CN103590802A - 水平井分段压裂装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油勘探开发领域，具体涉及一种水平井分段压裂装置及方法。该装置包括爆燃压裂组件、投球滑套组件以及设置在爆燃压裂组件、投球滑套组件之间的点火接头，点火接头内设置有点火组件；使用时，通过向装置内注入一定压力的水，使得点火组件引爆爆燃组件，在井下地层形成预裂纹；再向装置继续注水，通过滑套组件上的出水孔对井下地层做功，从而形成最终的裂纹。使用本发明的装置及方法，不仅结构简单、易操作，而且大大提高了井下作业的质量。

Description

水平井分段压裂装置及方法

技术领域

本发明属于石油勘探开发领域，具体涉及一种爆燃压裂和水力压裂联作的方式对地层进行作业的水平井分段压裂装置及方法。

背景技术

在水平井分段压裂中，缝网系统的完善程度决定了在储层中是否能够获得最大的泄油面积，而裂缝的走向对缝网系统的完善程度影响很大，一般要求裂缝的走向应尽可能地沿井筒径向扩展，这样就可有效避免段与段之间压裂裂缝的交叉串通，提高压裂效果。目前低渗透油田水平井分段压裂改造技术（如投球滑套工艺等）存在结构复杂、施工环节多、工艺可靠性差、成本高等缺点。而常规的聚能射孔技术一般采用螺旋布孔方式，射孔后，在井筒套管内表面形成螺旋状均布排列的多个孔眼，压裂时，大多数情况下裂缝只能沿垂直于天然最小主应力的方向扩展，裂缝走向不能控制，极有可能造成段与段之间压裂裂缝的交叉串通，影响压裂效果。

近几年水平井裸眼完井压裂技术在开发低渗透油气田方面越来越受到重视。该项工艺技术的开展得益于裸眼分段压裂工具性能的提高(耐温150℃。耐压差70MPa)良好的工具性能满足了水平井的。分段压裂需求，使该工艺得以大范围推广应用。

国内油田开始试验时都使用国外服务公司的工具，收到了不错的效果但是国外服务公司的工具价格昂贵，要在国内大规模推广应用这项技术工具全部靠引进不太可行，原因是:国内油井的产量偏低，如应用该项工艺基本没有效益可言;国外工具采用订单式生产，供货期长，不能满足国内钻井完井的生产节奏要求因此，水平井分段压裂配套工具只能走国产化的技术路线。在使用国外技术的过程中，我们发现靠水力压裂技术在对地层进行压裂时，往往由于地层的破裂压力较高，而导致施工效果不明显甚至出现事故，同时，对所有工艺技术的配套工具要求均比较苛刻。

发明内容

为了解决背景技术中的问题，本发明提出一种可降低地层破裂压力、施工方法简单、施工设备成本低、施工效果好的水平井分段压裂装置及方法。

本发明的具体技术方案是：

一种水平井分段压裂装置，包括爆燃压裂组件以及与爆燃压裂组件连接的投球滑套点火组件；

所述投球滑套点火组件包括投球滑套组件以及点火组件；

所述投球滑套组件包括第一外套筒、滑套以及压裂球；所述第一外套筒套装在滑套外部；所述滑套内部开设有水流通道；所述滑套内壁设置有凸台；所述压裂球倚靠在凸台上；所述第一外套筒的侧壁上开设有出水孔；

所述点火组件包括依次设置的撞钉、点火管以及传火管；所述水流通道通过滑套外壁与撞钉连接。

上述投球滑套组件还包括剪钉；所述剪钉一端安装在第一外套筒的侧壁，另一端安装在滑套的外壁上。

上述剪钉的数量为多个且沿圆周方向均匀分布。

上述出水孔的数量为多个且沿圆周方向均匀阵列分布在第一外套筒上。

上述爆燃压裂组件包括内套筒、套装在内套筒外部的第二外套筒以及设置在第二外套筒和内套筒之间的爆燃药柱；所述内套筒内部设置有与水流通道相连通的空腔；所述第二外套筒上设置有多个筛孔；所述爆燃药柱与传火管相连接。

