CN111852425B - 一种干热岩分段压裂管柱及应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种干热岩分段压裂管柱及应用方法，属于干热岩人工热储建造领域。该干热岩分段压裂管柱包括依次连接的油管、安全接头、定向器、扶正器短节、定面喷射器、敞口球座，筛管和导向头；所述定向器包括定向体和定向套，所述定向套的一端能够与陀螺仪连接，另一端能够卡住定向体实现定位；所述定面喷射器上设有多个喷嘴。利用本发明可一趟管柱实现干热岩井的分段定点喷酸射孔、脉冲压裂及大规模压裂的复合压裂改造，大幅度提高了干热岩分段改造效果，提高了干热岩改造裂缝的复杂程度、波及体积，可大幅度提高干热岩井的开发效果。本发明管柱结构简单，安全性高，施工连续性好，降低了施工成本，提高了干热岩的开发效果。

Description

一种干热岩分段压裂管柱及应用方法

技术领域

本发明属于干热岩人工热储建造领域，具体涉及一种干热岩分段压裂管柱及应用方法，适用于干热岩直井、斜井等井型的分段压裂作业。

背景技术

近年来，地热作为一种可再生的绿色资源被世界各国确定为可持续发展的新的绿色能源,地热资源分为两类,天然热水资源和干热岩地热资源。全世界地壳10km以内的干热岩地热资源量据估计是化石能源的100-1000倍，是化石能源的接替资源。干热岩地热一般是指温度在200℃以上岩体中蕴藏的地热能资源，可以经过人工开采从岩体中开采出过热水蒸气而直接用于发电和热水利用。在干热岩开发利用中，钻取深达干热岩层的井或井组，然后通过压裂措施在岩层内形成很大热交换面积的裂缝带，最后通过冷水的注入和热水的采出开发地热能源。其中，人工热储的建造是干热岩地热开发过程中的关键环节，而地热岩压裂是关键的核心技术，直接关系到干热岩地热开发的成败。

目前，中国专利公开文献CN105696996B《一种干热岩地热人工热储的建造方法》公开了一种建造人工热储的方法，该方法主要是想利用火成岩地质结构中存在由岩相形成的天然弱面和软弱夹层的结构特征，沿着火成岩相形成的天然软弱面结构进行注入超临界二氧化碳压裂产生主裂缝，然后应用大排量的水力致裂方式在群井间的主裂缝内进行二次压裂，产生体积破裂或者丛式破裂，形成一个渗透性较强、热交换面积较大的裂缝群裂缝带，实现高温岩体地热人工热储的建造。但是，该专利文件并没有提供施工的管柱结构及如何对干热岩进行分段压裂改造，另外二氧化碳来源在一些地方受限，使用其进行干热岩改造的经济性还需要进行评价。中国公开文献“干热岩勘探开发现状及前景”(石油钻采工艺2018.07)综述了国内外干热岩的分布、勘探开发、热储层研究、利用的技术现状，分析了开发利用干热岩能源需攻克的技术瓶颈，但没有给出具体的解决方案。

干热岩具有以下特点：埋藏深，深度一般地下3000m左右；岩层温度较高，温度大于180℃,；干热岩孔隙度极低，渗透性极差。目前，建造人工热储的公认方法还是大型压裂法，但是，由于干热岩岩体应力高，岩体破裂压力大，笼统压裂难于形成理想的压裂裂缝，普通封隔器分段效果差，卡管柱风险较大，建成的人工热储的热水流量、温度低于商业运行的参数要求。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种干热岩分段压裂管柱及应用方法，一趟管柱实现对干热岩压裂井多段定点定向酸液喷射射孔、脉冲压裂及大规模压裂等复合压裂方式的分段压裂作业，可以形成多个裂缝网络，提高干热岩人工热储改造的体积，提高干热岩压裂作业效率，降低开发成本和提高干热岩开发效果。本发明管柱结构简单，管柱可靠性和安全性高。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种干热岩分段压裂管柱，包括依次连接的油管、安全接头、定向器、扶正器短节、定面喷射器、敞口球座，筛管和导向头；

