CN108457634A - 页岩水平井切割压裂方法及磨料射流切割工具 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种页岩水平井切割压裂方法及磨料射流切割工具，其中的方法包括：S1：通过连续油管将磨料射流切割工具下入到页岩水平井内的指定位置；S2：地面向连续油管内泵注带有磨料的液体，液体由磨料射流切割工具的喷砂嘴射出切割页岩，在磨料射流切割工具切割页岩的同时，磨料射流切割工具沿所述页岩水平井的轴线方向移动，切割页岩形成缝槽；S3：在完成缝槽的切割后，停止泵注液体，将磨料射流切割工具移动至页岩水平井内的下一个指定位置，泵注液体，重复切割过程，直到完成预设数量的缝槽；S4：从页岩水平井内取出所述磨料射流切割工具，并向缝槽内泵入压裂液，使缝槽内的地层形成压裂裂缝。本发明能够通过切割的缝槽提高压裂效率和产量。
Description
技术领域
本发明涉及石油、天然气开采技术领域，特别涉及到一种页岩水平井切割压裂方法及磨料射流切割工具。
背景技术
复杂缝网体积压裂理念已成为水平井分段改造低孔隙度和低渗透率页岩储层的主导思想。为实现该目的，提高施工效率并节省成本，每个压裂段主要采用螺旋射孔方式预先布置多簇孔道(通常2-6簇)，随后大排量泵注压裂液体，依据限流理论，在每个射孔簇同时压开多条主裂缝；然后，诱导或沟通天然裂缝，并促使分支缝产生，最终形成众多裂缝相互交错的复杂网络，提高储层有效泄流面积和最终采收率。但是近两年，国外多个页岩油气田围绕射孔簇的压裂效率和产量贡献率开展调查，采用井下光纤分布式声学技术对压裂过程中各射孔簇进液情况实时监测，进入各簇的压裂液量差异很大，有的簇进液量远超设计用量，而部分簇几乎不进液。如图1所示，应用化学示踪剂技术研究支撑剂在近井筒范围铺置情况，部分射孔簇内仅有少量支撑剂存在，分配很不均匀，光纤生产测井监测表明约30％的射孔簇对产量没有贡献，约30％的射孔簇贡献了75％的产量。由此推断，携带支撑剂的压裂液在射孔簇之间分配的不均匀性，造成在部分射孔簇中难以产生有效导流能力的宏观主裂缝，极大削弱了沿水平井筒裂缝网络的整体复杂性和覆盖程度，影响增产效果。
产生上述问题的主要原因之一是作为井筒连通方式的多簇常规螺旋射孔会使各个射孔簇与远端宏观主裂缝之间连接的流动通道复杂且不一致，造成近井筒区域流动阻力高且差异大，不利于压裂液及支撑剂的均匀分配。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种页岩水平井切割压裂方法及磨料射流切割工具，以解决上述背景技术所指出的问题。
本发明提供的页岩水平井切割压裂方法，包括：
步骤S1：通过连续油管将磨料射流切割工具下入到页岩水平井内的指定位置；
步骤S2：地面以预设排量向连续油管内泵注带有磨料的液体，液体由磨料射流切割工具的喷砂嘴射出切割页岩，在磨料射流切割工具切割页岩的同时，磨料射流切割工具以恒定速度沿所述页岩水平井的轴线方向移动，切割页岩形成缝槽；
步骤S3：在完成缝槽的切割后，停止泵注液体，将磨料射流切割工具移动至页岩水平井内的下一个指定位置，泵注液体，重复切割过程，直到完成预设数量的缝槽；
步骤S4：从页岩水平井内取出所述磨料射流切割工具，并向缝槽内泵入压裂液，使缝槽内的地层形成压裂裂缝。
本发明提供的磨料射流切割工具，包括：喷砂射孔枪和弹簧返回型液压阻尼器，弹簧返回型液压阻尼器的一端与连续油管连通，连接弹簧返回型液压阻尼器的另一端与喷砂射孔枪的一端连通，在喷砂射孔枪上开设有至少一个喷砂嘴。
利用上述本发明，可以取得以下技术效果：
1)多个长而深的缝槽没有压实带，释放井筒附近应力，且能够与众多天然裂缝连通，提高井筒连通性；
2)多缝槽同平面布置，既易于单一裂缝起裂，还易于多裂缝快速汇聚形成单一主裂缝；
3套管缝及地层多个缝槽过流面积大，并且裂缝弯曲摩阻大幅降低，流动阻力整体减小。
附图说明
通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
图1为压裂液体在射孔簇间分配比例统计图；
图2为本发明实施例的磨料射流切割工具的结构示意图；
图3为本发明实施例的页岩水平井切割压裂方法的流程示意图；
图4为本发明实施例的磨料射流切割工具的切割情境示意图；
图5为本发明实施例的水平井筒单压裂段多簇缝槽压裂示意图。
其中的附图标记包括：连续油管1、磨料射流切割工具2、喷砂射孔枪3、弹簧返回型液压阻尼器4、扶正器5、桥塞6。
具体实施方式
为了更好的说明本发明的技术方案，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。
本发明是将连续油管与磨料射流切割工具相结合，通过连续油管向磨料射流切割工具输送带有磨料的液体，该液体从磨料射流切割工具内高速射出，依靠冲蚀和磨蚀作用于套管及管外岩石，磨料射流切割工具沿井眼轴线缓慢移动，切割生成多个长而深的缝槽。
图2示出了本发明实施例的磨料射流切割工具的结构。
