CN112196507B - 一种连续水力冲击工具及作业方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续水力冲击工具及其作业方法，工具包括液压缸组件、尾管组件和气路组件，本装置的一次水力冲击效果强、水力冲击次数可自由设置：采用气路设计，不断再造具有低气压的冲击室，能实现每次水力冲击的冲击室内外都具有巨大压差，从而确保每次水力冲击效果强，可根据所需水力冲击的次数从而设置气罐中注气压力大小；工具结构更加稳定可靠，确保管柱安全：气路的设计使得活塞上移更加稳定可靠，避免了液体压缩性小导致的管柱提升受限问题。液压方式避免了提升方式对管柱安全、封隔器坐封可靠性等问题影响；可实现多储层段连续性作业：不采用封隔器及管柱提升，因此不存在封隔器解封及不断密封的问题，可实现任意储层段连续作业。

Description

一种连续水力冲击工具及作业方法

技术领域

本发明属于油水井酸化压裂增产增注工艺技术领域，特别涉及一种连续水力冲击工具及其作业方法。

背景技术

水力冲击压裂技术是一项利用水力冲击工具在井下产生能使储层致裂压力的低成本小型水动力压裂改造技术，起源于上世纪70年代苏联，主要应用于油水井改造解堵中，我国于1982年开始研究，1983年在中原卫城油田卫74井进行首次工业性试验，1992年开始在吉林、河南、大庆、辽河、长庆、胜利、大港等油田规模应用。水力冲击工具产生的一次水力冲击能产生大于地层破裂的水击压力，然后不断振荡并衰减，从而使地层产生缝长约10m左右、缝宽小于0.5mm的微裂缝。

但常规工具一次下井只能产生一次作用效果，为了实现工具一次下井能连续产生作用，各油田陆续推出各自连续性解决技术方案，如吉林油田的定压器连续水击(详见文献“赵荣生，王王才，赵星辉等.正水击化学解堵工艺技术研究与应用.石油钻采工艺[J]，1997，19(19)：125-128”)、河南及大庆油田的多次投球连续水击(详见文献“刘洪军.水力冲击法解堵的研究及应用.石油钻采工艺[J]，1999，21(5)：100-103”和“彭元东，杨康敏，李元茹等.多次冲压酸化工艺在宝浪油田的改进与应用[J].河南石油，2000，14(6)： 23-25”)、辽河油田的一次投球连续水击(详见专利CN201620764U“连续冲击酸化管柱”和文献“陈曙光.连续冲击化学解堵管柱技术的研究与应用[J].石油机械，2011， 39(2)：72-74”)、胜利油田的提升式连续水击(详见专利CN1190586C“一种油水井水力冲击解堵方法及装置”、专利CN2550493“一种注水井水力冲击解堵装置”和文献“魏斌.油井水力冲击解堵装置的研制与应用[J].石油机械，2009，37(6)：68-69”)。

但现有的技术或是通过定压器、多次投球、一次投球方式实现，由于冲击室中存在液体，井下有一定液压，而未达到原水力冲击工具中冲击室为0.1MPa大气常压的状态，因此冲击室内外的压差较小，从而液流速度受限，导致连续性冲击压力效果较弱，或是通过上提下放管柱来实现(胜利油田的提升式连续水击)，该方式虽然解决了之前技术的不足，能达到无限次水力冲击效果，且冲击力较强，但是在管柱上提时，由于液体的压缩性非常小，让人怀疑冲击室负压的真实可实现性，同时上提管柱需要极大的提升力，此外工具外还需要坐封封隔器，上提管柱时存在较大安全隐患及封隔器解封风险，另外该方法只能实现单一储层段的连续性作业，较难实现多储层段连续性作业，需要封隔器解封且不断密封实现。

综上所述，目前国内缺少一种即具有较强水力冲击效果，且水力冲击次数可自由设置，又能避免现有技术对管柱安全、封隔器坐封可靠性问题，还能实现多储层段连续性作业的连续水力冲击工具及其作业方法。

