CN111827951B - 一种非常规油藏油气井均匀压裂装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非常规油藏油气井均匀压裂装置及方法，该装置包括：自上而下顺次连接的稳流管路、压裂管路、支撑管路，以及，失压自封组件和密封盖。其中，稳流管路用于降低压裂液的流速，使压裂液形成脉动水流。压裂管路的侧壁上沿周向开设有多个用于容纳失压自封组件的通孔，该通孔用于与油气井待压裂岩层的位置相对。支撑管路用于对稳流管路和压裂管路进行支撑。失压自封组件用于连通所述压裂管路和油气井待压裂岩层，并在待压裂岩层压强低于压裂管路内部压强时，封堵待压裂岩层与压裂管路。本发明可以保证地层的正常开采，开采效率高。

Description

一种非常规油藏油气井均匀压裂装置及方法

技术领域

本发明涉及油气勘探技术领域，尤其涉及一种非常规油藏油气井均匀压裂装置及方法。

背景技术

石油天然气蕴藏在地下岩层之中，开采时需要由岩层压裂设备撑开岩层，以使油气逸出。岩层压裂设备主要传力介质为压裂液，具体为向油气井中注入高压压裂液，压裂液通过井壁上的开孔进入岩层，然后以液压力撑开岩层。

现有技术在进行地层压裂作业时，一般会使用同一压力压裂所有地层，但是，由于不同地层的岩质不同，岩层压开所需要的液压力也不同，并且地层由于构造差异，油气井周向所需的液压力也存在差异，因此，现有技术采用的方法无法控制压裂液的流速，容易导致有些地层无法压开，有些地层过度压裂整体变形，影响了地层的正常开采，开采效率低。

发明内容

第一方面，本发明实施例提供一种非常规油藏油气井均匀压裂装置，用以保证地层的正常开采，开采效率高，该装置包括：自上而下顺次连接的稳流管路、压裂管路、支撑管路，以及失压自封组件和密封盖；

