CN109630083A - 一种喷砂射孔环空压裂地面控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一种喷砂射孔环空压裂地面控制系统及方法，包括压裂环空泵入系统、连续油管泵入系统、井口装置、井口压力控制节流管汇、连续油管车、连续油管、废液回收池、节流管汇；所述井口装置包括依次连通的Y形四通、双闸阀、井口大四通，所述压裂环空泵入系统包括液灌、砂灌车、混砂车、压裂车组、压裂管汇，所述液灌、砂灌车分别与混砂车相连，所述压裂车组通过压裂管汇分别与Y形四通中的两个通道、连续油管车相连。本发明通过该系统可以实现利用1台混砂车完成喷砂射孔作业和压裂过程的加砂作业，实现喷砂射孔泵压、井口压力和压裂过程中两套压裂车组泵压的数据采集、显示工作，实现从连续油管对井筒正洗，或从油套环空对井筒反洗。

Description

一种喷砂射孔环空压裂地面控制系统及方法

技术领域

本发明涉及一种油、气井水平井分段压裂作业设备，尤其是一种喷砂射孔环空压裂地面控制系统及方法。

背景技术

随着储层改造在油气田开发中的地位和作用日益显著，喷砂射孔环空压裂技术作为一种主体的储层改造技术在各大油田的应用也越来越广。与其他的压裂技术相比，它可以一次入井完成多簇射孔，多段压裂，实现射孔、压裂联作，且射孔过程中不会对地层造成污染，极大的提高了压裂施工效率。在喷砂射孔过程中，利用混砂车将砂灌车中的砂子通过压裂车泵入油管或者连续油管，再经过喷射器高速喷出，对套管进行射孔，整个过程需要监测泵压和井口压力。而在压裂过程中，需要对连续油管进行补液，同时利用环空进行加砂，整个过程需要监测两套压裂车组的泵压。然而，整个射孔和压裂过程需要在同一套地面控制流程下完成，仪表车上的采集系统只能显示两个压力通道，地面流程和施工参数控制不当，容易造成地层吐砂，井下工具砂埋，套管射不开或者地层压不开，甚至地面管汇爆裂等安全事故。为了使这种技术能安全高效的推广应用，针对该技术设计了一种喷砂射孔环空压裂地面控制流程系统。

发明内容

本发明主要是克服现有技术中的不足之处，提出一种结构、操作便利，安全可靠、高效实用的一种喷砂射孔环空压裂地面控制系统及方法。

本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种喷砂射孔环空压裂地面控制系统，包括压裂环空泵入系统、连续油管泵入系统、井口装置、井口压力控制节流管汇、连续油管车、连续油管、废液回收池、节流管汇；

所述井口装置包括依次连通的Y形四通、双闸阀、井口大四通，所述废液回收池通过节流管汇与井口大四通相连，所述连续油管一端与连续油管车相连，另一端贯穿井口装置；

所述压裂环空泵入系统包括液灌、砂灌车、混砂车、压裂车组、压裂管汇，所述液灌、砂灌车分别与混砂车相连，所述混砂车与压裂车组相连，所述压裂车组通过压裂管汇分别与Y形四通中的两个通道、连续油管车相连，所述压裂管汇上设有压力传感器b；

所述连续油管泵入系统包括液灌、小型压裂车、管汇，所述液灌与小型压裂车相连，所述小型压裂车通过管汇分别与井口大四通、连续油管车相连，所述管汇上设有压力传感器a。

一种喷砂射孔环空压裂地面控制方法，采用权利要求1所述的控制系统，包括以下步骤：

步骤1、系统工具入井流程：将连续油管依次穿过Y形四通、双闸阀、井口大四通，并连续油管下放到井口内，然后通过连续管泵入系统给连续油管供液，同时液体由井口返出，经过节流管汇流入废液池；

步骤2、喷砂射孔流程：混砂车将砂灌车中的磨料以及液灌中的液体通过压裂车泵入连续油管中，压力传感器b监测泵压，压力传感器a监测井口压力，通过节流管汇控制井口压力，废液池回收流出的液体；

步骤3、环空压裂流程：混砂车将砂灌车中的支撑剂以及液灌中的压裂液通过压裂车组泵入环空内，同时小型压裂车将液灌中的液体泵入连续油管内，其压力传感器a监测小型压裂车泵压，压力传感器b监测压裂车组泵压；

