CN106337673A - 一种多层段压裂工艺管柱及其施工方法 - Google Patents

一种多层段压裂工艺管柱及其施工方法 Download PDF

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蒙鑫
任国富
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Abstract

本发明公开了一种多层段压裂工艺管柱，包括自上而下顺次连接的油管、安全丢手、喷射器、球座、振荡器、混砂器、油管、封隔器和堵头，其施工方法是：将该管柱下入井内，喷射器对准目标段，从井口投入密封球，密封球坐落于球座上即时封堵球座以下液体流动通道，通过喷射器进行喷砂射孔，射孔结束后反循环将密封球洗出，上提管柱，座封封隔器，油管低排量注入高砂比携砂液，油套环空注入纯液体，采用反复“提高—降低”环空排量的步骤形成脉冲循环实时控制井底砂浓度，实现缝内支撑剂暂堵，瞬时提高缝内净压力，进一步提高裂缝复杂程度，达到复杂缝网压裂提高单井产量的目的，施工结束后将管柱上提至下一目标段重复上述施工过程。

Description

一种多层段压裂工艺管柱及其施工方法
技术领域
本发明涉及油、气田多层多段压裂技术领域，涉及一种针对低渗透油、气田实施复杂缝网压裂提高单井产量的多层(段)压裂工艺管柱及方法。
背景技术
近年来，国内外研究表明压裂施工过程中增加裂缝的复杂程度可以有效提高低渗透油、气田单井产量。目前，体积压裂是构建复杂缝网的主要技术手段，在水力压裂过程中采用大排量、大砂量、大液量、低砂比的注入方式使天然裂缝不断扩张和脆性岩石产生剪切滑移,形成天然裂缝与人工裂缝相互交错的裂缝网络，但是采用该项工艺技术施工成本高，备水难度大，压后返排液量大，处理困难等问题。而采用一种多层段压裂工艺管柱及方法，可以通过较低的施工排量、液量，通过实时控制井底砂浓度，实现缝内支撑剂暂堵，瞬时提高缝内净压力，达到增加裂缝复杂程度形成天然裂缝与人工裂缝相互交错的裂缝网络，实现提高单井产量和最终采收率的目的。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种低成本、低液量来构建复杂缝网提高单井产量的工艺管柱及方法，解决目前体积压裂构建复杂缝网施工成本高、备水难度大，压后返排液量大，处理困难的问题。
为了达到上述目的，本发明提供了一种多层段压裂工艺管柱，包括自上而下顺次连接的上油管、安全丢手、喷射器、球座、振荡器、混砂器、下油管、封隔器和堵头。
所述的振荡器为亥姆霍兹振荡器，自上而下由上游喷嘴、振动腔和下游喷嘴顺次连接组成。
所述的喷射器设置有孔眼。
所述的混砂器设置有导压喷砂孔。
所述多层段压裂工艺管柱还包括密封球，通过密封球投入球座及返出球座，实现混砂器通道的开启和关闭。
所述的混砂器与封隔器之间的距离大于5m。
一种多层段压裂工艺管柱的施工方法包括以下步骤：
步骤一，将上油管、安全丢手、喷射器、球座、振荡器、混砂器、下油管、封隔器和堵头自上而下顺次连接而成的多层段压裂工艺管柱下入井内预定的改造位置；
步骤二，将喷射器对准目标段；
步骤三，从井口投入用于坐封混砂器的密封球，密封球坐落在喷射器下端球座上；
步骤四，从上油管注入射孔用携砂液，所述携砂液通过喷射器的射孔进行水力喷砂射孔作业，射孔结束后进行起裂测试；
步骤五，通过环空注入建立反循环通道，反循环将密封球洗出，开启混砂器通道；
步骤六，通过安全丢手上提管柱，使混砂器上提至射孔段上方5～10m；
步骤七，座封封隔器；
步骤八，油管以0.6～2m3/min的排量注入高砂比携砂液，油管和套管形成的环空注入纯液体，通过混砂器将高砂比携砂液同环空液体快速混合后注入地层进行压裂，并反复采用先提高后降低油管和套管环空排量的方法形成脉冲循环，实时控制井底砂浓度，实现缝内支撑剂暂堵，并逐渐形成复杂缝网；
步骤九，解封封隔器，管柱上提至下一目标段进行施工。
步骤八所述的高砂比携砂液的浓度为1200～1800kg/m3。
步骤八所述的油管与套管形成的环空排量为4～10m3/min。
步骤五所述的反循环通道的排量为0.3m3/min。
本发明的有益效果：
本发明采用喷砂射孔压裂一体化管柱，通过投密封球改变出液通道，在不同的施工阶段采用不同的出液通道：喷砂射孔阶段采用水力喷砂器进行喷砂射孔；压裂阶段采用振荡器使高砂比携砂液在流动过程中产生强烈的自激振动，液体随后流入井底混砂器，通过混砂器机械端口产生的旋流效应引导流体旋流搅拌后将油管内注入的高砂比携砂液同油管与套管形成的环空注入的液体快速均匀混合后注入地层，在施工过程中通过改变油管与套管形成的环空液体排量实时控制井底砂浓度，实现支撑剂对裂缝暂堵，形成复杂缝网，从而达到提高单井产量的目的。段间采用封隔器封堵下层，结构简单，可以满足一趟工具进行多段压裂的施工要求，与目前采用的人为造成缝口强制脱砂形成砂塞封隔下层工艺相比，封隔更加可靠，现场实用性强，易于操作。
附图说明
图1为一种多层段压裂工艺管柱示意图；
图2为多层段压裂工艺管柱施工过程示意图；
图3为主裂缝形成过程示意图；
图4为分支缝形成过程示意图；
图5为新分支缝形成过程示意图；
图6为复杂缝网压力施工过程示意图。
附图标记说明