所述稳流管路用于降低压裂液的流速，使压裂液形成脉动水流；

所述压裂管路的侧壁上沿周向开设有多个用于容纳所述失压自封组件的通孔，所述通孔用于与油气井待压裂岩层的位置相对；

所述支撑管路用于对所述稳流管路和所述压裂管路进行支撑；

所述失压自封组件用于连通所述压裂管路和油气井待压裂岩层，并在待压裂岩层压强低于所述压裂管路内部压强时，封堵所述待压裂岩层与所述压裂管路。

可选的，所述装置还包括：密封盖，与所述支撑管路连接，用于密封所述支撑管路的末端。

可选的，所述稳流管路包括：顺次连接的第一盖板、导流管节、第二盖板，以及设置在所述导流管节内的中轴、滑块和第一弹性件；

所述第一盖板上设置有进液口；

所述第二盖板上设置有出液口；

所述中轴通过轴承与所述第一盖板、所述第二盖板连接，且所述中轴上设置有滑槽；

所述滑块用于在所述导流管节内进入压裂液后在所述滑槽内滑动，并将压裂液自所述出液口挤出；

所述第一弹性件设置在所述滑块与所述滑槽之间，用于使所述滑块的顶端与所述导流管节的内壁相抵。

可选的，所述失压自封组件包括：

帽体，与所述压裂管路连接，所述帽体上设置有出液孔；

筒体，与所述帽体的端部连接；

底座，与所述筒体连接，且两者之间具有过流槽，且所述底座上设置有过流孔；

第二弹性件，设置在所述底座内，底端用于与流入所述过流孔的压裂液相抵；

顶塞，设置在所述帽体内，与所述第二弹性件的顶端连接，用于连通所述压裂管路和油气井待压裂岩层，并在待压裂岩层压强低于所述压裂管路内部压强时封堵所述出液孔。

可选的，所述第二弹性件包括：弹簧帽、弹簧、弹簧底座；

所述弹簧帽与所述底座连接，且所述弹簧帽的顶端与所述顶塞相抵；

所述弹簧底座设置在所述顶塞的底端；

所述弹簧的两端分别与所述弹簧帽和所述弹簧底座相抵。

可选的，所述帽体与所述压裂管路为可拆卸连接。

可选的，所述弹簧帽与所述底座为可拆卸连接。

可选的，所述装置还包括：过度管路；

所述稳流管路、所述压裂管路、所述支撑管路形成有压裂管套；

每两个所述压裂管套之间通过所述过度管路连通。

可选的，所述稳流管路、所述压裂管路、所述支撑管路顺次可拆卸连接。

第二方面，本发明实施例还提供了一种油气井压裂方法，用以保证地层的正常开采，开采效率高，该装置包括：

将稳流管路、压裂管路、支撑管路下入油气井中，并使所述压裂管路侧壁上的通孔与油气井待压裂岩层的位置相对；

将压裂液注入所述稳流管路中；

利用所述稳流管路降低压裂液流速，使所述压裂液形成脉动水流；

利用所述失压自封组件连通所述压裂管路和油气井待压裂岩层，使压裂液流至油气井待压裂岩层，进行压裂作业，在待压裂岩层压强低于所述压裂管路内部压强时，封堵所述待压裂岩层与所述压裂管路，在此过程中，密封盖密封在所述支撑管路的末端

本发明实施例中，通过设置稳流管路，可以降低压裂液的流速，使压裂液形成脉动水流，进而使压裂液速度均匀的流入失压自封组件，避免压裂液快速流出，引起失压自封装置封堵待压裂岩层与压裂管路，提高了作业的稳定性和可靠性。通过设置压裂管路，并在压裂管路的侧壁上沿周向开设有多个用于容纳失压自封组件的通孔，使该通孔与油气井待压裂岩层的位置相对，保证了压裂作业的顺利进行。通过设置失压自封组件，实现了待压裂岩层与压裂管路的连通，并在待压裂岩层压强低于压裂管路内部压强时，封堵待压裂岩层与压裂管路，可根据岩层压裂瞬间的液体流速变化和压力变化自动控制压裂液出口的闭合，高效可靠，避免了岩层过压裂情况出现。综上，本发明保证了地层的正常开采，开采效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本发明实施例中非常规油藏油气井均匀压裂装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中稳流管路的第一结构示意图；

图3为本发明实施例中稳流管路的第二结构示意图；

图4为本发明实施例中稳流管路的第三结构示意图；

图5为本发明实施例中失压自封组件开启时的剖面图；

图6为本发明实施例中失压自封组件闭合时的剖面图；

图7为本发明实施例中流经失压自封组件的水流流向示意图；

图8为本发明实施例中非常规油藏油气井均匀压裂装置的应用示例图。

附图标记如下：

1 稳流管路，

101 第一盖板，

1011 进液口，

102 导流管节，

103 第二盖板，

1031 出液口，

104 中轴，

105 滑块，

106 第一弹性件，

107 轴承，

2 压裂管路，

3 支撑管路，

4 失压自封组件，

401 帽体，

4011 出液孔，

402 筒体，

403 底座，

4031 过流孔，

404 第二弹性件，

4041 弹簧帽，

4042 弹簧，

4043 弹簧底座，

405 顶塞，

406 过流槽，

5 密封盖，

6 过度管路。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

第一方面，本发明实施例提供了一种非常规油藏油气井均匀压裂装置，如图1和图8所示，该装置包括：自上而下顺次连接的稳流管路1、压裂管路2、支撑管路3，以及，失压自封组件4。其中，稳流管路1用于降低压裂液的流速，使压裂液形成脉动水流。压裂管路2的侧壁上沿周向开设有多个用于容纳失压自封组件4的通孔，该通孔用于与油气井待压裂岩层的位置相对。支撑管路3用于对稳流管路1和压裂管路2进行支撑。失压自封组件4用于连通所述压裂管路2和油气井待压裂岩层，并在待压裂岩层压强低于压裂管路2内部压强时，封堵待压裂岩层与压裂管路2。

