CN109838222B - 用于超深井的定点水力喷射酸压装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于超深井的定点水力喷射酸压装置，包括：用于进行循环压井作业的反洗井滑套；连接在所述反洗井滑套下端的套管保护分隔器；用于射孔的定点水力喷射机构；连接在所述套管保护分隔器与所述定点水力喷射机构之间的压裂滑套，所述压裂滑套构造成能够在一定压力作用下打开而进行酸压施工。本发明还提供了一种用于超深井的定点水力喷射酸压方法。

Description

用于超深井的定点水力喷射酸压装置及方法

技术领域

本发明涉及钻完井技术领域，具体地涉及一种用于超深井的定点水力喷射酸压装置。本发明还涉及一种用于超深井的定点水力喷射酸压方法。

背景技术

在超深油气井开采过程中，尤其是超深碳酸盐油气井的开采，为了提高油气的产量，通常需要对超深油气井进行酸化压裂。以塔河油田为例，塔河油田的主力油层为奥陶系储层，埋深5400-6900m，属超深层碳酸盐岩储层。因此，塔河油田碳酸盐岩储层投产、增产的主要技术手段即为酸压工艺技术。

随着油田勘探开发的深入，塔河外围区块储层埋深的不断增大(超过6000m)以及这些地层所特有的地质结构，均导致这些地层的破裂压力、延伸压力都很高。这会使这些地层储层的改造作业出现了地面施工压力过高、甚至地层压不开的情况，给该区域的酸压施工带来了较大的困难。而一般常用的酸压工具管串功能简单，性能较低，在超深井中使用起来不方便。例如，常用的机械可取式分隔器酸压管柱需要施工时射孔，酸化压裂与完井采油要分几趟管柱才能实现，而且，传统的酸压方法在裸眼完井段难以实现定点酸压作业。

另外，塔河油田的超深井目前主要采用悬挂尾管完井，地层段采用裸眼完井，油井完井后大多无自然产能，井口处套管承压低。因此，需要在大规模酸压改造建产时下入分隔器，以便对井口处套管进行保护。

因此，在本领域亟需提供一种能被解决超深井套管保护、定点射孔、定点起裂和大规模酸压以实现深穿透的施工装置及工艺方法，以便实现超深井的安全开发和效益开发。

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用于超深井的定点水力喷射酸压装置。该装置能够实现超深井套管保护、定点喷射、定点起裂和大规模深穿透压裂工艺，并且解决了高压施工过程中井口套管保护问题、增强压裂施工的效果。同时，该装置提高了超深井大规模酸压的施工安全性、有效性和经济性，能够实现超深井安全开发、效益开发。

本发明还提供了一种用于超深井的定点水力喷射酸压方法。

为此，根据本发明，提供了一种用于超深井的定点水力喷射酸压装置，包括：用于进行循环压井作业的反洗井滑套；连接在所述反洗井滑套下端的套管保护分隔器；用于射孔的定点水力喷射机构；连接在所述套管保护分隔器与所述定点水力喷射机构之间的压裂滑套，所述压裂滑套构造成能够在一定油压作用下打开而进行酸压施工。

在一个优选的实施例中，所述压裂滑套包括压裂滑套本体，在所述压裂滑套本体内部设有压裂内滑和与所述压裂滑套本体相连接的内滑套座，所述压裂内滑套能够通过投球打压作用移动到所述内滑套座处，从而打开所述压裂滑套。

在一个优选的实施例中，所述反洗井滑套包括反洗井滑套本体，在所述反洗井滑套本体内部设有内滑套，所述内滑套构造成在初始状态通过剪钉固定而关闭所述反洗井滑套，并且在能够剪断所述剪钉的套压作用下移动而打开所述反洗井滑套。

在一个优选的实施例中，所述定点水力喷射机构包括带有喷嘴的水力喷射器，所述喷嘴沿轴向分层设置。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于超深井的定点水力喷射酸压方法，包括以下步骤：

