CN111520093A - 气控泡沫液塞解卡解堵地层助排解堵系统和工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用包括井下工具串的气控泡沫液塞解卡解堵助排系统实现管内解卡解堵和底层解堵的工艺，其中所述井下工具串包括自激振荡脉冲射流装置，液力打捞增力器装置，打捞工具和短接，所述自激振荡脉冲射流装置包括一级自激振荡脉冲射流装置和二级自激振荡脉冲射流装置，用于提供气动力，产生脉冲振动，所述液力打捞增力器装置包括液力打捞增力器和设置在其外表面的液力打捞增力器卡瓦。利用上述系统可以实现打捞过程中无需重复起下管柱，并充分利用流体学、流体波振学、水声学和空气动力学作用，人为可控气液两用自激震荡脉冲射流装置产生不同的脉冲震动、射流，实现排沙、解堵和解卡作业。

Description

气控泡沫液塞解卡解堵地层助排解堵系统和工艺

技术领域

本发明涉及一种石油压裂采用的解卡解堵助排工具和方法，特别是涉及一种气控泡沫液塞解卡解堵助排系统及采用该系统的解卡解堵助排工艺。

背景技术

自然界中的石油通常存储在地下的储层中，储层是储存油气并能允许油气在其中通过的有储集空间的岩层。石油开采是指将储层中油气从储层流入井底，并从井底提升到井口的过程和方式。常用的开采方法是通过采用具有驱替液形式的另一种介质直接置换，该另一种液体通常为水、或者气体。在压力下，驱替液体进入注入井并被注入储层岩石中，在油井产率较低时，通常需要进行各种增产作业。

油气井压裂技术是全球石油行业增产增效普遍采用的一种直接措施。随着油田进入中后期的开发，油水井压裂的层数及压裂剂的注入量越来越多。然而，由于地质的储层条件越来越复杂，无论何种方式的大数据计算也无法做到精确设计。况且，由于人员及设备的客观因素也无法做到精准施工，这就造成了很多油水井压裂施工后封隔器及管柱砂卡砂埋事故，需进行大修施工。在大修施工作业中，常规的大修解卡作业不确定因素较多，尤其是大规模压裂的多级封隔器的情况下，造成施工困难、周期性长或无法解封，造成油水井不能投产。况且注入地层的压裂液若不能及时从地层中迅速完全的排出，会增加地层的含水饱和度，降低油气渗透率；同时，由于毛细管力的作用，引起水锁，造成地层伤害使压裂施工效果大大降低或对生产起到反作用。

另外，随着油田采油开发过程的不断进行，压裂、酸化、注水、聚驱等措施都有可能对地层造成伤害，因而导致对油水层的堵塞。堵塞的原因很多，主要原因是各种增油措施不当，容易造成地层变化。例如，地层的原始孔隙受损或外来物堵塞吼道，造成渗透率下降。从堵塞物性质上主要分为泥浆颗粒堵塞、粘土膨胀堵塞、次生矿物沉淀堵塞、有机构堵塞、无机构堵塞；水锁、出砂、湿润性反转及聚合物失能等等原因。当油层发生堵塞后，会导致注水和注聚无效，原油无法采出，最终导致油气资源的极大浪费。

此外，现有的解卡、解堵和助排工艺中的工具，通常性能单一，在进行完一项或两项作业时候，通常需要上提管住，并更换工具头，然后再下放到井中进行作业，这样的重复启下管柱，增加了作业的难度，降低了工作效率，并增加了工作成本。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种气控泡沫液塞解卡解堵助排系统以及采用该系统的解卡解堵助排工艺。

本发明提供了一种利用气控泡沫液塞解卡解堵助排的系统，具体为：

一种气控泡沫液塞解卡解堵助排系统，包括地面的泡沫发生装置、气体蓄能装置和井下工具串，所述井下工具串包括自激振荡脉冲射流装置，液力打捞增力器装置，打捞工具和短接，所述自激振荡脉冲射流装置包括一级自激振荡脉冲射流装置和二级自激振荡脉冲射流装置，用于地面装置提供气、液动力，产生脉冲振动；所述液力打捞增力器装置包括液力打捞增力器和设置在其外表面的液力打捞增力器卡瓦，沿着井下至井口方向，打捞工具设置在靠近井底一端，并与一级自激振荡脉冲射流装置连接，一级自激振荡脉冲射流装置通过接箍与短接连接，所述短接通过接箍与二级自激振荡脉冲装置连接，二级自激振荡脉冲装置通过接箍和短接与外部设置有液力打捞增力器卡瓦的液力打捞增力器连接，液力打捞增力器再通过接箍与反扣钻杆连接。

