CN109098694A - 用于压裂水平气井的控水防砂装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于压裂水平气井的控水防砂装置及方法，控水防砂装置包括：双层管，双层管包括内层管和套设于内层管外部的外层管，内层管与外层管之间形成环形空间，内层管和外层管的管壁上均设有管孔；支撑剂，支撑剂设置于环形空间内，且支撑剂为疏水性支撑剂，支撑剂的最大粒径小于压裂水平气井的地层析出颗粒粒径的平均值；第一封隔器和第二封隔器，第一封隔器和第二封隔器均为环形，分别设置于双层管的两端，从而将支撑剂封闭在环形空间内。本发明在控制地层颗粒及支撑剂进入井筒的同时控制气井产水，使各压裂层之间的生产互不影响，从而保障水平气井的持续高效生产。

Description

用于压裂水平气井的控水防砂装置及方法

技术领域

本发明涉及油气田开发技术领域，更具体地，涉及一种用于压裂水平气井的控水防砂装置及方法。

背景技术

随着生产过程的进行，压裂水平气井可能会出现出砂或者产水量增大的情况。如何控制产水量以及出砂量对于气井的持续高效生产十分重要。利用封隔装置或者具有防砂功能的管柱设备，通常能够提供一种有效的防砂或者控水方法。

专利CN201220370732.6“套管完井多段压裂水平井多点出水的机械堵水管柱”提供了一种多段压裂水平井多点出水的机械堵水管柱，利用丝堵和封隔器的组合封隔目的层，并在封隔段内利用油管串接安全接头和控制开关，各封隔段间通过油管串接。利用控制开关控制油层封隔段的油管与油层段的连通或封闭，实现多段压裂水平井多点出水或任意点出水的机械有效封堵，以及主力油层段的有效生产，从而达到控水增油的效果。该专利可用于水平井多点出水或任意点出水时的有效机械封堵，可实现控水增油，提高水平井开发效果。但是所需的封隔器较多，操作工序较复杂。

专利CN201420014319.5“水平井管外分段压裂防砂管柱”提供了一种水平井管外分段压裂防砂的管柱，包括管外分段压裂充填防砂留井管柱和充填服务管柱。采用充填服务管柱管下入至管外分段压裂充填防砂留井管柱内的结构，这样可实现两趟管柱多层充填防砂、压裂酸化作业，有效地克服或避免现有技术中无法有效分割实施层段、未建立密封系统、无法验证滑套是否关闭等缺点。该方法可以使长水平段井均得到压裂充填改造，且密封可靠，可以精确防砂，同时避免压开水层，器械使用可靠性较高。但是该装置结构较为复杂，实际操作不便。

文献“遇水自膨胀封隔器研制及在水平井中的应用”(石油矿场机械，沈泽俊等，2011年)设计了一种应用于水平井的遇水自膨胀封隔器，并通过试验研究材料膨胀性以及材料与耐温、地层水矿化度、耐压之间的关系，从而确定最佳的橡胶配方，开发出遇水自膨胀封隔器工具及配套作业工艺，可用于油气井先期和后期堵水控水作业。其胶筒外表还包裹着一层防护材料，防止封隔器在运输途中意外膨胀。该封隔器与传统封隔器相比，具有可靠性高、适应性好、现场作业简便、成本低等显著优点，对水平井老井管内控水效果显著，具有推广价值。但是该方法并未考虑油井出砂情况，并且在操作工程中可能造成设备的损害。

文献“水平井裸眼免钻塞完井防砂工艺在八面河油田的应用”(中国石油和化工标准与质量》，何勇等，2011年)针对传统水平井防砂工艺在钻塞过程中易导致管柱磨损及内壁留有毛刺等现象，采用水平井裸眼免钻塞完井防砂工艺，在工具内部有可钻式铝制内套，整合盲板、封隔器、分级箍进行筛管顶部注水泥完井。该工艺可以通过钻除内套的方式，实现通径完井，在保持裸眼筛管完井优点的同时，有效克服了钻塞的不利影响，在现场应用效果良好。但是程序较复杂，需要注水泥完井，操作不方便。