步骤一：下入如上所述的定点水力喷射酸压装置至井筒中的设定位置，并保持所述套管保护分隔器处于不坐封状态；

步骤二：利用所述定点水力喷射机构进行水力喷射射孔作业；

步骤三：调整管柱深度，坐封所述套管保护分隔器，使所述压裂滑套对准所述定点水力喷射机构的射孔位置，打开所述压裂滑套以进行酸压施工；

步骤四：进行放喷求产。

在一个优选的实施例中，在步骤一中，通过磁定位校深来使所述定点水力喷射酸压装置到达井筒中的设定位置。

在一个优选的实施例中，在步骤二中，在水力喷射射孔作业后进行地层破裂压力测试，并根据测试结果调整酸压方案。

在一个优选的实施例中，在进行地层破裂压力测试时，关闭油套环空。

在一个优选的实施例中，在关闭油套环空后注入酸压前置液，并控制套压始终处于允许压力之下以测试地层吸液情况。

在一个优选的实施例中，在放喷求产结束后，通过所述反洗井滑套进行循环压井，之后起出所述定点水力喷射酸压装置。

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用于超深井的定点水力喷射酸压装置的结构简图。

图2显示了图1所示装置中的反洗井滑套处于关闭状态时的半剖视图。

图3显示了图1所示装置中的反洗井滑套处于打开状态时的半剖视图。

图4显示了图1所示装置中的压裂滑套处于关闭状态时的半剖视图。

图5显示了图1所示装置中的压裂滑套处于打开状态时的半剖视图。

图6显示了图1所示用于超深井的定点水力喷射酸压装置中的定点水力喷射机构的半剖视图。

图7显示了根据本发明的用于超深井的定点水力喷射酸压装置处于定点射孔时的施工状态。

图8显示了根据本发明的用于超深井的定点水力喷射酸压装置处于的大排量酸压时的施工状态。

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

为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明进行进一步详细的说明。

图1显示了根据本发明的用于超深井的定点水力喷射酸压装置200的结构简图。定点水力喷射酸压装置200主要用于对超深井进行大规模的水力喷射酸压施工。如图1所示，用于超深井的定点水力喷射酸压装置200采用油管10作为定点水力喷射酸压装置200的主体管柱，以适应超深井采用悬挂尾管完井的井身结构。在油管10的一端(图1中的右端)设有油管变扣20，油管变扣20能够方便快速地加长油管，用于连接不同型号的油管。在一个实施例中，油管10优选型号为4in的油管，且通过油管变扣20连接有型号优选为3¹/₂in的油管30。油管变扣20的使用能够连接不同型号的油管，满足不同的施工需求，提高了用于超深井的定点水力喷射酸压装置200的施工效率。

在本申请中，将用于超深井的定点水力喷射酸压装置200下入超深井时处于装置下方的方向定义为下端方向或相似用语，处于装置上部的方向定义为上端方向或相似用语。

根据本发明，在油管30的下端连接有校深短节40，校深短节40通过螺纹接头(未示出)与油管30相连。校深短节40长度优选为2到3米。在井下作业时，校深短节40的长度相对于定点水力喷射酸压装置200的整个长度较短。测井仪器根据定点水力喷射酸压装置200的校深短节40的连接位置的响应曲线，能够方便地显示校深短节40的深度，进而准确定位定点水力喷射酸压装置200整体在井下的具体位置。这样，定点水力喷射酸压装置200的定位精度得到了显著的提高。

如图1所示，在校深短节40的下端连接有安全接头50。校深短节40与安全接头50通过螺纹接头(未示出)连接在一起，在校深短节40与安全接头50之间连接有油管。在一个优选的实施例中，在校深短节40与安全接头50之间连接有两根3¹/₂in油管30，增强了校深作业的安全性。