所述打捞工具包括带有中心水眼的捞矛。

本发明还提供了一种利用气控泡沫液塞解卡解堵助排系统进行解卡的工艺，具体为：

一种利用气控泡沫液塞解卡解堵助排系统进行解卡的工艺，包括以下步骤：

1、将井下工具串安装在管柱上，并与地面设备连接，所述地面设备包括氮气压缩机、泡沫增压机泵和压力柱塞泵、分注装置和高压气体蓄能装置；

2、将井下工具串以一定的速度，下探至井筒内的遇阻深度，连续实探多次，确定是砂面还是落物，最后一次下探后上提管柱至一定高度，静止观察一段时间，在确定指重表无累加负荷后关闭液动防喷器半封，关闭手动单阀板防喷器，开启套管环空闸板阀，准备油管正循环注入；

3、操控液力柱塞泵向井下工具串注入清水提供液动力，产生脉冲震动射流，建立循环后观察出口压力及返排物质，直至出口压力降至3兆帕以内；

4、启动氮气压缩机、泡沫增压机泵与液力柱塞泵同时工作，向井下注入一定密度的泡沫，待小排量气体推动断续相液体泡形成的柱塞上行返至分离池，再次观察环空出口压力和返排物质，直至压力降至2Ｍpa，停止液力柱塞泵工作，停止氮气机压缩机工作；

5、操控分注装置控制高压气体蓄能装置，向连接在井下管柱上的井下工具串提供动力并产生高速脉冲射流，冲击砂面、落物或封隔器胶桶，待能量聚集碰壁回流，利用大量、高速的气体，推动无数个连续相液体泡沫柱塞以弹状流的形式向井口方向快速移动，喷出井筒进入三相分离器；

6、观察分离器的排污口，确定无液砂排出且环空出口压力低于0.5mpa时，停止注气，完成返排砂砾工作；

7、打开液动防喷器，开起密封单闸板防喷器，下放井下工具串打捞落物；

8、捞住落物时上提管柱，观察指重表负荷超过10KN时，再次开启高压蓄能装置向井下工具串提供气动力，产生脉冲震动，将强有力且频率较低的脉冲波作用在被卡落物上，完成解卡工作。

其中，步骤2中的工具下放速度低于0.5m/s，下探至井筒内的遇阻深度，连续实探三次，第三次下探后上提管柱1m-3m，静止观察5min。

液力柱塞泵的排量优选每小时20-40m³，向井下管柱双级气液两用自激振荡脉冲射流装置注入清水提供液动力，产生脉冲震动射流。

步骤4中向井下注入泡沫的密度优选为0.3-0.85g/cm³。

步骤5中高压气体蓄能装置的蓄压能力优选为20Mpa， 1500Nm³。

此外，本发明还提供了一种利用气控泡沫液塞解卡解堵助排工具进行地层解堵工艺，具体为：

一种利用气控泡沫液塞解卡解堵助排系统进行地层解堵工艺，包括以下步骤：

1、将井下工具串安装在管柱上，并与地面设备连接，所述地面设备包括氮气压缩机、泡沫增压机泵和压力柱塞泵、分注装置和高压气体蓄能装置；

2、将井下工具串下至平行于射孔井段炮眼位置，关闭液动防喷器半封，关闭手动单阀板防喷器；

3、启动氮气压缩机、泡沫增压机泵同时向油管正循环注入，直至建立循环观察到均匀泡沫后，关闭氮气压缩机和泡沫增压机泵；

4、开启高压气体蓄能装置向井下工具串提供气动力，产生的脉冲超声波从炮孔传至地层，并辐射震动受损的孔隙或吼道中的堵塞物，建立循环后观察返排液量及返排物质，直至无液排出；