发明内容

本发明用于油水井水力冲击压裂作业，具有较强水力冲击效果、水力冲击次数可自由设置，并避免提升方式对管柱安全、封隔器坐封可靠性等问题影响，还可实现多储层段连续性作业。本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种连续水力冲击工具，包括液压缸组件、尾管组件和气路组件；

所述液压缸组件包括液压管柱、双头活塞、上限位器和下限位器，所述液压管柱上端连接油管，所述双头活塞设置于液压管柱内，所述双头活塞由上活塞、连接杆和下活塞构成，所述连接杆上端、下端分别连接上活塞和下活塞，所述液压管柱内壁上设置有分别用于限位上活塞的上限位器、和用于限位下活塞的下限位器，所述液压管柱管壁上形成有上进液口和下进液口；

所述尾管组件包括尾管、上挡板、下挡板和单流阀柱塞，所述尾管上端连接所述液压管柱，所述尾管管壁形成有出液口，所述尾管的上下两端分别设置上挡板和下挡板，所述上挡板上设置有单流阀柱塞；

所述气路组件包括气罐、充气阀、进气阀、进气管线和减压阀，所述气罐上端连接尾管，所述气罐下端设置充气阀，所述进气管线沿气罐内壁设置，上端连接设置于上挡板的进气阀，下端连接设置于下挡板的减压阀。

在上述技术方案中，所述上进液口位于上限位器和下限位器之间，所述上进液口位于下限位器的下方。

在上述技术方案中，所述液压管柱包括内径较大的粗段和内径较小的窄段，所述上活塞的直径大于下活塞的的直径，所述上活塞位于液压管的粗段，所述下活塞位于液压管的窄段。

在上述技术方案中，所述进气管线的数量为大于等于2。

在上述技术方案中，所述进气管线内设置有单流阀。

一种连续水力冲击工具的作业方法，按照下列步骤进行：

(1)通过充气阀向气罐中注入气体，满足所需水力冲击次数的压力；

(2)将连续水力冲击工具通过油管连接下入油水井第一个预订作业位置，使尾管出液口对准第一个施工储层段；

(3)保持进气阀关闭，向油管中加压，液压推动双头活塞向下移动，冲击室中液体通过单流阀柱塞和尾管出液口排出，当上活塞移动至上限位器时停止加压；

(4)向油套环空中加压，液压通过上进液口和下进液口推动双活塞向上移动，同时进气阀(由于冲击室内的负压作用)开启，气罐中的气体通过减压阀、进气管线、单流阀、进气阀进入到冲击室中，使冲击室稳定充入固定压力的气体，当下活塞上移动至下进液口以上位置，由于油套环空与冲击室的巨大压差，高速液流通过下进液口进入冲击室中，在尾管组件中液流速度瞬间静止，产生一次水力冲击，当下活塞上移动至下限位器时停止加压；

(5)若针对第一个预订作业位置需多次水力冲击，则不断重复步骤(3)、步骤(4)；若针对第二个及以上预订作业位置需水力冲击，则上提管柱至第二个预订作业位置，使尾管出液口针对第二个施工储层段，再重复步骤(3)、步骤(4)，若有更多预订作业位置，则依次按此方式进行作业；

(6)作业完毕后，将连续水力冲击工具起出，恢复生产。

在上述技术方案中，在步骤(1)中，在所述气罐中加入的气体为空气或氮气，满足所需水力冲击次数的压力P₁满足下式：P₁＝N×P₂×V₂×T₁/(V₁×T₂)，其中N为所需水力冲击次数；P₂为最大冲击室压力，通常设置为1×10⁵Pa左右；V₂为最大冲击室体积，m³； T₁为地面温度，K；V₁为气罐内容积，m³；T为井下温度，K。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和进步：

1、一次水力冲击效果强、水力冲击次数可自由设置：采用气路设计，不断再造具有低气压的冲击室，能实现每次水力冲击的冲击室内外都具有巨大压差，从而确保每次水力冲击效果强，可根据所需水力冲击的次数从而设置气罐中注气压力大小；