根据本发明，在安全接头50的下端连接有反洗井滑套60。反洗井滑套60用于进行循环压井作业。图2显示了反洗井滑套60处于关闭状态时的半剖视图。如图2所示，反洗井滑套60包括反洗井滑套本体61。反洗井滑套本体61构造成设有轴向通孔的大致呈圆柱体结构。在反洗井滑套本体61的侧壁上设有若干沿轴向延伸且在周向上均匀分布的呈条状的第二通孔66。在反洗井滑套本体61的两端设有第一螺纹连接接头161和第二螺纹连接接头162，反洗井滑套60通过第一螺纹连接接头161与安全接头50相连。

在本实施例中，在反洗井滑套本体61内设有内滑套62。如图2所示，在内滑套62的侧壁外侧设有沿周向均匀分布的盲孔。同时，在反洗井滑套本体61的侧壁上设有与内滑套62的盲孔相对应的剪钉安装孔67。剪钉安装孔67设置在靠近第二通孔66的一端(图2中的左端)，并且在周向上与第二通孔66错开一定角度。当反洗井滑套66处于关闭状态时，在每个剪钉安装孔67中均安装一根剪钉64，且剪钉头处于内滑套62的盲孔中，从而将内滑套62固定在反洗井滑套本体61内并关闭了第二通孔66，使得反洗井滑套60处于关闭状态。

图3显示了反洗井滑套60处于打开状态时的结构。如图3所示，反洗井滑套60在反洗井的套压作用下，使得内滑套62产生向上的作用力进而剪断剪钉64，并相对于反洗井滑套本体61继续向上运动而打开第二通孔66，实现循环压井。

为了保证反洗井滑套本体61与内滑套62之间的密封性能，在反洗井滑套本体61与内滑套62之间设有密封圈。例如，在图2所示实施例中，在反滑套本体61的内壁上设有四个密封槽63，密封槽63处于第二通孔66的两端，且每端两个。在每个密封槽63中均设有密封圈。密封圈的这种安装方式尤其能够保证反洗井滑套本体61与内滑套62之间的压力密封，使得反洗井滑套60具有良好的密封性能。

根据本发明，在反洗井滑套60的下端连接有套管保护分隔器80。如图1所示，反洗井滑套60通过第二螺纹连接接头162(见图2)连接有水力锚70。套管保护分隔器80通过水力锚70与反洗井滑套60相连接。水力锚70能够在油管内油压的作用下实现水力锚锚爪的伸出与缩回，从而有效便捷地实现套管保护分隔器80的受力状态。水力锚70对油管内的油压响应准确迅速，能够有效保证套管保护分隔器80的坐封成功率。

在本实施例中，套管保护分隔器80在其初始状态下处于悬挂套管150(见图7)上方(例如10m到20m的范围内)，且处于不坐封状态，敞开油套环空。通过下放管柱坐封套管保护分隔器80，从而关闭油套环空，并控制油套压力进行地层破裂压力测试。这样，不仅能够保证地层压力测试的准确性，还能够保护油套的环空，有效保护悬挂套管150，有效提高悬挂油套150的使用寿命。

根据本发明，定点水力喷射酸压装置200还包括压裂滑套90。如图1所示，压裂滑套90连接在套管保护分隔器80的下端。压裂滑套90通过油管与套管保护分隔器80相连接。在一个优选的实施例中，在套管保护分隔器80与压裂滑套90之间连接多根油管。这样，能够有效保证套管保护分隔器80的安全性。

图4显示了压裂滑套90处于关闭状态时的半剖视图。如图4所示，压裂滑套90包括压裂滑套本体91。压裂滑套本体91呈大致圆筒形结构，在压裂滑套本体91的侧壁上设有沿轴向延伸的条状形的第一通孔96，第一通孔96处于压裂滑套本体91的中部位置，且在周向上均匀分布。第一通孔96的这种结构尤其能够提高定点水力喷射酸压装置200的施工效率。