本发明实施例提供的非常规油藏油气井均匀压裂装置的工作原理如下所述：

在进行压裂作业前，将稳流管路1、压裂管路2、支撑管路3下入油气井中，并使压裂管路2侧壁上的通孔与油气井待压裂岩层的位置相对。将压裂液注入稳流管路1中，使其顺次流经稳流管路1、压裂管路2、失压自封组件4，排至油气井待压裂岩层，进行压裂作业。在此过程中，利用稳流管路1降低压裂液流速，使压裂液形成脉动水流。利用失压自封组件4连通待压裂岩层与压裂管路2，使压裂液流至油气井待压裂岩层，进行压裂作业，在待压裂岩层压强低于压裂管路2内部压强时，封堵待压裂岩层与压裂管路2。

本发明实施例提供的非常规油藏油气井均匀压裂装置，通过设置稳流管路1，可以降低压裂液的流速，使压裂液形成脉动水流，进而使压裂液速度均匀的流入失压自封组件，避免压裂液快速流出，引起失压自封装置封堵待压裂岩层与压裂管路2，提高了作业的稳定性和可靠性。通过设置压裂管路2，并在压裂管路2的侧壁上沿周向开设有多个用于容纳失压自封组件4的通孔，使该通孔与油气井待压裂岩层的位置相对，保证了压裂作业的顺利进行。通过设置失压自封组件4，实现了待压裂岩层与压裂管路2的连通，并在待压裂岩层压强低于压裂管路2内部压强时，封堵待压裂岩层与压裂管路2，保证了本发明可根据岩层压裂瞬间的液体流速变化和压力变化自动控制压裂液出口的闭合，高效可靠，避免了岩层过压裂情况出现。综上，本发明保证了地层的正常开采，开采效率高。

其中，压裂管路2的侧壁上通孔的数量可以为多个(如2个、3个、4个等)，为了提高压裂作业效果，多个通孔可以沿周向均匀布设在压裂管路2的侧壁上。

为了实现对支撑管路3末端的封堵，避免压裂液泄露，如图1所示，所述装置还包括：密封盖5，与支撑管路3连接，用于密封支撑管路3的末端。

进一步地，为了保证支撑管路3与密封盖5连接紧固，同时便于拆卸，可以将支撑管路3与密封盖5设置为可拆卸连接。具体地，可以将支撑管路3与密封盖5通过螺钉连接。

在本发明实施例中，如图1和图8所示，该装置还包括：过度管路6。其中，稳流管路1、压裂管路2、支撑管路3形成有压裂管套。每两个压裂管套之间通过过度管路6连通。

具体应用时，可以根据岩层厚度选择压裂管套的数量。而为了降低成本，可以在不需要压裂的岩层段，使用过度管路6进行过度。其中，过度管路6为本领域常用的普通管路。

其中，过度管路6可以通过螺钉与压裂管套中的稳流管路1或支撑管路3连接，以保证过度管路6与压裂管套中的稳流管路1或支撑管路3连接紧固，同时便于拆卸。

为了保证稳流管路1、压裂管路2、支撑管路3连接紧固，同时便于拆卸，可以将稳流管路1、压裂管路2、支撑管路3顺次可拆卸连接。具体地，可以将稳流管路1、压裂管路2、支撑管路3两两通过螺钉连接。

在本发明实施例中，如图2、图3和图4所示，该稳流管路1包括：顺次连接的第一盖板101、导流管节102、第二盖板103，以及设置在导流管节102内的中轴104、滑块105、第一弹性件106。第一盖板101上设置有进液口1011。第二盖板103上设置有出液口1031。中轴104通过轴承107与第一盖板101、第二盖板103连接，且中轴104上设置有滑槽。滑块105用于在导流管节102内进入压裂液后在滑槽内滑动，并将压裂液自出液口1031挤出。第一弹性件106设置在滑块105与滑槽之间，用于使滑块105的顶端与导流管节102的内壁相抵。

