CN105089599A - 一种用于不动管柱水力喷砂压裂的装置及方法 - Google Patents

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陈作
吴春方
蒋廷学
张旭东
王宝峰
刘世华
李奎为
黄静
吴羽珩
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Abstract

本发明涉及一种用于不动管柱水力喷砂压裂的装置及方法。装置包括：压裂管柱，压裂管柱包括多个依次连接的分段，在各分段中均设有喷嘴单元，各喷嘴单元依次喷射；能够在喷嘴单元对地层进行压裂后至少形成在套管与相应的分段之间的封堵层，以用于封隔开已完成压裂的分段与将进行压裂的分段。根据本发明的用于不动管柱水力喷砂压裂的装置及方法，可以有效地避免砂在环空内出现沉降堆积现象，由此避免在压裂管柱与套管之间形成堆积层，从而避免卡住压裂管柱。

Description

一种用于不动管柱水力喷砂压裂的装置及方法
技术领域
本发明涉及油气开采技术领域，尤其涉及一种用于不动管柱水力喷砂压裂的装置及方法。
背景技术
在油气开采技术领域中，目前主要采用不动管柱水力喷砂压裂方法来完成压裂作业。这种方法主要是逐段进行压裂作业。在每段压裂作业中，都是先对套管进行射孔，然后经该孔对地层进行压裂。
为了确保压裂作业可以顺利进行，通常在前段压裂作业结束后而后分段压裂作业开始前，需要对油管进行放喷排液作业，以使井口处的压力趋近于零。但是，由于在放喷排液过程中环空内的压力会逐渐降低，会导致环空内的砂出现沉降堆积现象，从而在压裂管柱与套管之间形成堆积层，由此卡住压裂管柱，影响进行后续其他作业。另外，这种放喷排液过程较为繁琐复杂，施工效率低，例如高地层压力井放喷降压需要24小时以上，因此该过程会增加施工成本。
发明内容
为了解决上述部分或全部问题，本发明提供一种用于不动管柱水力喷砂压裂的装置及方法，其可以有效地避免砂在环空内出现沉降堆积现象，由此可以避免在压裂管柱与套管之间形成堆积层，从而避免卡住压裂管柱。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于不动管柱水力喷砂压裂的装置，包括：压裂管柱，压裂管柱包括多个依次连接的分段，在各分段中均设有喷嘴单元，各喷嘴单元依次喷射；在喷嘴单元对地层进行压裂后形成在套管与相应的分段之间的封堵层，以用于封隔开已完成压裂的分段与将进行压裂的分段。
在一个实施例中，封堵层是由喷嘴单元喷出的封堵剂凝结而形成的胶状体。
在一个实施例中，封堵层是由环空运送的封堵剂凝结而形成的胶状体。
在一个实施例中，封堵剂由两性聚丙烯酰胺、阳离子单体、阴离子单体、交联剂、引发剂按照和水的重量比(0.3-1)∶(6-12)∶(1-5)∶(0.02-0.06)∶(0.02-0.06)∶(81.9-93)的比例在水中进行溶液交联聚合而成。
在一个实施例中，封堵层处于已完成压裂的分段内的喷嘴单元到将进行压裂的分段内的喷嘴单元之间。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于不动管柱水力喷砂压裂的方法，包括步骤：步骤1，通过压裂管柱的分段对地层进行压裂；步骤2，导入封堵剂，使其流动到套管与该分段之间，并形成用于隔开该分段和下一分段的封堵层。
在一个实施例中，该用于不动管柱水力喷砂压裂的方法还包括步骤3，即压力管柱的各分段逐段进行上述步骤1和2。
在一个实施例中，封堵剂经压裂管柱的喷嘴单元喷射出。
在一个实施例中，封堵剂能够在第一固定时间后形成胶状的封堵层，并在第二固定时间后溶解或融化成液体。
在一个实施例中，封堵剂由两性聚丙烯酰胺、阳离子单体、阴离子单体、交联剂、引发剂按照和水的重量比(0.3-1)∶(6-12)∶(1-5)∶(0.02-0.06)∶(0.02-0.06)∶(81.9-93)的比例在水中进行溶液交联聚合而成，第一固定时间为60分钟，第二固定时间为4-24小时。
