CN105064968A - 用于水力压裂的油气井定面射孔压裂装置 - Google Patents
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Abstract
用于水力压裂完井的油气井定面射孔压裂装置，包括枪身、弹架、至少一组射孔、至少一个火药单元。定面射孔能在套管同一横截面的圆周上形成多个孔眼，从而形成井筒径向的应力集中，能有效干扰原始地应力。实施定面射孔的同时火药单元产生动态高压气体对孔眼实施压裂，压裂裂缝沿井筒径向起裂和扩展，形成径向一定长度的预裂缝，能显著降低地层破裂压力。进行水力压裂时，不仅能够降低压裂设备泵压，而且能够诱导裂缝继续沿井筒径向扩展，避免段与段之间压裂裂缝的交叉串通，并形成井筒径向较宽的裂缝带，提高压裂的完善程度和效果。本发明能够与电缆泵送射孔+可钻桥塞工艺结合实现水平井分段射孔压裂，也可用于油管或连续油管传输作业。
Description
技术领域
本发明属于石油勘探开发领域，特别是涉及一种用于油气井水力压裂的定面射孔压裂装置，该装置属于一种由特殊布弹方式和在射孔器内特定位置加装火药单元所形成的多组定面射孔压裂装置，可用于油气井分段射孔压裂。
背景技术
随着水平井钻、完井技术的迅速发展，水平井用于低孔、低渗致密油气藏及非常规油气藏的开发已经非常普遍，分段压裂改造完井工艺已经成为目前开发此类难动用油气藏的最有效的方法。对于水平井套管井，国际上普遍采用电缆泵送射孔+可钻桥塞进行分段射孔，并依次进行分段压裂，分段压裂完成后再将可钻桥塞逐一钻磨掉，最终形成全通的井筒，经反排后进入生产阶段。在此项工艺中，射孔的目的已经不单是射开套管和地层，简单建立起地层与井筒间的油流通道，而是要配合水力压裂建立更为理想的压裂通道。而在目前的水平井分段压裂中，通常采用电缆泵送常规射孔技术进行分段射孔，然后再进行水力压裂，但常规射孔对水力压裂来讲存在以下几点不足：
(1)常规射孔采用螺旋布孔方式，压裂时，裂缝只能顺着地层天然主应力方向扩展，裂缝走向无法控制；
(2)螺旋布孔方式在套管上形成的孔眼，只有少数孔眼基本能够对应地层主应力方向，其它孔眼属无效孔眼，压裂费力；
(3)常规射孔一般采用普通的深穿透弹，孔眼小，摩阻大，实施大排量时需要更高的泵压，对于高破裂压力的地层往往很难压开。
(4)常规射孔及螺旋布孔方式不能有效降低地层破裂压力。
发明内容
本发明目的是提供一种用于水力压裂的油气井定面射孔压裂装置，该射孔压裂装置采用了特殊的射孔弹定面布弹方式和火药爆燃压裂相结合。定面布弹方式射孔能在套管同一横截面的圆周上形成多个孔眼，圆周上的孔眼排布可形成井筒径向的应力集中，能有效干扰原始地应力。在定面射孔的同时点燃火药单元产生动态高压气体对孔眼实施压裂，由于定面射孔孔眼形成了井筒径向的应力集中，压裂裂缝首先沿井筒径向起裂和扩展，形成径向一定长度的预裂缝如图8所示，能有效干扰原始地应力并显著降低地层破裂压力，进行水力压裂时，不仅能够降低压裂设备泵压，而且能够诱导裂缝继续沿井筒径向扩展，避免段与段之间压裂裂缝的交叉串通，并形成井筒径向较宽的裂缝带，提高压裂的完善程度和效果。
本发明的技术解决方案是：
一种用于水力压裂的油气井定面射孔压裂装置，包括射孔枪枪身及设置在枪身中的弹架，其特殊之处是：
