CN108301818A - 一种无工具封隔水平井高效分段压裂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种无工具封隔水平井高效分段压裂方法，步骤一下钻具，将从上到下依次连接有安全丢手、多簇喷枪、单流阀的油管或连续油管穿入套管，将施工管柱下至预设的位置，装井口，并在井口装捕球器；步骤二水力喷砂射孔，循环井筒正常后投球，对第一段进行多簇水力喷射射孔；步骤三压裂施工，水力喷砂射孔完成后，调整钻具值第二段射孔位置，安装井口，反冲出钢球，对第一段目的层进行压裂作业；步骤四分段作业，放喷结束后，进行分段作业直至分段试压合格；进行其他段施工，实现水平井分段压裂，并保证每一段中各簇起裂的有效性，保持井筒全通径，避免常规水平井压后卡钻、钻磨等问题，提高分段压裂改造有效性和施工效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种无工具封隔水平井高效分段压裂方法，属于石油压裂领域。
背景技术
水平井分段压裂技术是低渗、超低渗及致密储层增产的主要手段之一，其技术关键就在于井筒的有效隔离。至今，形成了化学隔离、机械封隔和水力喷自封隔等主要封隔技术，据此，形成的主流水平井分段压裂技术包括带底封水力喷射分段压裂、水力泵送桥塞分段压裂、裸眼封隔器分段压裂等技术。其中，水力喷砂压裂和桥塞机械封隔分段压裂应用最为广泛，且取得了较好的应用效果。然而，带底封水力喷射分段压裂需更换管柱，费时费力，容易发生卡钻等事故。水力泵送桥塞分段压裂工艺复杂，对完井质量、井眼轨迹和井筒完整性要求较高，且压后需钻磨桥塞。裸眼封隔器完井投球分段压裂采用封隔器管串作为完井管柱永久下入，水平段内未建立循环通道，增加了后期修井作业的施工风险。另一方面，针对压裂过程中出现的套管变形井，常规机械封隔工具无法正常通过，若采用连续油管施工，需要频繁起下钻，大幅增加作业周期及施工成本，严重影响施工效率及后期产能建设。
在目前低油价常态化的形势下，在满足水平井分段压裂需求的同时，有必要进一步探索降低生产成本及作业风险，提高生产效率及单井产量的水平井分段压裂新技术。
发明内容
为了进一步探索降低生产成本及作业风险，提高生产效率及单井产量的水平井分段压裂新技术。本发明提出无工具封隔水平井高效分段压裂技术，通过段间精确控制的填砂封隔，簇间动态多级分流暂堵，实现水平井分段压裂，并保证每一段中各簇起裂的有效性，保持井筒全通径，避免常规水平井压后卡钻、钻磨等问题，提高分段压裂改造有效性和施工效率。
本发明采用的技术方案为：
一种无工具封隔水平井高效分段压裂方法，具体步骤为：
步骤一 下钻具，将从上到下依次连接有安全丢手、多簇喷枪、单流阀的油管或连续油管穿入套管，将施工管柱下至预设的位置，装井口，并在井口装捕球器；
步骤二 水力喷砂射孔，循环井筒正常后投球，对第一段进行多簇水力喷射射孔，每段水力喷砂射孔2-4簇；
步骤三 压裂施工，水力喷砂射孔完成后，调整钻具值第二段射孔位置，安装井口，反冲出钢球，对第一段目的层进行压裂作业；
步骤四 分段作业 ，压裂完成后关井，控制放喷，放喷结束后，通过泵车将高浓清水携砂液泵入井内，进行分段作业直至分段试压合格；
步骤五 第一段施工完成后，投入钢球进行第二段喷砂射孔，循环步骤一到步骤四，直到完成整口井的压裂施工；全部压裂完成后下冲砂管柱，冲砂完井。
所述步骤一中多簇喷枪上设置有多个喷嘴。
进行多簇水力喷射射孔时，每段有多个射孔簇，在多簇水力喷射射孔时簇间采用动态多级分流暂堵方法。
所述的动态多级分流暂堵方法是采取整段多簇笼统合压，簇间暂堵升压标准为大于5MPa；设计原则暂堵次数为n-1，其中n为簇数，改造过程中通过加入暂堵材料实现近井带自然选择性封堵。