如图2所示，本发明实施例的磨料射流切割工具，包括喷砂射孔枪3和弹簧返回型液压阻尼器4，弹簧返回型液压阻尼器4的一端与连续油管连通，连接弹簧返回型液压阻尼器4的另一端与喷砂射孔枪3的一端连通，在喷砂射孔枪3上开设有至少一个喷砂嘴，从喷砂嘴喷射出的带有磨料的液体穿透套管和水泥环后切割页岩。
弹簧返回型液压阻尼器4包括活塞杆、中心管和弹簧等部件，中心管作为液体的过流通道，与喷砂射孔枪3连通，活塞杆与磨料射流切割工具连接，用于带动磨料射流切割工具移动，弹簧用于实现磨料射流切割工具的复位。
为了使磨料射流切割工具居中保持在套管内，优选地，在喷砂射孔枪3的两端分别套设扶正器5。
图3示出了本发明实施例的页岩水平井切割压裂方法的流程。
如图3所示，本实施例提供的页岩水平井切割压裂方法，包括：
步骤S1：通过连续油管将磨料射流切割工具下入到页岩水平井内的指定位置。
连续油管与磨料射流切割工具连接，一起下入页岩水平井内，连续油管的位于地面的端口与泵连接，页岩水平井内的指定位置为页岩水平井内的待切割位置。
连续油管与磨料射流切割工具下入页岩水平井后的情景如图4所示，连续油管1的一端与磨料射流切割工具2连接，下入页岩水平井，连续油管1的另一端与地面的泵连接。
步骤S2：地面以预设排量向连续油管内泵注带有磨料的液体，液体由磨料射流切割工具的喷砂嘴射出切割页岩，在磨料射流切割工具切割页岩的同时，磨料射流切割工具以恒定速度沿所述页岩水平井的轴线方向移动，切割形成缝槽。
通过地面的泵向连续油管内泵注带有磨料的液体，该液体流经连续油管从磨料射流切割工具的喷砂嘴射高速射出，切割页岩。由于磨料射流切割工具在射出液体的同时，以恒定速度移动，因此，可以对页岩切割出一个长而深的缝槽。
本发明通过边移动边喷射的方式对页岩进行切割，相较于现有技术中切割后形成的小孔变为缝槽，以增大切割面积，能够与众多天然裂缝连通，从而提高井筒与主裂缝的连通性。
步骤S3：在完成缝槽的切割后，停止泵注液体，将磨料射流切割工具移动至页岩水平井内的下一个指定位置，泵入液体，重复切割过程，直到完成预设数量的缝槽。
在停止泵注液体时，磨料射流切割工具通过弹簧返回型液压阻尼器带动返回初始位置。
通常情况下缝槽的数量为至少三个。
步骤S4：从页岩水平井内取出所述磨料射流切割工具，并向缝槽内泵入压裂液，使缝槽内的地层形成压裂裂缝。
如图5所示，向每个缝槽内泵入压裂液，从而形成压裂裂缝。
在形成压裂裂缝后，需要将压裂施工段与其它施工层段封堵住，可采用人为砂堵或机械封隔的方式进行封堵，人为砂堵方式为在向所述缝槽内泵入压裂液的后期中，向缝槽内泵入高浓度的支撑剂；机械封隔方式为通过地面向页岩水平井内下入桥塞6。
由于压裂段内缝槽之间的流动阻力低且差异小，压裂液体和支撑剂能更均匀通畅的经缝槽进入各主裂缝促其扩展。
为获真实的切割缝槽实验数据，采用地面模拟试验方法，在钢性套管外包一个厚度为0.9m的水泥柱，水泥柱中固结了两块需要切割的砂岩岩样。经过20min的试验，套管处缝长38mm，缝宽13mm，砂岩靶件上缝长41mm，缝宽最大处24mm，缝深600mm，缝槽周围没有微裂缝的存在。
由于切割对象是天然裂缝发育的脆性页岩，喷砂射孔枪的高速射流可以很好的依靠拉伸-水楔作用促使天然裂缝或裂隙迅速发展和扩展，辅助破岩，所产生的缝槽尺寸势必比常规砂岩、碳酸盐岩都大，并且缝槽周围次生裂缝可能会连通较远范围的天然裂缝，形成大尺寸缝槽与多微裂缝交织的结构，更加有利于裂缝的起裂。
Claims (5)
1.一种页岩水平井切割压裂方法，包括：
步骤S1：通过连续油管将磨料射流切割工具下入到页岩水平井内的指定位置；
步骤S2：地面以预设排量向所述连续油管内泵注带有磨料的液体，所述液体由所述磨料射流切割工具的喷砂嘴射出切割页岩，在所述磨料射流切割工具切割页岩的同时，所述磨料射流切割工具以恒定速度沿所述页岩水平井的轴线方向移动，切割页岩形成缝槽；
步骤S3：在完成缝槽的切割后，停止泵注所述液体，将所述磨料射流切割工具移动至所述页岩水平井内的下一个指定位置，泵注所述液体，重复切割过程，直到完成预设数量的缝槽；
步骤S4：从页岩水平井内取出所述磨料射流切割工具，并向所述缝槽内泵入压裂液，使所述缝槽内的地层形成压裂裂缝。
2.如权利要求1所述的页岩水平井切割压裂方法，在向所述缝槽内泵入压裂液的过程中，向所述缝槽内泵入支撑剂。
3.如权利要求1所述的页岩水平井切割压裂方法，在向所述缝槽内泵入压裂液之后，向所述页岩水平井内下入桥塞。
4.一种磨料射流切割工具，其特征在于，包括：砂射孔枪和弹簧返回型液压阻尼器，所述弹簧返回型液压阻尼器的一端与连续油管连通，所述连接弹簧返回型液压阻尼器的另一端与所述喷砂射孔枪的一端连通，在所述喷砂射孔枪上开设有至少一个喷砂嘴。
5.如权利要求4所述的磨料射流切割工具，其特征在于，在所述喷砂射孔枪的两端分别套装有扶正器。
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