所述定向器包括定向体和定向套，所述定向套的一端能够与陀螺仪连接，另一端能够卡住定向体实现定位；

所述定面喷射器上设有多个喷嘴。

所述定向器进一步包括：定向器上接头、定向器下接头；

所述定向器上接头的一端与安全接头连接，另一端与定向器下接头的一端连接；所述定向器下接头的另一端与扶正器短节连接；

所述定向体为圆筒状结构，在其前端设有两个凸起，两个凸起在圆周上间隔180度，两个凸起的中心轴线与所述定向体的中心轴线平行，且两个凸起的中心轴线、所述定向体的中心轴线位于同一个平面内；

在所述定向体的后端设有凹槽，凹槽的长度方向与定向体的中心轴线方向平行，凹槽的开口直接通到定向体的后端端面；在所述凹槽内安装有定位销，所述定位销将所述定向体固定在所述定向器上接头的内腔中；

所述定向套为圆筒状结构，其顶端能够与陀螺仪连接；

在所述定向套的底端开有定向槽，两个定向槽在圆周上间隔180度；

所述定位套依次穿过油管、安全接头的内腔进入定向器上接头的内腔后，所述定向体上的两个凸起能够分别插入到所述定向套上的两个定向槽内，实现定向。

优选地，在所述定向套的外壁上开有多个在圆周上均布的导流槽，各个导流槽的长度方向与定向套的中心轴线方向平行；

在所述定向套的底端的边缘设计有两条弧线，每条弧线的一端与一个定向槽连接，另一端与另一个定向槽连接；两条所述弧线均朝向定向套的底端弯曲。

所述定面喷射器包括：本体、喷嘴，所述本体的一端通过内螺纹与所述扶正器短节连接，另一端通过内螺纹与敞口球座连接；

所述本体为圆筒状结构，其两端均设有内螺纹；在其壁上开有两列喷嘴安装孔，每列喷嘴安装孔在沿与本体的中心轴线平行的直线上均布；每个喷嘴安装孔将本体的内腔与本体的外部空间连通；

所有喷嘴安装孔的中心轴线、本体的中心轴线位于同一个平面内；

各个喷嘴安装孔的中心轴线与本体的中心轴线的夹角为60°-120°；

在每个喷嘴安装孔内安装有喷嘴。

所述定向体的两个凸起的中心轴线、所述定面喷射器中的所有喷嘴的中心轴线位于同一个平面内。

在所述扶正器短节上套装有扶正器；

在所述筛管上套装有扶正器；

在所述定向器上接头与定向器下接头接触处安装有密封圈；

所述喷嘴采用耐高温材料制成；

所述敞口球座能够与密封球配合，实现密封；

所述油管、安全接头、定向器、扶正器短节、定面喷射器、敞口球座，筛管、导向头之间通过油管螺纹连接。

应用所述干热岩分段压裂管柱进行干热岩分段压裂的方法，包括：

第一步，根据施工井的套管规格组配所述干热岩分段压裂管柱，然后将所述干热岩分段压裂管柱入井；

第二步，进行管柱校深得到校深结果，并根据校深结果调整所述干热岩分段压裂管柱的深度，使喷嘴对准施工层段；

第三步，利用陀螺仪进行定面喷射器的定向，使定面喷射器的喷嘴的喷射方向符合设计要求，然后安装压裂井口；

第四步，冷水从油管注入，从套管返出，对施工层段的岩石进行降温；

第五步，进行喷酸射孔作业：从油管投入密封球，然后从油管注入酸液进行替酸作业，当密封球到达敞口球座后，酸液从定面喷射器的喷嘴喷出，进行喷酸射孔作业；

第六步，进行喷射脉冲压裂；

第七步，进行大排量压裂；

第八步，在该施工层段的大排量压裂结束后测量压降，测量压降结束后，判断是否还有未压裂的施工层段，如果是，则进行反洗井将密封球洗出井口，上提管柱至下一施工层段，然后返回第二步，如果否，则进入第九步；在对相邻两个施工层段进行压裂时，所述定面喷射器的喷嘴的喷射方向在空间上是相互错开的；

第九步，取出所述干热岩分段压裂管柱；

第十步，对压裂井进行试注测试。

所述第三步中的利用陀螺仪进行定面喷射器的定向，使定面喷射器的喷嘴的喷射方向符合设计要求的操作包括：

(31)在井外将陀螺仪和定向套连接，将陀螺仪连接在电缆下端，用电缆将陀螺仪、定向套送入油管，下到井中；

(32)与陀螺仪连接的定向套到达定向体所在的位置时，定向体上的两个凸起插入到定向套的两个定向槽内被卡住，陀螺仪固定；

(33)通过陀螺仪获得定面喷射器的喷嘴的喷射方向，判断该喷射方向是否符合设计要求，如果否，则转动所述干热岩分段压裂管柱，然后返回步骤(33)，如果是，则进入步骤(34)；

