CN105443085A - 一种油气开采装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油气开采装置和方法。该装置包括至少一个开采单元、针管和设置在针管的第二端的自进式喷头，开采单元包括射流短节和与射流短节可拆卸式连接的调整短节，其中，射流短节的侧壁上设置有贯穿的安装孔，调整短节上设置有用于油气由地层流入开采单元的内腔的油孔，在初始状态下，针管的第一端设置在开采单元的内腔中，针管的第二端插入到安装孔中，在向开采单元中泵送液体的过程中，针管在储藏地层中延伸以形成开采孔道。在油气开采过程中，采用该装置对储藏地层的改造有效性高，油气产量好。

Description

一种油气开采装置和方法

技术领域

本发明属于油气田开发技术领域，具体涉及为一种油气开采装置和方法。

背景技术

在石油开采中，打通油流通道是一项重要工艺。但是在现有技术中，常利用聚能弹射孔方式和水力喷射射孔方式打通油流通道。

半个多世界来，聚能弹射孔方式虽然在射孔工艺、工具和方法上有很大进步。但是，射孔对储层产生的压实带污染问题无法克服，大幅降低储层有效渗透率，对原油生产极为不利。

另外，在水力喷射射孔方面，虽然在压裂液，支撑剂和压裂工艺等方面取得了长足进展，但水力压裂的基本工艺并未发生根本变化。在实际操作过程中，通过地面笼统加压，在井下地层中形成裂缝。由于储藏地层应力的不均匀性，裂缝位置和方向难以控制。特别是在压裂裸眼水平井时，大的井壁暴露面积会造成大量压裂液漏失，降低了有效改造面积。从而，通过水力喷砂射孔技术不能保证裂缝位置和发展方向，对储藏地层的改造可能得不到预期效果。

由此，需要提供一种油气开采装置和方法，能有效地控制油流通道的位置和发展方向，保证对储藏地层的改造达到预期效果。

发明内容

为了解决上述部分或全部技术问题，本发明提出了一种油气开采装置和方法。本发明的装置能够有效地控制储藏地层的孔道的位置和发展方向，使对储藏地层的改造达到预期效果，以增加油气产量。并且利用该装置进行油气开采的方法施工流程简单，操作成本低，对环境影响小。

根据本发明的一方面，提出了一种油气开采装置，其特征在于，包括：

至少一个开采单元，其包括射流短节和与射流短节可拆卸式连接的调整短节，其中，射流短节的侧壁上设置有贯穿的安装孔，调整短节上设置有用于油气由地层流入开采单元的内腔的油孔，

针管，其第二端设置有自进式喷头，在初始状态下，针管的第一端设置在开采单元的内腔中，自进式喷头设置在安装孔中，在向开采单元中泵送液体的过程中，针管在自进式喷头带动下于储藏地层中延伸以形成开采孔道。

在油气开采过程中，将此装置作为管柱的一部分被下方到预定储藏地层中，从地面向管柱中泵送液体，开采单元中的液体由针管的第一端进入并由第二端的喷头喷出以破碎岩层。同时，由于针管的过流面积小于开采单元的过流面积，形成节流压差，从而节流压力推动针管由安装孔向地层中延伸。最终，针管在储藏岩层中边延伸边喷射破击岩层，并在地层中形成孔道。油气通过孔道流入管柱与井眼之间的环空，并通过油孔流入开采单元的内腔中，并返出地面。另外，开采单元由射流短节和调整短节连接而成，则在开采单元的轴向方向可调节开采单元的长度，以适应不同井眼需要。尤其对于水平井，这种可拆卸连接方式方便了下井操作。并且这种结构的开采单元加工容易，生产成本低。由此，使用此装置用于油气开采时，通过安装孔的位置，针管的长度等便能有效地控制孔道的位置和发展方向，达到储藏地层改造的预期效果。在操作过程中，耗费液体少，操作成本低，对储藏地层的改造可控性高。另外，避免采用射孔弹所产生的对储藏的污染，对环境影响小。

在一个实施例中，喷头构造为桶状结构，其开口端与针管固定连接以接纳来自针管的液体，其底壁上设置沿喷头的轴向的第一喷嘴，其侧壁上设置第二喷嘴，第二喷嘴构造为在由喷头的内侧向外侧方向上由下游向上游倾斜。优选地，第二喷嘴与喷头的轴向的锐角为20～80度。通过这种设置，经由地面泵送的高压液体，通过第一喷嘴向前冲击岩层并形成孔道。同时，高压液体由第二喷嘴向斜后方(与第一喷嘴液体喷射方向大体相反的岩层中)喷射，产生的反作用力为喷头提供了驱动力，以使针管更容易地深入地层。

