CN109138961A - 分级循环水力压裂方法及压裂装置 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种分级循环水力压裂方法及压裂装置，该方法包括，向底端封闭的压裂油管内注入压裂液，水力压裂指定压裂区域的地层形成人工裂缝；循环改变压裂油管内压裂液的注入排量，使人工裂缝反复张开闭合，形成多条次级裂缝；位于井下的曲轴柱塞泵将井口环空内的压裂液高频泵注到指定压裂区域环空，且通过循环调整曲轴柱塞泵的排量在指定压裂区域的地层产生脉动压力波，促使裂隙持续发育扩展，形成裂缝网络,完成分级循环水力压裂。该分级循环水力压裂方法及压裂装置克服现有技术中存在的问题，能提高地层裂缝渗透能力，提高储层改造体积，有效提高油气采收率。
Description
技术领域
本发明涉及油气增产措施水力压裂领域，尤其涉及一种分级循环水力压裂方法及压裂装置。
背景技术
我国石油工业发展到现在，低渗透油田储量所占的比例越来越大，如何动用和开发好低渗透油田储量，对我国石油工业的持续稳定发展具有十分重要的现实意义。
但由于低渗透油藏的渗透率低、渗流阻力大、连通性差，满足不了经济开发的要求，目前普遍采用的常规水力压裂技术在一定程度上取得了成功，但也存在一下几个方面的问题：(1)常规水力压裂很难产生多条裂缝来形成贯通的裂缝网络，提高单井产量能力有限；(2)常规水力压裂中压裂液在裂缝中流动的摩阻很大，压力降低快，改造储层区域有限；(3)常规水力压裂通常采用的水或滑溜水的粘度非常低，支撑剂在运移过程中往往会沉降速度过大，过早的沉降到裂缝的底部堆集，形成砂堤，甚至砂堵，降低裂缝渗透能力。
由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种分级循环水力压裂方法及压裂装置，以克服现有技术的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种分级循环水力压裂方法及压裂装置，克服现有技术中存在的问题，该分级循环水力压裂方法及压裂装置能提高地层裂缝渗透能力，提高储层改造体积，有效提高油气采收率。
本发明的目的是这样实现的，一种分级循环水力压裂方法，包括，向底端封闭的压裂油管内注入压裂液，水力压裂指定压裂区域的地层形成人工裂缝；循环改变压裂油管内压裂液的注入排量，使人工裂缝反复张开闭合，形成多条次级裂缝，完成第一级循环水力压裂；位于井下的曲轴柱塞泵将井口环空内的压裂液高频泵注到指定压裂区域环空，且通过循环调整曲轴柱塞泵的排量在指定压裂区域的地层产生脉动压力波，促使裂隙持续发育扩展，形成裂缝网络,完成第二级循环水力压裂。
在本发明的一较佳实施方式中，前述的分级循环水力压裂方法，包括以下步骤，
步骤a、压裂设备连接：在底端封闭的压裂油管上串接曲轴柱塞泵、封隔器后下入井内指定压裂区域，将压裂油管和井口环空分别与地面压裂液注入设备连通；
步骤b、压裂前注液准备：地面压裂液注入设备将压裂液充满地面管汇和压裂油管，压裂油管中充满压裂液时，封隔器坐封封隔指定压裂区域；封隔器坐封后，地面压裂液注入设备向井口环空内注入压裂液，为曲轴柱塞泵提供压裂液；
步骤c、向压裂油管内持续注入压裂液，直至压力达到地层破裂压力，压开指定压裂区域的地层，形成人工裂缝；