还包括至少一组射孔；所述一组射孔包括一个或两个射孔单元；所述射孔单元的射孔弹在套管壁上形成的孔眼位于同一横截面上；且当一组射孔包括一个射孔单元时，所述射孔单元的射孔弹在套管壁上形成的孔眼在同一横截面上圆周均布；当一组射孔包括两个射孔单元时，其中一个射孔单元的射孔弹在套管壁上形成的孔眼在第一横截面的半圆周上均布，另一个射孔单元的射孔弹在套管壁上形成的孔眼在第二横截面的半圆周上均布，从装置的轴向看，第一横截面的半圆周和第二横截面的半圆周形成一个整圆周，该组射孔的射孔弹在套管壁上形成的孔眼沿着该整圆周均匀分布；
还包括至少一个火药单元；且当装置只包括一组射孔且该组射孔包括一个射孔单元时，火药单元设置在该射孔单元的一端或两端；当装置只包括一组射孔且该组射孔包括两个射孔单元时，所述火药单元设置在两个射孔单元之间；当装置包括至少两组射孔且每组射孔包括一个射孔单元时，火药单元设置在相邻两个射孔单元之间；当装置包括至少两组射孔且每组射孔包括两个射孔单元时，火药单元设置在两个射孔单元之间和/或相邻两组射孔之间。
上述油气井定面射孔压裂装置第一种具体结构可包括多组射孔，每组射孔包括两个射孔单元，每个射孔单元包括三发射孔弹；该组射孔的六个射孔弹沿装置轴向依次安装；火药单元设置在相邻两组射孔之间。
上述油气井定面射孔压裂装置第二种具体结构可包括多组射孔，每组射孔包括两个射孔单元，每个射孔单元包括三发射孔弹；该六发射孔弹沿装置轴向依次安装；所述火药单元设置在相邻两个射孔单元之间以及相邻两组射孔之间。
上述油气井定面射孔压裂装置第三种具体结构可包括多组射孔，每组射孔包括一个射孔单元，该射孔单元包括四到六发射孔弹；该四到六发射孔弹沿装置轴向依次安装；所述火药单元设置在相邻两组射孔之间。
上述油气井定面射孔压裂装置第四种具体结构可包括多组射孔，每组射孔包括一个射孔单元，每个射孔单元包括六发射孔弹；该六发射孔弹两两组合后沿装置轴向依次安装，所述组合后的两个射孔弹位于弹架同一横截面上；所述火药单元设置在相邻两组射孔之间。
上述油气井定面射孔压裂装置第五种具体结构可包括多组射孔，每组射孔包括一个射孔单元，每个射孔单元包括四发射孔弹；该四发射孔弹两两组合后沿装置轴向依次安装，所述组合后的两个射孔弹位于弹架同一横截面上；所述火药单元设置在相邻两组射孔之间。
上述油气井定面射孔压裂装置第六种具体结构可包括多组射孔，每组射孔包括一个射孔单元，每个射孔单元包括六发射孔弹；该六发射孔弹三三组合后沿装置轴向依次安装，所述组合后的三个射孔弹位于弹架同一横截面上；所述火药单元设置在相邻两组射孔之间。
上述油气井定面射孔压裂装置第七种具体结构可包括一组射孔，每组射孔包括一个射孔单元，所述射孔单元包括三发射孔弹；该三发射孔弹沿装置轴向依次安装；所述火药单元设置在该组射孔的其中一端部。
上述油气井定面射孔压裂装置第八种具体结构可包括多组射孔，每组射孔包括一个射孔单元，所述射孔单元包括三发射孔弹；该三发射孔弹沿装置轴向依次安装；所述火药单元设置在相邻两组射孔之间。
本发明的优点：
1、本发明针对常规射孔在油气井尤其是水平井分段压裂中所存在的问题，提出了油气井定面射孔压裂装置，该装置采用几种不同的特殊布弹方式实现定面射孔，与火药爆燃装置结合实现定面射孔压裂。
2、本发明的实施可以形成井筒径向的应力集中，能有效干扰原始地应力并显著降低地层破裂压力，进行水力压裂时，不仅能够降低压裂设备泵压，而且能够诱导裂缝继续沿井筒径向扩展，对后续的水力压裂提供有利的条件。
3、本发明所述的射孔弹与用于爆燃压裂的火药单元等爆炸品都设置在金属枪管内，使用条件不受井况条件的限制，适用于所有的井况条件。
