CN110359893B - 矿井喷射压裂装置及作业方法 - Google Patents

矿井喷射压裂装置及作业方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种矿井喷射压裂装置及作业方法。其中，矿井喷射压裂装置包括：中心管，中心管穿设在矿井的井筒内；上封隔器，上封隔器套设在中心管外并与井筒的内壁密封接触，上封隔器具有辅助通道；喷射器，喷射器设置在中心管上并位于上封隔器的下方；下封隔器，下封隔器套设在中心管外并与井筒的内壁密封接触，下封隔器位于喷射器的下方，且下封隔器与上封隔器之间形成待喷射区域，中心管内的液体通过喷射器进入待喷射区域，且辅助通道与待喷射区域连通。本发明解决了现有技术中的水力喷射压裂作业的适用范围小的问题。

Description

矿井喷射压裂装置及作业方法
技术领域
本发明涉及油气田开发技术领域，具体而言，涉及一种矿井喷射压裂装置及作业方法。
背景技术
水力喷射压裂技术是作为油气井增产增注的主要措施，现已广泛应用于低渗透油气藏的开发中。但由于工艺原理的限制，常规水力喷射压裂技术仅适用于新井或上返井的射孔压裂改造，对于目的层段以上存在已射孔段的老井或在原射孔段需要重复改造的矿井，则无法实施。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种矿井喷射压裂装置及作业方法，以解决现有技术中的水力喷射压裂作业的适用范围小的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种矿井喷射压裂装置，包括：中心管，中心管穿设在矿井的井筒内；上封隔器，上封隔器套设在中心管外并与井筒的内壁密封接触，上封隔器具有辅助通道；喷射器，喷射器设置在中心管上并位于上封隔器的下方；下封隔器，下封隔器套设在中心管外并与井筒的内壁密封接触，下封隔器位于喷射器的下方，且下封隔器与上封隔器之间形成待喷射区域，中心管内的液体通过喷射器进入待喷射区域，且辅助通道与待喷射区域连通。
进一步地，上封隔器包括：封隔套管，封隔套管套设在中心管外并与中心管之间形成过流间隙，过流间隙作为辅助通道；第一密封胶筒；第二密封胶筒，第一密封胶筒和第二密封胶筒均套设置在封隔套管外并与井筒的内壁密封接触，且第一密封胶筒和第二密封胶筒沿封隔套管的轴向间隔设置以在二者之间形成密封区域，辅助通道的端口与密封区域隔离。
进一步地，端口位于封隔套管的侧壁上。
进一步地，封隔套管与中心管同轴设置并通过连接筋连接，连接筋将辅助通道分隔为多个子通道。
进一步地，下封隔器包括第三密封胶筒，第三密封胶筒套设在中心管外并与中心管的底端之间预留一定距离，以在中心管的底端开设导流孔，第三密封胶筒与井筒的内壁密封连接。
进一步地，矿井喷射压裂装置还包括：球座，球座设置在中心管内且位于第三密封胶筒所在的位置处，且球座位于导流孔的上方；密封球，密封球投入中心管内接触球座后，密封球将中心管分隔为上部空间和下部空间。
进一步地，中心管的底端设置有丝堵。
根据本发明的另一方面，提供了一种矿井喷射压裂作业方法，采用上述的矿井喷射压裂装置对矿井进行喷射压裂作业，矿井喷射压裂作业方法包括：将矿井喷射压裂装置下放至井筒中，并使矿井喷射压裂装置的喷射器正对井筒的待射孔处，进行一次洗井作业；一次洗井作业完毕后，投入密封球以封堵矿井喷射压裂装置的中心管，再进行喷砂射孔压裂作业；喷砂射孔压裂作业完毕后，对井筒进行二次洗井作业。
进一步地，一次洗井作业包括向中心管中注入液体，液体经中心管由喷射器的喷射通道和中心管的导流孔对井筒进行清洗，且矿井喷射压裂装置的下封隔器与矿井喷射压裂装置的上封隔器之间形成的待喷射区域内的液体经矿井喷射压裂装置的辅助通道向外流出。
进一步地，喷砂射孔压裂作业包括：将砂液由中心管注入井筒内，砂液由喷射器的喷射通道中射出，对待射孔处进行初步射孔；向中心管和矿井喷射压裂装置的辅助通道中均注入砂液，一部分砂液由中心管经过喷射通道射出在待射孔处，另一部分砂液经辅助通道射在待射孔处，以使待射孔处形成成型射孔。
进一步地，二次洗井作业包括向中心管中注入液体，液体经中心管由喷射器的喷射通道对井筒进行清洗，并经矿井喷射压裂装置的辅助通道向外流出。