其中，滑块105的数量可以为多个，沿周向均匀，且可转动地设置在中轴104上。举例来说，可以在中轴104上设置3个滑块105，则每两个滑块之间的夹角为120°。

在进行压裂作业时，将压裂液通过第一盖板101上的进液口1011进入导流管节102内，在液压的作用下，滑块105会沿中轴104发生转动，此时，两滑块105之间的压裂液则会通过第二盖板103上的出液口1031排出，由于出液口处导流管节102的内壁半径会随着滑块105的转动逐渐变小，强迫压裂液从出液口1031流出，形成脉动水流，该脉动水流的流速会随着进液口1011和出液口1031处的压力差减小而变缓慢，起到稳流的作用。

通过设置顺次连接的第一盖板101、导流管节102、第二盖板103，并在第一盖板101上设置进液口1011，在第二盖板103上设置出液口1031，保证了压裂液可以顺利地流入或流出稳流管路1。通过设置中轴104，并使中轴104通过轴承107与第一盖板101、第二盖板103连接，且在中轴104上设置滑槽，保证了滑块105可以在导流管节102内进入压裂液后在滑槽内滑动，并将压裂液自出液口1031排出。

其中，第一盖板101、导流管节102、第二盖板103可以顺次通过螺钉连接，以保证第一盖板101、导流管节102、第二盖板103两两连接紧固，同时便于拆卸。

在本发明实施例中，如图5和图6所示，该失压自封组件4包括：帽体401、筒体402、底座403、第二弹性件404、顶塞405。其中，帽体401与压裂管路2连接，帽体401上设置有出液孔4011。筒体402与帽体401的端部连接。底座403与筒体402连接，且两者之间具有过流槽406，且底座403上设置有过流孔4031。第二弹性件404设置在底座403内，底端用于与流入过流孔4031的压裂液相抵。顶塞405设置在帽体401内，与第二弹性件404的顶端连接，用于连通压裂管路2和油气井待压裂岩层，并在待压裂岩层压强低于压裂管路2内部压强时封堵出液孔4011。

当压裂液流经稳流管路1后，通过过流槽406进入失压自封组件4内，并通过顶塞405与帽体401之间的间隙，流至油气井待压裂岩层中，进行压裂作业。在此过程中，随着待压裂岩层中压裂液的逐渐充盈，压裂管路2中的压裂液压力逐渐升高，同时将液压力传递给待压裂岩层。待压裂岩层在高压下会突然裂开，则对应裂开待压裂岩层的失压自封组件4开始工作。首先，由于待压裂岩层裂开引起容液空间变大，流过帽体401与顶塞405之间间隙的压裂液速度会提升，压裂液流速的提升则导致其动压降低，从而低于压裂管路2的内部压强，从而压裂管路2内部的压裂液将顶塞405挤向帽体401，不允许压裂液再进入裂开的待压裂，则开裂岩层的压强将保持。压裂管路2内部的液压继续增加，防止已自封的失压自封组件4打开，又继续其他部位待压裂岩层的压力工作。当压裂管路2内的液体压强不再有脉动跳动，则认为所有的目标岩层均已压开，此时撤去液压，失压自封组件4中的第二弹性件404引起顶塞405复位，待井中液体停止喷涌后即可取出本发明提供的压裂装置。其中，压裂液流经失压自封组件4的流向示意图可参见图7。

通过设置帽体401，并使帽体401与压裂管路2连接，实现了失压自封组件4与压裂管路2之间的连接，通过在帽体401上设置出液孔4011，并在帽体401内设置顶塞405，使顶塞405与第二弹性件404的顶端连接，在待压裂岩层压强高于压裂管路2内部压强时连通出液孔4011，在待压裂岩层压强低于压裂管路2内部压强时封堵出液孔4011，实现了对出液孔4011通断的自动控制。通过将第二弹性件404设置在底座403内，并使其底端与流入过流孔4031的压裂液相抵，保证了压裂液可以接触顶塞405底部，提供压力。