所述暂堵材料为可降解材料，由可降解纤维和可降解暂堵颗粒组成；暂堵材料用在暂堵段塞中，暂堵段塞由前置纤维段塞加中间颗粒和纤维段塞加后置纤维段塞组成，前置段塞可降解纤维质量分数1%-10%，中间段塞可降解纤维质量分数0.5%-8% 、可降解颗粒质量分数1%-10%，后置段塞可降解纤维质量分数1%-5%，其余为水；可降解纤维长度6-10mm；可降解暂堵颗粒由多粒径暂堵颗粒组成，粒径范围：＞100目、20-100目、1-3mm、3-6mm，粒径符合率大于90%，各粒径质量组合配比依次为：（2-4）:（1-2）：（1-2）：（2-4）。
步骤四中所述分段作业中分段可使用液体冻胶胶塞，液体冻胶胶塞由以下质量分数比组成：
淀粉 1-10%
丙烯酰胺 0.1-10%
甲基丙烯酸钠 0.1-2%
胺类单体0.1-3%
过氧化物 0.1-1%
交联剂 0.01-1%
重晶石1-10%
其余为水；所述液体冻胶胶塞泵注排量为0.5-2m3/min，当胶塞快出喷枪时降低泵车输出排量值0.5-1方/min，保持套管闸门打开，当顶替到预定位置后，关井2-5h，待温度升高后胶塞稠化，然后试压；所述试压合格标准为：当套压达到35MPa时，通过控制泵注排量保持套压在34-36MPa憋压3-4次，当套压超过45MPa时立即停泵，当压降小于1MPa/min则证明胶塞分段合格，反之继续重复上述施工，关井侯凝，直至压降合格。
所述的过氧化物为过硫酸铵；交联剂为多羟基化合物。
所述的步骤四在分段作业中分段采用填砂作业，压裂完成后关井，控制放喷，放喷结束后，通过泵车将高浓清水携砂液泵入井内，进行填砂作业直至分段试压合格；填砂为石英砂或陶粒，均为20-40目或40-70目，当填砂段大于油管容积1.5倍或油管容积小于6方时，可分两次进行填砂。、
所述的高浓清水携砂液，砂浓度为450-700kg/m3，砂量为2-3方，可降解纤维质量浓度1%-10%；所述高浓度清水携砂液的泵注排量为1.5-2.5m3/min，当携砂液快出喷枪时降低泵车输出排量值1方/min，并且关闭连接在套管闸门上的高压旋塞，进行高压挤入；所述试压合格标准为：当套压达到35MPa时，通过控制泵注排量保持套压在34-36MPa憋压3-4次，当套压超过45MPa时立即停泵，当压降小于1MPa/min则证明分段合格，反之继续高压挤入，直至压降合格。
本发明的有益效果为：
本发明通过段间精确控制的填砂封隔，簇间动态多级分流暂堵，实现水平井分段压裂，并保证每一段中各簇起裂的有效性，保持井筒全通径，避免常规水平井压后卡钻、钻磨等问题，提高分段压裂改造有效性和施工效率。本发明的先进性及优势明显；使用效果显著，成功率高。
具体实施方式
实施例1：
为了进一步探索降低生产成本及作业风险，提高生产效率及单井产量的水平井分段压裂新技术。本发明提出无工具封隔水平井高效分段压裂技术，通过段间精确控制的填砂封隔，簇间动态多级分流暂堵，实现水平井分段压裂，并保证每一段中各簇起裂的有效性，保持井筒全通径，避免常规水平井压后卡钻、钻磨等问题，提高分段压裂改造有效性和施工效率。
一种无工具封隔水平井高效分段压裂方法，具体步骤为：
步骤一 下钻具，将从上到下依次连接有安全丢手、多簇喷枪、单流阀的油管或连续油管穿入套管，将施工管柱下至预设的位置，装井口，并在井口装捕球器；
步骤二 水力喷砂射孔，循环井筒正常后投球，对第一段进行多簇水力喷射射孔，每段水力喷砂射孔2-4簇；
步骤三 压裂施工，水力喷砂射孔完成后，调整钻具值第二段射孔位置，安装井口，反冲出钢球，对第一段目的层进行压裂作业；
步骤四 分段作业 ，压裂完成后关井，控制放喷，放喷结束后，通过泵车将高浓清水携砂液泵入井内，进行分段作业直至分段试压合格；
步骤五 第一段施工完成后，投入钢球进行第二段喷砂射孔，循环步骤一到步骤四，直到完成整口井的压裂施工；全部压裂完成后下冲砂管柱，冲砂完井。