5、重循环操作步骤3和4，直至再无堵塞物质排出；

6、打开液动防喷器，开起密封单闸板防喷器，接单根继续下延伸重复步骤3和4，冲砂至人工井底。

其中，氮气压缩机容量优选为900Nm³，泡沫增压机泵泵速优选为8m³/h，高压气体蓄能装置的开启压力优选为15-20Mpa。

本发明的技术方案具有很多的优点。其中：

本发明中的打捞器，可以根据落物鱼顶确定具体型号。而且在施工可根据不同工况，设定程序，使各装置独立发挥功能互不干扰。

本发明的气控泡沫液塞解卡解堵助排工艺技术是通过流体学、流体波振学、水声学、空气动力学等原理相结合，利用气体蓄能装置、泡沫发生装置、液体增压装置等设备，并可人为控制，使气液两用自激震荡脉冲射流装置产生不同频率的脉冲震动、射流、及空化现象，实现管内排砂、落物解卡、地层解堵等油水井施工作业的目的。

本发明可以控制气、液、泡沫的注入顺序、注入压力、注入量，利用气液两相混合流体特性，将气液两用自激震荡脉冲射流装置产生的脉冲震动、脉冲射流，超声波谐振及惯性空化现象产生的泡溃效应形成的冲击波同时作用在管内堆积的砂面、落物本体或地层缝隙中附着的蜡质、胶质等堵塞物质，待堵塞物质被动克服附着力的束缚时，压力碰壁逆向回流后，大排量极速膨胀的的气体在环空内产生无数个上升气泡，推动无数个液体泡沫柱塞以弹状流的形态，以加速度的形式向井口方向快速移动，最后以雾状流的形态喷出井口至液气分离器。因泡沫具有较好的悬浮和携砂性能，即使液塞中比重较大的沙粒也很少滑脱，所以每个循环都会使造成卡堵物质的大量排除。

附图说明

图1为本发明气控泡沫液塞解卡解堵助排工具的结构图。

具体实施方式

为了进一步了解本发明气控泡沫液塞解卡解堵助排工具的结构特点和在工艺中的具体应用，结合附图进行详细说明。

实施例一

本发明的气控泡沫液塞解卡解堵助排系统，包括地面的泡沫发生装置、气体蓄能装置和下于套管1内的井下工具串，所述井下工具串包括自激振荡脉冲射流装置，液力打捞增力器装置，打捞工具和短接，所述自激振荡脉冲射流装置包括一级自激振荡脉冲射流装置12和二级自激振荡脉冲射流装置8，用于提供气动力，产生脉冲振动；所述液力打捞增力器装置包括液力打捞增力器4和设置在其外表面的液力打捞增力器卡瓦5，沿着井下至井口方向，打捞工具13设置在靠近井底一端，并与一级自激振荡脉冲射流装置12连接，一级自激振荡脉冲射流装置12通过接箍11与短接10连接，所述短接10通过接箍9与二级自激振荡脉冲装置8连接，二级自激振荡脉冲装置8通过接箍7和短接6与外部设置有液力打捞增力器卡瓦5的液力打捞增力器4连接，液力打捞增力器4再通过接箍3与反扣钻杆2连接。

所述打捞工具13包括带有中心水眼的捞矛。

实施例二

利用气控泡沫液塞进行解卡解堵助排的工艺，具体为：

一种利用气控泡沫液塞解卡解堵助排系统进行解卡解堵助排工艺，包括地面装置、井下工具串，实现气控泡沫液塞达到管内解卡解堵和地层助排解堵工艺，包括以下步骤：

1、将井下工具串安装在管柱上，并与地面设备连接，所述地面设备包括氮气压缩机、泡沫增压机泵和压力柱塞泵、分注装置和高压气体蓄能装置；

2、将井下工具串以低于0.5m/s的下放速度，下探至井筒内的遇阻深度，连续实探3次，确定是砂面还是落物14，在第3次下探后上提管柱至1-3米的高度，静止观察5分钟，在确定指重表无累加负荷后，也就是超过管柱自重的负荷后，关闭液动防喷器半封，关闭手动单阀板防喷器，开启套管环空闸板阀，准备油管正循环注入；

3、操控排量为每小时20-40m³的液力柱塞泵向井下工具串注入清水提供液动力，产生脉冲震动射流，建立循环后观察出口压力及返排物质，直至出口压力降至3兆帕以内；

4、启动氮气压缩机、泡沫增压机泵与液力柱塞泵同时工作，向井下注入密度为0.3-0.85g/m³的泡沫，待泡沫返至分离池，再次观察环空出口压力和返排物质，直至压力降至2Ｍpa，停止液力柱塞泵工作，停止氮气机压缩机工作；