其中，第一弹性件106可以为弹簧，其始终处于压缩状态，因此，失压自封组件4处于存放状态时，帽体401与顶塞405不接触。筒体402的内壁设置有内螺纹，以便与底座403螺纹连接，但该内螺纹是非连续的，在筒体402上开有过流槽14，供压裂液穿过。

为了保证失压自封组件4与压裂管路2连接紧固，同时便于拆卸，可以将帽体401与压裂管路2设置为可拆卸连接。具体地，可以在帽体401上设置外螺纹，在压裂管路2侧壁的通孔上设置与该外螺纹相适配的内螺纹，两者螺纹连接。

进一步地，如图5所示，第二弹性件404包括：弹簧帽4041、弹簧4042、弹簧底座4043。弹簧帽4041与底座403连接，且弹簧帽4041的顶端与顶塞405相抵。弹簧底座4043设置在顶塞405的底端。弹簧4042的两端分别与弹簧帽4041和弹簧底座4043相抵。

通过设置弹簧帽4041、弹簧4042、弹簧底座4043，并使弹簧4042的两端分别与弹簧帽4041和弹簧底座4043相抵，保证了的第二弹性件404的弹性功能。通过将弹簧帽4041与底座403连接，且弹簧帽4041的顶端与顶塞405相抵，实现了第二弹性件404与筒体402、帽体401的连接，保证了第二弹性件404在失压自封组件4中的稳定性。通过将弹簧底座4043设置在顶塞405的底端，实现了对顶塞405的支撑。

为了保证弹簧帽4041与底座403连接紧固，同时便于拆卸，可以将弹簧帽4041与底座403设置为可拆卸连接。具体地，可以在弹簧帽4041上设置外螺纹，在底座403的内壁上设置与该外螺纹相适配的内螺纹，两者螺纹连接。

第二方面，本发明实施例提供了利用上述非常规油藏油气井均匀压裂装置进行油气井压裂作业的方法，该方法包括：

将稳流管路1、压裂管路2、支撑管路3下入油气井中，并使压裂管路2侧壁上的通孔与油气井待压裂岩层的位置相对。

将压裂液注入稳流管路1中。

利用稳流管路1降低压裂液流速，使压裂液形成脉动水流。

利用失压自封组件4连通压裂管路2和油气井待压裂岩层，使压裂液流至油气井待压裂岩层，进行压裂作业，在待压裂岩层压强低于压裂管路2内部压强时，封堵待压裂岩层与压裂管路2。

本发明实施例提供的油气井压裂作业方法，通过将稳流管路1、压裂管路2、支撑管路3下入油气井中，并使压裂管路2侧壁上的通孔与油气井待压裂岩层的位置相对。将压裂液注入稳流管路1中。利用稳流管路1降低压裂液流速，使压裂液形成脉动水流。利用失压自封组件4连通待压裂岩层与压裂管路2，使压裂液流至油气井待压裂岩层，进行压裂作业，在待压裂岩层压强低于压裂管路2内部压强时，封堵待压裂岩层与压裂管路2，保证了本发明可根据岩层压裂瞬间的液体流速变化和压力变化自动控制压裂液出口的闭合，高效可靠，避免了岩层过压裂情况出现。综上，本发明保证了地层的正常开采，开采效率高。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种非常规油藏油气井均匀压裂装置，其特征在于，包括：自上而下顺次连接的稳流管路(1)、压裂管路(2)、支撑管路(3)，以及失压自封组件(4)；

