CN108952662B - 一种大跨度井分段水力冲击压裂管柱及其实施方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于油气田储层改造技术领域，公开了一种大跨度井分段水力冲击压裂管柱及其实施方法，该管柱包括至少两个串接的水力冲击压裂装置，除最下部的以外，其余水力冲击压裂装置内部设置有导向管、球座和中心管，用于传递液体压力并对下一作业段进行水力冲击压裂；实施时，先通过地面泵加压至最下部的水力冲击压裂装置中的冲击片抗压值，完成最下部的作业段水力冲击；然后从下至上，依次逐段投放适合于该段水力冲击压裂装置中球座的钢球，通过地面泵再次加压，使落入球座的钢球密封中心管，通过加压开孔阀打开泄压孔，再持续加压，当加压值达到该段水力冲击装置中的冲击片抗压值，完成该作业段水力冲击；直至完成全部作业段水力冲击。

Description

一种大跨度井分段水力冲击压裂管柱及其实施方法

技术领域

本发明属于油气田储层改造技术领域，具体的说，是涉及一种大跨度井分段水力冲击压裂管柱及其实施方法。

背景技术

水力冲击压裂技术是一种绿色的、不占作业空间、低成本的水力压裂技术，从80-90年代起，在国内开始研究并应用，目前已在中原、吉林、辽河、胜利、大港等油田实施达上千井次，效果显著，该技术采用常规酸化泵或固井泵即可作业，无需压裂泵以及大量压裂液体，不占用平台空间，冲击工具可重复使用，成本较低，相对水力压裂和爆燃压裂可大幅降低作业费用，同时不涉及火工品安全以及资质问题，作业能量、峰值压力和造缝情况和现有的爆燃压裂接近，同时可使用酸液作为冲击液，直接实现酸化联作，具有较大市场空间，可作为水力压裂技术、爆燃压裂技术的有效补充。

现在主流技术主要包括专利CN1401879“一种油水井水力冲击解堵方法及装置”、CN2550493“一种注水井水力冲击解堵装置”、CN201620764U“连续冲击酸化管柱”、CN201908641U“一种水力冲击压裂解堵装置”、“水力冲击波发生器”(游林创.水力冲击波发生器[J].石油钻采机械，1983，10(6)：31-34)、“正水击化学解堵工艺”(赵荣生，王玉才，赵星辉等.正水击化学解堵工艺技术研究与应用[J].石油钻采工艺，1997，19(增刊)：125-128)、“水力冲击压裂-化学复合解堵技术”(王江宽，罗艳红，兰艾芳等.水力冲击压裂-化学复合解堵技术的研究与应用[J].油田化学，1999，16(3)：220-223)、“水力冲击压裂及强负压解堵技术”(李良.水力冲击压裂及强负压解堵技术在曙光油田的应用[J].当代化工，2015，44(5)：1101-1102)。上述技术主要为实现水力冲击压裂或与酸化、负压解堵联作；实现跨度较小的作业井多次连续水力冲击。

而海上油田大部分井况以大跨度井为主，储层射孔段跨度长达几十米到上百米，现有国内技术若要实现大跨度井多段水力冲击作业，则需要多次起下管柱，或者上提、下放管柱，存在工艺繁琐，或者易产生井喷或井涌等风险。

专利CN 205714136U“一种井下多级水力解堵增压器”公开的井下多级水力解堵增压器能够多组联用，形成一次下井对多个产层进行解堵，但由于井下多级水力解堵增压器相互不连通，主要由地面向环空打压，并设置15-35MPa等不等启动压力，来实现不同产层的作业。该多级水力解堵增压器为了实现多层作业则需要大马力压裂泵等设备，其次由于环空与地层的连通性，存在增压器无法工作的风险。

发明内容

本发明要解决的是目前大跨度井多段水力冲击作业的技术问题，提供了一种大跨度井分段水力冲击压裂管柱及其实施方法，提高作业效率，降低作业成本，增强作业安全性。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

一种大跨度井分段水力冲击压裂管柱，包括至少两个水力冲击压裂装置，至少两个所述水力冲击压裂装置通过油管和变扣从上到下串接；每个所述水力冲击压裂装置包括由上到下依次连接的导流管、冲击室、柱塞座、尾管、接收器，其中所述冲击室内置冲击片。