在一个实施例中，在针管的第一端设置用于限制针管的第一端头穿出安装孔的限位部。通过这种设置，使针管的第一端不穿过安装孔，则维持开采单元内的高压不能通过安装孔泄露。尤其是，在装置上设置多个针管时，由于地层应力不均衡，有的针管在地层中延伸速度快，而有的针管在地层中延伸速度慢。先形成孔道的针管的第一端通过限位部的作用继续位于开采单元的内腔中，以维持开采单元的内腔中压力，从而驱动其他针管继续在地层中延伸。由此，通过上述设置增加了储藏改造有效性。

在一个实施例中，安装孔上游的开采单元的内腔构造为弧状部，临近针管的第二端头的针管设置在与安装孔相对式设置的弧状部内。通过上述设置，可控制针管在储藏地层中的前进方向，更好控制孔道的形成方向。并且能使针管更容易地向地层中延伸。

在一个实施例中，在开采单元的内腔的上设置用于限制针管的位置的定位件。优选地，定位件构造为环状，并在开采单元的内腔的由上游到下游方向上设置多个定位环，针管能穿过定位环而在开采单元的内腔中延伸。通过这种设置，在开采单元的内腔中定位了针管的位置，使得在针管向地层中延伸时，针管只能沿着定位环在开采单元的内腔中运动，而不会在开采单元的内腔中窜动。由此，提供了装置可控性。

在一个实施例中，在安装孔的内壁与针管的外壁之间设置密封组件，密封组件包括固定设置在安装孔的外端的支撑环、固定设置在安装孔的内端的限位环，以及活动式设置在限位环和支撑环之间的弹性密封件，其中，限位环上设置有传压孔，以使得液体能通过传压孔而作用于弹性密封件。通过上述设置，当开采单元的内腔中以一定排量通过液体时，液体通过传压孔作用在弹性密封件上，使其沿安装孔的径向膨胀，从而实现针管和安装孔之间的密封。开采单元内液体压力越大，弹性密封件受挤压越厉害，针管和安装孔之间的密封性能越高。并且此结构简单，便于实现。

在一个实施例中，在射流短节的周向上设置多个安装孔，各安装孔均设置有与其对应的针管和密封组件。通过此种设置，在一趟管柱上可形成多个孔道，从而增加了储藏的开采效果。同时提高了生产效率，节约了生产成本。

根据本发明的另一方面，提供一种油气开采方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将根据上述的装置作为管柱的一部分被放入储藏地层预定位置；

步骤二：向管柱内泵送液体，针管在储藏地层中延伸，液体由第二喷嘴喷出，以驱动喷头向储藏地层延伸，液体由第一喷嘴射出以冲击岩石，并在地层中形成油气孔道；

步骤三：停止泵送，储藏地层中的油气通过孔道进入管柱与井眼之间的环空，并通过油孔进入开采单元的内腔中。优选地，液体可以为酸性液体，在针管前进过程中以腐蚀岩层，更好的形成孔道。

由此，采用此方法形成井眼孔道，操作简单，施工方便。并且采用此方法形成的井眼孔道的位置和长度可控。

本申请中，用语“第一端”与位于开采单元内腔中的针管的一端相同，用语“第二端”指与“第一端”相反，并与在针管向储藏地层中延伸的针管的前端相同。

与现有技术相比，本发明包括以下优点。通过此装置生成井眼孔道时，能有效地控制孔道位置和发展方向，增强了对孔道的可控性。在装置上可设置多个针管，则在储藏地层中生成的孔道面积的和长度大，从而能有效增加泄油其面积和产能。可根据实际井眼需求，在装置上设置多个开采单元，并且通过调整射流短节和调整短节，增加装置的使用范围。施工流程简单，不需要进行固井、射孔、洗井和压裂等作业，节省了完井过程，使油井尽早投产。油气开采方法简单，操作成本低，施工风险小。采用该方法生产孔道，用水量小，减少了对储层的污染程度，并且避免了液体返排至地面的处理。此外，根据本发明的装置的结构简单合理，具有很高的安全性和可靠性。通过此方法形成的井眼孔道，有效性和可控性高。