根据本发明，在压裂滑套本体91的内部设有压裂内滑套92。如图4所示，压裂内滑套92构造成圆筒形结构。在初始状态，压裂内滑套92处于第一通孔96的位置，从而使压裂滑套90处于关闭状态。此外，为了保证压裂滑套90的密封性能，在压裂滑套本体91与压裂内滑套92之间设有密封圈。例如，在压裂内滑套92的外侧壁上设有多个密封凹槽97，密封凹槽97处于第一通孔96的两端。在每个密封凹槽97中均安装密封圈(未示出)。压裂滑套90的这种密封圈结构尤其能够保证压裂滑套本体91与压裂内滑套92之间的压力密封，使得压裂滑套90具有良好的密封性能。

如图4所示，压裂滑套90还包括内滑套座93。内滑套座93大致呈圆筒形结构，且内滑套座93的内、外直径与压裂滑套本体91的内、外直径相等。内滑套座93通过连接接头而连接在压裂滑套本体91的下端。压裂内滑套92能够在一定压力作用下移动到内滑套座93中，从而打开压裂滑套90。

根据本发明，压裂滑套90还包括密封球94。图5显示了压裂滑套90处于打开状态时的结构。密封球94在油压的作用下推动压裂内滑套92使其从初始位置移动到内滑套座93中，从而打开压裂滑套90。压裂滑套90通过密封球94憋压直至推动压裂滑套92而打开压裂滑套90的第一通孔96，从而能够进行酸压施工。这样，使得压裂滑套90能够在超深井中在特定工序中方便地打开，解决了在超深井中难以操作的问题，大大提高了定点水力喷射酸压装置200的施工效率。

如图1所示，定点水力喷射酸压装置200还包括定点水力喷射机构210。定点水力喷射机构210连接在压裂滑套90的下端，通过油管与压裂滑套90相连接，用于进行定点水力喷射射孔作业。如图1所示，定点水力喷射机构210与压裂滑套90相连接。在一个优选的实施例中，定点水力喷射机构210与压裂滑套90之间连接有2到3根油管。

根据本发明，定点水力喷射机构210包括水力喷射器100。如图6所示，水力喷射器100包括多个喷嘴101。喷嘴101的数量优选为6到8个，喷嘴101的直径优选为5mm到8mm。水力喷射器100的这种结构尤其能够保证水力喷射器100能够具有良好的定点喷射射孔能力。

在一个优选的实施例中，射孔液体优选滑溜水或者低粘度胶液。射孔液体可以加入5％到8％的射孔砂增强射孔效果，或者用纯液体进行射孔。射孔的施工时间优选为10min-20min，一般为15min。射孔排量优选为2.0m³/min-3.0m³/min,一般选取2.5m³/min。在这种情况下，水力喷射器100的喷嘴101的数量优选为6个，其射孔液量为25m³-50m³。

如图6所示，在水力喷射器90的下端连接有单向球座110。在单向球座110的下端连接有筛管120。筛管120能够有效过滤油气中的杂质，避免定点水力喷射酸压装置200堵塞。

此外，为了保证定点水力喷射酸压装置200在射孔过程中的稳定性，避免其受不均匀的喷射反向力的作用导致其产生偏差。在水力喷射器100的上端连接有扶正器211。同时，在筛管120上也可设有扶正器211。这样，在水力喷射器100的两端均设有扶正器211尤其能够有效保证定点水力喷射酸压装置200的工作方向。前后两个扶正器211能够自动调整定点水力喷射酸压装置200使其居于套管中心，从而确保其工作精度。

如图6所示，在定点水力喷射机构210的下部自由端设有导向头130。导向头130用于引导定点水力喷射机构210在超深井中的下放，保证装置在下放过程中的稳定，避免装置受到损坏。