4、本发明油气井定面射孔压裂装置能够与电缆泵送射孔+可钻桥塞工艺结合实现水平井分段射孔压裂，也可用于油管或连续油管传输作业。
5、本发明也可用于直井水力压裂增产改造。
附图说明
图1是本发明油气井定面射孔压裂装置中三发弹为一个单元，两个单元共六发射孔弹为一组沿装置轴向依次安装，并在相邻两组之间设置火药单元的结构示意图；
图2是本发明油气井定面射孔压裂装置中六发射孔弹为一组，以三发射孔弹为一个射孔单元，并在相邻两射孔单元之间以及相邻两组之间设置火药单元的结构示意图；
图3是本发明油气井定面射孔压裂装置中六个射孔弹两两组合后为一组沿装置轴向依次安装，并在相邻两组之间设置火药单元的结构示意图；
图4是本发明油气井定面射孔压裂装置中四个射孔弹两两组合为一组沿装置轴向依次安装，并在相邻两组之间设置火药单元的结构示意图；
图5是本发明油气井定面射孔压裂装置中六个射孔弹三三组合后为一组沿装置轴向依次安装，并在相邻两组之间设置火药单元的结构示意图；
图6是本发明油气井定面射孔压裂装置中三发射孔弹为一组，该三发射孔弹沿装置轴向依次安装；火药单元设置在相邻两组射孔之间的结构示意图；
图7是本发明油气井定面射孔压裂装置中三发射孔弹为一组，该三发射孔弹沿装置轴向依次安装；火药单元设置在相邻两组射孔之间的结构示意图；
图1至图7中的(a)图均是本发明装置的正面视图，(b)图均是本发明装置位于套管壁内的轴向视图，(c)图均是本发明装置位于套管壁内的立体图，(d)图是本发明装置的立体图；
图8是本发明油气井定面射孔压裂装置的作用原理示意图；
附图标记：1-射孔弹，2-火药单元，3-套管壁，4-孔眼，5-预裂缝。
具体实施方式
本发明第一种油气井定面射孔压裂装置，包括两组射孔或两组以上的射孔以及设置在相邻两组射孔之间的火药单元；每组射孔包括两个射孔单元；第一个射孔单元的各个射孔弹的轴线沿射孔弹弹头的指向与套管壁的交点位于套管的第一横截面的半圆周上，第二个射孔单元的各个射孔弹的轴线沿射孔弹弹头的指向与套管壁的交点位于套管的第二横截面的半圆周上；从装置的轴向看：第一横截面的半圆周和第二横截面的半圆周形成一个整圆周，每组射孔的射孔弹在套管壁上形成的孔眼沿整圆周均匀分布。
装置具体可采用以下两种方案：
一、参见图1，包括两组射孔，每组射孔的射孔弹数量为六个，且平均分配给两个射孔单元；该六个射孔弹沿装置轴向依次安装。
二、参见图2，包括四组射孔，每组射孔的射孔弹数量为六个，且平均分配给两个射孔单元，同时在两射孔单元之间也设置火药单元；每组六个射孔弹沿装置轴向依次安装。
本发明第二种油气井定面射孔压裂装置，包括两组射孔或两组以上射孔以及设置在相邻两组射孔之间的火药单元；每组射孔包括一个射孔单元；该个射孔单元的各个射孔弹的轴线沿射孔弹弹头的指向与套管壁的交点位于套管的同一横截面的圆周上，每组射孔的射孔弹在套管壁上形成的孔眼沿整圆周均匀分布。
装置具体可采用以下三种方案：
一、参见图3，包括两组射孔，每组射孔的射孔弹数量为六个，该六个射孔弹两两组合后沿装置轴向依次安装；组合后的两个射孔弹位于弹架同一横截面上。
二、参见图4，包括三组射孔，每组射孔的射孔弹数量为四个，该四个射孔弹两两组合后沿装置轴向依次安装；组合后的两个射孔弹位于弹架同一横截面上。
三、参见图5，包括两组射孔，每个射孔器的射孔弹数量为六个，该六个射孔弹三三组合后沿装置轴向依次安装；组合后的三个射孔弹位于弹架同一横截面上。