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显示了根据本发明的油气开采装置；

图2显示了来自图1的A处的放大图；

图3显示了使用根据本发明的装置和方法在储藏地层中形成孔道示意图。

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做进一步说明。

图1显示了根据本发明的油气开采装置100。如图1所示，装置100包括至少一个开采单元1和针管2。开采单元1包括射流短节5和与射流短节5可拆卸式连接的调整短节4，其中，射流短节5的侧壁上设置有贯穿的安装孔6，调整短节4上设置有用于油气由地层流入开采单元1的内腔的油孔7。在初始状态下，针管2的第一端设置在开采单元1的内腔中，针管2的第二端插入到安装孔6中，并在针管2的第二端设置自进式喷头3。在向开采单元1的内腔中泵送液体的过程中，自进式喷头3带动针管2在储藏地层中延伸以形成孔道90(如图3所示)。

在石油完井过程中，此装置100作为管柱8的一部分被下方到预定储藏地层后，从地面向开采单元1中泵送液体，如图3所示。液体由针管2的第一端进入，并由位于针管2的第二端的喷头3喷出破碎岩层。同时，由于针管2的过流面积小于开采单元1的过流面积，形成节流压差，从而节流压力推动针管2通过安装孔6向地层中延伸。最终，针管2钻进储藏岩层中，并在储藏岩层中形成孔道90，油气通过孔道90流入管柱8与井眼9之间的环空，并通过油孔7流入开采单元1的内腔中，并返出地面。另外，开采单元1由射流短节5和调整短节4连接而成，则在开采单元1的轴向方向可调节开采单元1的长度，以适应不同井眼9需要。尤其对于水平井，方便了下井操作。并且这种结构的开采单元1加工容易，生产成本低。由此，使用此装置100生成用于油气开采时，通过安装孔6的位置，针管2的长度等便能有效地控制孔道90的位置和发展方向，达到储藏地层改造的预期效果。在操作过程中，耗费液体少，操作成本低，对储藏地层的改造可控性高。

需要说明地是，根据实际工程的不同需要，装置100可以包括多个开采单元1。而开采单元1中的射流短节5和调整短节4可采用螺纹连接。另外开采单元1也不限于包括射流短节5和调整短节4这种结构，例如，开采单元1还可以为整体式结构。

需要说明地是，为了保证装置100下井顺利，并保护喷头3，设置在针管2的第二端的喷头3不能超过开采单元1的侧壁的外周面。

如图2所示，喷头3构造为桶状结构。桶状结构的喷头3的开口端与针管2固定连接，以接纳来自针管2的液体。例如，喷头3与针管2可采用螺纹连接。桶状结构的喷头3的底壁上设置沿喷头3的轴向的第一喷嘴31，其侧壁上设置第二喷嘴32。其中，第一喷嘴31为沿喷头3的轴向设置的连通喷头3的内外的通孔，以使得通过喷头3的液体能通过第一喷嘴31向前方(与喷头3伸入地层方向相同)喷射，以冲击储藏地层。第二喷嘴32构造为在由喷头3的内侧向外侧方向上由下游向上游倾斜并能连通喷头3的内外的通孔，以使得通过喷头3的液体能通过第二喷嘴32向斜后方(与前方大体相反的方向)喷射，从而通过反作用力为喷头3提供驱动力。为了更有利地为喷头3提供驱动力，优选地，第二喷嘴32与喷头3的轴向的锐角为20～80度。进一步优选地，第二喷嘴32与喷头3的轴向的锐角为45度。

根据本发明，在喷头3上可以设置多个第一喷嘴31，以增加液体喷射储藏地层的面积，从而在地层中形成更大的松动区，有助于针管2向地层中延伸。同理地，可在喷头3上设置多个第二喷嘴32。并且为了给喷头3提供均衡的驱动力，以使针管2的前进轨道不偏斜，多个第二喷嘴32在喷头3的周向上均匀布置。

需要说明地是，喷头3不限于桶状结构，还可以为其它结构形式。例如圆锥状。

在针管2的第一端设置限位部21(图中未示出)，用于限制针管2的第一端头穿出安装孔6。优选地，限位部21可构造为由针管2的本体径向向外突出的圆环，或者由针管2的本体径向向外突出的块体。在针管2向地层中延伸时，限位部21不能穿过安装孔6，则针管2的第一端头始终位于开采单元1的内腔中，而保证开采单元1内的高压不能通过安装孔6泄露。尤其是，在装置100上设置多个针管2时，由于地层应力不均衡，有的针管2在地层中延伸速度快，而有的针管2在地层中延伸速度慢。先形成孔道90的针管2的第一端通过限位部21的作用继续位于开采单元1的内腔中，以维持开采单元1的内腔中压力，从而保证开采单元1的内腔中的压力能驱动其他针管2继续在地层中延伸。

