CN109826597B - 直井定面水力射孔压裂装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种直井定面水力射孔压裂装置，包括：定向机构，所述定向机构包括用于选定方位的定位块；连接在所述定向机构下端的水力喷射器，所述水力喷射器包括若干喷嘴，所述喷嘴的方向与所述定位块指示的方向一致；用于与所述定向机构相连的定位测向仪器，所述定位测向仪器包括用于确定所述水力喷射器的深度位置的磁定位仪，以及用于测定所述定位块的方向的陀螺仪。本发明还提供了一种直井定面水力射孔压裂方法。

Description

直井定面水力射孔压裂装置和方法

技术领域

本发明涉及油气开采钻完井技术领域，具体地涉及一种直井定面水力射孔压裂装置。本发明还涉及一种直井定面水力射孔压裂方法。

背景技术

90年代末，水力喷射压裂技术逐渐发展起来。水力喷射压裂技术将水力喷射射孔技术和压裂技术相结合，是国内外应用比较广泛的压裂技术。该技术主要利用高速磨料射流在地层中形成孔道、进而憋压产生裂缝。该技术具有显著的先进性，例如，水力喷射射孔技术克服了近井地带污染和常规炮弹射孔的压实带，并在射流作用下，地层孔道顶端形成微裂缝；进而射流增压实现定点增压，减小产生多裂缝和裂缝转向问题。同时，该技术具有水力封隔作用，且适用于各种油气藏的套管井、筛管井、裸眼井的开发。

研究发现定面射孔技术可以使射孔孔眼处于一个平面内，通过平面内射孔眼间的相互影响，可以降低裂缝起裂压力，并实现射孔面内的射孔眼同时起裂，实现裂缝垂直井筒向外扩展，增加裂缝波及体积的目的，从而提高压裂效果。

然而，目前直井分段压裂技术没有定面水力射孔技术及施工工艺。现有的水力喷射压裂工具一般采用周向布置喷嘴的方式，上下两层喷嘴错开布置。这导致油气藏在直井压裂过程中，水力喷射射孔方向很难与储层的裂隙方向、 节理方向或最大主应力方向一致，从而使得直井喷射压裂技术的施工压裂较大，压裂开发效果不太理想。

由此，亟需开发一种直井定面水力喷射射孔及压裂装置，以满足定面水力喷射压裂施工需要，并充分发挥水力喷射压裂的优点，从而提高油气藏的开发效益。

发明内容

针对至少一些如上所述的技术问题，本发明旨在提供一种直井定面水力射孔压裂装置。这种定面水力射孔压裂装置不仅提高了直井定面水力喷射压裂管柱及工艺的应用水平，降低了油气藏的开发费用，而且能够产生定向射孔，定面延伸裂缝，大大降低了压裂施工泵压，增强了压裂施工的效果。有利于各种油气藏直井的压裂开发效果，且有利于各种油气藏直井的开发效益的提升。

为此，根据本发明的第一方面，提供了一种直井定面水力射孔压裂装置，包括：定向机构，所述定向机构包括用于选定方位的定位块；连接在所述定向机构下端的水力喷射器，所述水力喷射器包括若干喷嘴，所述喷嘴的方向与所述定位块指示的方向一致；用于与所述定向机构相连的定位测向仪器，所述定位测向仪器包括用于确定所述水力喷射器的深度位置的磁定位仪，以及用于测定所述定位块的方向的陀螺仪。

在一个优选的实施例中，所述定向机构包括设有圆柱形连接扣的下接头和内圆柱形的上接头，所述定位块固定安装在所述上接头与下接头之间。

在一个优选的实施例中，所述定位块包括第一圆柱形本体，在所述第一圆柱形本体上设有用于指示所述定位块方向的通孔，且在所述第一圆柱形本体的上端设有对接接头。

在一个优选的实施例中，所述定位测向仪器还包括定向短节导引构件，所述定向短节导引构件设有用于与所述陀螺仪相连的连接扣。

在一个优选的实施例中，所述定向短节导引构件设有导引螺旋面，所述导引螺旋面用于引导所述定位块的对接接头。

在一个优选的实施例中，在所述导引螺旋面的底部设有定位槽，所述定位槽用于承接所述定位块的对接接头而将所述定向机构与所述定位测向仪器对接到一起。

在一个优选的实施例中，所述定向机构通过所述下接头与所述水力喷射器相连，且所述定向机构通过所述上接头连接有安全接头，在所述安全接头的上端连接有校深短节。

在一个优选的实施例中，所述水力喷射器还包括设有轴向通孔的第二圆柱形本体，所述喷嘴径向相对地设置在所述第二圆柱形本体的侧壁上，所述喷嘴位于同一平面内且沿轴向分层设置。