(34)取出陀螺仪和定向套。

所述第六步的操作包括：

(1)试挤测试；关闭管柱与套管之间的环空，从油管内小排量注入滑溜水至地层压开；

(2)在油管和套管内同时注入滑溜水，进行压裂测试，测试压裂施工排量下的井口油管、套管的施工压力，待压力平稳后，进入第(3)步；

(3)脉冲压裂：待裂缝延伸的长度大于30-50m后，进行脉冲压裂：从油管注入加砂的滑溜水；保持油管内注入滑溜水的排量不变，从环空注入的滑溜水的排量按照由大到小，再由小到大或者多个循环进行变化。

所述第七步的操作包括：

从油管先注入50-100m³的酸液，然后从油管注入滑溜水；

待酸液完全进入地层后，同时提升从油管和环空注入的滑溜水的排量实现大排量压裂。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：利用本发明可一趟管柱实现干热岩井的分段定点喷酸射孔、脉冲压裂及大规模压裂的复合压裂改造，大幅度提高了干热岩分段改造效果，提高了干热岩改造裂缝的复杂程度、波及体积，可大幅度提高干热岩井的开发效果。本发明管柱结构简单，安全性高，施工连续性好，降低了施工成本，提高了干热岩的开发效果。

附图说明

图1干热岩分段压裂管柱结构示意图

图2定面喷射器4的结构示意图

图3定向器3的结构示意图

图4a定向套和定向体定向示意图

图4b定向套和定向体的立体图

图5敞口球座6、筛管7和导向头8的结构示意图

图6干热岩压裂井和采出井对应平面示意图

图7干热岩压裂井和采出井对应剖面示意图

图8一降一升模式示意图；

图9升-降-升-降-升模式示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

本发明提供了一种干热岩分段压裂管柱及应用方法，开始通过正注冷水，降低目的层岩石温度，降低岩石塑性，然后喷射酸液，形成射孔孔眼，进一步降低岩石破裂压力，进行喷射压裂，使得岩石产生一定长度的裂缝，然后再进行脉冲式压裂，注入滑溜水，在裂缝端部产生很多微裂缝，最后，进行大排量注入压裂水，使得主裂缝及微裂缝继续向前延伸，形成一定规模的裂缝网络。再次拖动管柱，在新的压裂点重复以上步骤，再次形成一定规模的裂缝网络；如此多次拖动管柱进行定点定向喷射压裂，实现干热岩井的多段压裂改造，最终形成具有多条裂缝网络的复杂缝网络，最大程度地提高干热岩井的人工热储体积。提高干热岩井的分段压裂作业效率，降低开发成本和提高干热岩开发利用的效益。

为实现上述目的，本发明是这样实现的：如图1所示，该管柱组合主要包括油管1、安全接头2、定向器3、定面喷射器4、扶正器5、敞口球座6，筛管7、导向头8。所述油管1、安全接头2、定向器3、定面喷射器4、扶正器5、敞口球座6，筛管7、导向头8之间通过油管螺纹连接。

所述定面喷射器4的结构如图2所示，包括：定面喷射器本体401、喷嘴402，定面喷射器本体401的一端通过内螺纹与扶正器短节9的一端连接，另一端通过内螺纹与敞口球座6连接，所述扶正器5套装在所述扶正器短节9上，扶正器短节9的另一端与定向器3的一端连接。具体地，所述定面喷射器本体401为圆筒状结构(本体401的外径比该井所用的套管的内径小8-10mm。)，其两端均设有内螺纹，在其壁上开有两列喷嘴安装孔，每个喷嘴安装孔将外部与本体的内腔连通。每列喷嘴安装孔在沿与定面喷射器本体401的中心轴线平行的直线上均布，两列喷嘴安装孔的中心轴线与本体的中心轴线位于同一个平面内。喷嘴的中心轴线与本体的中心轴线相交成一定角度，角度范围为60°-120°,图2中喷嘴的中心轴线与本体的中心轴线成90度，此时，位于本体的中心轴线两侧的对称的两个喷嘴安装孔的中心轴线位于与本体的中心轴线垂直的一个平面上。在每个喷嘴安装孔内安装有喷嘴402，所述喷嘴402选用耐高温材料制成，喷嘴和本体之间的密封结构也采用耐高温材料制成。喷嘴的大小及数量可以依据施工排量大小来确定，保证喷嘴出口的液流速率大于200m/s。