步骤d、减小地面压裂液注入设备向压裂油管内注入压裂液的排量，降低井底压力直至压裂产生的人工裂缝闭合；同时通过曲轴柱塞泵将井口环空的压裂液高频泵注到指定压裂区域环空，通过循环调整曲轴柱塞泵的排量对指定压裂区域环空的压裂液进行脉冲加压，使压裂液中的支撑剂保持悬浮状态；
步骤e、增大地面压裂液注入设备向压裂油管内注入压裂液的排量，升高井底压力，压裂产生的人工裂缝重新张开，形成多条次级裂缝；同时通过循环调整曲轴柱塞泵的排量对指定压裂区域环空的压裂液进行脉冲加压，将高压脉动的压裂液注入到裂缝中，促使裂隙持续发育扩展，形成裂缝网络；
步骤f、步骤d和步骤e交替进行分级循环水力压裂，直至压裂结束。
在本发明的一较佳实施方式中，曲轴柱塞泵的排量随时间变化；曲轴柱塞泵的排量变化频率高于地面压裂液注入设备的排量变化频率；指定压裂区域的压裂液排量随时间变化，指定压裂区域的压裂液排量的变化由地面压裂液注入设备的排量变化和曲轴柱塞泵的排量变化共同影响形成。
在本发明的一较佳实施方式中，步骤c中，压裂油管上设置压裂透孔，压裂液经压裂透孔破坏指定压裂区域的岩石，形成人工裂缝。
在本发明的一较佳实施方式中，步骤f中，地面压裂液注入设备的注入压裂液体积达到设计值或压裂持续时间达到设计值时，压裂结束。
本发明的目的还可以这样实现，如前述的分级循环水力压裂方法中使用的压裂装置，包括地面压裂液注入设备，所述地面压裂液注入设备通过地面管汇连通设置压裂井口，所述压裂井口能分别与压裂油管和井口环空连通，所述压裂油管上径向隔离地套设曲轴柱塞泵，所述压裂油管上分别与所述曲轴柱塞泵的轴向两端间隔地设置封隔器；所述压裂装置还包括设于地面的控制设备，所述地面控制设备能控制所述地面压裂液注入设备和所述曲轴柱塞泵。
在本发明的一较佳实施方式中，所述地面压裂液注入设备为压裂车。
在本发明的一较佳实施方式中，所述曲轴柱塞泵通过电缆与所述控制设备电连接。
在本发明的一较佳实施方式中，所述曲轴柱塞泵的数量为2个。
在本发明的一较佳实施方式中，所述封隔器通过橡胶膨胀坐封。
由上所述，本发明提供的分级循环水力压裂方法及压裂装置具有如下有益效果：
本发明提供的分级循环水力压裂方法及压裂装置，通过压裂油管内压裂液的注入排量的循环增减，使人工裂缝反复闭合，结合曲轴柱塞泵产生高压脉动冲击，促使裂隙持续发育扩展，形成裂缝网络，有效地提高人工裂缝渗透能力，增大地层导流能力，增大水力压裂改造体积，有效提高油气采收率；同时，通过调整曲轴柱塞泵的排量对指定压裂区域环空的压裂液进行脉冲加压，使指定压裂区域环空的压裂液中支撑剂保持悬浮状态，形成具有高效导流能力的砂堤并防止造成砂堵，充分保证压裂的顺利进行。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1：为本发明的分级循环水力压裂方法的施工示意图。
图2：为本发明的分级循环水力压裂方法的流程图。
图3：为本发明中向压裂油管内注入压裂液的排量与时间对应的变化曲线。
图4：为本发明中曲轴柱塞泵的排量与时间对应的变化曲线。
图5：为本发明中指定压裂区域的压裂液排量与时间对应的变化曲线。
图中：
100、压裂装置；
1、地面压裂液注入设备；
2、压裂井口；
3、压裂油管；31、压裂透孔；32、封堵；
4、井口环空；
5、曲轴柱塞泵；
6、封隔器。