在一个优选的实施例中，在所述水力喷射器的下端连接有单向球座。

根据本发明的第二方面提供了一种直井定面水力射孔压裂方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一：将所述定面水力射孔压裂装置下入井筒；

步骤二：下入所述定位测向仪器，通过所述磁定位仪确定所述水力喷射器的深度位置及通过所述陀螺仪测定所述定位块的方位，进而通过所述定位块调整所述水力喷射器使得所述喷嘴对准设定的射孔位置；

步骤三：安装压裂井口，进行定面射孔、压裂，且该段施工完成后，上提所述定面水力射孔压裂装置到第二施工层位；

步骤四：重复步骤二和步骤三，直至全井所有施工层段施工结束，起出所述的定面水力射孔压裂装置。

附图说明

下面将参照附图对本发明进行说明。

图1显示了根据本发明的直井定面水力射孔压裂装置的结构简图。

图2显示了图1所示定面水力射孔压裂装置中的定向机构的结构。

图3显示了图1所示定面水力射孔压裂装置中的水力喷射器的结构的半剖视图。

图4显示了图4所示水力喷射器的喷嘴安装结构的剖视图。

图5显示了根据本发明的定位测向仪器的结构简图。

图6显示了图2所示定位测向仪器中的定向短节导引构件的结构的半剖视图。

在本申请中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本发明的原理，并且未按实际比例绘制。

具体实施方式

下面通过附图来对本发明进行介绍。

图1显示了根据本发明的直井定面水力射孔压裂装置100的结构简图。如图1所示，定面水力射孔压裂装置100采用油管10作为定面水力射孔压裂装置100的连接主体。在油管10上套接有校深短节20，校深短节20通过螺纹接头（未示出）与油管10相连，校深短节20长度优选为2到3米。在井下作业时，校深短节20的长度相对于定面水力射孔压裂装置100的整个长度较短。测井仪器根据定面水力射孔压裂装置100的连接校深短节20的位置的响应曲线，能够方便地显示校深短节20的深度，进而准确定位定面水力射孔压裂装置100整体在井下的具体位置。

在本申请中，将定面水力射孔压裂装置100下入直井时处于装置下方的方向定义为下端方向，处于装置上部的方向定义为上端方向。

如图1所示，在校深短节20的下端连接有安全接头30。校深短节20与安全接头30通过螺纹接头（未示出）连接在一起。在校深短节20与安全接头30之间可以连接有两根油管。这样，能够有效保证校深短节20与安全接头30之间连接的稳定性与安全性。

根据本发明，在安全接头30的下端连接有定向机构40，定向机构40套接在油管10上，用于确定定面水力射孔压裂装置100在直井下的工作方向。如图2所示，定向机构40包括上接头41和下接头43。上接头41的下端（图2中的右端）构造成台阶形的正连接扣45，相应地，下接头43的上端（图2中的左端）构造成台阶形的负连接扣46。上接头41的台阶形的正连接扣45与下接头43的台阶形的负连接扣46相适配。上接头41和下接头43的这种连接结构尤其能够使得定向机构40安装方便，同时能够保证上接头41和下接头43连接的稳定性。

在本实施例中，上接头41的上端（图2中的左端）设置成内圆柱形连接扣，且在上接头41的正连接扣45的内侧设有台肩47。同时，下接头43的下端（图2中的右端）设置成圆柱形连接扣。根据本发明，在台肩47上固定安装有定位块42。定位块42构造成大致圆柱体结构，包括第一圆柱形本体44。在第一圆柱形本体44上设有用于指示定位块方向的通孔49，并且在与上接头41连接的一端设有对接接头48。定位块42用于选定定面水力射孔压裂装置100的工作方位。

为了保证定向机构40的上接头41和下接头43之间的密封性，在上接头41和下接头43之间设有密封圈。例如，在上接头41的台阶形的正连接扣45与下接头43的台阶形的负连接扣46的接合处设有密封圈，这样能够有效避免油气的泄漏，保证定面水力射孔压裂装置100的密封性能。

