CN103821489B - 水平井机械分层与水力喷射压裂酸化复合工艺管柱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油田水平井作业工具领域内一种水平井机械分层与水力喷射压裂酸化复合工艺管柱，包括套管和油管，油管下端连接有安全接头，安全接头下方的油管上交叉设有若干级滑套喷砂器和水力喷射器，各级所述滑套喷砂器两侧分别设有封隔器，各级所述水力喷射器两端分别设有扶正器，与最末端喷砂器连接油管上依次连接有球座、筛管和引鞋，除最末端喷射器外的各水力喷射器内分别设有用于封隔喷砂口的滑套一，所述滑套喷砂器内设有滑套二，各滑套上口分别配合设有球座，所述油管内对应设有与各滑套下口对应的限位座，各级滑套的内通径尺寸及与各级滑套配合的低密度球直径从近井口向远井口方向依次递减，并且前一级滑套内径大于下一级低密度球直径。

Description

水平井机械分层与水力喷射压裂酸化复合工艺管柱

技术领域

本发明涉及油田水平井作业工具领域，特别涉及一种水平井机械分层与水力喷射压裂酸化复合工艺管柱。

背景技术

水平井虽然可以增加井筒与油层的接触面积、提高油气的产量和最终的采收率，但由于低渗透油藏的渗透率低、渗流阻力大、连通性差，有时水平井的单井产能也较低，满足不了经济开发的要求，还要对水平井进行压裂增产，提高水平井的产能。水平井水平段压裂与直井压裂改造的工作重点有所不同。国内外于20 世纪80 年代开始研究水平井的压裂增产改造技术，在水力裂缝的起裂、延伸，水平井压后产量预测，水力裂缝条数和裂缝几何尺寸的优化，储层保护，分段压裂施工技术与井下分隔工具等方面取得了一定进展，但总体来讲配套完善程度不足，特别是水平井分段压裂改造技术和井下分隔工具方面与实际生产需求还存在较大的差距，有待进一步加大投入人力、物力攻关研究。

现有技术中的水平井压裂施工方法主要有水平井水力喷射分段压裂技术和水平井双封隔器＋滑套喷砂器分段压裂技术。

水力喷射分层压裂是集射孔、压裂、隔离为一体的新型增产措施，使用专用喷射工具产生高速流体穿透套管和岩石形成孔眼，射流在喷射通道中形成增压，环空中泵入流体增加环空压力，喷射流体增压和环空压力的叠加超过破裂压力压开地层。其技术原理是根据伯努利方程，流体通过喷射工具时压能被转换成动能，高速流体冲击形成射孔通道完成水力射孔；裂缝形成后，高速流体喷射进入孔道和裂缝，孔道相当于一个“射流泵”；环空流体在射流作用下进入地层维持裂缝的延伸，控制环空压力低于地层的延伸压力。整个过程利用水动力学原理实现水力封隔，不需要其他机械封隔措施。通过拖动管柱，将喷嘴放到下一个需要改造的层段，可依次压开所需改造井段。该技术的优势在于：