步骤4、反洗流程：通过小型压裂车向井筒供液，液体从连续油管流经管汇和节流管汇返出至废液池，实现排量洗井；

步骤5、正洗流程：混砂车将液灌中的液体通过压裂车泵入连续管中，液体从连续油管流经管汇和节流管汇返出至废液池，实现排量洗井。

进一步的技术方案是，所述步骤1中连续油管的具体下放步骤如下：

(a)依次丈量并连接卡瓦式外连接器、液压丢手、刚性扶正器、水力喷射工具、封隔器、引鞋；工具长度确认无误后再将连续油管及工具收入防喷管内，然后连接防喷管与Y形四通；

(b)连续油管设备深度计量装置清零，工具通过井口应缓慢下入，连续油管下入过程中，连续油管在0-200m内，下入速度不超过10m/min；

(c)当下至300m时，上提连续油管，上提速度控制在5m/min，回拉3-4个套管节箍，观察连续管载荷仪表信号，若每上提1根套管的长度，载荷出现1-4t变化，则下放连续油管使封隔器进行试坐封，若封隔器坐封正常，上提连续油管使封隔器解封，然后继续下入工具；

(d)当下放工具短套管以下20m左右时，此时缓慢速度上提连续管，记录并观察过短套接箍载荷信号，根据测井解释短套管接箍数据矫正连续管采集系统上深度数据；

(e)当距离预测深度800m左右，小型压裂车以0.2m³/min的排量向连续油管泵入液体循环井筒；

(f)连续油管下入深度超过预定深度20m时，此时停泵，并以5m/min的速度上提连续油管，根据载荷变化判断套管接箍位置，喷射器上提至设计射孔深度时，下放连续管油管使封隔器坐封。

进一步的技术方案是，所述步骤2中喷砂射孔的具体步骤如下：

A、射孔过程中，保证喷嘴的射流速度180-210m/s，并根据喷嘴的孔径，数量，确定施工排量；同时根据套连和续管参数，计算连续油管容积和环空容积；其施工排量、连续油管容积和环空容积的计算公式如下：

Q＝nπd²v/240

V_ct＝πd_i ²L₁/4

V＝π(D₁ ²-D₂ ²)L₂/4

式中：Q为施工排量，其单位为m³/min；n为喷嘴个数；d为喷嘴直径，其单位为m；v为射流速度；V_ct为连续油管容积，其单位为m³；d_i为连续油管内径，其单位为m³；L₁为连续油管长度，其单位为m；V为环空容积，其单位为m³；D₁为套管内径，其单位为m；D₂为连续油管外径，其单位为m；L₂为喷射点深度，其单位为m。

B、喷砂过程中，根据施工排量选择合适的节流喷嘴，安装在节流管汇两端的节流阀下游位置，井口压力与上一段压裂后停泵压力一致，其中第一段喷砂射孔无需用控制回压，其节流喷嘴的直径计算如下：

式中：Q为施工排量，其单位为m³/s；d_p为节流喷嘴内径，其单位为m；p为上一段压裂停泵压力，其单位为Pa；ρ为液体密度，其单位为m³/kg；C_d为流量系数；

C、按照表1喷砂射孔泵注程序，调节压裂车的排量及混砂车砂比，喷砂射孔时间为15min，射孔完毕后，将连续油管内及井筒内残留的砂子顶替至地面。

表1喷砂射孔泵注程序

进一步的技术方案是，所述步骤3中环空压裂具体操作流程如下：

(1)先启动小型压裂车，起泵排量为0.2m³/min，然后启动压裂车，起泵排量为0.6m³/min；若地层破裂，则直接进行压裂，若多次试挤，地层仍未破裂，则可以从连续油管短泵入前置酸液，待酸液到达地层附近时，停泵，浸泡一段时间后，再进行试挤，直至地层破裂；

(2)地层破裂后，按照压裂施工泵注程序，环空依次泵入前置液、携砂液和支撑剂、顶替液，连续油管小排量泵入压裂液；

(3)上提连续油管，使封隔器解封，将喷射器上提至下一段喷射点处，封隔器坐封后，依次进行喷砂射孔、环空压裂过程；直至所有层段压裂完毕后，起出压裂工具，并关闭双闸阀。