根据本发明，在定向机构40的下端（图1中的右端）连接有水力喷射器50。水力喷射器50与定向机构40通过螺纹连接到一起。在定向机构40与水力喷射器50之间可以连接有一根油管。如图3所示，水力喷射器50包括设有轴向通孔的第二圆柱形本体51，在第二圆柱形本体51的两端均设有直径小于第二圆柱形本体51直径的圆柱形连接接头53。水力喷射器50的连接接头53与下接头43的圆柱形连接扣相适配连接，从而能够将定向机构40与水力喷射器50快速稳定地连接到一起。水力喷射器50的这种连接接头的结构使得水力喷射器50安装快捷迅速，有效提高了定面水力射孔压裂装置100的工作效率，且便于水力喷射器50的拆卸维护、保养，从而延长了水力喷射器50的使用寿命。

根据本发明，水力喷射器50还包括若干喷嘴52。如图3和图4所示，在水力喷射器50的第二圆柱形本体51的中部侧壁上设有若干径向延伸的安装孔55。在图示所示实施例中，在水力喷射器50的侧壁上六个安装孔55。六个安装孔55在径向上相对设置，所有喷嘴孔中心位于同一平面内，并沿轴向分三层等距离间隔开。在每个安装孔55中对应安装一个喷嘴52，因此，喷嘴52形成为在径向相对地设置，且沿轴向等距离间隔分层设置。喷嘴52的这种安装结构尤其能够保证定向喷射射孔、定向压裂的准确性，大大降低了压裂施工泵压，显著增强了压裂施工的效果，增加了油气藏的开发效益。

在本实施例中，在连接安装定向机构40与水力喷射器50时候，要确保定向机构40中的定位块42指示的方向与水力喷射器50的喷嘴52方向一致。这样在施工前，能够通过定向机构40的定向块42快速准确地调整喷射器50的喷嘴52的工作方向。通过转动管柱，使水力喷射喷器50的射孔方位对准设定的射孔位置，准确进行水力喷射定面射孔、压裂施工。同时，定位块42对喷嘴52的定位精度高，大大提高了水力喷射器50的射孔精度和效率，减小了施工泵压，进一步增加了油气藏的开发效益。

根据本发明，在水力喷射器50的下端连接有单向球座60。同时，在定面水力射孔压裂装置100的下部自由端设有导向头80。导向头80用于引导定面水力射孔压裂装置100在直井中的下放，确保其工作方位，保证装置在下放过程中的稳定，避免装置受到损坏。

根据本发明，在单向球座60与导向头80之间设有筛管70。筛管70能够有效过滤井筒积液中的杂质，避免定面水力射孔压裂装置100堵塞。在筛管70上设有扶正器（未示出），扶正器能够自动使定面水力射孔压裂装置100居于套管中心，从而确保其射孔精度，保证油气的开发效益。

根据本发明，定面水力射孔压裂装置100还包括定位测向仪器110，定位测向仪器110用于探测方位，从而确定水力喷射器50的喷嘴52的喷射方位。如图5所示，定位测向仪器110包括用于传递信息的电缆111。电缆111从定位测向仪器110的一端（图5的左端）伸出，用于与井外的信号接收显示仪器连接，从而能够实时掌握井下装置的工作状态进而控制装置的稳定运行。同时，电缆111能够保证传递信号的准确性，能够及时响应工作信号，大大提高了定面水力射孔压裂装置100的工作精度。

如图5所示，定位测向仪器110还包括马笼头112。马笼头112能够实现定位测向仪器110的快速连接与拆卸，大大提高了定位测向仪器110的工作效率。

根据本发明，定位测向仪器110还包括磁定位仪120和陀螺仪130。磁定位仪120用于确定水力喷射器50在井筒中的深度位置，而陀螺仪130用于测定定向机构中的定位块42的方向。磁定位仪120和陀螺仪130依次连接在马笼头112的下端。磁定位仪120能够准确地测量水力喷射器50在井筒中的深度，陀螺仪130能够准确地测定定位块42的方向，并通过转动管柱，调节定位块42的方向而实现调整水力喷射器50的喷嘴52的喷射方向，使其对准设定的射孔方向。大大提高了定面射孔的工作精度，显著提高了射孔、压裂施工的效果，极大地提高了油气藏的开发效益。

根据本发明，在陀螺仪130的下端连接有定向短节导引构件140。如图6所示，定向短节导引构件140包括大致呈圆柱体形的本体部分144。在本体部分144的一端（图6中的左端）设有连接扣141。在本体部分144的另一端（图6中的右端）的内部设有导引螺旋面143，在导引螺旋面的143的底部设有定位槽142。在本实施例中，定向机构40的定位块42配合安装到定位测向仪器110的定向短节导引构件140的定位槽142，通过定位块42与定向短节导引构件140的快速对接而实现对定位块42方位的测量。定向短节导引构件140的这种导引螺旋面143结构尤其能够保证定向短节导引构件140与定向机构40中的定位块的对接，且连接方便快捷，极大地方便了水力喷射器50的喷嘴52的定向，大大提高了定面水力射孔压裂装置100的校深与测向定位的工作效率。