应用本发明的技术方案，矿井喷射压裂装置的上封隔器和下封隔器均与井筒的内壁密封连接，以将矿井中的待射孔段与已射孔段分隔开来，使得待射孔段处于独立密闭的待喷射区域中，同时喷射器设置在上封隔器与下封隔器之间，使得喷射器能够对待射孔段进行作业，而上封隔器的辅助通道在洗井时能够起到回流的作用，在进行喷砂射孔压裂作业时能够对待射孔段进行进一步压裂，使得待射孔段形成成型射孔。上述装置将待射孔段分隔在独立密闭的待喷射区域，使得作业时，已射孔段不会对待射孔段的作业产生影响，从而上述装置能够适用于老井或者待射孔段之上存在已射孔段的矿井，进而提高了矿井喷射压裂装置的适用范围。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明的矿井喷射压裂装置的结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、中心管；11、导流孔；20、上封隔器；21、封隔套管；22、过流间隙；23、第一密封胶筒；24、第二密封胶筒；30、喷射器；40、下封隔器；50、待喷射区域；60、球座；70、密封球；80、丝堵。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。
为了解决现有技术中的水力喷射压裂作业的适用范围小的问题，本发明提供了一种矿井喷射压裂装置及作业方法。
如图1所示的一种矿井喷射压裂装置，包括中心管10、上封隔器20、喷射器30和下封隔器40，中心管10穿设在矿井的井筒内；上封隔器20套设在中心管10外并与井筒的内壁密封接触，上封隔器20具有辅助通道；喷射器30设置在中心管10上并位于上封隔器20的下方；下封隔器40套设在中心管10外并与井筒的内壁密封接触，下封隔器40位于喷射器30的下方，且下封隔器40与上封隔器20之间形成待喷射区域50，中心管10内的液体通过喷射器30进入待喷射区域50，且辅助通道与待喷射区域50连通。
具体地，矿井喷射压裂装置的上封隔器20和下封隔器40均与井筒的内壁密封连接，以将矿井中的待射孔段与已射孔段分隔开来，使得待射孔段处于独立密闭的待喷射区域50中，同时喷射器30设置在上封隔器20与下封隔器40之间，使得喷射器30能够对待射孔段进行作业，而上封隔器20的辅助通道在洗井时能够起到回流的作用，在进行喷砂射孔压裂作业时能够对待射孔段进行进一步压裂，使得待射孔段形成成型射孔。上述装置将待射孔段分隔在独立密闭的待喷射区域50，使得作业时，已射孔段不会对待射孔段的作业产生影响，从而上述装置能够适用于老井或者待射孔段之上存在已射孔段的矿井，进而提高了矿井喷射压裂装置的适用范围。
在本实施例中，上封隔器20包括封隔套管21、第一密封胶筒23和第二密封胶筒24，封隔套管21套设在中心管10外并与中心管10之间形成过流间隙22，过流间隙22作为辅助通道；第一密封胶筒23和第二密封胶筒24均套设置在封隔套管21外并与井筒的内壁密封接触，且第一密封胶筒23和第二密封胶筒24沿封隔套管21的轴向间隔设置以在二者之间形成密封区域，辅助通道的端口与密封区域隔离。
具体地，上封隔器20具有同心管结构，封隔套管21套设在中心管10上并且与中心管10之间形成过流间隙22以作为辅助通道，在封隔套管21与井筒之间设置有位于封隔套管21上端的第一密封胶筒23和位于封隔套管21下端的第二密封胶筒24，已射孔段即位于第一密封胶筒23和第二密封胶筒24之间的密封区域中，以将位于井筒下方的待射孔段与位于待射孔段上方的已射孔段分隔开来。同时，过流间隙22又使得液体能够回流或者砂液能够注入待喷射区域50，方便进行喷砂射孔压裂作业。
本实施例中的端口位于封隔套管21的侧壁上，即在封隔套管21的上下两端的侧壁上开设有多个过孔作为端口。
在一个未图示的实施例中，封隔套管21与中心管10同轴设置并通过连接筋连接，连接筋将辅助通道分隔为多个子通道。
具体地，在封隔套管21与中心管10之间周向等间隔设置有四个连接筋，连接筋将二者之间的过流间隙22分隔为四个子通道，每个子通道的上下两端均开设有过孔，使得通过辅助通道注入的砂液能够有效进入到待喷射区域50，进而保证作业效果。