5、操控分注装置控制高压气体蓄能装置，高压气体蓄能装置的蓄能压力为20Mpa1500Nm³，向连接在下井管柱上的井下工具串提供动力并产生高速脉冲射流，冲击砂面、落物或封隔器胶桶，根据垂直固定容积管柱气液两相流动过程的特点，利用工具形成泡沫柱塞，大排量急速膨胀的气体产生无数个上升气泡，推动无数个连续相液体泡沫柱塞以弹状流的形式向井口方向快速移动，最后以雾状的形式喷出井筒进入三相分离器。施工实验证明直径为 0.5 -0.8 mm的砂粒的沉降速度为 10^-5～10^-4m/s 的数量级，几乎可以悬浮在泡沫中，泡沫较好的悬浮性能和携沙能力确定了液塞中沙粒的滑脱极小，使造成卡堵的大量物质排除；

6、观察分离器的排污口，确定无液砂排出且环空出口压力低于0.5Mpa时，停止注气，完成返排砂砾工作；

7、打开液动防喷器，开起密封单闸板防喷器，下放气控泡沫液塞解卡解堵助排工具打捞落物，因为打捞工具连接在气控泡沫液塞解卡解堵助排工具下端，所以无需重复起下管柱，可直接进行打捞操作；

8、捞住落物时上提管柱，观察指重表负荷超过10KN时，再次开启高压蓄能装置向气控泡沫液塞解卡解堵助排工具提供气动力，产生脉冲震动，将强有力且频率较低的脉冲波作用在被卡落物上，完成解卡工作。

工具串上的液力增力装置可以克服全井管柱的重量，减小打捞时拔负荷的拉力损失，增强作功效率，增大成功率并防止解卡时瞬间的惯力对井口、钻台、井架等设备的冲击，同时也防止对操作人员的伤害，提高作业施工安全系数。在需要40KN以上提拉力解卡，尤其是小吨位修井设备无法达到时启用，也可配合大吨位修井设备增加上提拉力，启用时只需投球打压即可。

实施例三

利用气控泡沫液塞解堵解卡助排系统进行地层助排解堵工艺，具体为：

一种利用气控泡沫液塞解堵解卡助排系统，实现气控泡沫液塞达到地层助排解堵工艺，包括以下步骤：

1、将井下工具串安装在管柱上，并与地面设备连接，所述地面设备包括氮气压缩机、泡沫增压机泵和压力柱塞泵、分注装置和高压气体蓄能装置；

2、将井下工具串下至平行于射孔井段炮眼位置，关闭液动防喷器半封，关闭手动单阀板防喷器；

3、启动容量优选为600Nm³的氮气压缩机、泡沫增压机泵的泵速优选为8m³/h，同时向油管正循环注入，直至建立循环观察到均匀泡沫后，关闭氮气压缩机和泡沫增压机泵；

4、开启优选为开启压力为15兆帕的高压气体蓄能装置向井下工具串提供气动力，产生的脉冲超声波从炮孔传至地层，并辐射震动受损的孔隙或吼道中的堵塞物，建立循环后观察返排液量及返排物质，直至无液排出；

5、重循环操作步骤3和4，直至再无堵塞物质排出；

6、打开液动防喷器，开起密封单闸板防喷器，接单根继续下延伸重复步骤3和4，冲砂至人工井底。

本发明中的打捞器，可以根据落物鱼顶15确定具体型号。而且在施工可根据不同工况，设定程序，使各装置独立发挥功能互不干扰。

上述实施方式只是本发明的较佳实施方式，旨在使得本发明的精神更加清楚和便于理解，并不是为了限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的修改、替换、改进，均应包含在本发明所附的权利要求概况的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种气控泡沫液塞解卡解堵助排系统，包括地面的泡沫发生装置、气体蓄能装置和井下工具串，所述井下工具串包括自激振荡脉冲射流装置，液力打捞增力器装置，打捞工具和短接，所述自激振荡脉冲射流装置包括一级自激振荡脉冲射流装置和二级自激振荡脉冲射流装置，用于地面装置提供气、液动力，产生脉冲振动；所述液力打捞增力器装置包括液力打捞增力器和设置在其外表面的液力打捞增力器卡瓦，沿着井下至井口方向，打捞工具设置在靠近井底一端，并与一级自激振荡脉冲射流装置连接，一级自激振荡脉冲射流装置通过接箍与短接连接，所述短接通过接箍与二级自激振荡脉冲装置连接，二级自激振荡脉冲装置通过接箍和短接与外部设置有液力打捞增力器卡瓦的液力打捞增力器连接，液力打捞增力器再通过接箍与反扣钻杆连接。