根据本发明的用于不动管柱水力喷砂压裂的装置和方法，可以有效地避免砂在环空内出现沉降堆积现象，由此避免了在压裂管柱与套管之间形成堆积层，从而可以避免卡住压裂管柱。此外，根据本发明的用于不动管柱水力喷砂压裂的装置和方法无需进行放喷排液作业，使得施工效率大大提高，从而节约生产成本。同时，根据本发明的用于不动管柱水力喷砂压裂的装置的封堵剂，不仅可以在需要时及时形成高强度胶状体的封堵层以用来隔开已完成压裂的分段与将进行压裂的分段，而且还可以在不需要时把高强度胶状体缓慢地溶解或融化成液体，从而避免干扰后续排液求产作业和施工。
根据本发明的用于不动管柱水力喷砂压裂的装置的结构简单，加工方便，生产成本低廉，使用安全高效，从而便于实施推广应用。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1示意性显示了根据本发明的用于不动管柱水力喷砂压裂的装置。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，根据本发明的第一方面提供了一种用于不动管柱水力喷砂压裂的装置10。该装置10包括压裂管柱1。压裂管柱1包括多个依次连接的分段2。在各分段2中均设有喷嘴单元6。喷嘴单元6例如为喷嘴组，即由多个喷嘴组成。喷嘴单元6可用于喷出支撑剂(例如石英砂)，以便用于完成压裂作业。各分段2内的喷嘴单元6依次进行喷射，使得压裂作业是逐段进行的。
根据本发明，装置10还包括在喷嘴单元6对地层进行压裂后形成在套管4与相应的分段2之间(即环空7)的封堵层3。封堵层3用于隔开已完成压裂的分段2与将进行压裂的分段2。
根据本发明，封堵层3可由喷嘴单元6喷出的封堵剂凝结而形成的胶状体，也可由环空7运送的封堵剂凝结而形成的胶状体。优选地，封堵层3在轴向上处于已完成压裂的分段2内的喷嘴单元6到将进行压裂的分段2内的喷嘴单元6之间。这样，可以保证更好的封隔效果。
封堵剂可由两性聚丙烯酰胺、阳离子单体、阴离子单体、交联剂、引发剂按照和水的重量比(0.3-1)∶(6-12)∶(1-5)∶(0.02-0.06)∶(0.02-0.06)∶(81.9-93)的比例在水中进行溶液交联聚合而成。其中，阳离子单体例如为二甲基二烯丙基氯化胺、丙烯酰氧乙基三甲基氯化胺(DAC)、甲基或丙烯酰氧乙基三甲基氯化胺(DMC)；阴离子单体例如为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯腈、丙烯酸钠或丙烯酸；交联剂例如为PEI树脂、C10-30烷基丙烯酸脂或NN-亚甲基双丙烯酰胺；引发剂例如为硫代硫酸钠、硫代硫酸钾、过硫酸铵或过硫酸钠。
该封堵剂可以在大约60分钟(即第一固定时间)后形成胶状体，而在4-24小时(即第二固定时间)左右后再次溶解或融化成液体。当该封堵剂凝结成高强度胶状体时，可以用于完成封隔已完成压裂的分段2与将进行压裂的分段2，从而不用进行放喷排液作业；当已完成压裂的分段2与将进行压裂的分段2不需要分隔时，由该封堵剂形成的高强度胶状体可以缓慢地溶解或融化成液体，从而不干扰后续其他施工作业。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于不动管柱水力喷砂压裂的方法。该方法可依赖于根据本发明的第一方面提供的用于不动管柱水力喷砂压裂的装置10来实施。具体步骤包括：步骤1，使用压裂管柱1的分段2对地层进行压裂；步骤2，导入封堵剂，使其流动到套管4与该分段2之间，并形成用于隔开该分段2和下一分段2的封堵层3；步骤3，压裂管柱1的各分段2逐段进行步骤1和2。通过这种方法，可以确保井口压力不会出现过大变化，由此可以不用实施喷排液作业。因此，可以有效地避免砂在环空7内出现沉降堆积现象，由此避免在压裂管柱1与套管4之间形成堆积层，从而避免卡住压裂管柱1。