所述定向器3的结构如图3、图4a和图4b所示，包括定向器上接头301、定向体302、密封圈303、定向器下接头304、定向套305，其中，所述定向器上接头301的一端与安全接头2连接，另一端与定向器下接头304的一端连接，所述定向器下接头304的另一端与扶正器短节9连接。在所述定向器上接头301与定向器下接头304接触处安装有密封圈303。所述定向体302通过定位销306固定在所述定向器上接头301的内腔中。所述定向体302为圆筒状结构，在其前端设有两个凸起，两个凸起在圆周上间隔180度，两个凸起的中心轴线与所述定向体的中心轴线平行，且位于同一个平面内，在其后端对应每个凸起的位置处设有凹槽，凹槽的长度方向与定向体的中心轴线方向平行，两侧的凹槽的开口直接通到定向体302的后端的端面，两个定位销306分别安装在两侧的凹槽内，通过定位销306将定向体上接头301与定向体302固定在一起。在将定向器3和定面喷射器4连接时，定向器3的定向体302的两个凸起的中心轴截面所在的平面与定面喷射器4中的两列喷嘴的中心轴线所在的平面位于同一个平面内。

所述定向套305为圆筒状结构，其一端为顶端，另一端为底端，其顶端与陀螺仪连接。在其外壁上开有多个在圆周上均布的导流槽，各个导流槽的长度方向与定向套305的中心轴线方向平行，导流槽是用来导流的，使得定向套305在入井时能快速、稳定。在定向套305的底端开有定向槽，两个定向槽在圆周上间隔180度，所述定向体302上的两个凸起能够分别插入到定向套305上的两个定向槽内，实现定向。进一步地，在定向套305的底端的边缘设计有两条弧线，每条弧线的一端与一个定向槽连接，另一端与另一个定向槽连接，两条所述弧线均是朝向定向套的底端弯曲的，两条弧线是用来引导定向体的两个凸起进入到定向槽内的，因为当定向体的两个凸起碰到弧线时，会沿着弧线向定向槽滑动，最后进入定向槽内。

所述敞口球座6是将通用的球座的挡球板和球去掉，改为后投球方式，以适应正注冷水的需要。

所述敞口球座6、筛管7、导向头8的连接结构如图5所示，敞口球座6的一端与定面喷射器本主体401连接，另一端通过内螺纹与筛管7的一端连接，筛管7的另一端与导向头8连接，在所述筛管7上套装有扶正器5，所述密封球10能够与敞口球座6配合，实现密封。

施工管柱依据设计要求在地面按照设计顺序连接入井，管柱下到设计深度位置附近，然后进行管柱校深，陀螺仪定向，根据校深数据及定向结果调整管柱深度及射孔方位，使之与设计要求一致，然后安装压裂井口，地面压裂管汇及设备安装就位，地面施工流程试压合格后，进行压裂施工。

本发明管柱的使用方法如下：

第一步，根据施工井的套管规格情况，选择相应大小的工具组配干热岩分段压裂管柱，然后将干热岩分段压裂管柱入井。

第二步，管柱校深，根据校深结果调整管柱，使管柱上的喷嘴对准目的层段(即施工层段)；

第三步，在井外将陀螺仪和定向套连接，将陀螺仪连接在电缆下端，用电缆将陀螺仪、定向套送入油管，下到井中，进行喷射器定向：下入陀螺仪进行定面喷射器4的定向(由于定向器3的定向体302的凸起和定面喷射器4的喷嘴在同一个平面内；下入陀螺仪获得定向体301凸起所在的方位，即是定面喷射器4的喷嘴所在平面的方位)，调整转动管柱，使得定面喷射器的喷射方向符合设计要求。陀螺仪第一次获得定向器3的定向体301的方位即是喷射器4的喷嘴的初始方位，比较该方位和设计喷射方位，如果有差距，则转动管柱，然后利用陀螺仪获得第二次的方位，再次比较该方位和设计喷射方位，重复此步骤，直到方位符合设计要求为止，当方位符合要求后，取出陀螺仪和定向套，然后安装压裂井口及地面流程。