9、地层；91、人工裂缝。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
本发明提供一种分级循环水力压裂方法，如图1所示，该方法包括，向底端封闭的压裂油管3内注入压裂液，水力压裂指定压裂区域的地层9形成人工裂缝91；循环改变压裂油管3内压裂液的注入排量，使人工裂缝91反复张开闭合，形成多条次级裂缝，完成第一级循环水力压裂；位于井下的曲轴柱塞泵5井口环空将井口环空4(指与井口连通的环空，位于井口和靠近井口一端的封隔器之间的环空)内的压裂液高频泵注到指定压裂区域环空，且通过循环调整曲轴柱塞泵5的排量在指定压裂区域的地层9产生脉动压力波，促使裂隙持续发育扩展，形成裂缝网络,完成第二级循环水力压裂。
进一步，如图2所示，本发明的分级循环水力压裂方法包括以下步骤，
步骤a、压裂设备连接：在底端封闭的压裂油管3上串接曲轴柱塞泵5、封隔器6后下入井内指定压裂区域，将压裂油管3和井口环空4分别通过地面管汇与地面压裂液注入设备1连通(即压裂油管3通过地面管汇与地面压裂液注入设备1连通，井口环空4通过地面管汇与地面压裂液注入设备1连通)；
压裂油管3和井口环空4相互密封隔离，二者空间内能够独立作业，注液、返液、压力值互不干扰，保证水力压裂和脉动冲击能够分别进行。
压裂油管3的底端通过封堵32实现底端封闭。
步骤b、压裂前注液准备：地面压裂液注入设备1将压裂液充满地面管汇和压裂油管3，压裂油管中充满压裂液时，封隔器6坐封封隔指定压裂区域；封隔器6坐封后，地面压裂液注入设备1向井口环空4内注入压裂液，为曲轴柱塞泵5提供压裂液；
压裂油管3上，位于曲轴柱塞泵5的轴向两端分别间隔套设一封隔器6，两个封隔器6坐封后，为曲轴柱塞泵5提供封隔的环空空间。
步骤c、向压裂油管3内持续注入压裂液，直至压力达到地层破裂压力，压开指定压裂区域的地层9，形成人工裂缝91；
压裂油管3上位于两个封隔器6之间设置压裂透孔31，压裂液经压裂透孔31破坏指定压裂区域的岩石，形成人工裂缝91。压裂液经压裂透孔31流入指定压裂区域环空，压裂液体积增加了提高压裂液作用在岩石表面的应力，从而破坏岩石产生拉伸裂缝(即人工裂缝91)。
压裂液是根据作业要求配置调和的，具体材料及浓度根据实际生产确定。
步骤d、如图3中曲线下降段所示，减小地面压裂液注入设备1向压裂油管3内注入压裂液的排量，降低井底压力直至压裂产生的地层裂缝闭合；同时通过曲轴柱塞泵5将井口环空4的压裂液高频泵注到指定压裂区域环空，通过循环调整曲轴柱塞泵5的排量对指定压裂区域环空的压裂液进行脉冲加压，使压裂液中的支撑剂(现有技术)保持悬浮状态；曲轴柱塞泵5的排量按照图4所示的排量时间曲线实时变化，指定压裂区域的压裂液排量的变化如图5所示；
支撑剂保持悬浮状态，形成具有高效导流能力的砂堤并防止造成砂堵，充分保证压裂的顺利进行。
步骤e、如图3中曲线上升段所示，增大地面压裂液注入设备1向压裂油管3内注入压裂液的排量，升高井底压力，压裂产生的地层裂缝重新张开，形成多条次级裂缝；同时通过循环调整曲轴柱塞泵5的排量对指定压裂区域环空的压裂液进行脉冲加压，将高压脉动的压裂液注入到裂缝中，促使裂隙持续发育扩展，形成裂缝网络；曲轴柱塞泵5的排量按照图4所示的排量时间曲线实时变化，指定压裂区域的压裂液排量的变化如图5所示；