该封堵剂与上面所述的封堵剂相同，也就是说该封堵剂可以在大约60分钟(即第一固定时间)后形成胶状体，而在4-24小时(即第二固定时间)后再次溶解或融化成液体。当该封堵剂凝结成高强度胶状体时，可以用于完成封隔已完成压裂的分段2与将进行压裂的分段2，从而不用进行放喷排液作业；当已完成压裂的分段2与将进行压裂的分段2不需要分隔时，由该封堵剂形成的高强度胶状体可以缓慢地溶解或融化成液体，从而不干扰后续其他施工作业。
根据本发明，封堵剂可通过环空7来输送。利用封堵剂与之前环空内的流体互不相溶的特性，可以使其相对平稳地、整体式地移动至所要封隔的位置。除此之外，封堵剂也可以通过喷嘴单元6喷射到所要封隔的位置。由于封堵剂与之前流体互不相溶的特性，因此通过喷嘴单元6喷出的封堵剂可以有效地形成封堵层。
根据本发明的用于不动管柱水力喷砂压裂的装置和方法，可以有效地避免砂在环空内出现沉降堆积现象，由此避免在压裂管柱与套管之间形成堆积层，从而避免卡住压裂管柱。此外，根据本发明的用于不动管柱水力喷砂压裂的装置和方法无需进行放喷排液作业，使得施工效率大大提高，从而节约生产成本。同时，根据本发明的用于不动管柱水力喷砂压裂的装置的封堵剂，不仅可以在需要时及时形成高强度胶状体的封堵层以用来隔开已完成压裂的分段与将进行压裂的分段，而且还可以在不需要时把高强度胶状体缓慢地溶解或融化成液体，从而避免干扰后续排液求产作业和施工。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种用于不动管柱水力喷砂压裂的装置，包括：
压裂管柱，所述压裂管柱包括多个依次连接的分段，在各所述分段中均设有喷嘴单元，各所述喷嘴单元依次喷射；
在所述喷嘴单元对地层进行压裂后形成在套管与相应的所述分段之间的封堵层，用于封隔开已完成压裂的所述分段与将进行压裂的分段。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述封堵层是由所述喷嘴单元喷出的封堵剂凝结而形成的胶状体。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述封堵层是由环空运送的封堵剂凝结而形成的胶状体。
4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述封堵剂由两性聚丙烯酰胺、阳离子单体、阴离子单体、交联剂、引发剂按照和水的重量比(0.3-1)∶(6-12)∶(1-5)∶(0.02-0.06)∶(0.02-0.06)∶(81.9-93)的比例在水中进行溶液交联聚合而成。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述封堵层在轴向上处于已完成压裂的所述分段内的喷嘴单元到将进行压裂的分段内的喷嘴单元之间。
6.一种用于不动管柱水力喷砂压裂的方法，其特征在于，包括步骤：
步骤1，通过压裂管柱的分段对地层进行压裂；
步骤2，导入封堵剂，使其流动到套管与所述压裂管柱的分段之间，并形成用于隔开所述压裂管柱的所述分段和下一分段的封堵层。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括步骤3，所述压力管柱的各分段逐段进行步骤1和2。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述封堵剂经所述压裂管柱的喷嘴单元喷射出。
9.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述封堵剂能够在第一固定时间后形成胶状的封堵层，并在第二固定时间后溶解或融化成液体。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述封堵剂由两性聚丙烯酰胺、阳离子单体、阴离子单体、交联剂、引发剂按照和水的重量比(0.3-1)∶(6-12)∶(1-5)∶(0.02-0.06)∶(0.02-0.06)∶(81.9-93)的比例在水中进行溶液交联聚合而成，第一固定时间为60分钟，第二固定时间为4-24小时。
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