参见图6，本发明第三种油气井定面射孔压裂装置，包括三组射孔以及设置在相邻两组射孔之间的火药单元；每组射孔包括一个射孔单元；该个射孔单元的三个射孔弹沿装置轴向依次安装，每组射孔的射孔弹在套管壁上形成的孔眼沿整圆周均匀分布。
参加图7，本发明第四种油气井定面射孔压裂装置，包括一组射孔以及设置在该组射孔其中一端的火药单元；该组射孔包括一个射孔单元；该射孔单元的三个射孔弹沿装置轴向依次安装，每组射孔的射孔弹在套管壁上形成的孔眼沿整圆周均匀分布。
本发明系统在水平井分段压裂泵送射孔工艺中的应用(某水平井定面射孔降低破裂压力现场实验)：
水平井段长度为1030m，为6寸井眼下5-1/2”尾管固井完井。压裂改造级数为14级，采用泵送射孔+快钻桥塞分段射孔并压裂。
实验决定在第13层时采用泵送定面射孔枪，其它层采用常规89泵送枪，进行起裂压力测试比较。试验结果如表1。表1中记录了从第8层到第14层的压裂施工数据，在第13层应用了定面射孔技术，压裂时的起裂压力下降明显。
表1压裂后产能对比
| 层数 | 第8层 | 第9层 | 第10层 | 第11层 | 第12层 | 第13层(定面 射孔) | 第14层 |
| 起裂压力 | 34.8Mpa | 33.4pa | 36.8Mpa | 44.3Mpa | 42.2Mpa | 20.5Mpa | 44.3Mpa |
| 停泵压力 | 15.6Mpa | 14.2Mpa | 13.2Mpa | 13.6Mpa | 12.5MPa | 12.9Mpa | 14.2Mpa |
| 携砂液 | 561.6m3 | 645.2m3 | 613.2m3 | 560.3m3 | 566.2m3 | 549.2m3 | 603.2m3 |
| 排量 | 10m3 | 10m3 | 10m3 | 10m3 | 10m3 | 10m3 | 10m3 |
| 砂比 | 0.145 | 0.132 | 0.149 | 0.155 | 14.00％ | 13.00％ | 15.70％ |
| 工作压力 | 25-40Mpa | 23-32Mpa | 28-34Mpa | 25-36Mpa | 24-38Mpa | 24-40Mpa | 25-41Mpa |
| 前置液 | 40m3 | 45.2m3 | 35.2m3 | 40.2m3 | 35.4m3 | 35.4m3 | 40.1m3 |
| 顶替液 | 28m3 | 27.5m3 | 26m3 | 25m3 | 23m3 | 22m3 | 20m3 |
| 入地总液量 | 629.6m3 | 717.9m3 | 629.6m3 | 625.5m3 | 624.6m3 | 606.6m3 | 663.3m3 |
| 砂量 | 50m3 | 61m3 | 50m3 | 50m3 | 60m3 | 55m3 | 60m3 |
在某区块进行了水平井定面射孔+快钻桥塞工艺压裂3口井，压后初产液15.7t/d，油11.1t/d，稳产液8.7t/d、油6.8t/d，优于常规射孔方式，随后正式投产。在另一区块应用水平井定面射孔+快钻桥塞工艺压裂5口井，压后初产液10.9t/d，油5.5t/d，稳产液7.2t/d、油4.9t/d，优于常规射孔方式，随后正式投产。本发明系统也可用于垂直井中。
Claims (9)
1.一种用于水力压裂的油气井定面射孔压裂装置，包括射孔枪枪身及设置在枪身中的弹架，其特征在于：