第四步，油管正注冷水，套管返出，进行目的层岩石降温。

第五步，油管投球，然后油管开始注入酸液(盐酸为主)，先进行替酸作业，待球到位后，酸液从定面喷射器4的喷嘴喷出，进行喷酸射孔作业。

第六步，进行喷射脉冲压裂。

1)试挤测试；关闭管柱与套管之间的环空，从油管内小排量注入滑溜水至地层压开；

2)在油管和套管内同时注入滑溜水，进行压裂测试，测试压裂施工排量下的井口油管、套管的施工压力，待压力平稳后进行压裂施工。

3)脉冲压裂：待裂缝延伸一定长度(大于30-50m)后，进行脉冲压裂，以增加裂缝的复杂性。此时，从油管注入加砂的滑溜水(按照砂比为2-10％进行加砂：通过混砂车先将砂和滑溜水混合，然后通过压裂泵车将混合了砂的滑溜水加压注入油管)。保持油管内注入滑溜水的排量不变，从环空注入的滑溜水的排量依据脉冲压裂设计程序进行螺旋式变化，即排量由大到小，再由小到大或者多个循环(即由大到小，再由小到大，再由大到小、再由小到大多个循环)变化进行控制变动。此阶段应用压裂砂为70-100目，根据需要可以加入10-30％的40-70目压裂砂组成复合粒径压裂砂。如图8、图9所示。根据具体压裂井地层情况可以对脉冲时间长短及脉冲排量大小的组合进行具体优化。这样可以在裂缝内多次形成高浓度的砂塞，增加缝内净压力，使裂缝多次发生转向，形成复杂裂缝网络。此阶段应用压裂砂为70-100目，根据需要可以加入10-30％的40-70目压裂砂组成复合粒径压裂砂。压裂砂抗压强度要求大于地层闭合应力。

第七步，大排量压裂

此阶段，为进一步使得复杂缝网延伸，增大压裂波及体积，从油管先注入一定体积(50-100m³)的酸液(胶凝酸或其他缓速酸为主)，然后从油管注入滑溜水，待酸液完全进入地层后，油管、环空同时提升排量注入滑溜水；这样可以使得酸液(胶凝酸或其他缓速酸为主)在较低温度下和裂缝面反应，形成不连续刻蚀，最终形成不连续支撑，增大裂缝导流能力；后期的大排量注入滑溜水可以进一步延伸主裂缝和各种微裂缝，在形成复杂裂缝的基础上，进行裂缝的空间延伸，增加裂缝改造体积。由于采用本方法形成的地热压裂井是作为注入井或采出井，因而，后期不需要加砂进行支撑裂缝。

第八步，测压降结束(每完成一个压裂段进行一次测压降)，进行反洗井，将密封球洗出井口，洗井液量为井筒容积的1.5-2.0倍，然后上提管柱至下一施工层段，重复第二步至第七步对第二层段进行酸液(盐酸为主)射孔、脉冲压裂及大排量压裂。第二段的喷射器定向可以根据设计要求，同第一段的喷射方向不一样，在空间进行错开，以免两段的裂缝上下连通。如图6所示，图6中，1、2、3、4代表裂缝延伸方向；A1、A2B1、B2C1、C2D1、D2代表采出井井位；M代表注入井井位。

第九步，重复第八步，对后面所有压裂段进行酸液(盐酸为主)射孔、脉冲压裂及大排量压裂。上下各段的裂缝方向要求错开，不要位于同一平面内。如图7所示，图7中，D1、D2代表采出井井位；M代表注入井井位。

第十步，起出喷射分段压裂管柱。

第十一步，对压裂井进行试注测试。

本发明的关键点：

(1)一趟管柱可以完成干热岩井多段的酸液(盐酸为主)射孔、脉冲压裂及大排量压裂施工，施工管柱简单、施工效率高。

(2)每段压裂施工包含酸液喷射射孔、脉冲压裂及大排量压裂复合改造工艺，实现干热岩井的多段压裂改造，形成具有多条裂缝的复杂缝网络，最大程度的提高干热岩井的人工热储体积。