2、工具结构更加稳定可靠，确保管柱安全：气路的设计使得活塞上移更加稳定可靠，避免了液体压缩性小导致的管柱提升受限问题。液压方式避免了提升方式对管柱安全、封隔器坐封可靠性等问题影响；

3、可实现多储层段连续性作业：不采用封隔器及管柱提升，因此不存在封隔器解封及不断密封的问题，可实现任意储层段连续作业。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明透视结构示意图。

其中：1-液压缸组件；2-尾管组件；3-气路组件；4-液压管柱；5-上限位器；6-下限位器；7-液压室；8-冲击室；9-双头活塞；10-上进液口；11-下进液口；12-上活塞；13- 连接杆；14-下活塞；15-尾管；16-单流阀柱塞；17-上挡板；18-下挡板；19-出液口；20- 充气阀；21-气罐；22-减压阀；23-进气管线；24-进气阀；25-单流阀；26-油管；27-第一个施工储层段；28-第二个施工储层段；29-油套环空。

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，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明。

实施例

一种连续水力冲击工具，包括液压缸组件1、尾管组件2和气路组件3；

所述液压缸组件1包括液压管柱4、双头活塞9、上限位器5和下限位器6，所述液压管柱上端连接油管26，所述双头活塞设置于液压管柱内，所述双头活塞由上活塞12、连接杆13和下活塞14构成，所述连接杆上端、下端分别连接上活塞和下活塞，所述液压管柱内壁上设置有分别用于限位上活塞的上限位器、和用于限位下活塞的下限位器，所述液压管柱管壁上形成有上进液口10和下进液口11；所述上进液口位于上限位器和下限位器之间，所述上进液口位于下限位器的下方。所述液压管柱包括内径较大的粗段和内径较小的窄段，所述上活塞的直径大于下活塞的的直径，所述上活塞位于液压管的粗段，所述下活塞位于液压管的窄段。

所述尾管组件包括尾管15、上挡板17、下挡板18和单流阀柱塞16，所述尾管上端连接所述液压管柱，所述尾管管壁形成有出液口19，所述尾管的上下两端分别设置上挡板17和下挡板18，所述上挡板上设置有单流阀柱塞；

所述气路组件包括气罐21、充气阀20、进气阀24、进气管线23和减压阀22，所述气罐上端连接尾管，所述气罐下端设置充气阀，所述进气管线沿气罐内壁设置，上端连接设置于上挡板的进气阀，下端连接设置于下挡板的减压阀。所述进气管线的数量为2。所述进气管线内设置有单流阀25。

一种连续水力冲击工具的作业施方法，按照如下步骤进行：

(1)在所述气路组件3的气罐21中加入气体，满足所需水力冲击次数的压力；

(2)将所述连续水力冲击工具通过油管26连接下入油水井第一个预订作业位置，其中所述的尾管出液口19针对第一个施工储层段27；

(3)向油管26中加压，液压推动所述液压缸组件1中双活塞9向下移动，进气阀 24关闭，冲击室8中液体通过所述单流阀柱塞16和尾管出液口19排出，当所述上活塞 12移动至上限位器5时停止加压；

(4)向油套环空29中加压，液压通过所述上进液口10和下进液口11推动双活塞9向上移动，同时所述冲击室8由于负压作用，进气阀24开启，气罐21中的气体通过减压阀22、进气管线23、单流阀25、进气阀24进入到冲击室8中，使冲击室8稳定充入固定压力的气体，当下活塞14上移动至下进液口11以上位置，由于油套环空29与冲击室8的巨大压差，高速液流通过下进液口11进入冲击室8中，在尾管组件2中液流速度瞬间静止，产生一次水力冲击，当下活塞14上移动至下限位器6时停止加压；

(5)若针对第一个预订作业位置需多次水力冲击，则不断重复步骤(3)、步骤(4)；若针对第二个及以上预订作业位置需水力冲击，则上提管柱至第二个预订作业位置，其中所述的尾管出液口针对第二个施工储层段27，再重复步骤(3)、步骤(4)，若有更多预订作业位置，则依次按此方式进行作业；