本发明的有益效果：本发明通过该系统可以实现利用1台混砂车一次性完成喷砂射孔作业和压裂作业，且各个过程地面车辆及管汇无需移动；实现喷砂射孔泵压、井口压力和压裂过程中两套压裂车组泵压的数据采集、显示工作；在地面车辆、管汇不移动的情况下，实现从连续油管对井筒小排量或者大排量正洗，或从油套环空对井筒小排量或者大排量反洗；提出了一种针对不同喷嘴的孔径，数量，确定施工排量和喷砂射孔泵注程序的方法和操作步骤，通过该控制方法可以实现喷砂射孔、压裂连续施工，整个过程无需拆换管汇或移动车辆；实现了利用不同旋塞、节流管汇对射孔、压裂过程流体方向和压力的控制。

附图说明

图1是本发明的喷砂射孔流程图；

图2是本发明的环空压裂流程图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做更进一步的说明。

本发明一种喷砂射孔环空压裂地面控制系统，包括压裂环空泵入系统、连续油管泵入系统、井口装置、井口压力控制节流管汇、连续油管车、连续油管、废液回收池、节流管汇；

所述井口装置包括依次连通的Y形四通、双闸阀、井口大四通，所述废液回收池通过节流管汇与井口大四通相连，所述连续油管一端与连续油管车相连，另一端贯穿井口装置；

所述压裂环空泵入系统包括液灌、砂灌车、混砂车、压裂车组、压裂管汇，所述液灌、砂灌车分别与混砂车相连，所述混砂车与压裂车组相连，所述压裂车组通过压裂管汇分别与Y形四通中的两个通道、连续油管车相连，所述压裂管汇上设有压力传感器b；

所述连续油管泵入系统包括液灌、小型压裂车、管汇，所述液灌与小型压裂车相连，所述小型压裂车通过管汇分别与井口大四通、连续油管车相连，所述管汇上设有压力传感器a。

该系统的具体工作流程如下：

步骤1、在工具入井流程中，双闸阀打开，井口大四通闸阀A关闭，闸板B、E打开，旋塞阀1、2、3、4、5、8关闭，旋塞阀6、7、9打开。

此时通过连续管泵入系统给连续油管供液，同时液体由井口返出，经过节流管汇流入废液池。地面流程确认完毕后，下入工具具体操作流程如下：

(a)依次连接卡瓦式外连接器、液压丢手、刚性扶正器、水力喷射工具、封隔器、引鞋；再将连续油管及工具收入防喷管内，然后连接防喷管与Y形四通；

(b)连续油管设备深度计量装置清零，工具通过井口应缓慢下入，连续油管下入过程中，连续油管在0-200m内，下入速度不超过10m/min；

(c)当下至300m时，上提连续油管，上提速度控制在5m/min，回拉3-4个套管节箍，观察连续管载荷仪表信号，若每上提1根套管的长度，载荷出现周期性变化，则下放连续油管使封隔器进行试坐封，若封隔器坐封正常，上提连续油管使封隔器解封，然后继续下入工具；

(d)当下放工具短套管以下20m左右时，此时缓慢速度上提连续管，记录并观察过短套接箍载荷信号，根据测井解释短套管接箍数据矫正连续管采集系统上深度数据；

(e)当距离预测深度800m左右，小型压裂车以0.2m³/min的排量向连续油管泵入液体循环井筒；

(f)连续油管下入深度超过预定深度20m时，此时停泵，并以5m/min的速度上提连续油管，根据载荷变化判断套管接箍位置，喷射器上提至设计射孔深度时，下放连续管油管使封隔器坐封。。

步骤2、在喷砂射孔流程中，旋塞阀1、3、5、7、8关闭，旋塞阀2、4、6打开，闸阀A、B、C和F或D和G打开，其他关闭。此时混砂车将砂灌车中的磨料以及液灌中的液体通过压裂车泵入连续管中，压力传感器b监测泵压，压力传感器a监测井口压力，通过节流管汇控制井口压力，废液池回收流出的液体。地面流程确认完毕后，喷砂射孔具体操作流程如下：

(a)射孔过程中，由于喷射器喷嘴的孔径4mm，数量4个，连续管长度为3000m，外径为50.8mm，内径为43.4mm，套管内径为121mm，喷射点深度为2400m。按照以下公式计算排量为0.6m³/min，连续管环空容积为4.5m³，环空容积为22.8m³；Q＝nπd²v/240