１）不需要机械封隔，能够自动隔离，对裸眼、筛管及管外窜流等封隔器无法坐封的水平井分段压裂同样适用；

２）无需单独射孔作业，实现了射孔、压裂一次完成，一次管柱可进行多段压裂，比传统压裂工艺节省了作业工序。

３）可进行定向喷射压裂，准确造缝。

４）喷射压裂可以有效降低地层破裂压力，保证高破裂压力地层的压开和压裂施工。

５）该工艺压井次数少，对储层伤害小，施工程序简单，能够产生较高的经济效益。

６）施工安全性高，可以用一趟管柱在水平井中快速、准确地压开多条裂缝，水力喷射工具可以与常规油管相连接入井，也可以与大直径连续油管相结合，使施工更快捷。

但水力喷射分段压裂还存在如下缺点：

1） 摩擦阻力大, 施工井口压力高, 环空压裂对套管损伤大, 深井应用受到一定限制；

2）由于喷嘴的磨损大，寿命有限，每段喷砂量比机械分层加砂量少；

3）施工砂比远低于常规压裂砂比；

4）不适合已经开采一时间后地层的压裂改造再开采的情况。

水平井封隔器＋滑套分段压裂是一种适合低渗透油田油井开发，在套管内不动管柱进行多段机械分段压裂工艺技术。其工艺原理是采取从趾端到跟端顺序射孔、压裂的方式作业。此工艺管柱和封隔器不受卡距限制，可以对长、短射孔段针对性压裂改造。存在问题：水平井封隔器常常采用液压坐封，但容易出现封隔器砂卡不能解封，造成井下事故。

缺点：

1）处理砂堵困难

2）封隔器的耐温、耐压受到井深的限制；

发明内容

本发明针对现有技术中水平井分段施工压裂工艺管柱存在的问题，提供

一种水平井机械分层与水力喷射压裂酸化复合工艺管柱，以适用于井段复杂水平井分段压裂改造，分段压裂改造目标更明确，适应性更强，效果更好。

本发明的目的是这样实现的，一种水平井机械分层与水力喷射压裂酸化复合工艺管柱，包括从井口延伸至井下水平井段的套管和油管，所述油管下端连接有安全接头，所述安全接头下方的油管上交叉设有若干级滑套喷砂器和水力喷射器，各级所述滑套喷砂器两侧分别设有封隔器，各级所述水力喷射器两端分别设有扶正器，与最末端水力喷射器连接的油管末端依次连接有球座、筛管和引鞋，除最末端喷射器外的各水力喷射器内分别设有用于封隔喷砂口的滑套一，所述滑套喷砂器内设有用于封隔喷砂进口和封隔器进液口的滑套二，各滑套上口分别配合设有球座，所述油管内对应设有与各滑套下口对应的限位座，所述滑套投球后滑至喷口解封位置时下口与相对应的限位座抵靠，各级滑套的内通径尺寸及与各级滑套配合的低密度球直径从近井口向远井口方向依次递减，并且前一级滑套内径大于下一级低密度球直径。

本发明的工艺管柱，将水力喷射分段压裂管柱和封隔器＋滑套喷砂器分段压裂相结合，形成一种水平井机械分层+水力喷射压裂酸化工艺管柱，该管柱是由两种管柱结合，可以根据不同水平井段地层特点和压裂改造要求，将两种压裂管柱进行交叉组合，以弥补单一管柱的缺点，适应性更强，压裂改造效果更好。

作为本发明的近一步改进，所述滑套喷砂器设有两级，所述水力喷射器设有三级，从远井口向近井口依次为第一级水力喷射器、第一级滑套喷砂器、第二级水力喷射器、第二级滑套喷砂器和第三级水力喷射器。

为进一步提高本发明的工艺管柱的施工安全性，所述封隔器为K344封隔器。

附图说明

图1为本发明的水平井机械分层与水力喷射压裂酸化复合工艺管柱连接示意图

其中，1引鞋；2筛管；3球座；4、6、11、13、17、19扶正器；5第一级水力喷射器；7、10、14、16封隔器；8滑套二；9第一级滑套喷砂器；12第二级水力喷射器；15第二级滑套喷砂器；18第三级水力喷射器18；20安全接头；21油管；22套管。