文献“可钻滤砂管在水平井的应用”(内蒙古石油化工，李娜，2011年)针对水平井防砂所使用的金属滤失效后需要大修作业、经济损失大的问题，设计了一种可机械破坏的滤砂管。对管材进行拉伸、弯曲、轴向压缩等性能测试，同时对滤砂器和连接方式进行对比优选，得到一种适应水平井生产要求的设备。该设备能够防砂、挡砂、提液，降低施工难度，提高工艺成功率，弥补水平井防砂工艺上的缺陷，解决防砂失效后难处理的问题，是一项新的技术储备。但是该装备无法拆卸，并且对于控水没有太大帮助。

综上所述，虽然以上方案对于水平压裂气井在生产过程中控制产水量或者出砂具有较为显著的效果，但是大多数装置过于复杂，操作不便，也无法同时达到控水和防砂的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于压裂水平气井的控水防砂装置及方法，其结构简单，能够同时实现控水和防砂的目的。

本发明的一方面提供一种用于压裂水平气井的控水防砂装置，包括：

双层管，所述双层管包括内层管和套设于所述内层管外部的外层管，所述内层管与外层管之间形成环形空间，所述内层管和外层管的管壁上均设有管孔；

支撑剂，所述支撑剂设置于所述环形空间内，且所述支撑剂为疏水性支撑剂，所述支撑剂的最大粒径小于所述压裂水平气井的地层析出颗粒粒径的平均值；

第一封隔器和第二封隔器，所述第一封隔器和第二封隔器均为环形，分别设置于所述双层管的两端，从而将所述支撑剂封闭在所述环形空间内。

优选地，所述内层管的长度大于所述外层管的长度。

优选地，所述内层管的一端管壁上设有螺纹。

优选地，所述环形空间内填充的支撑剂段的长度大于所述压裂水平气井的射孔段的长度的1.2倍。

优选地，D≥10*d，D表示所述环形空间的宽度，d表示所述支撑剂的最大粒径。

优选地，所述内层管的外表面和外层管的内表面设有过滤网。

优选地，所述过滤网的孔径小于所述支撑剂的最小粒径，且小于所述压裂水平气井的地层析出颗粒粒径的平均值的0.8倍。

优选地，沿着所述环形空间的径向向外的方向，所述支撑剂的粒径逐渐变小。

优选地，所述管孔的直径小于所述压裂水平气井的地层析出颗粒粒径的平均值，且小于所述支撑剂的最小粒径。

本发明的另一方面提供一种用于压裂水平气井的控水防砂方法，应用所述的控水防砂装置，所述控水防砂方法包括：

将所述控水防砂装置连接至管柱的端部；

将所述管柱下入压裂水平气井内，使所述控水防砂装置的中心与压裂水平气井的一个射孔段的中心相对应；

对所述控水防砂装置的第一封隔器和第二封隔器进行坐封，使所述第一封隔器和第二封隔器的外周与所述压裂水平气井的内壁密封接触；

取出管柱。

本发明的有益效果在于：通过封隔器和疏水性支撑剂，将产水层段单独封隔起来，压裂层内的气体可通过管壁上的管孔进入装置的内层管中，与其他层的气体一起被采出，在控制地层颗粒及支撑剂进入井筒的同时控制气井产水，使各压裂层之间的生产互不影响，从而保障水平气井的持续高效生产。此外，根据地层析出颗粒的粒径确定支撑剂的粒径，防止地层颗粒通过支撑剂填充时产生的孔隙空间，在不影响正常生产的同时实现防砂目的。

本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的附图标记通常代表相同部件。

图1显示根据本发明实施例的控水防砂装置的立体图；

图2显示根据本发明实施例的控水防砂装置的安装示意图；

图3显示根据本发明实施例的控水防砂装置安装时的左视图。

附图标记说明：

1-第一封隔器，2-第二封隔器，3-内层管，4-外层管，5-支撑剂，6-管孔，7-射孔段，8-裂缝。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本发明实施例提供一种用于压裂水平气井的控水防砂装置，包括：

双层管，双层管包括内层管和套设于内层管外部的外层管，内层管与外层管之间形成环形空间，内层管和外层管的管壁上均设有管孔；

支撑剂，支撑剂设置于环形空间内，且支撑剂为疏水性支撑剂，支撑剂的最大粒径小于压裂水平气井的地层析出颗粒粒径的平均值；

第一封隔器和第二封隔器，第一封隔器和第二封隔器均为环形，分别设置于双层管的两端，从而将支撑剂封闭在环形空间内。

该控水防砂装置在带有管孔的内层管和外层管中设置疏水性支撑剂，通过封隔器和疏水性支撑剂，将产水层段单独封隔起来，压裂层内的气体可通过管壁上的管孔进入装置的内层管中，与其他层的气体一起被采出，实现在控制产水的同时不影响产气；此外，生产过程中地层颗粒可能随气体或水析出，根据地层析出颗粒粒径确定支撑剂的粒径，可以防止地层颗粒通过支撑剂填充时产生的孔隙空间，在不影响正常生产的同时实现防砂目的。