2.如权利要求1所述的气控泡沫液塞解卡解堵助排系统，其中，所述打捞工具包括带有中心水眼的捞矛。

3.一种利用权利要求1-2中所述的气控泡沫液塞解卡解堵助排系统，实现气控泡沫液塞达到管内解卡工艺，包括以下步骤：

（1）将所述井下工具串安装在管柱上，并与地面设备连接，所述地面设备包括氮气压缩机、泡沫增压机泵和压力柱塞泵、分注装置和高压气体蓄能装置；

（2）将所述井下工具串以一定的速度，下探至井筒内的遇阻深度，连续实探多次，确定是砂面还是落物，最后一次下探后上提管柱至一定高度，静止观察一段时间，在确定指重表无累加负荷后关闭液动防喷器半封，关闭手动单阀板防喷器，开启套管环空闸板阀，准备油管正循环注入；

（3）操控液力柱塞泵向井下气控泡沫液塞解卡解堵助排工具注入清水提供液动力，产生脉冲震动射流，建立循环后观察出口压力及返排物质，直至出口压力降至3Mpa以内；

（4）启动氮气压缩机、泡沫增压机泵与液力柱塞泵同时工作，向井下注入一定密度的泡沫，待小排量气体推动断续相液体泡形成的柱塞上行沫返至分离池，再次观察环空出口压力和返排物质，直至压力降至2Ｍpa，停止液力柱塞泵工作，停止氮气机压缩机工作；

（5）操控分注装置控制高压气体蓄能装置，向连接在下井管柱上的井下工具串提供动力并产生高速脉冲射流，冲击砂面、落物或封隔器胶桶，待能量聚集碰壁回流，利用大量、高速的气体，推动无数个连续相液体泡沫柱塞以弹状流的形式向井口方向快速移动，喷出井筒进入三相分离器；

（6）观察分离器的排污口，确定无液砂排出且环空出口压力低于0.5Mpa时，停止注气，完成返排砂砾工作；

（7）打开液动防喷器，开起密封单闸板防喷器，下放管柱利用井下工具串上的工具打捞落物；

（8）捞住落物时上提管柱，观察指重表负荷超过10KN时，再次开启高压蓄能装置向井下工具串提供气动力，产生脉冲震动，将强有力且频率较低的脉冲波作用在被卡落物上，完成解卡工作。

4.如权利要求3所述的工艺，其中，步骤2中的井下工具串下放速度低于0.5m/s，下探至井筒内的遇阻深度，连续实探三次，第三次下探后上提管柱1m-3m，静止观察5min。

5.如权利要求3所述的工艺，其中，液力柱塞泵的排量优选每小时20-40m³，向井下管柱双级气液两用自激振荡脉冲射流装置注入清水提供液动力，产生脉冲震动射流。

6.如权利要求3所述的工艺，其中，步骤4中向井下注入泡沫的密度优选为0.3-0.85g/cm³。

7.如权利要求3所述的工艺，其中，步骤5中高压气体蓄能装置的蓄压能力优选为20Mpa，1500Nm³。

8.一种利用如权利要求1-2中所述的气控泡沫液塞解卡解堵助排系统进行地层解堵工艺，包括以下步骤：

（1）将井下工具串安装在管柱上，并与地面设备连接，所述地面设备包括氮气压缩机、泡沫增压机泵和压力柱塞泵、分注装置和高压气体蓄能装置；

（2）将井下工具串下至平行于射孔井段炮眼位置，关闭液动防喷器半封，关闭手动单阀板防喷器；

（3）启动氮气压缩机、泡沫增压机泵同时向油管正循环注入，直至建立循环观察到均匀泡沫后，关闭氮气压缩机和泡沫增压机泵；

（4）开启高压气体蓄能装置向井下工具串提供气动力，产生的脉冲超声波从炮孔传至地层，并辐射震动受损的孔隙或吼道中的堵塞物，建立循环后观察返排液量及返排物质，直至无液排出；

（5）重循环操作步骤3和4，直至再无堵塞物质排出；

（6）打开液动防喷器，开起密封单闸板防喷器，接单根继续下延伸重复步骤3和4，冲砂至人工井底。

9.如权利要求8所述的工艺，其中，氮气压缩机容量优选为900Nm³，泡沫增压机泵泵速优选为8m³/h，高压气体蓄能装置的开启压力优选为15-20Mpa。

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