所述稳流管路(1)用于降低压裂液的流速，使压裂液形成脉动水流；

所述压裂管路(2)的侧壁上沿周向开设有多个用于容纳所述失压自封组件(4)的通孔，所述通孔用于与油气井待压裂岩层的位置相对；

所述支撑管路(3)用于对所述稳流管路(1)和所述压裂管路(2)进行支撑；

所述失压自封组件(4)用于连通所述压裂管路(2)和油气井待压裂岩层，并在待压裂岩层压强低于所述压裂管路(2)内部压强时，封堵所述待压裂岩层与所述压裂管路(2)；

其中，所述稳流管路(1)包括：顺次连接的第一盖板(101)、导流管节(102)、第二盖板(103)，以及设置在所述导流管节(102)内的中轴(104)、滑块(105)和第一弹性件(106)；所述第一盖板(101)上设置有进液口(1011)；所述第二盖板(103)上设置有出液口(1031)；所述中轴(104)通过轴承(107)与所述第一盖板(101)、所述第二盖板(103)连接，且所述中轴(104)上设置有滑槽；所述滑块(105)用于在所述导流管节(102)内进入压裂液后在所述滑槽内滑动，并将压裂液自所述出液口(1031)挤出；所述第一弹性件(106)设置在所述滑块(105)与所述滑槽之间，用于使所述滑块(105)的顶端与所述导流管节(102)的内壁相抵；

所述失压自封组件(4)包括：帽体(401)，与所述压裂管路(2)连接，所述帽体(401)上设置有出液孔(4011)；筒体(402)，与所述帽体(401)的端部连接；底座(403)，与所述筒体(402)连接，且两者之间具有过流槽(406)，所述底座(403)上设置有过流孔(4031)；第二弹性件(404)，设置在所述底座(403)内，底端用于与流入所述过流孔(4031)的压裂液相抵；顶塞(405)，设置在所述帽体(401)内，与所述第二弹性件(404)的顶端连接，用于连通所述压裂管路(2)和油气井待压裂岩层，并在待压裂岩层压强低于所述压裂管路(2)内部压强时封堵所述出液孔(4011)。

2.如权利要求1所述的非常规油藏油气井均匀压裂装置，其特征在于，所述装置还包括：密封盖(5)，与所述支撑管路(3)连接，用于密封所述支撑管路(3)的末端。

3.如权利要求1所述的非常规油藏油气井均匀压裂装置，其特征在于，所述第二弹性件(404)包括：弹簧帽(4041)、弹簧(4042)、弹簧底座(4043)；

所述弹簧帽(4041)与所述底座(403)连接，且所述弹簧帽(4041)的顶端与所述顶塞(405)相抵；

所述弹簧底座(4043)设置在所述顶塞(405)的底端；

所述弹簧(4042)的两端分别与所述弹簧帽(4041)和所述弹簧底座(4043)相抵。

4.如权利要求1所述的非常规油藏油气井均匀压裂装置，其特征在于，所述帽体(401)与所述压裂管路(2)为可拆卸连接。

5.如权利要求3所述的非常规油藏油气井均匀压裂装置，其特征在于，所述弹簧帽(4041)与所述底座(403)为可拆卸连接。

6.如权利要求1所述的非常规油藏油气井均匀压裂装置，其特征在于，所述装置还包括：过度管路(6)；

所述稳流管路(1)、所述压裂管路(2)、所述支撑管路(3)形成有压裂管套；

每两个所述压裂管套之间通过所述过度管路(6)连通。

7.如权利要求1所述的非常规油藏油气井均匀压裂装置，其特征在于，所述稳流管路(1)、所述压裂管路(2)、所述支撑管路(3)顺次可拆卸连接。

8.利用权利要求1-7任一项所述的非常规油藏油气井均匀压裂装置进行油气井压裂作业的方法，其特征在于，所述方法包括：

将稳流管路(1)、压裂管路(2)、支撑管路(3)下入油气井中，并使所述压裂管路(2)侧壁上的通孔与油气井待压裂岩层的位置相对；

将压裂液注入所述稳流管路(1)中；

利用所述稳流管路(1)降低压裂液流速，使所述压裂液形成脉动水流；

利用失压自封组件(4)连通所述压裂管路(2)和油气井待压裂岩层，使压裂液流至油气井待压裂岩层，进行压裂作业，在待压裂岩层压强低于所述压裂管路(2)内部压强时，封堵所述待压裂岩层与所述压裂管路(2)。

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