在一个示例中，内层管的长度大于外层管的长度，从而可以根据实际需要在内层管上设置实用装置，便于该防砂控水装置的实际应用。例如，在内层管的一端管壁上设有螺纹，以便于控水防砂装置与管柱连接，并通过管柱送入井下并从井下取出。双层管的另一端可根据实际需要设置相应的装置，例如为了便于加压实现坐封，可在双层管的另一端安装单向阀，有利于控水防砂装置顺利坐封的同时不影响生产。

在一个示例中，环形空间内所填充的支撑剂段的长度大于压裂水平气井的射孔段的长度的1.2倍，以保证封隔的有效性以及控水的有效性。

在一个示例中，D≥10*d，D表示环形空间的宽度，d表示支撑剂的最大粒径。例如，如果选择粒径为20-40目和30-50目的支撑剂，那么环形空间的宽度D≥10*0.841mm(20目支撑剂的粒径)＝8.41mm。

在一个示例中，内层管的外表面和外层管的内表面设有过滤网，不仅可以起到固定支撑剂的作用，还可以防止支撑剂在生产过程中被气体或者水带出造成出砂，也可以更好的聚合支撑剂使得控水效果更好。过滤网的孔径大小受到支撑剂的粒径尺寸和地层颗粒尺寸的影响，一般情况下，过滤网的孔径小于支撑剂的最小粒径，且小于压裂水平气井的地层析出颗粒粒径的平均值的0.8倍。

在一个示例中，沿着环形空间的径向向外的方向，支撑剂的粒径逐渐变小，即在环形空间内靠近内层管一侧的支撑剂的粒径最大，靠近外层管一侧的支撑剂的粒径最小。

在一个示例中，管孔的直径小于压裂水平气井的地层析出颗粒粒径的平均值，且小于支撑剂的最小粒径。管孔直径不宜过大，否则支撑剂容易直接进入地层中造成堵塞，地层颗粒也容易进入填充了支撑剂的环形空间，造成装置的防砂控水能力下降；另一方面，管孔直径也不宜过小，过小的孔径虽然能够防止支撑剂漏出，但增大了气体流出的阻力，影响正常生产。

可以根据实际情况选择第一封隔器和第二封隔器的种类，这是本领域技术人员容易想到的。

使用时，首先将控水防砂装置连接至管柱的端部；

然后将管柱下入压裂水平气井内，使控水防砂装置的中心与压裂水平气井的一个射孔段的中心相对应；

接下来，对控水防砂装置的第一封隔器和第二封隔器进行坐封，使第一封隔器和第二封隔器的外周与压裂水平气井的内壁密封接触；

最后取出管柱。

在一个示例中，在实施以上步骤之前，首先对压裂水平气井的生产数据进行跟踪分析，了解实施控水防砂方法之前的具体生产状况，方便与实施控水防砂方法之后的生产状况进行对比，从而进行压前评价；在实施以上步骤之后，对压裂水平气井的生产数据进行采集，并与之前的生产数据进行对比分析，判断压裂水平气井的各项参数指标是否发生改变，从而确定控水防砂装置是否起作用。

在一个示例中，在将控水防砂装置连接至管柱的端部之前，确定目的层的深度，以选择合适长度的管柱，为下入控水防砂装置做准备。

在一个示例中，当压裂层出水较多时，可以利用连续油管或者电缆下入控水防砂装置。

在一个示例中，可利用流体进行施压或者利用机械方法对第一封隔器和第二封隔器进行坐封，从而封堵射孔段。坐封完成后，验证是否坐封成功。

实施例

图1显示根据本发明实施例的控水防砂装置的立体图，图2显示根据本发明实施例的控水防砂装置的安装示意图，图3显示根据本发明实施例的控水防砂装置安装时的左视图。

如图1-3所示，根据本发明实施例的用于压裂水平气井的控水防砂装置包括：

双层管，双层管包括内层管3和套设于内层管外部的外层管4，内层管3与外层管4之间形成环形空间，内层管3和外层管4的管壁上均设有管孔6，其中，内层管3的长度大于外层管4的长度；

