2）上端口向内投钢球（6），并将钢球（6）泵送到球座（5）上，使油管（2）内的喷射液流仅能够从喷枪孔眼（4）中喷出，此时，地面施工泵的压力能够达到水力喷射施工压力；打开油管阀门（8），通过油管（2）对水平井内第一层段（9）进行单簇或多簇水力喷射；
d、喷射完成后关闭套管阀门（7）压开第一层段9的油层，由于关闭了套管阀门（7），油管（2）继续通过喷枪孔眼（4）喷入不大于10立方的压裂液，使得油层内压力增大，然后油管（2）停止注入压裂液，利用油层中注入液体形成的压力，从油管（2）放喷，放喷过程中带动钢球（6）返出油管（2）外；
e、上提油管（2）到第二层段（10）；
f、关套管阀门（7），让压裂砂液从油管（2）下端球座（5）的喇叭口排出，对第一层段（9）的油气层进行压裂；
g、当压裂施工的顶替液注完时，进行打砂塞作业，达到砂塞封堵油气层的工艺要求；
h、反冲出油管（2）内多余砂子，以防止大水力喷射时，油管内形成的高砂比将喷枪孔眼堵死；
i、重复步骤c到步骤h，对第二层段（10）施工，如此反复将所有层段施工完成；
j、当最后一个层施工完成后，放空井内压力后，利用原钻具对井内砂塞进行水力冲砂。
2.根据权利要求1所述的水平井一趟钻压裂完井工艺，其特征是：所述的步骤g打砂塞的工艺方法为：压裂施工顶替液注完时，提高砂比达到50-60%，砂塞液量为油管（2）下部出口端到施工层段之间井筒容积的1.5-1.8倍，打砂塞液须从油管（2）内注入，不能从套管（1）注入；以正常的施工排量将砂塞液泵送到油管（2）出口端后，降低施工排量≤1.0方/分；在泵注过程中，地层压力会逐渐升高，当压力升高至井筒额定安全压力时停泵，测算压力下降的速率，并反复蹩压使砂塞（11）的砂子之间形成的间隙进一步压实，使砂塞（11）的导流能力下降，增强砂塞（11）与套管（1）内壁的附着力，使井内施工后的停泵压力封堵在地层内，压力下降速率达到井筒试压要求，起到分层压裂的封隔作用。
3.根据权利要求1所述的水平井一趟钻压裂完井工艺，其特征是：所述的步骤j的水力冲砂工艺方法为：从油管（2）内投入大钢球，大钢球的直径大于封堵油管（2）喇叭口所用钢球（6）直径2-4mm，并泵送到水力喷枪（3）的滑套上，打开滑套，将水力喷枪的喷枪孔眼（4）堵上，冲砂液流从套管（1）井口处进入，经下部的油管喇叭口进入油管（2）内，将井内砂液塞冲蚀碎后，由油管（2）返出井外，达到冲蚀砂塞的工艺要求。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20151028 Termination date: 20170620 |