如图1所示，下封隔器40包括第三密封胶筒，第三密封胶筒套设在中心管10外并与中心管10的底端之间预留一定距离，以在中心管10的底端开设导流孔11，第三密封胶筒与井筒的内壁密封连接。
具体地，下封隔器40的第三密封胶筒直接套设在中心管10上并与井筒的内壁密封连接，使得待射孔段与位于其下方的已射孔段分隔，从而使得待喷射区域50中有且仅有待射孔段，使得由喷射器30喷出的砂液和辅助通道注入的砂液能够有效作用于待射孔段。同时为了方便洗井的时候清洗到井筒的位于第三密封胶筒的下方的区域，在中心管10的位于第三密封胶筒的下方的管段的侧壁上开设有导流孔11，使得由中心管10通入的液体能够经由导流孔11对井筒的下端进行清洗。
需要说明的是，在清洗井筒的下端时，第三密封胶筒与井筒之间预留有一定的间隙，使得液体能够流入到待喷射区域50中，从而经辅助通道回流出来。
在本实施例中，中心管10的底端设置有丝堵80。
可选地，矿井喷射压裂装置还包括球座60和密封球70，球座60设置在中心管10内且位于第三密封胶筒所在的位置处，且球座60位于导流孔11的上方；密封球70投入中心管10内接触球座60后，密封球70将中心管10分隔为上部空间和下部空间。
具体地，在中心管10的第三密封胶筒对应的管段内设置有球座60，球座60的中心为通孔，上端设置有向通孔倾斜的倾斜面，当密封球70投入到中心管10后，密封球70能够在倾斜面的作用下封堵通孔，以将中心管10分隔，从而使得砂液无法进入到中心管10的底端，保证矿井喷射压裂装置的正常作业。密封球70可以采用可溶式的密封球70，以降低密封球70对返排的影响。
需要说明的是，下封隔器40可采用液压坐封的扩张式或压缩式封隔器，上封隔喷射器30可采用自封式或者扩张式封隔器。
可选地，为改善中心管10的受力情况，可以在下封隔器40的底端增加水力锚定组件。
本实施例还提供了一种矿井喷射压裂作业方法，采用了上述的矿井喷射压裂装置对矿井进行喷射压裂作业，矿井喷射压裂作业方法包括将矿井喷射压裂装置下放至井筒中，并使矿井喷射压裂装置的喷射器30正对井筒的待射孔处，密封第一密封胶筒23和第二密封胶筒24，然后进行一次洗井作业；一次洗井作业完毕后，投入密封球70以封堵矿井喷射压裂装置的中心管10，再进行喷砂射孔压裂作业；喷砂射孔压裂作业完毕后，对井筒进行二次洗井作业。
具体地，一次洗井作业为如下过程：向中心管10中注入液体，液体经中心管10由喷射器30的喷射通道和中心管10的导流孔11对井筒进行清洗，且矿井喷射压裂装置的下封隔器40与矿井喷射压裂装置的上封隔器20之间形成的待喷射区域50内的液体经矿井喷射压裂装置的辅助通道向外流出。
喷砂射孔压裂作业为如下过程：将砂液由中心管10注入井筒内，砂液由喷射器30的喷射通道中射出，对待射孔处进行初步射孔，初步射孔使得待射孔段的侧壁上形成深度较浅的孔状结构；然后向中心管10和矿井喷射压裂装置的辅助通道中均注入砂液，一部分砂液由中心管10经过喷射通道射出在待射孔处，另一部分砂液经辅助通道射在待射孔处，以使待射孔处形成成型射孔，即初步射孔形成的孔状结构在砂液的压裂作用下向远离井筒的方向延伸，进而形成完整的射孔。
二次洗井作业为如下过程：向中心管10中注入液体，液体经中心管10由喷射器30的喷射通道对井筒进行清洗，并经矿井喷射压裂装置的辅助通道向外流出。二次洗井作业的过程与一次洗井作业的过程大致相同，不同之处在于由于二次洗井时，中心管10的底端配密封球70密封，因而液体仅能够对井筒的待喷射区域50及其以上的部分进行清洗。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
1、解决了现有技术中的水力喷射压裂作业的适用范围小的问题；
2、扩大了水力喷射压裂工艺的应用范围，从而提高底水油藏控底水压裂的成功率；
3、装置的使用操作简单方便，安全可靠。
显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种矿井喷射压裂装置，其特征在于，包括：
中心管(10)，所述中心管(10)穿设在矿井的井筒内；
上封隔器(20)，所述上封隔器(20)套设在所述中心管(10)外并与所述井筒的内壁密封接触，所述上封隔器(20)具有辅助通道；