图7显示了根据本发明的用于超深井的定点水力喷射酸压装置200处于定点射孔时的施工状态。如图7所示，套管保护分隔器80处于不坐封状态，敞开油套环空。定点水力喷射机构210处于井底的水平段内，并通过油管与井外设备相连接。当定点水力喷射酸压装置200进行大规模酸压施工时，其施工状态如图8所示。在这种情况下，套管保护分隔器80处于坐封状态，这样能够有效地保护套管。此时，压裂滑套90的位置对准水力喷射器100的原射孔位置，实现大规模喷射酸压施工。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于超深井的定点水力喷射酸压方法。该方法包括以下步骤：

首先，设计酸压方案，并进行管柱优化设计、校核计算，井下分隔器选择，水力喷射器结构参数优化，酸压施工程序模拟计算等。且根据具体施工井的井身结构、套管性能及目标层位地层参数、地层深度，计算地层破裂压力、地层延伸压力等，根据优化模拟结果确定所采用的4in油管+3¹/₂in油管的钢级、壁厚等参数及各自在组合管柱中所占的比例。确定分隔器耐压、耐温及抗拉指标。确定水力喷射器100的喷嘴101个数(一般优选为6个-8个)、喷嘴101的直径(一般优选为5mm-8mm)、喷嘴101的布置形式，计算确定射孔阶段施工参数及酸压阶段施工参数。同时，确定施工井口的压力等级，选择合适的不压井作业设备。

之后，作业队进入井场，进行现场施工准备，安装不压井作业设备。

之后，作业队按照作业施工标准要求进行通井、洗井作业。

之后，模拟管柱通井，使用酸压设计方案要求的组合油管柱下带模拟工具进行模拟通井。模拟通井管柱要求能够到达设计位置，管柱入井过程顺利，不卡不滞为合格。在本实施例中，通井模拟工具的外径和长度与酸压施工管柱中的工具外径和长度需保持一致。

之后，按照设计要求依次连接入井工具。此时，需检查压裂滑套90打开球的大小，确保其能顺利通过安全接头50、反洗井滑套60、水力锚70以及套管保护分隔器80中心管，并能够和压裂滑套90相匹配。还要检查水力喷射器100的喷嘴101，确保喷嘴101完好，然后将工具管串下入井筒，管柱下至设计层段后进行磁定位校深，调整水力喷射器100的位置与设计深度位置一致，此时，保持套管保护分隔器80处于悬挂套管上方10m-20m处，并且保持其处于不坐封状态。

之后，向油管内注入射孔液体以进行水力喷射射孔作业。此时，敞开油套环空，油套环空流出的液体进入专门的储罐储存。为了提高射孔效率、增强射孔效果，在本实施例中，射孔液体优选采用滑溜水或低粘度胶液，并且加入5％-8％的射孔砂或者纯液体进行射孔。射孔结束时，酸液进入油管内，并达到油管底部但不出油管。

之后，进行地层破裂压力测试。此时，关闭油套环空，向油管中缓慢注入酸压前置液，并且控制套压始终处于允许压力之下，若地层排量能够提高到设计排量，则直接在设计排量下进行地层破裂压力测试。若在控制套压下地层排量达不到设计排量，则在允许排量下将油管内的酸液挤入地层，然后关井反应，待酸液完全反应后，再次测试地层能否达到设计排量。测试压裂完成后根据测试结果调整酸压方案。

之后，坐封套管保护分隔器80。根据套管保护分隔器80设计坐封位置，将套管保护分隔器80下入悬挂套管内，调整管柱长度，上提管柱至设计高度，然后下放管柱进行套管保护分隔器80的坐封。此时，要确保套管保护分隔器80在坐封后，压裂滑套90位置对准水力喷射器100的射孔位置。套管保护分隔器80坐封后，油管注入液体进行套管保护分隔器80的验封，套管保护分隔器80坐封合格后进行下部工序。