支撑剂5，支撑剂5设置于环形空间内，且支撑剂5为疏水性支撑剂，支撑剂5的最大粒径小于压裂水平气井的地层析出颗粒粒径的平均值；

第一封隔器1和第二封隔器2，第一封隔器1和第二封隔器2均为环形，分别设置于双层管的两端，从而将支撑剂5封闭在环形空间内。

其中，环形空间内填充的支撑剂段的长度大于压裂水平气井的射孔段的长度的1.2倍，以保证封隔的有效性以及控水的有效性。环形空间的宽度D大于支撑剂的最大粒径的10倍。

其中，沿着环形空间的径向向外的方向，支撑剂5的粒径逐渐变小，如图3所示。

使用时，首先将控水防砂装置连接至管柱的端部，以方便快捷地下入装置，节约时间和成本；

然后将管柱下入压裂水平气井内，使控水防砂装置的中心与压裂水平气井的一个射孔段的中心相对应，在图2和图3中，8表示压裂水平气井内的裂缝，7表示射孔段；

接下来，对控水防砂装置的第一封隔器1和第二封隔器2进行坐封，使第一封隔器1和第二封隔器2的外周与压裂水平气井的内壁密封接触；

验证是否坐封成功；

最后取出管柱。

以上已经描述了本发明的各实施方式，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施方式。在不偏离所说明的各实施方式的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施方式的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施方式。

Claims (10)

1.一种用于压裂水平气井的控水防砂装置，包括：

双层管，所述双层管包括内层管(3)和套设于所述内层管(3)外部的外层管(4)，所述内层管(3)与外层管(4)之间形成环形空间，所述内层管(3)和外层管(4)的管壁上均设有管孔(6)；

支撑剂(5)，所述支撑剂(5)设置于所述环形空间内，且所述支撑剂(5)为疏水性支撑剂，所述支撑剂(5)的最大粒径小于所述压裂水平气井的地层析出颗粒粒径的平均值；

第一封隔器(1)和第二封隔器(2)，所述第一封隔器(1)和第二封隔器(2)均为环形，分别设置于所述双层管的两端，从而将所述支撑剂(5)封闭在所述环形空间内。

2.根据权利要求1所述的用于压裂水平气井的控水防砂装置，其中，所述内层管(3)的长度大于所述外层管(4)的长度。

3.根据权利要求2所述的用于压裂水平气井的控水防砂装置，其中，所述内层管(3)的一端管壁上设有螺纹。

4.根据权利要求1所述的用于压裂水平气井的控水防砂装置，其中，所述环形空间内填充的支撑剂段的长度大于所述压裂水平气井的射孔段的长度的1.2倍。

5.根据权利要求1所述的用于压裂水平气井的控水防砂装置，其中，D≥10*d，D表示所述环形空间的宽度，d表示所述支撑剂(5)的最大粒径。

6.根据权利要求1所述的用于压裂水平气井的控水防砂装置，其中，所述内层管(3)的外表面和外层管(4)的内表面设有过滤网。

7.根据权利要求6所述的用于压裂水平气井的控水防砂装置，其中，所述过滤网的孔径小于所述支撑剂的最小粒径，且小于所述压裂水平气井的地层析出颗粒粒径的平均值的0.8倍。

8.根据权利要求1所述的用于压裂水平气井的控水防砂装置，其中，沿着所述环形空间的径向向外的方向，所述支撑剂的粒径逐渐变小。

9.根据权利要求1所述的用于压裂水平气井的控水防砂装置，其中，所述管孔(6)的直径小于所述压裂水平气井的地层析出颗粒粒径的平均值，且小于所述支撑剂的最小粒径。

10.一种用于压裂水平气井的控水防砂方法，应用根据权利要求1-9中任一项所述的控水防砂装置，所述控水防砂方法包括：

将所述控水防砂装置连接至管柱的端部；

将所述管柱下入压裂水平气井内，使所述控水防砂装置的中心与压裂水平气井的一个射孔段的中心相对应；

对所述控水防砂装置的第一封隔器和第二封隔器进行坐封，使所述第一封隔器和第二封隔器的外周与所述压裂水平气井的内壁密封接触；

取出管柱。