(6)作业完毕后，将连续水力冲击工具起出，恢复生产。

步骤(1)在所述气路组件3的气罐21中加入气体为通过充气阀20在气罐21中加入空气或氮气，满足所需水力冲击次数的压力P₁满足下式：P₁＝N×P₂×V₂×T₁/(V₁×T₂)，其中N为所需水力冲击次数；P₂为最大冲击室压力，通常设置为1×10⁵Pa左右；V₂为最大冲击室体积，m³；T₁为地面温度，K；V₁为气罐内容积，m³；T为井下温度，K。

本发明用于油水井水力冲击压裂作业，具有较强水力冲击效果、水力冲击次数可自由设置的功能，并避免提升方式对管柱安全、封隔器坐封可靠性等问题影响，还可实现多储层段连续性作业。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种连续水力冲击工具，其特征在于：包括液压缸组件、尾管组件和气路组件；

所述液压缸组件包括液压管柱、双头活塞、上限位器和下限位器，所述液压管柱上端连接油管，所述双头活塞设置于液压管柱内，所述双头活塞由上活塞、连接杆和下活塞构成，所述连接杆上端、下端分别连接上活塞和下活塞，所述液压管柱内壁上设置有分别用于限位上活塞的上限位器、和用于限位下活塞的下限位器，所述液压管柱管壁上形成有上进液口和下进液口，所述上进液口位于上限位器和下限位器之间，所述下进液口位于下限位器的下方；

所述尾管组件包括尾管、上挡板、下挡板和单流阀柱塞，所述尾管上端连接所述液压管柱，所述尾管管壁形成有出液口，所述尾管的上下两端分别设置上挡板和下挡板，所述上挡板上设置有单流阀柱塞；

所述气路组件包括气罐、充气阀、进气阀、进气管线和减压阀，所述气罐上端连接尾管，所述气罐下端设置充气阀，所述进气管线沿气罐内壁设置，上端连接设置于上挡板的进气阀，下端连接设置于下挡板的减压阀。

2.根据权利要求1所述的一种连续水力冲击工具，其特征在于：所述液压管柱包括内径较大的粗段和内径较小的窄段，所述上活塞的直径大于下活塞的直径，所述上活塞位于液压管的粗段，所述下活塞位于液压管的窄段。

3.根据权利要求1所述的一种连续水力冲击工具，其特征在于：所述进气管线的数量为大于等于2。

4.根据权利要求1所述的一种连续水力冲击工具，其特征在于：所述进气管线内设置有单流阀。

5.根据权利要求1所述的一种连续水力冲击工具的作业方法，其特征在于，按照下列步骤进行：

一、通过充气阀向气罐中注入气体，满足所需水力冲击次数的压力；

二、将连续水力冲击工具通过油管连接下入油水井第一个预订作业位置，使尾管出液口对准第一个施工储层段；

三、保持进气阀关闭，向油管中加压，液压推动双头活塞向下移动，冲击室中液体通过单流阀柱塞和尾管出液口排出，当上活塞移动至上限位器时停止加压；

四、向油套环空中加压，液压通过上进液口和下进液口推动双活塞向上移动，同时进气阀由于冲击室内的负压作用开启，气罐中的气体通过减压阀、进气管线、单流阀、进气阀进入到冲击室中，使冲击室稳定充入固定压力的气体，当下活塞上移动至下进液口以上位置，由于油套环空与冲击室的巨大压差，高速液流通过下进液口进入冲击室中，在尾管组件中液流速度瞬间静止，产生一次水力冲击，当下活塞上移动至下限位器时停止加压；

五、若针对第一个预订作业位置需多次水力冲击，则不断重复步骤三、步骤四；若针对第二个及以上预订作业位置需水力冲击，则上提管柱至第二个预订作业位置，使尾管出液口针对第二个施工储层段，再重复步骤三、步骤四，若有更多预订作业位置，则依次按此方式进行作业；

六、作业完毕后，将连续水力冲击工具起出，恢复生产。

6.根据权利要求5所述的一种连续水力冲击工具的作业方法，其特征在于：在步骤六中，在所述气罐中加入的气体为空气或氮气。

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