在一个实施例中，如图1所示，在开采单元1的内腔构造弧状部11。弧状部11处的开采单元1的内腔的直径增大，并且弧状部11位于安装孔6的上游。在初始状态下，针管2的临近第二端头的部分设置在与安装孔6相对式设置的弧状部11内。同时，安装孔6在开采单元1上倾斜，并且在从开采单元1的内侧到外侧的方向上，安装孔6由上游向下游倾斜。优选地，安装孔6的轴线与开采单元1的轴线所形成的锐角为20～70度，进一步优选地，锐角为45度。从而针管2通过弧状部11后能更容易地安装到开采单元1上，并且在节流压力作用下，针管2更容易从安装孔6延伸到储藏地层中。

在开采单元1的内腔的上设置定位件12，用于限制针管2在开采单元1的内腔中的位置。优选地，定位件12构造为环状。在一个实施例中，可在开采单元1的内腔中，由上游到下游方向上设置多个定位环12，针管2穿过定位环12而从上游到下游延伸。如图1所示，通过定位环12将针管2设定在开采单元1的内腔中，在开采单元1的内腔中存在多条针管2时，有利于布局。另外，在针管2向地层延伸过程中，针管2只能沿着穿过的定位环12在开采单元1的内腔中运动，而不会在开采单元1的内腔中窜动。并且，保证了针管2的位置，使得针管2在地层中前进方向更容易控制。

装置100还包括设置在安装孔6和针管2之间的密封组件40，并且喷头3位于密封组件40的外侧。如图2所示，密封组件40包括固定设置在安装孔6的外端的支撑环41、固定设置在安装孔6的内端的限位环42，以及活动式设置在限位环42和支撑环41的安装孔6的轴向之间的弹性密封件43。其中，限位环42上设置有传压孔44，以使得开采单元1的内腔中的液体能通过传压孔44而作用于弹性密封件43。从而使弹性密封件43沿安装孔6的径向膨胀，实现针管2和安装孔6之间的密封。当开采单元1内液体压力越大时，弹性密封件43受挤压越厉害，针管2和安装孔6之间的密封性能越高。

优选地，安装孔6可构造为螺纹孔。相应地，支撑环41构造为筒状体，在其外壁上构造与安装孔6的螺纹匹配的螺纹。在其内壁上构造有轴肩45。在将支撑环41旋紧在安装孔6的内壁上后，轴肩45的上游方向的支撑环41的内壁与针管2的外壁形成了环空的容纳部46，弹性密封件43位于此容纳部46中。同时限位环42构造为筒状体，并在其外壁上构造与安装孔6的螺纹匹配的螺纹，则可将限位环42旋紧在安装孔6的内壁上。

在一个实施例中，在弹性密封件43的上游端面固定设置压环47，压环47与限位环42的下游端面临近。例如，弹性密封件43为橡胶环，并与压环47一体化制造。压环47接受来自传压孔44的液体的推力，避免高压液体直接作用在弹性密封件43的内端面上，从而保护了弹性密封件43。并且此结构简单，方便制造生产。

可在限位环42的周向上设置多个传压孔44，并且传压孔44在限位环42的周向上均匀分布。使得作用在弹性密封件43上的力均匀，有助于提高密封效果。例如，在限位环42的周向上设置6个传压孔44。并且为方便加工制造，传压孔44可为位于限位环42的壁上的圆孔。

为实现安装孔6与支撑环41之间的密封，在支撑环41的外壁与安装孔6的内壁之间设置密封圈48。例如，密封圈48可为O型硅胶密封圈。

优选地，针管2可为柔性钢管，并能抗酸性腐蚀，使针管2更容易穿过储藏地层。

如图1所示，在开采单元1的周向上可设置多个安装孔6。并且各安装孔6均设置有与其对应的针管2、喷头3和密封组件40。由此，在一趟完井管柱8上可形成多个储藏开采孔道90，从而增加了储藏的开采效果。同时提高了生产效率，节约了生产成本。例如可根据实际工程，在所述开采单元1上设置4个安装孔6。