喷射器(30)，所述喷射器(30)设置在所述中心管(10)上并位于所述上封隔器(20)的下方；
下封隔器(40)，所述下封隔器(40)套设在所述中心管(10)外并与所述井筒的内壁密封接触，所述下封隔器(40)位于所述喷射器(30)的下方，且所述下封隔器(40)与所述上封隔器(20)之间形成待喷射区域(50)，所述中心管(10)内的液体通过所述喷射器(30)进入所述待喷射区域(50)，且所述辅助通道与所述待喷射区域(50)连通；
所述上封隔器(20)包括：
封隔套管(21)，所述封隔套管(21)套设在所述中心管(10)外并与所述中心管(10)之间形成过流间隙(22)，所述过流间隙(22)作为所述辅助通道；
第一密封胶筒(23)；
第二密封胶筒(24)，所述第一密封胶筒(23)和所述第二密封胶筒(24)均套设置在所述封隔套管(21)外并与所述井筒的内壁密封接触，且所述第一密封胶筒(23)和所述第二密封胶筒(24)沿所述封隔套管(21)的轴向间隔设置以在二者之间形成密封区域，所述辅助通道的端口与所述密封区域隔离。
2.根据权利要求1所述的矿井喷射压裂装置，其特征在于，所述端口位于所述封隔套管(21)的侧壁上。
3.根据权利要求1所述的矿井喷射压裂装置，其特征在于，所述封隔套管(21)与所述中心管(10)同轴设置并通过连接筋连接，所述连接筋将所述辅助通道分隔为多个子通道。
4.根据权利要求1所述的矿井喷射压裂装置，其特征在于，所述下封隔器(40)包括第三密封胶筒，所述第三密封胶筒套设在所述中心管(10)外并与所述中心管(10)的底端之间预留一定距离，以在所述中心管(10)的底端开设导流孔(11)，所述第三密封胶筒与所述井筒的内壁密封连接。
5.根据权利要求4所述的矿井喷射压裂装置，其特征在于，所述矿井喷射压裂装置还包括：
球座(60)，所述球座(60)设置在所述中心管(10)内且位于所述第三密封胶筒所在的位置处，且所述球座(60)位于所述导流孔(11)的上方；
密封球(70)，所述密封球(70)投入所述中心管(10)内接触所述球座(60)后，所述密封球(70)将所述中心管(10)分隔为上部空间和下部空间。
6.根据权利要求4所述的矿井喷射压裂装置，其特征在于，所述中心管(10)的底端设置有丝堵(80)。
7.一种矿井喷射压裂作业方法，采用权利要求1至6中任一项所述的矿井喷射压裂装置对所述矿井进行喷射压裂作业，其特征在于，所述矿井喷射压裂作业方法包括：
将所述矿井喷射压裂装置下放至井筒中，并使所述矿井喷射压裂装置的喷射器(30)正对所述井筒的待射孔处，进行一次洗井作业；
一次洗井作业完毕后，投入密封球(70)以封堵所述矿井喷射压裂装置的中心管(10)，再进行喷砂射孔压裂作业；
所述喷砂射孔压裂作业完毕后，对所述井筒进行二次洗井作业。
8.根据权利要求7所述的矿井喷射压裂作业方法，其特征在于，所述一次洗井作业包括向所述中心管(10)中注入液体，所述液体经所述中心管(10)由所述喷射器(30)的喷射通道和所述中心管(10)的导流孔(11)对所述井筒进行清洗，且所述矿井喷射压裂装置的下封隔器(40)与所述矿井喷射压裂装置的上封隔器(20)之间形成的待喷射区域(50)内的液体经所述矿井喷射压裂装置的辅助通道向外流出。
9.根据权利要求7所述的矿井喷射压裂作业方法，其特征在于，所述喷砂射孔压裂作业包括：
将砂液由所述中心管(10)注入所述井筒内，所述砂液由所述喷射器(30)的喷射通道中射出，对所述待射孔处进行初步射孔；
向所述中心管(10)和所述矿井喷射压裂装置的辅助通道中均注入所述砂液，一部分所述砂液由所述中心管(10)经过所述喷射通道射出在所述待射孔处，另一部分所述砂液经所述辅助通道射在所述待射孔处，以使所述待射孔处形成成型射孔。
10.根据权利要求7所述的矿井喷射压裂作业方法，其特征在于，所述二次洗井作业包括向所述中心管(10)中注入液体，所述液体经所述中心管(10)由所述喷射器(30)的喷射通道对所述井筒进行清洗，并经所述矿井喷射压裂装置的辅助通道向外流出。
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