具体地，地面压裂液注入设备的排量随时间变化，如图3所示；曲轴柱塞泵的排量随时间变化，如图4所示；曲轴柱塞泵的排量变化频率高于地面压裂液注入设备的排量变化频率。指定压裂区域的压裂液排量随时间变化，指定压裂区域的压裂液排量的变化是地面压裂液注入设备的排量变化和曲轴柱塞泵的排量变化共同影响下形成的，如图5所示；
步骤f、步骤d和步骤e交替进行分级循环水力压裂，直至压裂结束。
具体地，地面压裂液注入设备的注入压裂液体积达到设计值或压裂持续时间达到设计值时，压裂结束。
本发明提供的分级循环水力压裂方法中，通过压裂油管内压裂液的注入排量的循环增减，使人工裂缝反复闭合，结合曲轴柱塞泵产生高压脉动冲击，促使裂隙持续发育扩展，形成裂缝网络，有效地提高人工裂缝渗透能力，增大地层导流能力，增大水力压裂改造体积，有效提高油气采收率；同时，通过调整曲轴柱塞泵的排量对指定压裂区域环空的压裂液进行脉冲加压，使指定压裂区域环空的压裂液中支撑剂保持悬浮状态，形成具有高效导流能力的砂堤并防止造成砂堵，充分保证压裂的顺利进行。
本发明的分级循环水力压裂方法中使用的压裂装置100，如图1所示，包括地面压裂液注入设备1，在本实施方式中，地面压裂液注入设备1为压裂车；地面压裂液注入设备1通过地面管汇连通设置压裂井口2，压裂井口2能分别与压裂油管3和井口环空4连通，压裂油管3上径向隔离地套设曲轴柱塞泵5(即压裂油管3的内腔与曲轴柱塞泵5不连通)，压裂油管3上分别与曲轴柱塞泵5的轴向两端间隔地设置封隔器6，在本发明的一具体实施例中，封隔器6通过橡胶膨胀坐封，封隔器6还可以采用其他坐封方式进行坐封；压裂装置100还包括设于地面的控制设备，地面控制设备能控制地面压裂液注入设备1和曲轴柱塞泵5。地面控制设备控制地面压裂液注入设备1注入压裂油管3和井口环空4的压裂液的排量，并控制曲轴柱塞泵5的开启和转速、频率等参数。
进一步，曲轴柱塞泵5通过电缆与控制设备电连接。在本实施方式中，曲轴柱塞泵5的数量为2个，曲轴柱塞泵5的数量可以根据生产实际调整；曲轴柱塞泵5安装于两个封隔器6之间，具体安装位置可以根据生产实际调整，一般位于指定压裂区域的前端位置，曲轴柱塞泵5的进液口位于井口环空4内(曲轴柱塞泵5上设置进液管，进液管密封穿过靠近井口一端的封隔器，进液管的进液口位于井口环空4内图中未示出)，曲轴柱塞泵5的出液口朝向指定压裂区域。曲轴柱塞泵5能将井口环空4内的压裂液高频泵注到指定压裂区域环空。
由上所述，本发明提供的分级循环水力压裂方法及压裂装置具有如下有益效果：
本发明提供的分级循环水力压裂方法及压裂装置，通过压裂油管内压裂液的注入排量的循环增减，使人工裂缝反复闭合，结合曲轴柱塞泵产生高压脉动冲击，促使裂隙持续发育扩展，形成裂缝网络，有效地提高人工裂缝渗透能力，增大地层导流能力，增大水力压裂改造体积，有效提高油气采收率；同时，通过调整曲轴柱塞泵的排量对指定压裂区域环空的压裂液进行脉冲加压，使指定压裂区域环空的压裂液中支撑剂保持悬浮状态，形成具有高效导流能力的砂堤并防止造成砂堵，充分保证压裂的顺利进行。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种分级循环水力压裂方法，其特征在于，向底端封闭的压裂油管内注入压裂液，水力压裂指定压裂区域的地层形成人工裂缝；循环改变压裂油管内压裂液的注入排量，使人工裂缝反复张开闭合，形成多条次级裂缝，完成第一级循环水力压裂；位于井下的曲轴柱塞泵将井口环空内的压裂液高频泵注到指定压裂区域环空，且通过循环调整曲轴柱塞泵的排量在指定压裂区域的地层产生脉动压力波，促使裂隙持续发育扩展，形成裂缝网络,完成第二级循环水力压裂。