下面简述根据本发明的直井定面水力射孔压裂装置100的工作流程。首先，按顺序连接好各工具，然后将水力喷射器50下入到井底。之后，下入定位测向仪器110，通过磁定位仪120确定水力喷射器50的深度位置及通过陀螺仪130测定定位块42的方位，进而通过定位块42调整水力喷射器50使得喷嘴52对准设定的射孔位置。之后，安装压裂井口，进行定面射孔、压裂，且该段施工完成后，上提定面水力射孔压裂装置100到第二施工层位。之后，重复上述的测量调整及射孔、压裂步骤，直至全井所有施工层段施工结束。最后，起出定面水力射孔压裂装置100，完成直井的定面水力射孔压裂施工。

根据本发明的直井定面水力射孔压裂装置100通过定向机构40和定位测向仪器110能够准确定位装置在井筒中的深度位置及射孔方向，能够保证射孔孔眼准确对准设定的射孔位置。定面水力射孔压裂装置100不仅提高了直井定面水力喷射压裂管柱及工艺的应用水平，降低了油气藏的开发费用，而且能够产生定向射孔，定面延伸裂缝，大大降低了压裂施工泵压，增强了压裂施工的效果。同时定面水力射孔压裂装置100连接安装简单方便，且易于制造，工作效率高，适用于各种油气藏直井的压裂开发，极大地提高了油气藏的开发效益。

最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施方案而已，并不构成对本发明的任何限制。尽管参照前述实施方案对本发明进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种直井定面水力射孔压裂装置（100），包括：

定向机构（40），所述定向机构包括用于选定方位的定位块（42），所述定位块还包括第一圆柱形本体（44），在所述第一圆柱形本体上设有用于指示所述定位块方向的通孔（49），在所述第一圆柱形本体的上端设有对接接头（48）；

连接在所述定向机构下端的水力喷射器（50），所述水力喷射器包括若干喷嘴（52），所述喷嘴的方向与所述定位块指示的方向一致，所述水力喷射器还包括设有轴向通孔的第二圆柱形本体（51），所述喷嘴径向相对地设置在所述第二圆柱形本体的侧壁上，所述喷嘴位于同一平面内且沿轴向等距离间隔分层设置；

用于与所述定向机构相连的定位测向仪器（110），所述定位测向仪器包括用于确定所述水力喷射器的深度位置的磁定位仪（120）、用于测定所述定位块的方向的陀螺仪（130），以及定向短节导引构件（140），

其中，所述定向短节导引构件包括圆柱体形的本体部分（144），在所述本体部分的一端设有用于与所述陀螺仪相连的连接扣（141），在所述本体部分的另一端的内部设有导引螺旋面（143），在导引螺旋面的底部设有定位槽（142），所述导引螺旋面用于引导所述定位块的对接接头，以使对接接头适配安装到定位槽中，从而将所述定向机构与所述定位测向仪器对接到一起，所述直井定面水力射孔压裂装置通过定向机构和定位测向仪器能够定位在井筒中的深度位置及射孔方向，使射孔孔眼对准设定的射孔位置，并能够产生定向射孔，定面延伸裂缝，从而进行定点定向水力喷射压裂作业。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述定向机构包括设有圆柱形连接扣的下接头（43）和内圆柱形的上接头（41），所述定位块固定安装在所述上接头与下接头之间。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述定向机构通过所述下接头与所述水力喷射器相连，且所述定向机构通过所述上接头连接有安全接头（30），在所述安全接头的上端连接有校深短节（20）。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述水力喷射器的下端连接有单向球座（60）。

5.一种直井定面水力射孔压裂方法，其特征在于，

所述方法包括以下步骤：

步骤一：将根据权利要求1到4中任一项所述的直井定面水力射孔压裂装置下入井筒；

步骤二：下入所述定位测向仪器，通过所述磁定位仪确定所述水力喷射器的深度位置及通过所述陀螺仪测定所述定位块的方位，进而通过所述定位块调整所述水力喷射器使得所述喷嘴对准设定的射孔位置；

步骤三：安装压裂井口，进行定面射孔、压裂，且该段施工完成后，上提所述定面水力射孔压裂装置到第二施工层位；

步骤四：重复步骤二和步骤三，直至全井所有施工层段施工结束，起出所述的定面水力射孔压裂装置。

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