通过以上技术手段的有机配合，可弥补目前水平井分段压裂技术的不足，提高压裂效率、降低作业成本及施工风险，且可为套变等特殊井通过改造途径，有助于保障压裂效果。同时，相关技术对直井、定向井分层压裂也有较好的借鉴意义。本发明与常规的水平井机械封隔分层压裂工艺不同的是，该工艺通过下入简单的工具，自上而下为油管或连续油管、安全丢手、多簇喷枪、单流阀，从而实现变机械封隔为油管或连续油管填砂分层压裂，避免砂塞高度不好控制，并且机械封隔成本高的问题，是油管喷砂射孔环空填砂压裂成为低成本、低风险和效率高的多级压裂技术。实现了水平井无限级、全通径分段压裂，可解决套管变形无法机械封隔等问题；压裂后冲砂即可测试求产，缩短了完井周期。
实施例2：
基于上述实施例的基础上，本实施例中，所述步骤一中多簇喷枪上设置有多个喷嘴。
进行多簇水力喷射射孔时，每段有多个射孔簇，在多簇水力喷射射孔时簇间采用动态多级分流暂堵方法。
所述的动态多级分流暂堵方法是采取整段多簇笼统合压，簇间暂堵升压标准为大于5MPa；设计原则暂堵次数为n-1，其中n为簇数，改造过程中通过加入暂堵材料实现近井带自然选择性封堵。
所述暂堵材料为可降解材料，由可降解纤维和可降解暂堵颗粒组成；暂堵材料用在暂堵段塞中，暂堵段塞由前置纤维段塞加中间颗粒和纤维段塞加后置纤维段塞组成，前置段塞可降解纤维质量分数1%-10%，中间段塞可降解纤维质量分数0.5%-8% 、可降解颗粒质量分数1%-10%，后置段塞可降解纤维质量分数1%-5%；可降解纤维长度6-10mm，降解时间根据压裂时间可控；可降解暂堵颗粒由多粒径暂堵颗粒组成，粒径范围：＞100目、20-100目、1-3mm、3-6mm，粒径符合率大于90%，各粒径质量组合配比依次为：（2-4）:（1-2）：（1-2）：（2-4）。
现有的暂堵颗粒遇水后变粘，会胶结成团，形成封堵；本发明中暂堵颗粒为多粒径组合的暂堵材料，颗粒不会变粘，大粒径颗粒架桥，小粒径颗粒充填其中，微颗粒再次充填，靠颗粒间的架桥原理形成封堵。
簇间采用动态多级分流暂堵技术，动态多级分流暂堵为多簇一起压裂，由于储层非均质性影响，裂缝肯定以某簇为主形成主缝，当前置液和支撑剂加到一定量后，停泵一段时间，然后小排量泵注预配的暂堵剂段塞（前置纤维段塞加中间颗粒和纤维段塞加后置纤维段塞），暂堵剂在之前形成的主缝近井带进行封堵（惯性效应），当升压达到一定值后认为该层被有效封堵，继续泵注前置液和携砂液压裂第二级，依次进行，直至压裂完成。本发明具有高效、无工具封隔、保证各簇均能有效起裂等特点。改造过程中通过暂堵材料实现近井带自然选择性封堵，具体为在多簇合压时应力较低的地方先起裂，随着前置液和携砂液的泵注，形成主要的裂缝，停泵后，小排量泵注暂堵剂时，暂堵剂也会在先前形成的裂缝近井带堆积，慢慢积累，使暂堵压力升高。实现了近井带自然选择性封堵。
步骤四中所述分段作业中分段可使用液体冻胶胶塞，液体冻胶胶塞由以下质量分数比组成：
淀粉 1-10%
丙烯酰胺 0.1-10%
甲基丙烯酸钠 0.1-2%
胺类单体0.1-3%
过氧化物 0.1-1%
交联剂 0.01-1%
重晶石1-10%
其余为水；所述液体冻胶胶塞泵注排量为0.5-2m3/min，当胶塞快出喷枪时降低泵车输出排量值0.5-1方/min，保持套管闸门打开，当顶替到预定位置后，关井2-5h，待温度升高后胶塞稠化，然后试压；所述试压合格标准为：当套压达到35MPa时，通过控制泵注排量保持套压在34-36MPa憋压3-4次，当套压超过45MPa时立即停泵，当压降小于1MPa/min则证明胶塞分段合格，反之继续重复上述施工，关井侯凝，直至压降合格。
所述的过氧化物为过硫酸铵；交联剂为多羟基化合物。本发明中采用的各种试剂均为现有试剂，市场上均可买到。
本实施例中，液体冻胶胶塞由以下质量分数比组成：淀粉 5%、丙烯酰胺 5%、甲基丙烯酸钠 1%、胺类单体1.5%、过氧化物 0.5%、交联剂 0.5%、重晶石5%，其余为水。