2.如权利要求1所述的分级循环水力压裂方法，其特征在于，包括以下步骤，
步骤a、压裂设备连接：在底端封闭的压裂油管上串接曲轴柱塞泵、封隔器后下入井内指定压裂区域，将压裂油管和井口环空分别与地面压裂液注入设备连通；
步骤b、压裂前注液准备：地面压裂液注入设备将压裂液充满地面管汇和压裂油管，压裂油管中充满压裂液时，封隔器坐封封隔指定压裂区域；封隔器坐封后，地面压裂液注入设备向井口环空内注入压裂液，为曲轴柱塞泵提供压裂液；
步骤c、向压裂油管内持续注入压裂液，直至压力达到地层破裂压力，压开指定压裂区域的地层，形成人工裂缝；
步骤d、减小地面压裂液注入设备向压裂油管内注入压裂液的排量，降低井底压力直至压裂产生的人工裂缝闭合；同时通过曲轴柱塞泵将井口环空的压裂液高频泵注到指定压裂区域环空，通过循环调整曲轴柱塞泵的排量对指定压裂区域环空的压裂液进行脉冲加压，使压裂液中的支撑剂保持悬浮状态；
步骤e、增大地面压裂液注入设备向压裂油管内注入压裂液的排量，升高井底压力，压裂产生的人工裂缝重新张开，形成多条次级裂缝；同时通过循环调整曲轴柱塞泵的排量对指定压裂区域环空的压裂液进行脉冲加压，将高压脉动的压裂液注入到裂缝中，促使裂隙持续发育扩展，形成裂缝网络；
步骤f、步骤d和步骤e交替进行分级循环水力压裂，直至压裂结束。
3.如权利要求2所述的分级循环水力压裂方法，其特征在于，地面压裂液注入设备的排量随时间变化；曲轴柱塞泵的排量随时间变化；曲轴柱塞泵的排量变化频率高于地面压裂液注入设备的排量变化频率；指定压裂区域的压裂液排量随时间变化，指定压裂区域的压裂液排量的变化由地面压裂液注入设备的排量变化和曲轴柱塞泵的排量变化共同影响形成。
4.如权利要求2所述的分级循环水力压裂方法，其特征在于，步骤c中，压裂油管上设置压裂透孔，压裂液经压裂透孔破坏指定压裂区域的岩石形成人工裂缝。
5.如权利要求2所述的分级循环水力压裂方法，其特征在于，步骤f中，地面压裂液注入设备的注入压裂液体积达到设计值或压裂持续时间达到设计值时，压裂结束。
6.如权利要求1至5任一项所述的分级循环水力压裂方法中使用的压裂装置，其特征在于，包括地面压裂液注入设备，所述地面压裂液注入设备通过地面管汇连通设置压裂井口，所述压裂井口能分别与压裂油管和井口环空连通，所述压裂油管上径向隔离地套设曲轴柱塞泵，所述压裂油管上分别与所述曲轴柱塞泵的轴向两端间隔地设置封隔器；所述压裂装置还包括设于地面的控制设备，所述地面控制设备能控制所述地面压裂液注入设备和所述曲轴柱塞泵。
7.如权利要求6所述的压裂装置，其特征在于，所述地面压裂液注入设备为压裂车。
8.如权利要求6所述的压裂装置，其特征在于，所述曲轴柱塞泵通过电缆与所述控制设备电连接。
9.如权利要求6所述的压裂装置，其特征在于，所述曲轴柱塞泵的数量为2个。
10.如权利要求6所述的压裂装置，其特征在于，所述封隔器通过橡胶膨胀坐封。
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