具体实施方式

如图1所示为本发明的水平井机械分层与水力喷射压裂酸化复合工艺管柱，本实施例的工艺柱管以五段为例，具体包括从井口延伸至井下水平井段的套管22和油管21，油管21下端的水平井段连接有安全接头20，安全接头20下方的油管上从远井口向近井口依次连接有第一级水力喷射器5、第一级滑套喷砂器9、第二级水力喷射器12、第二级滑套喷砂器15和第三级水力喷射器。第一水力喷射器5两端的油管上分别设置扶正器4和扶正器6，第一级滑套喷砂器9两端的油管上分别连接有K344封隔器7和K344封隔器10，第二级水力喷射器12两端的油管上分别连接有扶正器11和扶正器13，第二级滑套喷砂器15两端的油管上分别连接K344封隔器14和K344封隔器16，同样第三级水力喷射器18两端的油管上分别连接扶正器17和扶正器19；扶正器4油管上依次连接有球座3、筛管2和引鞋1，第二级水力喷射器12和第三级水力喷射器18内分别设有用于封隔喷砂口的滑套一，各滑套喷砂器内设有用于封隔喷砂进口和封隔器进液口的滑套二8，各滑套上口分别配合设有球座，油管内对应设有与各滑套下口对应的限位座，各滑套通过剪切销钉固定，投球后剪切销钉被剪断滑套滑至喷口解封位置下口与相对应的限位座抵靠，为实现各水平地层的逐级压裂，各级滑套的内通径尺寸及与各级滑套配合的低密度球直径从近井口向远井口方向依次递减，并且前一级滑套内径大于下一级低密度球直径，以便于实现从远井口向近井口各地层段依次顺序压裂施工。实施例中，低密度球可以是空心钢球、树脂球等。

发明的工艺管柱共分为五段结构，进行水平井段压裂施工时，先通井以便于施工管柱顺利下入施工水平井段，然后将上述施工管柱下入待施工的水平井段，并校深。然后开始依次对各段进行压裂施工，施工包括如下过程：

1）首先投第一低密度球，使其正好与球座3密封以密封球座下部的通道；

2）第一段油管喷砂射孔；

3）射孔结束后环空同时泵注、压裂，直至压裂结束；

4）进行第二段压裂，投第二低密度球，第一级滑套喷砂器9内的剪切销钉剪断使其内的滑套滑至与相对应的限位座抵靠，并且第二低密度球将下部的油管通道密封，喷砂器两端的K344封隔器7、10坐封，对管柱加液加压进行第二段压裂施工；

5、投第三低密度球，重复1）—4）步，直至所有层段压裂结束，放喷排液。

本发明中，K344封隔器和水力喷射压裂结构，相互位置根据地层要求确定，可以交叉组合，并且可以实现不提升管柱一次完层多段管柱的水平井段的压裂施工。封隔器采用K344型，压裂后封隔器胶筒自动复原，该封隔器具有外径小、膨胀比大、压差高等特点，使得封隔器外径小，减少了管柱下入及起初的难度，减少砂卡几率，增加施工的安全可靠性。

本发明中，滑套喷砂器与水力喷射器的交叉组合方式不限于上述实施例的组合方式，可以根据地层不同井段地层特点和压裂改造要求任意组合，分段压裂也不限于本实施例中的五段，可以是满足地层要求的二段以上任意交叉组合段数。凡是在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明保护的范围内。

Claims (2)

1.一种水平井机械分层与水力喷射压裂酸化复合工艺管柱，包括从井口延伸至井下水平井段的套管和油管，所述油管下端连接有安全接头，所述安全接头下方的油管上交叉设有若干级滑套喷砂器和水力喷射器，各级所述滑套喷砂器两侧分别设有封隔器，各级所述水力喷射器两端分别设有扶正器，与最末端的水力喷射器连接的油管末端依次连接有球座、筛管和引鞋，除最末端喷射器外的各水力喷射器内分别设有用于封隔喷砂口的滑套一，所述滑套喷砂器内设有用于封隔喷砂进口和封隔器进液口的滑套二，各滑套上口分别配合设有球座，所述油管内对应设有与各滑套下口对应的限位座，所述滑套投球后滑至喷口解封位置时下口与相对应的限位座抵靠，各级滑套的内通径尺寸及与各级滑套配合的低密度球直径从近井口向远井口方向依次递减，并且前一级滑套内径大于下一级低密度球直径；所述滑套喷砂器设有两级，所述水力喷射器设有三级，从远井口向近井口依次为第一级水力喷射器、第一级滑套喷砂器、第二级水力喷射器、第二级滑套喷砂器和第三级水力喷射器。

2.根据权利要求1所述的水平井机械分层与水力喷射压裂酸化复合工艺管柱，其特征在于，所述封隔器为K344封隔器。