上述多个筛孔沿轴线方向且呈螺旋形在分布在第二外套筒上；

上述爆燃药柱由火药制成。

上述水平井分段压裂装置还包括与第二外套筒连接的第一接头以及与第一外套筒连接的第二接头。

基于上述的水平井分段压裂装置，现提出一种水平井分段压裂方法，其特征在于，包括以下步骤：

1】爆燃压裂：

首先，将水平井分段压裂装置下放至井内，再利用水泵按照设定的压力开始从内套筒空腔向水流通道注水，在水压的作用下将设置在第一外套筒与滑套之间的剪钉切断、滑套下滑；之后水流通道与点火组件中撞钉连通，在水压的作用下，推动撞针，撞针激发点火管，点火管通过传火管引爆爆燃压裂组件中的爆燃药柱，爆炸后的压力通过筛孔泄压，从而完成该装置对井下第一次作业，井下地层形成预裂纹；

2】水力压裂：

增加泵压继续向从内套筒空腔向水流通道注水，压裂球带动滑套继续下滑，直到第一外套筒上的出水口外露，水流从出水口流出，对步骤1】形成的地层预裂纹持续施压，从而完成该装置对井下的第二次作业，井下地层形成最终裂纹。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用爆燃压裂和水力压裂联作的方式进行井下作业，有效降低了地层的破裂压力和水力压裂的施工难度，也降低了对工艺技术配套工具的性能要求。

2、本发明采用水平井分段压裂装置结构简单，便于操作，适用于我国油井的实际工况，实现了国内大规模的市场应用和推广。

3、本发明采用的点火组件，结构简单，易于实施，确保了施工的安全性可靠性。

附图说明

图1为本发明的结构图。

图2为本发明的A处结构图。

1-爆燃压裂组件、11-第二外套筒、111-筛孔、12-内套筒、121-空腔、13-爆燃药柱、2-水流通道、2-投球滑套点火组件、21-投球滑套组件、211-第一外套筒、2111-出水孔、212-滑套、2121-水流通道、2122、凸台、213-压裂球、214-剪钉、22-点火组件、221-撞钉、222-点火管、223-传火管、3-第一接头、4-第二接头。

具体实施方式

本发明提出一种可降低地层破裂压力、施工方法简单、施工设备成本低、施工效果好的水平井分段压裂装置及方法。

以下结合附图对水平井分段压裂装置进行描述：

如图1所示：一种水平井分段压裂装置，包括爆燃压裂组件1以及与爆燃压裂组件1连接的投球滑套点火组件2；

其中，投球滑套点火组件包括投球滑套组件21以及点火组件22；

进一步的说，投球滑套组件21包括第一外套筒211、滑套212以及压裂球213；所述第一外套筒211套装在滑套212外部；滑套212内部开设有水流通道2121；所述滑套212内壁设置有凸台2122；压裂球213倚靠在凸台2122上；第一外套筒211的侧壁上开设有出水孔2111（出水孔的数量为多个且沿圆周方向均匀阵列分布）；

点火组件22包括依次设置的撞钉221、点火管222以及传火管223；水流通道2121通过滑套212外壁与撞钉221连接。

特别的，该投球滑套组件21还包括剪钉214；剪钉214一端安装在第一外套筒211的侧壁，另一端安装在滑套212的外壁上，通过剪钉214将滑套212固定在第一外套筒211上，防止非工作状态下，滑套212和第一外套筒211发生相对移动（通常，剪钉214的数量为多个且沿圆周方向均匀分布）。

进一步说，本发明中的点火组件22包括依次设置的撞钉221、点火管222以及传火管223；水流通道2121通过滑套212与撞钉221连接。

进一步说，爆燃压裂组件1包括内套筒12、套装在内套筒12外部的第二外套筒11以及设置在第二外套筒11和内套筒12之间的爆燃药柱13；内套筒12内部设置有与水流通道2121相连通的空腔121；第二外套筒11上设置有多个筛孔111（通常，筛孔111沿轴线方向且呈螺旋形在分布在第二外套筒上11）；传火管323与爆燃药柱13连接。

进一步说，本发明使用的爆燃药柱13由火药制成。

特别的，为了满足不同井下作业的需要，有时要求同时下放多个仪器同时进行作业，因此，该水平井分段压裂装置还包括与第二外套筒11连接的第一接头3以及与第一外套筒211连接的第二接头4；