所述的步骤四在分段作业中分段采用填砂作业，压裂完成后关井，控制放喷，放喷结束后，通过泵车将高浓清水携砂液泵入井内，进行填砂作业直至分段试压合格；填砂为石英砂或陶粒，均为20-40目或40-70目，当填砂段大于油管容积1.5倍或油管容积小于6方时，可分两次进行填砂。、
所述的高浓清水携砂液，砂浓度为450-700kg/m3，砂量为2-3方，可降解纤维质量浓度1%-10%；所述高浓度清水携砂液的泵注排量为1.5-2.5m3/min，当携砂液快出喷枪时降低泵车输出排量值1方/min，并且关闭连接在套管闸门上的高压旋塞，进行高压挤入；所述试压合格标准为：当套压达到35MPa时，通过控制泵注排量保持套压在34-36MPa憋压3-4次，当套压超过45MPa时立即停泵，当压降小于1MPa/min则证明分段合格，反之继续高压挤入，直至压降合格。
本申请创新性提出段间采用填砂分段、簇间采用动态多级分流暂堵技术，保障各段、各簇均得到有效改造；压裂全过程无需工具封隔，施工高效、迅速，可靠性高，可显著降低成本和施工风险；填砂作业工程中使用配合使用可降解纤维材料，提高填砂暂堵，保障填砂成功率。簇间动态多级分流暂堵使用自主知识产权包覆型颗粒暂堵材料，保障暂堵材料暂堵效果及降解后裂缝有效支撑。
其具体工艺技术按照如下步骤实施：
（1）下钻具：将从上到下依次连接有安全丢手、多簇喷枪、单流阀的油管或连续油管穿入套管，将施工管柱下至设计的预定位置，装井口，并在井口装捕球器；多簇喷枪上设置有多个喷嘴，可根据设计用于2-4簇的喷砂射孔；
（2）水力喷砂射孔：循环井筒正常后投球，对第一段进行多簇水力喷射射孔，为保证射孔的有效性，每段水力喷砂射孔2-4簇；
（3）压裂施工：水力喷砂射孔完成后，调整钻具值第二段射孔位置，安装井口，反冲出钢球，对第一段目的层进行压裂作业；由于每段有多个射孔簇，簇间采用动态多级分流暂堵技术，该技术是采取整段多簇笼统合压，改造过程中通过暂堵材料实现近井带自然选择性封堵，提高簇间改造有效性。所述暂堵材料为可降解材料，由可降解纤维和可降解暂堵颗粒组成；簇间暂堵升压标准为大于5MPa；设计原则暂堵次数为n-1，其中n为簇数；
（4）分段作业：压裂完成后关井，控制放喷，放喷结束后，通过泵车将高浓清水携砂液泵入井内，进行分段作业直至填砂试压合格；所述高浓清水携砂液，砂浓度为450-700kg/ m3，砂量为2-3方，可降解纤维质量浓度1%-10%；所述高浓度清水携砂液的泵注排量为1.5-2.5m3/min，当携砂液快出喷枪是降低泵车输出排量值1方/min，并且关闭连接在套管闸门上的高压旋塞，进行高压挤入；所述试压合格标准为：当套压达到35MPa时，通过控制泵注排量保持套压在35MPa左右憋压3-4次，当套压超过45MPa时立即停泵，当压降小于1MPa/min则证明填砂合格，反之继续高压挤入，直至压降合格；
（5）第一段施工完成后，投入钢球进行第二段喷砂射孔，循环反复，直到完成整口井的压裂施工。全部压裂完成后下冲砂管柱，冲砂完井。
上面是通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是本实施例仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以下实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。本发明涉及的方法步骤中未详细说明的均为现有技术，本发明中将不再进行一一说明。
Claims (9)
1.一种无工具封隔水平井高效分段压裂方法，其特征在于：具体步骤为：
步骤一 下钻具，将从上到下依次连接有安全丢手、多簇喷枪、单流阀的油管或连续油管穿入套管，将施工管柱下至预设的位置，装井口，并在井口装捕球器；
步骤二 水力喷砂射孔，循环井筒正常后投球，对第一段进行多簇水力喷射射孔，每段水力喷砂射孔2-4簇；