1-上油管、2-丢手、3-喷射器、4-球座、5-振荡器、6-混砂器、7-下油管、8-封隔器、9-堵头、10-孔眼、11-密封球、12-上游喷嘴、13-振动腔、14-下游喷嘴、15-导压喷砂孔，16-套管。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例1：
如图1所示，一种多层段压裂工艺管柱，包括自上而下顺次连接的上油管1、安全丢手2、喷射器3、球座4、振荡器5、混砂器6、下油管7、封隔器8和堵头9。
在本实施例中，将上油管1、丢手2、喷射器3、球座4、振荡器5、混砂器6、下油管7、封隔器8和堵头9自上而下顺次连接而成的管柱下入井内预定的改造位置；将喷射器孔眼10对准目标段；从井口投入与喷射器3下端球座4对应的密封球11，当密封球11坐落在喷射器3下端球座4上时封堵球座以下液体流动通道；通过水力喷射器3的孔眼进行喷砂射孔，射孔结束后反循环将密封球11洗出返回地面；通过安全丢手2上提管柱，座封封隔器；油管内注入的高砂比携砂液，通过振荡器5上喷嘴12，形成涡量扰动，这股涡量扰动到达振荡腔13中产生新的涡量扰动，这样的过程得到不断的重复就会形成自激振脉冲射流，产生自激振脉冲的高砂比携砂液经下喷嘴14进入混砂器6中，通过混砂器6导压喷砂孔15使出口流体在旋转情况下与环空大排量液体接触，短时间内实现充分混合；本发明提供的一种井下脉冲循环控砂浓度多层段压裂管柱结构简单，现场实用性强，易于实现。
实施例2：
在实施例1的基础上，所述的喷射器3设置有孔眼10；所述的混砂器6设置有导压喷砂孔15。所述多层段压裂工艺管柱还包括密封球11，通过密封球11投入球座4及返出球座4，实现混砂器6通道的开启和关闭。
本发明所述的多层段压裂工艺管柱为喷砂射孔压裂一体化管柱，通过投密封球改变出液通道，在不同的施工阶段采用不同的出液通道：喷砂射孔阶段采用水力喷砂器进行喷砂射孔；压裂阶段采用井底混砂器将油管内注入的高砂比携砂液同油管与套管形成的环空注入的液体快速均匀混合后注入地层，在施工过程中通过改变环空液体排量实时控制井底砂浓度，实现支撑剂对裂缝暂堵，形成复杂缝网。段间采用封隔器进行封隔，可以满足一趟工具进行多段压裂的施工要求。
实施例3：
在实施例1的基础上，所述的振荡器5为亥姆霍兹振荡器，自上而下由上游喷嘴12、振动腔13和下游喷嘴14顺次连接组成。流体流经振动腔13时，在振动腔13的调制作用下产生水力脉动于是从喷嘴喷出的水流就形成压力时大时小的波动压力，通过流道形状的改变使携砂液在腔内与下游碰撞壁发生碰撞可产生压力扰动形成脉冲振动，流体形成强烈振动的自激式脉冲射流。本发明通过振荡器产生的自激式脉冲振动原理与混砂器旋流混合原理使携砂液与环空纯液体在短时间内充分均匀混合，可进一步提高混砂效果，达到复杂缝网压裂提高单井产量的目的。
所述的混砂器与封隔器之间的距离大于5m。本发明采用封隔器封堵下层，结构简单，可以满足一趟工具进行多段压裂的施工要求，与目前采用的人为造成缝口强制脱砂形成砂塞封隔下层工艺相比，封隔更加可靠，现场实用性强，易于操作。
实施例4：
在上述实施例的基础上，所述多层段压裂工艺管柱的施工方法，包括以下步骤：
步骤一，将上油管1、安全丢手2、喷射器3、球座4、振荡器5、混砂器6、下油管7、封隔器8和堵头9自上而下顺次连接而成的多层段压裂工艺管柱装入套管16并下入井内预定的改造位置；
步骤二，将喷射器3对准目标段；
步骤三，从井口投入用于坐封混砂器6的密封球11，密封球11坐落在喷射器3下端球座4上；
步骤四，从上油管1注入射孔用携砂液，所述携砂液通过喷射器3的射孔进行水力喷砂射孔作业，射孔结束后进行起裂测试；
步骤五，通过环空注入建立反循环通道，反循环将密封球11洗出，开启混砂器6通道；
步骤六，通过安全丢手2上提管柱，使混砂器6上提至射孔段上方5～10m；
步骤七，座封封隔器8；
步骤八，油管以0.6～2m3/min的排量注入高砂比携砂液，油管与套管16环空注入纯液体，通过混砂器6将高砂比携砂液同油套环空液体快速混合后注入地层进行压裂(如图2所示)，并反复采用先提高后降低油管和套管16环空排量的步骤形成脉冲循环，实时控制井底砂浓度，实现缝内支撑剂暂堵，并逐渐形成复杂缝网，瞬时提高缝内净压力，实现井下脉冲循环控砂浓度压裂施工；；
步骤九，解封封隔器8，管柱上提至下一目标段重复步骤2-8进行施工。
作为优选，步骤五所述的反循环通道的排量为0.3m3/min。
作为优选，步骤八所述的高砂比携砂液的浓度为1200～1800kg/m3。
作为优选，步骤八所述的油管与套管形成的环空排量为4～10m3/min。
复杂裂缝形成过程如下：
油管低排量注入高砂比携砂液，油管和套管16环空注入大排量纯液体，通过混砂器6令高砂比携砂液同环空液体快速混合后注入地层进行压裂(如图2所示)，当裂缝延伸至一定长度(如图3所示)后，降低油管与套管形成的环空排量，提高注入裂缝内携砂液的砂浓度，实现缝内支撑剂暂堵从而形成分支缝(如图4所示)；提高环空液体排量降低注入裂缝内携砂液的砂浓度，使裂缝继续扩展后再次降低环空排量，提高注入裂缝内携砂液的砂浓度，通过缝内支撑剂暂堵形成新的分支缝(如图5所示)；提高环空液体排量降低注入裂缝内携砂液的砂浓度，重复上述过程实现复杂缝网压力施工(如图6所示)。