基于上述水平井分段压裂装置，现提出一种压裂方法，该方法采用爆燃压裂和水力压裂联作的方式进行，其具体是：

1】爆燃压裂：

首先，将水平井分段压裂装置下放至井内，再利用水泵开始向水平井分段压裂装置的水流通道注水，直到水压将设置在第一外套筒与滑套之间的剪钉切断、滑套下滑；之后水流通道与点火组件连通，在水压的作用下，推动撞针，撞针激发点火管，点火管通过传火管引爆爆燃压裂组件中的爆燃药柱，爆炸后的压力通过筛孔泄压，从而完成该装置对井下第一次作业，井下地层形成预裂纹；

2】水力压裂：

增加泵压继续向水平井分段压裂装置的水流通道注水，滑套继续下滑，直到第一外套筒上的出水口外露，水流从出水口流出，对步骤1】形成的地层预裂纹持续施压，从而完成该装置对井下的第二次作业，井下地层形成最终裂纹。

特别的是，剪钉的承压能力为10Mpa;当设定水压大于10Mpa时，剪钉就会被剪断。

Claims (9)

1.一种水平井分段压裂装置，其特征在于：包括爆燃压裂组件以及与爆燃压裂组件连接的投球滑套点火组件；

所述投球滑套点火组件包括投球滑套组件以及点火组件；

所述投球滑套组件包括第一外套筒、滑套以及压裂球；所述第一外套筒套装在滑套外部；所述滑套内部开设有水流通道；所述滑套内壁设置有凸台；所述压裂球倚靠在凸台上；所述第一外套筒的侧壁上开设有出水孔；

所述点火组件包括依次设置的撞钉、点火管以及传火管；所述水流通道通过滑套外壁与撞钉连接。

2.根据权利要求1所述的水平井分段压裂装置，其特征在于：所述投球滑套组件还包括剪钉；所述剪钉一端安装在第一外套筒的侧壁，另一端安装在滑套的外壁上。

3.根据权利要求2所述的水平井分段压裂装置，其特征在于：所述剪钉的数量为多个且沿圆周方向均匀分布。

4.根据权利要求3所述的水平井分段压裂装置，其特征在于：所述出水孔的数量为多个且沿圆周方向均匀阵列分布在第一外套筒上。

5.根据权利要求1至4任一权利要求所述的水平井分段压裂装置，其特征在于：所述爆燃压裂组件包括内套筒、套装在内套筒外部的第二外套筒以及设置在第二外套筒和内套筒之间的爆燃药柱；所述内套筒内部设置有与水流通道相连通的空腔；所述第二外套筒上设置有多个筛孔；所述爆燃药柱与传火管相连接。

6.根据权利要求5所述的水平井分段压裂装置，其特征在于：所述多个筛孔沿轴线方向且呈螺旋形在分布在第二外套筒上；

7.根据权利要求6所述的水平井分段压裂装置，其特征在于：所述爆燃药柱由火药制成。

8.根据权利要求7所述的水平井分段压裂装置，其特征在于：所述水平井分段压裂装置还包括与第二外套筒连接的第一接头以及与第一外套筒连接的第二接头。

9.基于权利要求8所述的水平井分段压裂装置的水平井分段压裂方法，其特征在于，包括以下步骤：

1】爆燃压裂：

首先，将水平井分段压裂装置下放至井内，再利用水泵按照设定的压力开始从内套筒空腔向水流通道注水，在水压的作用下将设置在第一外套筒与滑套之间的剪钉切断、滑套下滑；之后水流通道与点火组件中撞钉连通，在水压的作用下，推动撞针，撞针激发点火管，点火管通过传火管引爆爆燃压裂组件中的爆燃药柱，爆炸后的压力通过筛孔泄压，从而完成该装置对井下第一次作业，井下地层形成预裂纹；

2】水力压裂：

增加泵压继续向从内套筒空腔向水流通道注水，压裂球带动滑套继续下滑，直到第一外套筒上的出水口外露，水流从出水口流出，对步骤1】形成的地层预裂纹持续施压，从而完成该装置对井下的第二次作业，井下地层形成最终裂纹。

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