V_ct＝πd_i ²L₁/4

V＝π(D₁ ²-D₂ ²)L₂/4

式中：Q为施工排量，其单位为m³/min；n为喷嘴个数；d为喷嘴直径，其单位为m；v为射流速度；V_ct为连续油管容积，其单位为m³；d_i为连续油管内径，其单位为m³；L₁为连续油管长度，其单位为m；V为环空容积，其单位为m³；D₁为套管内径，其单位为m；D₂为连续油管外径，其单位为m；L₂为喷射点深度，其单位为m。

(b)测得上一段压裂后停泵压力为12MPa，按照以下公式计算出节流喷嘴的直径为10mm，并选择10mm的节流喷嘴安装在节流管汇下游位置。

式中：Q为施工排量，其单位为m³/s；d_p为节流喷嘴内径，其单位为m；p为上一段压裂停泵压力，其单位为Pa；ρ为液体密度，其单位为m³/kg；C_d为流量系数；

(c)根据(a)中计算参数，设计喷砂射孔泵注程序，具体数据如表2所示。按照表1泵注程序进行喷砂射孔。

表2喷砂射孔泵注程序

步骤3、在环空压裂流程中，旋塞阀1、2、3、6、7、8、9打开，4、5关闭，闸阀A、B关闭。此时混砂车将砂灌车中的支撑剂以及液灌中的压裂液通过压裂车组泵入环空内，同时小型压裂车将液灌中的液体泵入连续管内。压力传感器a监测小型压裂车泵压，压力传感器b监测压裂车组泵压。地面流程确认完毕后，环空压裂具体操作流程如下：

(a)环空压裂之前，还需对地层进行试挤，使其破裂。先启动小型压裂车，起泵排量为0.2m³/min，然后启动压裂车，起泵排量为0.6m³/min。若地层破裂，则直接进行压裂。若多次试挤，地层仍未破裂，则可以从连续油管短泵入一定量的前置酸液，待酸液到达地层附近时，停泵，浸泡一段时间后，再进行试挤，直至地层破裂。

(b)地层破裂后，按照表3压裂施工泵注程序，环空依次泵入前置液、携砂液和支撑剂、顶替液，连续油管小排量泵入压裂液。

表3压裂施工泵注程序

(c)上提连续油管，使封隔器解封，将喷射器上提至下一段喷射点处，封隔器坐封后，依次按照2、3过程完成喷砂射孔、环空压裂过程。所有层段压裂完毕后，起出压裂工具，并关闭双闸阀。

以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已通过上述实施例揭示，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些变动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种喷砂射孔环空压裂地面控制系统，其特征在于，包括压裂环空泵入系统、连续油管泵入系统、井口装置、井口压力控制节流管汇、连续油管车、连续油管、废液回收池、节流管汇；

所述井口装置包括依次连通的Y形四通、双闸阀、井口大四通，所述废液回收池通过节流管汇与井口大四通相连，所述连续油管一端与连续油管车相连，另一端贯穿井口装置；

所述压裂环空泵入系统包括液灌、砂灌车、混砂车、压裂车组、压裂管汇，所述液灌、砂灌车分别与混砂车相连，所述混砂车与压裂车组相连，所述压裂车组通过压裂管汇分别与Y形四通中的两个通道、连续油管车相连，所述压裂管汇上设有压力传感器b；

所述连续油管泵入系统包括液灌、小型压裂车、管汇，所述液灌与小型压裂车相连，所述小型压裂车通过管汇分别与井口大四通、连续油管车相连，所述管汇上设有压力传感器a。

2.一种喷砂射孔环空压裂地面控制方法，采用权利要求1所述的控制系统，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、系统工具入井流程：将连续油管依次穿过Y形四通、双闸阀、井口大四通，并连续油管下放到井口内，然后通过连续管泵入系统给连续油管供液，同时液体由井口返出，经过节流管汇流入废液池；

步骤2、喷砂射孔流程：混砂车将砂灌车中的磨料以及液灌中的液体通过压裂车泵入连续油管中，压力传感器b监测泵压，压力传感器a监测井口压力，通过节流管汇控制井口压力，废液池回收流出的液体；

步骤3、环空压裂流程：混砂车将砂灌车中的支撑剂以及液灌中的压裂液通过压裂车组泵入环空内，同时小型压裂车将液灌中的液体泵入连续油管内，其压力传感器a监测小型压裂车泵压，压力传感器b监测压裂车组泵压；