之后，从井口投滑套密封球94，待密封球94到位后，向油管缓慢注入液体，使油管压力缓慢升高至滑套打开，然后按照设计要求进行高排量大规模深穿透酸压施工。

酸压施工完成后，进行关井测压降，然后按照要求进行放喷求产。

最后，通过反洗井滑套进行循环压井，待压井完成后，起出定点水力喷射酸压装置200，完成超深井的定点水力喷射大规模酸压施工。

根据本发明的用于超深井的定点水力喷射酸压装置200，其采用主体油管连接反洗井滑套60、压裂滑套90以及水力喷射器100等施工工具。定点水力喷射酸压装置200具有很强的灵活性与安全性，其适用于各种油气藏超深井定点喷射大排量酸化压裂作业。同时，定点水力喷射酸压装置200满足高排量大规模酸压要求，能够实现超深井套管保护、定点喷射、定点起裂和大规模深穿透压裂工艺。此外，定点水力喷射酸压装置200能够降低压裂施工压力，满足超深井井身结构的高压施工过程中井口套管保护问题。同时，根据本发明的用于超深井的定点水力喷射酸压方法，通过使用上述的定点水力喷射酸压装置200，大大提高了超深井大规模酸压的施工安全性、有效性和经济性，实现超深井安全开发、效益开发。

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 (8)

1.一种用于超深井的定点水力喷射酸压装置（200），包括：

用于进行循环压井作业的反洗井滑套（60）；

连接在所述反洗井滑套下端的套管保护分隔器（80）；

用于射孔的定点水力喷射机构（210）；

连接在所述套管保护分隔器与所述定点水力喷射机构之间的压裂滑套（90），所述压裂滑套构造成能够在一定油压作用下打开；

其中，所述压裂滑套包括压裂滑套本体（91），在所述压裂滑套本体内部设有压裂内滑套（92）和与所述压裂滑套本体相连接的内滑套座（93），在压裂滑套本体的侧壁上设有沿轴向延伸的条状形的第一通孔（96），在初始状态，所述压裂内滑套处于所述第一通孔的位置，从而使所述压裂滑套处于关闭状态，所述压裂内滑套能够通过投球打压作用移动到所述内滑套座处，从而打开第一通孔以进行酸压施工，并且，压裂滑套的位置能够对准定点水力喷射机构的原射孔位置进行酸压施工，

所述反洗井滑套包括反洗井滑套本体（61），在所述反洗井滑套本体内部设有内滑套（62），在反洗井滑套本体的侧壁上设有若干沿轴向延伸且在周向上均匀分布的呈条状的第二通孔（66），所述内滑套构造成在初始状态通过剪钉（64）固定而关闭所述第二通孔，并且在能够剪断所述剪钉的套压作用下移动而打开所述第二通孔，从而打开反洗井滑套以进行循环压井。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述定点水力喷射机构包括带有喷嘴（101）的水力喷射器（100），所述喷嘴沿轴向分层设置。

3.一种用于超深井的定点水力喷射酸压方法，包括以下步骤：

步骤一：下入根据权利要求1或2所述的定点水力喷射酸压装置至井筒中的设定位置，并保持所述套管保护分隔器处于不坐封状态；

步骤二：利用所述定点水力喷射机构进行水力喷射射孔作业；

步骤三：调整管柱深度，坐封所述套管保护分隔器，使所述压裂滑套对准所述定点水力喷射机构的射孔位置，投球憋压打开所述压裂滑套以进行酸压施工；

步骤四：进行放喷求产。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤一中，通过磁定位校深来使所述定点水力喷射酸压装置到达井筒中的设定位置。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，在步骤二中，在水力喷射射孔作业后还进行地层破裂压力测试，并根据测试结果调整酸压方案。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在进行地层破裂压力测试时，关闭油套环空。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在关闭油套环空后注入酸压前置液，并控制套压始终处于允许压力之下以测试地层吸液情况。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在放喷求产结束后，通过所述反洗井滑套进行循环压井，之后起出所述定点水力喷射酸压装置。

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