最下部的所述水力冲击压裂装置底部设置有管尾；

除最下部的所述水力冲击压裂装置外，其余所述水力冲击压裂装置均包括以下结构：内部设置有由上到下依次连接的导向管、球座和中心管，连接后的所述导向管、所述球座和所述中心管纵向贯穿整个所述水力冲击压裂装置，用于传递液体压力并对下一段的所述水力冲击压裂装置进行水力冲击压裂；每个所述水力冲击压裂装置配置有一个钢球，所述钢球用于在作业时投放进入管柱并通过所述导向管导入到所述球座，从而在压力下座封所述球座以下的所述中心管管段；所述球座在所述钢球座封位置以上的部分设置有内外贯通的泄压孔，所述球座内部在对应于所述泄压孔的位置设置有加压开孔阀，所述加压开孔阀的启闭控制所述泄压孔的连通状态；所述中心管被所述钢球密封后，管柱内继续加压可通过所述加压开孔阀的开启打开所述泄压孔，使本段所述水力冲击压裂装置上部连接的油管与所述导流管贯通，使本段所述水力冲击压裂装置继续加压进行水力冲击压裂。

进一步地，除最下部的所述水力冲击压裂装置外，其余每两个相邻的所述水力冲击压裂装置：上部的所述水力冲击压裂装置的钢球直径大于下部的所述水力冲击压裂装置的钢球直径；上部的所述水力冲击压裂装置的所述中心管内径和所述球座内径均大于下部的所述水力冲击压裂装置的所述中心管内径和所述球座内径；下部的所述水力冲击压裂装置的钢球直径均小于上部的所述水力冲击压裂装置中所述导向管、所述中心管、所述球座的最小内径。

进一步地，每个所述水力冲击压裂装置对应大跨度井的一个作业段。

进一步地，连接后的所述导向管、所述球座和所述中心管连接后的所述导向管、所述球座和所述中心管，其上部由所在的所述水力冲击压裂装置上方连接的所述变扣限位固定，其下部由所在的所述水力冲击压裂装置下方连接的所述变扣限位固定。

一种上述大跨度井分段水力冲击压裂管柱的实施方法，按照如下步骤进行：

(1)根据大跨度井的井深以及计划作业的射孔段位置，设置所述油管的长度，并设置所述水力冲击压裂装置的数量和位置，每个水力冲击装置对应大跨度井的一个作业段；

(2)通过地面泵加压，加压值达到最下部的所述水力冲击压裂装置中的冲击片抗压值，冲击片破裂，完成最下部的作业段水力冲击；

(3)从下至上，依次逐段投放适合于该段所述水力冲击压裂装置中球座的钢球，待钢球落入该球座中，通过地面泵再次加压，钢球密封中心管，通过加压开孔阀打开泄压孔，再持续加压，当加压值达到该段水力冲击装置中的冲击片抗压值，冲击片破裂，完成该作业段水力冲击；直至完成全部作业段水力冲击。

本发明的有益效果是：

(一)提高作业效率：可实现大跨度井一趟管柱分段水力冲击压裂，避免了重复起下管柱次数，提高了作业效率。

(二)降低作业成本：使用常规酸化泵或固井泵即可作业，大大减少目前措施作业费用，且节省了常规作业的占用平台空间、耗费人员工时、影响生产效率等方面费用。

(三)增强作业安全性：避免了目前国内其它连续水力冲击压裂装置中需要上提或下放管柱，易产生井喷或井涌等风险；可实现多段逐级水力冲击压裂，降低了多段同时作业的水力冲击压力强度，从而确保作业管柱整体安全性；多段实施更加稳定。

附图说明

图1是本发明所提供的大跨度井分段水力冲击压裂管柱的应用示意图；

图2是本发明所提供的大跨度井分段水力冲击压裂管柱的结构示意图；

图3是图2中中心管、导向管和球座的结构示意图。

上述图中：1-1：第一油管；1-2：第二油管；1-3：第三油管；2-1-1：第一上变扣；2-1-2：第一下变扣；2-2-1：第二上变扣；2-2-2：第二下变扣；2-3-1：第三上变扣；3-1：第一水力冲击装置；3-2：第二水力冲击装置；3-3：第三水力冲击装置；4：管尾；5：钢球；6-1：第一作业段；6-2：第二作业段；6-3：第三作业段；7：导流管；8：冲击片；9：冲击室；10：柱塞座；11：尾管；12：接收器；13：中心管；13-1：第一中心管；13-2：第二中心管；14：导向管；15：球座；16：泄压孔；17：加压开孔阀。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如图1至图3所示，本实施例公开了一种大跨度井分段水力冲击压裂管柱，包括用于主体连接的油管、变扣，油管和变扣从上到下依次串接两个或两个以上的水力冲击压裂装置3，水力冲击压裂装置3的数量根据作业段的数量确定，每个水力冲击压裂装置3对应大跨度井的一个作业段。每个水力冲击压裂装置包括导流管7、冲击片8、冲击室9、柱塞座10、尾管11、接收器12等组件。最下部的水力冲击压裂装置3底部设置有管尾4；除最下部的水力冲击压裂装置3外，其余水力冲击压裂装置3内部均设置有中心管13、导向管14和球座15组件。