(3)每段的喷射方向按照要求进行定向，形成的裂缝方向不在同一平面内。

本发明的实施例如下：

(1)干热岩储层参数的评估

包括干热岩储层的纵横向展布特征、岩性及全岩矿物组分、物性、岩石力学参数及三向地应力特征，天然裂缝状态及空间分布、温度、压力等。可综合应用地震、测井、录井及岩心室内测试等方法确定。

(2)分压层段的确定

对干热岩开发井而言，注入井上部一般采用7″套管固井方式，干热岩段采用裸眼完井方式。在这种条件下，依据裸眼段天然裂缝分布及施工“甜点”位置，确定措施改造层段数及具体深度数据，由于干热岩段裸眼方式完井，目的层段地层温度高，因而，水力喷射分段压裂方式是最可靠、安全性最高的分段施工方式。

(3)干热岩地质模型建立

在步骤(2)基础上，应用常用的地质建模软件PETROL，建立精细的地质模型，尤其是天然裂缝的识别和精细刻画，要描述清楚。可用测试数据，进行注入量或注入压力等的历史拟合，由此确定各施工层段的地应力等地层关键参数信息。

(4)裂缝参数系统的优化

将上述地质模型参数导入常用的预测模拟软件ECLIPSE中，然后按等效导流能力方法，设置各改造层段不同的人工裂缝及天然裂缝系统。然后，按正交设计方法，模拟不同的压裂半缝长、裂缝导流能力、缝间距及裂缝不同分布模式下的压后注入量动态，从中优选出各改造层段的最佳的裂缝参数。

(5)脉冲压裂及大排量压裂施工参数的优化

脉冲压裂参数优化，根据干热岩地层地应力数值的大小及应力差的不同情况，模拟地层破裂及转向所需净压力的数值大小，合理确定脉冲类型及脉冲模式的组合方式，确定脉冲时间长短及脉冲排量组合，确定大排量压裂施工参数，尽可能使裂缝复杂化。

为了实现步骤(4)中各层段的优化的裂缝参数，应用压裂设计常用的商业模拟软件，如STIMPLAN，Frac pro PT等，模拟不同的压裂施工参数下的裂缝长度及导流能力等，从中优选各改造层段最佳的压裂施工参数组合程序。

(6)干热岩分段压裂工具连接入井

按步骤(2)确定的压裂井数据及施工层段深度要求，选择合适的油管柱(压力等级、管径大小及油管长度)，在地面进行分段管柱的工具组配，然后按照施工要求入井。

(7)压裂施工准备

依据压裂施工设计进行压裂设备、压裂材料及施工液体的配置等准备工作。

(8)管柱校深、工具定向

管柱全部入井后，测井车进行管柱校深，依据校深结果调整管柱深度，使管柱喷射器分别对准目的层段，测井车再次进行陀螺仪定向，调整确定定面喷射器的射孔的方向。然后装压裂井口、地面压裂管汇及压裂装备就位。

(9)油管正注冷水，对地层进行降温

依据地层温度模拟计算结果，确定地层降低温度及所需冷水量(一般为200-500m³)，油管注入，套管返出。使地层温度下降5-15℃，降低地层塑性，提高下一步酸液射孔效果。

(10)酸液射孔及试挤测试

地面投入密封球，油管注入酸液(盐酸为主)20-60m³，待酸液到达喷射器后，提压进行定向喷酸射孔，射孔结束后，关闭套管环空，油管小排量注入，确认地层压开吸液，逐步提升注入排量，确保油、套压不超过设计限压。

(11)进行第一段脉冲压裂施工

此时，油管内注入低浓度含砂滑溜水压裂液，油套环空注入滑溜水，按照步骤(5)优化的施工参数进行不同脉冲模式、环空分阶段变排量注入，对地层进行脉冲式压裂，使裂缝不断向前延伸并发生转向，以形成多裂缝系统。油管排量1.5-3.0方/分，环空排量0-6方/分。压裂液规模400-800m³，压裂后期，油管内注入滑溜水，把油管内顶替干净。