步骤三 压裂施工，水力喷砂射孔完成后，调整钻具值第二段射孔位置，安装井口，反冲出钢球，对第一段目的层进行压裂作业；
步骤四 分段作业，压裂完成后关井，控制放喷，放喷结束后，进行分段作业直至分段试压合格；
步骤五 第一段施工完成后，投入钢球进行第二段喷砂射孔，循环步骤一到步骤四，直到完成整口井的压裂施工；全部压裂完成后下冲砂管柱，冲砂完井。
2.根据权利要求1所述的一种无工具封隔水平井高效分段压裂方法，其特征在于：所述步骤一中多簇喷枪上设置有多个喷嘴。
3.根据权利要求1所述的一种无工具封隔水平井高效分段压裂方法，其特征在于：进行多簇水力喷射射孔时，每段有多个射孔簇，在多簇水力喷射射孔时簇间采用动态多级分流暂堵方法。
4.根据权利要求1所述的一种无工具封隔水平井高效分段压裂方法，其特征在于：所述的动态多级分流暂堵方法是采取整段多簇笼统合压，簇间暂堵升压标准为大于5MPa；设计原则暂堵次数为n-1，其中n为簇数，改造过程中通过加入暂堵材料实现近井带自然选择性封堵。
5.根据权利要求4所述的一种无工具封隔水平井高效分段压裂方法，其特征在于：所述暂堵材料为可降解材料，由可降解纤维和可降解暂堵颗粒组成；暂堵材料用在暂堵段塞中，暂堵段塞由前置纤维段塞加中间颗粒和纤维段塞加后置纤维段塞组成，前置段塞可降解纤维质量分数1%-10%，中间段塞可降解纤维质量分数0.5%-8% 、可降解颗粒质量分数1%-10%，后置段塞可降解纤维质量分数1%-5%，其余为水；可降解纤维长度6-10mm；可降解暂堵颗粒由多粒径暂堵颗粒组成，粒径范围：＞100目、20-100目、1-3mm、3-6mm，粒径符合率大于90%，各粒径质量组合配比依次为：（2-4）:（1-2）：（1-2）：（2-4）。
6.根据权利要求1所述的一种无工具封隔水平井高效分段压裂方法，其特征在于：步骤四中所述分段作业中分段可使用液体冻胶胶塞，液体冻胶胶塞由以下质量分数比组成：
淀粉 1-10%
丙烯酰胺 0.1-10%
甲基丙烯酸钠 0.1-2%
胺类单体0.1-3%
过氧化物 0.1-1%
交联剂 0.01-1%
重晶石1-10%
其余为水；
所述液体冻胶胶塞泵注排量为0.5-2m3/min，当胶塞快出喷枪时降低泵车输出排量值0.5-1方/min，保持套管闸门打开，当顶替到预定位置后，关井2-5h，待温度升高后胶塞稠化，然后试压；所述试压合格标准为：当套压达到35MPa时，通过控制泵注排量保持套压在34-36MPa憋压3-4次，当套压超过45MPa时立即停泵，当压降小于1MPa/min则证明胶塞分段合格，反之继续重复上述施工，关井侯凝，直至压降合格。
7.根据权利要求6所述的一种无工具封隔水平井高效分段压裂方法，其特征在于：所述的过氧化物为过硫酸铵；交联剂为多羟基化合物。
8.根据权利要求1所述的一种无工具封隔水平井高效分段压裂方法，其特征在于：所述的步骤四在分段作业中分段采用填砂作业，压裂完成后关井，控制放喷，放喷结束后，通过泵车将高浓清水携砂液泵入井内，进行填砂作业直至分段试压合格；填砂为石英砂或陶粒，均为20-40目或40-70目，当填砂段大于油管容积1.5倍或油管容积小于6方时，可分两次进行填砂。
9.根据权利要求8所述的一种无工具封隔水平井高效分段压裂方法，其特征在于：所述的高浓清水携砂液，砂浓度为450-700kg/m3，砂量为2-3方，可降解纤维质量浓度1%-10%；所述高浓度清水携砂液的泵注排量为1.5-2.5m3/min，当携砂液快出喷枪时降低泵车输出排量值1方/min，并且关闭连接在套管闸门上的高压旋塞，进行高压挤入；所述试压合格标准为：当套压达到35MPa时，通过控制泵注排量保持套压在34-36MPa憋压3-4次，当套压超过45MPa时立即停泵，当压降小于1MPa/min则证明分段合格，反之继续高压挤入，直至压降合格。
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