下面以三个水力冲击压裂装置3组成的大跨度井分段水力冲击压裂管柱为例，对其具体结构进行详细说明：

如图1所示，上部的第一油管1-1通过第一上变扣2-1-1连接第一水力冲击压裂装置3-1，第一个水力冲击压裂装置3-1通过第一下变扣2-1-2连接第二油管1-2；中部的第二油管1-2通过第二上变扣2-2-1连接第二水力冲击压裂装置3-2，第二水力冲击压裂装置3-2通过第二下变扣2-2-2连接第三油管1-3；下部的第三油管1-3通过第三上变扣2-3-1连接第三水力冲击压裂装置3-3，第三水力冲击压裂装置3-3下部连接管尾4。

如图2所示，第一水力冲击压裂装置3-1、第二水力冲击压裂装置3-2、第三水力冲击压裂装置3-3均包括由上到下依次连接的导流管7、冲击室9、柱塞座10、尾管11、接收器12，其中冲击室9内置冲击片8。

第一水力冲击压裂装置3-1、第二水力冲击压裂装置3-2内部还设置有中心管13、导向管14和球座15。中心管13为采用石油管材制造的中空硬直管，中心管13处于水力冲击压裂装置3内且贯穿于整个装置，便于对第二水力冲击压裂装置3-2和第三水力冲击压裂装置3-3进行水力冲击。

如图3所示，导向管14、球座15和中心管13由上到下依次连接。第一水力冲击压裂装置3-1的导向管14、球座15和第一中心管13-1连接后，其导向管14顶部由第一上变扣2-1-1限位固定，其第一中心管13-1底部由第一下变扣2-1-2限位固定。第二水力冲击压裂装置3-2的导向管14、球座15和第二中心管13-2连接后，其导向管14顶部由第二上变扣2-2-1限位固定，其第二中心管13-2底部由第二下变扣2-2-2限位固定。

导向管14和球座15均为采用石油器材制造的组件，导向管14用于将作业时投放的钢球5导入到球座15中，球座15用于接收地面投放的钢球15，使钢球5封堵球座15以下的中心管13管段。球座15上部设置有内外贯通的泄压孔16，泄压孔16位于钢球5座封位置以上的球座15侧壁。球座15侧壁的内部对应于泄压孔16的位置设置有加压开孔阀17，加压开孔阀17的启闭控制泄压孔16的连通与否。钢球5投放后首先落在加压开孔阀17上，管柱内加压后，钢球5向下推动加压开孔阀17，使加压开孔阀17打开，泄压孔16将球座15内外连通；管柱内继续加压，钢球5密封中心管13，加之加压开孔阀17的开启使泄压孔16打开，使水力冲击压裂装置3上部的油管和导流管7贯通，便于水力冲击压裂装置3继续加压进行水力冲击。

第一水力冲击装置3-1和第二水力冲击装置3-2的球座15均配置有一个相应固定直径的钢球5，第一水力冲击装置3-1的钢球5直径大于第二水力冲击装置3-2的钢球5直径；第一水力冲击压裂装置3-1的第一中心管13-1和球座15内径均需要大于第二水力冲击压裂装置3-2的第二中心管13-2和球座15内径；且第二水力冲击装置3-2的钢球5直径小于第一水力冲击装置3-1内部组件(主要指导向管14、球座15和中心管13)的最小内径；以上设计保证第二水力冲击压裂装置3-2的钢球投放过程中顺利穿过第一水力冲击压裂装置3-1的第一中心管13-1和球座15。

上述大跨度井分段水力冲击管柱的实施方法，按照如下步骤进行：

(1)根据大跨度井的井深以及计划作业的射孔段位置，分部设置三个水力冲击装置3，三个水力冲击装置3间用油管及变扣连接，每个水力冲击装置3对应大跨度井的一个作业段。本实施例的大跨度井包括三个作业段，第一水力冲击装置3-1对应于第一作业段6-1，第一水力冲击装置3-2对应于第一作业段6-2，第一水力冲击装置3-3对应于第一作业段6-3；

(2)第一油管1-1连接地面泵加压，加压值达到第三水力冲击装置3-3中的冲击片8抗压值，冲击片8破裂，中心管13外部的液流向冲击室9高速流动，将柱塞座10压开至接收器12后，产生水击效果，并通过尾管11传导水力高压，完成第三作业段6-3水力冲击；