(12)进行第一段大排量复合压裂施工

此阶段，为进一步使得复杂缝网延伸，增大压裂波及体积，油管先注入一定体积(50-150m³)的酸液(胶凝酸或其他缓速酸为主)，然后油管继续注入滑溜水，待酸液完全进入地层后，油管、环空同时提升排量(总排量4-8方/分)注入滑溜水压裂液；这样可以使得酸液(胶凝酸或其他缓速酸为主)快速在裂缝内前进，和较低温度的裂缝面反应，形成不连续刻蚀，最终形成不连续支撑，增大裂缝导流能力；后期的大排量注入滑溜水可以进一步延伸主裂缝和各种微裂缝，在前期形成复杂裂缝的基础上，进行裂缝的空间延伸，增加裂缝改造体积。此时，油管及环空注入滑溜水压裂液。按照步骤(5)优化的大排量施工参数进行(排量大于4方/分)压裂施工，压裂液规模200-600m³，使裂缝尽可能延伸，增加裂缝网络改造体积。然后关井进行压力扩散。

(13)反洗井，将密封球洗出地面

(14)上提管柱，对第二段进行分段复合压裂改造施工

拆卸井口，上提油管至第二段目的层，按照步骤(8)、(9)、(10)(11)(12)重新对第二层段进行分段复合压裂改造施工。第二段喷射方位与第一段方位不同。

(15)后续层段压裂作业

重复步骤(13)、(14)，完成后续段压裂施工作业。每段的喷射方位与其他段方位不同。

(16)关井测压降。

依据施工设计，进行关井测压降。

(17)起出施工管柱

测压降结束，反洗井一周，然后上提油管,起出干热岩分段压裂施工管柱。

本发明首先对施工管柱进行定点定向，然后对目的层段进行降温，再对目的层进行定向酸液喷射射孔、脉冲加砂压裂，然后注入一定量的酸液溶蚀裂缝，最后进行大排量大规模压裂等复合改造措施，形成复杂裂缝网络人工热储波及体积。利用本发明的分段压裂管柱能够一趟管柱对干热岩目的层进行多段复合压裂改造，可以大幅度提高干热岩分段改造的效果，同时多种压裂模式提高了改造裂缝的复杂程度及波及体积，可大幅度提高干热岩井的压裂效果。本发明管柱结构简单，可靠性和安全性高，施工连续性好，节约施工时间，大幅度降低施工成本，提高致干热岩的开发利用效果。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (7)

1.一种干热岩分段压裂的方法，其特征在于：所述方法是利用干热岩分段压裂管柱实现的，干热岩分段压裂管柱包括依次连接的油管、安全接头、定向器、扶正器短节、定面喷射器、敞口球座，筛管和导向头；所述定向器包括定向体和定向套，所述定向套的一端能够与陀螺仪连接，另一端能够卡住定向体实现定位；所述定面喷射器上设有多个喷嘴；

所述方法包括：

第一步，根据施工井的套管规格组配所述干热岩分段压裂管柱，然后将所述干热岩分段压裂管柱入井；

第二步，进行管柱校深得到校深结果，并根据校深结果调整所述干热岩分段压裂管柱的深度，使喷嘴对准施工层段；

第三步，利用陀螺仪进行定面喷射器的定向，使定面喷射器的喷嘴的喷射方向符合设计要求，然后安装压裂井口；

第四步，冷水从油管注入，从套管返出，对施工层段的岩石进行降温；

第五步，进行喷酸射孔作业：从油管投入密封球，然后从油管注入酸液进行替酸作业，当密封球到达敞口球座后，酸液从定面喷射器的喷嘴喷出，进行喷酸射孔作业；

第六步，进行喷射脉冲压裂；

第七步，进行大排量压裂；

第八步，在该施工层段的大排量压裂结束后测量压降，测量压降结束后，判断是否还有未压裂的施工层段，如果是，则进行反洗井将密封球洗出井口，上提管柱至下一施工层段，然后返回第二步，如果否，则进入第九步；在对相邻两个施工层段进行压裂时，所述定面喷射器的喷嘴的喷射方向在空间上是相互错开的；

第九步，取出所述干热岩分段压裂管柱；

第十步，对压裂井进行试注测试；

所述第六步的操作包括：

(1)试挤测试；关闭管柱与套管之间的环空，从油管内小排量注入滑溜水至地层压开；

(2)在油管和套管内同时注入滑溜水，进行压裂测试，测试压裂施工排量下的井口油管、套管的施工压力，待压力平稳后，进入第(3)步；

(3)脉冲压裂：待裂缝延伸的长度大于30-50m后，进行脉冲压裂：从油管注入加砂的滑溜水；保持油管内注入滑溜水的排量不变，从环空注入的滑溜水的排量按照由大到小，再由小到大或者多个循环进行变化；