Claims (10)

1.一种多层段压裂工艺管柱，其特征在于：包括自上而下顺次连接的上油管(1)、安全丢手(2)、喷射器(3)、球座(4)、振荡器(5)、混砂器(6)、下油管(7)、封隔器(8)和堵头(9)。
2.根据权利要求1所述的一种多层段压裂工艺管柱，其特征在于：所述的振荡器(5)为亥姆霍兹振荡器，自上而下由上游喷嘴(12)、振动腔(13)和下游喷嘴(14)顺次连接组成。
3.根据权利要求1所述的一种多层段压裂工艺管柱，其特征在于：所述的喷射器(3)设置有孔眼(10)。
4.根据权利要求1所述的一种多层段压裂工艺管柱，其特征在于：所述的混砂器(6)设置有导压喷砂孔(15)。
5.根据权利要求1所述的一种多层段压裂工艺管柱，其特征在于：它还包括密封球(11)，通过密封球(11)投入球座(4)及返出球座(4)，实现混砂器(6)通道的开启和关闭。
6.根据权利要求1所述的一种多层段压裂工艺管柱，其特征在于：所述的混砂器(6)与封隔器(8)之间的距离大于5m。
7.一种多层段压裂工艺管柱的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将上油管(1)、安全丢手(2)、喷射器(3)、球座(4)、振荡器(5)、混砂器(6)、下油管(7)、封隔器(8)和堵头(9)自上而下顺次连接而成的多层段压裂工艺管柱装入套管(16)中并下入井内预定的改造位置；
步骤二，将喷射器(3)对准目标段；
步骤三，从井口投入用于坐封混砂器(6)的密封球(11)，密封球(11)坐落在喷射器(3)下端球座(4)上；
步骤四，从上油管(1)注入射孔用携砂液，所述携砂液通过喷射器(3)的射孔进行水力喷砂射孔作业，射孔结束后进行起裂测试；
步骤五，通过环空注入建立反循环通道，反循环将密封球(11)洗出，开启混砂器(6)通道；
步骤六，通过安全丢手(2)上提管柱，使混砂器(6)上提至射孔段上方5～10m处；
步骤七，座封封隔器(8)；
步骤八，油管以0.6～2m3/min的排量注入高砂比携砂液，油管和套管(16)形成的环空注入纯液体，通过混砂器(6)将高砂比携砂液同环空液体快速混合后注入地层进行压裂，并反复采用先提高后降低油管和套管(16)环空排量的方法形成脉冲循环，实时控制井底砂浓度，实现缝内支撑剂暂堵，并逐渐形成复杂缝网；
步骤九，解封封隔器(8)，管柱上提至下一目标段进行施工。
8.根据权利要求7所述的一种多层段压裂工艺管柱的施工方法，其特征在于：步骤八所述的高砂比携砂液的浓度为1200～1800kg/m3。
9.根据权利要求7所述的一种多层段压裂工艺管柱的施工方法，其特征在于：步骤八所述的油管和套管(16)的环空排量为4～10m3/min。
10.根据权利要求7所述的一种多层段压裂工艺管柱的施工方法，其特征在于：步骤五所述的反循环通道的排量为0.3m3/min。
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