(3)投放适合于第二水力冲击装置3-2中球座15直径的钢球5，待钢球5落入该球座15中，通过地面泵再次加压，第二中心管13-2密封，通过加压开孔阀17打开泄压孔16，再持续加压，当加压值达到第二水力冲击装置3-2中的冲击片8抗压值，冲击片8破裂，实现与第三水力冲击装置3-3相同的功能步骤，完成第二作业段6-2水力冲击；

(4)投放适合于第一水力冲击装置3-1中球座15直径的钢球5，待钢球5落入该球座15中，通过地面泵再次加压，第一中心管13-1密封，通过加压开孔阀17打开泄压孔16，再持续加压，当加压值达到第一水力冲击装置3-1中的冲击片8抗压值，冲击片8破裂，实现与第三水力冲击装置3-3相同的功能步骤，完成第一作业段6-1水力冲击。

本实施例提供的大跨度井分段水力冲击管柱及其实施方法，该管柱及方法可实现大跨度井一趟管柱分段水力冲击，避免了重复起下管柱次数，提高了作业效率；同时避免了目前国内其它连续水力冲击装置中需要上提或下放管柱，易产生井喷或井涌等风险；可实现多段逐级水力冲击，降低了多段同时作业的水力冲击压力强度，从而确保作业管柱整体安全性；使用常规酸化泵或固井泵即可作业，且多段实施更加稳定。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种大跨度井分段水力冲击压裂管柱，其特征在于，包括至少两个水力冲击压裂装置，至少两个所述水力冲击压裂装置通过油管和变扣从上到下串接；每个所述水力冲击压裂装置包括由上到下依次连接的导流管、冲击室、柱塞座、尾管、接收器，其中所述冲击室内置冲击片；最下部的所述水力冲击压裂装置底部设置有管尾；

除最下部的所述水力冲击压裂装置外，其余所述水力冲击压裂装置均包括以下结构：内部设置有由上到下依次连接的导向管、球座和中心管，连接后的所述导向管、所述球座和所述中心管纵向贯穿整个所述水力冲击压裂装置，用于传递液体压力并对下一段的所述水力冲击压裂装置进行水力冲击压裂；每个所述水力冲击压裂装置配置有一个钢球，所述钢球用于在作业时投放进入管柱并通过所述导向管导入到所述球座，从而在压力下座封所述球座以下的所述中心管管段；所述球座在所述钢球座封位置以上的部分设置有内外贯通的泄压孔，所述球座内部在对应于所述泄压孔的位置设置有加压开孔阀，所述加压开孔阀的启闭控制所述泄压孔的连通状态；所述中心管被所述钢球密封后，管柱内继续加压可通过所述加压开孔阀的开启打开所述泄压孔，使本段所述水力冲击压裂装置上部连接的油管与所述导流管贯通，使本段所述水力冲击压裂装置继续加压进行水力冲击压裂；

连接后的所述导向管、所述球座和所述中心管，其上部由所在的所述水力冲击压裂装置上方连接的所述变扣限位固定，其下部由所在的所述水力冲击压裂装置下方连接的所述变扣限位固定。

2.根据权利要求1所述的一种大跨度井分段水力冲击压裂管柱，其特征在于，除最下部的所述水力冲击压裂装置外，其余每两个相邻的所述水力冲击压裂装置：上部的所述水力冲击压裂装置的钢球直径大于下部的所述水力冲击压裂装置的钢球直径；上部的所述水力冲击压裂装置的所述中心管内径和所述球座内径均大于下部的所述水力冲击压裂装置的所述中心管内径和所述球座内径；下部的所述水力冲击压裂装置的钢球直径均小于上部的所述水力冲击压裂装置中所述导向管、所述中心管、所述球座的最小内径。

3.根据权利要求1所述的一种大跨度井分段水力冲击压裂管柱，其特征在于，每个所述水力冲击压裂装置对应大跨度井的一个作业段。

4.一种采用如权利要求1-3中任一项所述大跨度井分段水力冲击压裂管柱的实施方法，其特征在于，按照如下步骤进行：

(1)根据大跨度井的井深以及计划作业的射孔段位置，设置所述油管的长度，并设置所述水力冲击压裂装置的数量和位置，每个水力冲击压裂装置对应大跨度井的一个作业段；

(2)通过地面泵加压，加压值达到最下部的所述水力冲击压裂装置中的冲击片抗压值，冲击片破裂，完成最下部的作业段水力冲击；

(3)从下至上，依次逐段投放适合于该段所述水力冲击压裂装置中球座的钢球，待钢球落入该球座中，通过地面泵再次加压，钢球密封中心管，通过加压开孔阀打开泄压孔，再持续加压，当加压值达到该段水力冲击压裂装置中的冲击片抗压值，冲击片破裂，完成该作业段水力冲击；直至完成全部作业段水力冲击。

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