所述第七步的操作包括：

从油管先注入50-100m³的酸液，然后从油管注入滑溜水；

待酸液完全进入地层后，同时提升从油管和环空注入的滑溜水的排量实现大排量压裂。

2.根据权利要求1所述的干热岩分段压裂的方法，其特征在于：

所述定向器进一步包括：定向器上接头、定向器下接头；

所述定向器上接头的一端与安全接头连接，另一端与定向器下接头的一端连接；所述定向器下接头的另一端与扶正器短节连接；

所述定向体为圆筒状结构，在其前端设有两个凸起，两个凸起在圆周上间隔180度，两个凸起的中心轴线与所述定向体的中心轴线平行，且两个凸起的中心轴线、所述定向体的中心轴线位于同一个平面内；

在所述定向体的后端设有凹槽，凹槽的长度方向与定向体的中心轴线方向平行，凹槽的开口直接通到定向体的后端端面；在所述凹槽内安装有定位销，所述定位销将所述定向体固定在所述定向器上接头的内腔中；

所述定向套为圆筒状结构，其顶端能够与陀螺仪连接；

在所述定向套的底端开有定向槽，两个定向槽在圆周上间隔180度；

所述定位套依次穿过油管、安全接头的内腔进入定向器上接头的内腔后，所述定向体上的两个凸起能够分别插入到所述定向套上的两个定向槽内，实现定向。

3.根据权利要求2所述的干热岩分段压裂的方法，其特征在于：在所述定向套的外壁上开有多个在圆周上均布的导流槽，各个导流槽的长度方向与定向套的中心轴线方向平行；

在所述定向套的底端的边缘设计有两条弧线，每条弧线的一端与一个定向槽连接，另一端与另一个定向槽连接；两条所述弧线均朝向定向套的底端弯曲。

4.根据权利要求1所述的干热岩分段压裂的方法，其特征在于：所述定面喷射器包括：本体、喷嘴；所述本体的一端通过内螺纹与所述扶正器短节连接，另一端通过内螺纹与敞口球座连接；

所述本体为圆筒状结构，其两端均设有内螺纹；在其壁上开有两列喷嘴安装孔，每列喷嘴安装孔在沿与本体的中心轴线平行的直线上均布；每个喷嘴安装孔将本体的内腔与本体的外部空间连通；所有喷嘴安装孔的中心轴线、本体的中心轴线位于同一个平面内；

各个喷嘴安装孔的中心轴线与本体的中心轴线的夹角为60°-120°；

在每个喷嘴安装孔内安装有喷嘴。

5.根据权利要求2所述的干热岩分段压裂的方法，其特征在于：所述定向体的两个凸起的中心轴线、所述定面喷射器中的所有喷嘴的中心轴线位于同一个平面内。

6.根据权利要求2-5任一所述的干热岩分段压裂的方法，其特征在于：在所述扶正器短节上套装有扶正器；

在所述筛管上套装有扶正器；

在所述定向器上接头与定向器下接头接触处安装有密封圈；

所述喷嘴采用耐高温材料制成；

所述敞口球座能够与密封球配合，实现密封；

所述油管、安全接头、定向器、扶正器短节、定面喷射器、敞口球座，筛管、导向头之间通过油管螺纹连接。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述第三步中的利用陀螺仪进行定面喷射器的定向，使定面喷射器的喷嘴的喷射方向符合设计要求的操作包括：

(31)在井外将陀螺仪和定向套连接，将陀螺仪连接在电缆下端，用电缆将陀螺仪、定向套送入油管，下到井中；

(32)与陀螺仪连接的定向套到达定向体所在的位置时，定向体上的两个凸起插入到定向套的两个定向槽内被卡住，陀螺仪固定；

(33)通过陀螺仪获得定面喷射器的喷嘴的喷射方向，判断该喷射方向是否符合设计要求，如果否，则转动所述干热岩分段压裂管柱，然后返回步骤(33)，如果是，则进入步骤(34)；

(34)取出陀螺仪和定向套。

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