步骤4、反洗流程：通过小型压裂车向井筒供液，液体从连续油管流经管汇和节流管汇返出至废液池，实现排量洗井；

步骤5、正洗流程：混砂车将液灌中的液体通过压裂车泵入连续管中，液体从连续油管流经管汇和节流管汇返出至废液池，实现排量洗井。

3.根据权利要求2所述的一种喷砂射孔环空压裂地面控制方法，其特征在于，所述步骤1中连续油管的具体下放步骤如下：

(a)依次连接卡瓦式外连接器、液压丢手、刚性扶正器、水力喷射工具、封隔器、引鞋；再将连续油管及工具收入防喷管内，然后连接防喷管与Y形四通；

(b)连续油管设备深度计量装置清零，工具通过井口应缓慢下入，连续油管下入过程中，连续油管在0-200m内，下入速度不超过10m/min；

(c)当下至300m时，上提连续油管，上提速度控制在5m/min，回拉3-4个套管节箍，观察连续管载荷仪表信号，若每上提1根套管的长度，载荷出现周期性变化，则下放连续油管使封隔器进行试坐封，若封隔器坐封正常，上提连续油管使封隔器解封，然后继续下入工具；

(d)当下放工具短套管以下20m左右时，此时缓慢速度上提连续管，记录并观察过短套接箍载荷信号，根据测井解释短套管接箍数据矫正连续管采集系统上深度数据；

(e)当距离预测深度800m左右，小型压裂车以0.2m³/min的排量向连续油管泵入液体循环井筒；

(f)连续油管下入深度超过预定深度20m时，此时停泵，并以5m/min的速度上提连续油管，根据载荷变化判断套管接箍位置，喷射器上提至设计射孔深度时，下放连续管油管使封隔器坐封。

4.根据权利要求2所述的一种喷砂射孔环空压裂地面控制方法，其特征在于，所述步骤2中喷砂射孔的具体步骤如下：

A、射孔过程中，保证喷嘴的射流速度180-210m/s，并根据喷嘴的孔径，数量，确定施工排量；同时根据套连和续管参数，计算连续油管容积和环空容积；其施工排量、连续油管容积和环空容积的计算公式如下：

Q＝nπd²v/240

V_ct＝πd_i ²L₁/4

V＝π(D₁ ²-D₂ ²)L₂/4

式中：Q为施工排量，其单位为m³/min；n为喷嘴个数；d为喷嘴直径，其单位为m；v为射流速度；V_ct为连续油管容积，其单位为m³；d_i为连续油管内径，其单位为m³；L₁为连续油管长度，其单位为m；V为环空容积，其单位为m³；D₁为套管内径，其单位为m；D₂为连续油管外径，其单位为m；L₂为喷射点深度，其单位为m。

B、喷砂过程中，根据施工排量选择合适的节流喷嘴，安装在节流管汇两端的节流阀下游位置，井口压力与上一段压裂后停泵压力一致，其中第一段喷砂射孔无需用控制回压，其节流喷嘴的直径计算如下：

式中：Q为施工排量，其单位为m³/s；d_p为节流喷嘴内径，其单位为m；p为上一段压裂停泵压力，其单位为Pa；ρ为液体密度，其单位为m³/kg；C_d为流量系数；

C、喷砂射孔时间为15min，射孔完毕后，将连续油管内及井筒内残留的砂子顶替至地面。

5.根据权利要求2所述的一种喷砂射孔环空压裂地面控制方法，其特征在于，所述步骤3中环空压裂具体操作流程如下：

(1)先启动小型压裂车，起泵排量为0.2m³/min，然后启动压裂车，起泵排量为0.6m³/min；若地层破裂，则直接进行压裂，若多次试挤，地层仍未破裂，则可以从连续油管短泵入前置酸液，待酸液到达地层附近时，停泵，浸泡一段时间后，再进行试挤，直至地层破裂；

(2)地层破裂后，按照压裂施工泵注程序，环空依次泵入前置液、携砂液和支撑剂、顶替液，连续油管小排量泵入压裂液；

(3)上提连续油管，使封隔器解封，将喷射器上提至下一段喷射点处，封隔器坐封后，依次进行喷砂射孔、环空压裂过程；直至所有层段压裂完毕后，起出压裂工具，并关闭双闸阀。