还包括至少一组射孔；所述一组射孔包括一个或两个射孔单元；所述射孔单元的射孔弹在套管壁上形成的孔眼位于同一横截面上；且
当一组射孔包括一个射孔单元时，所述射孔单元的射孔弹在套管壁上形成的孔眼在同一横截面上圆周均布；
当一组射孔包括两个射孔单元时，其中一个射孔单元的射孔弹在套管壁上形成的孔眼在第一横截面的半圆周上均布，另一个射孔单元的射孔弹在套管壁上形成的孔眼在第二横截面的半圆周上均布，从装置的轴向看，第一横截面的半圆周和第二横截面的半圆周形成一个整圆周，该组射孔的射孔弹在套管壁上形成的孔眼沿着该整圆周均匀分布；
还包括至少一个火药单元；且
当装置只包括一组射孔且该组射孔包括一个射孔单元时，火药单元设置在该射孔单元的一端或两端；
当装置只包括一组射孔且该组射孔包括两个射孔单元时，所述火药单元设置在两个射孔单元之间；
当装置包括至少两组射孔且每组射孔包括一个射孔单元时，火药单元设置在相邻两个射孔单元之间；
当装置包括至少两组射孔且每组射孔包括两个射孔单元时，火药单元设置在两个射孔单元之间和/或相邻两组射孔之间。
2.根据权利要求1所述的用于水力压裂的油气井定面射孔压裂装置，其特征在于：
包括多组射孔，每组射孔包括两个射孔单元，每个射孔单元包括三发射孔弹；该组射孔的六个射孔弹沿装置轴向依次安装；火药单元设置在相邻两组射孔之间。
3.根据权利要求1所述的用于水力压裂的油气井定面射孔压裂装置，其特征在于：
包括多组射孔，每组射孔包括两个射孔单元，每个射孔单元包括三发射孔弹；该六发射孔弹沿装置轴向依次安装；所述火药单元设置在相邻两个射孔单元之间以及相邻两组射孔之间。
4.根据权利要求1所述的用于水力压裂的油气井定面射孔压裂装置，其特征在于：
包括多组射孔，每组射孔包括一个射孔单元，该射孔单元包括四到六发射孔弹；该四到六发射孔弹沿装置轴向依次安装；所述火药单元设置在相邻两组射孔之间。
5.根据权利要求1所述的用于水力压裂的油气井定面射孔压裂装置，其特征在于：
包括多组射孔，每组射孔包括一个射孔单元，每个射孔单元包括六发射孔弹；该六发射孔弹两两组合后沿装置轴向依次安装，所述组合后的两个射孔弹位于弹架同一横截面上；所述火药单元设置在相邻两组射孔之间。
6.根据权利要求1所述的用于水力压裂的油气井定面射孔压裂装置，其特征在于：
包括多组射孔，每组射孔包括一个射孔单元，每个射孔单元包括四发射孔弹；该四发射孔弹两两组合后沿装置轴向依次安装，所述组合后的两个射孔弹位于弹架同一横截面上；所述火药单元设置在相邻两组射孔之间。
7.根据权利要求1所述的用于水力压裂的油气井定面射孔压裂装置，其特征在于：
包括多组射孔，每组射孔包括一个射孔单元，每个射孔单元包括六发射孔弹；该六发射孔弹三三组合后沿装置轴向依次安装，所述组合后的三个射孔弹位于弹架同一横截面上；所述火药单元设置在相邻两组射孔之间。
8.根据权利要求1所述的用于水力压裂的油气井定面射孔压裂装置，其特征在于：
包括一组射孔，每组射孔包括一个射孔单元，所述射孔单元包括三发射孔弹；该三发射孔弹沿装置轴向依次安装；所述火药单元设置在该组射孔的其中一端部。
9.根据权利要求1所述的用于水力压裂的油气井定面射孔压裂装置，其特征在于：
包括多组射孔，每组射孔包括一个射孔单元，所述射孔单元包括三发射孔弹；该三发射孔弹沿装置轴向依次安装；所述火药单元设置在相邻两组射孔之间。
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