在一个优选的实施例中，在调整短节4上设置多个油孔7，以使得油气能通过油孔7从管柱8与井眼9之间的环空流入开采单元1的内腔中。油孔7处可设置单向阀(图中未示出)，以使油气能流入开采单元1的内腔中的同时，还避免开采单元1的内腔中的高压液体的泄露。

下面根据图1到3详细描述使用装置100进行油气开采的方法：

首先，将装置100作为管柱8的一部分并被放入到储藏地层预定位置。接着，在地面向开采单元1内泵送液体。优选地，可泵送酸性液体，例如质量浓度为15％～20％的盐酸。例如可以应用质量浓度为18％的酸性液体。在开采单元1中的液体以一定排量流动时，针管2在储藏地层中延伸，酸性液体由第二喷嘴32喷出，以驱动喷头3向储藏地层延伸，酸性液体由第一喷嘴31射出以腐蚀冲击岩石。最后，当针管2插入到储藏岩层中，在地层中形成孔道90时，地面停泵。油气通过孔道90流入管柱8与井眼9之间的环空，并通过油孔7流入开采单元1的内腔中，至返出地面。

其中，为节约生产成本，在将装置100放入预设储藏地层中后，可先向开采单元1内泵送清水，驱动针管2移动，使喷头3到达井眼9的井壁处。再向开采单元1内泵送酸性液体，由第一喷嘴31高速射出，以腐蚀并冲击岩层。

在应用此装置100生成进行油气开采时，可以同时设置多个针管2以连通井眼9和油藏，从而提高油气产量。在钻井施工结束后，采用此方法不需要进行固井、射孔和洗井等操作，节省了完井过程，施工流程更简单。与现有水力压裂相比，利用此方法作业时间短，施工风险小。另外，通过此方法对环境影响小，用水量少，减小了对储藏的污染。

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。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)

1.一种油气开采装置，其特征在于，包括：

至少一个开采单元，其包括射流短节和与所述射流短节可拆卸式连接的调整短节，其中，所述射流短节的侧壁上设置有贯穿的安装孔，所述调整短节上设置有用于油气由地层流入所述开采单元的内腔的油孔，

针管，其第二端设置有自进式喷头，在初始状态下，所述针管的第一端设置在所述开采单元的内腔中，所述自进式喷头设置在所述安装孔中，在向所述开采单元中泵送液体的过程中，所述针管在所述自进式喷头带动下于储藏地层中延伸以形成开采孔道。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述喷头构造为桶状结构，其开口端与所述针管固定连接以接纳来自所述针管的液体，其底壁上设置沿所述喷头的轴向的第一喷嘴，其侧壁上设置第二喷嘴，所述第二喷嘴构造为在由所述喷头的内侧向外侧方向上由下游向上游倾斜。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第二喷嘴与所述喷头的轴向的锐角为20～80度。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的装置，其特征在于，在所述针管的第一端设置用于限制所述针管的第一端头穿出所述安装孔的限位部。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的装置，其特征在于，所述安装孔上游的所述开采单元的内腔构造为弧状部，临近所述针管的第二端头的所述针管设置在与所述安装孔相对式设置的所述弧状部内。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，在所述开采单元的内腔上设置用于限制所述针管的位置的定位件。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述定位件构造为定位环，并在所述开采单元的内腔的由上游到下游方向上设置多个所述定位环，所述针管能穿过所述定位环而在所述开采单元的内腔中延伸。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述安装孔的内壁与所述针管的外壁之间设置密封组件，所述密封组件包括固定设置在所述安装孔的外端的支撑环、固定设置在所述安装孔的内端的限位环，以及活动式设置在所述限位环和所述支撑环之间的弹性密封件，其中，所述限位环上设置有传压孔，以使得液体能通过所述传压孔而作用于所述弹性密封件。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，在所述射流短节的周向上设置多个所述安装孔，各所述安装孔均设置有与其对应的所述针管和所述密封组件。

10.一种油气开采方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将根据权利要求1到9中任一项所述的装置作为管柱的一部分被放入储藏地层预定位置；

步骤二：向所述管柱内泵送液体，所述针管在储藏地层中延伸，液体由所述第二喷嘴喷出，以驱动所述喷头向储藏地层延伸，液体由第一喷嘴射出以冲击岩石，形成油气孔道；

步骤三：停止泵送，储藏地层中的油气通过孔道进入所述管柱与井眼之间的环空，并通过所述油孔进入所述开采单元的内腔中。