CN114059986A - 超短半径水平井裸眼水力喷砂深穿透系统及穿透方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了超短半径水平井裸眼水力喷砂深穿透系统及穿透方法，包括磨料选择单元、磨料存储单元、压强选择单元、模式选择单元、定位单元及执行单元；磨料选择单元用于探测穿透层厚度，同时匹配穿透层厚度对应的磨料配比，并生成配料表；磨料存储单元基于配料表进行磨料配比，并输送至执行单元；定位单元实时检测执行单元的定位位置，当定位位置与预设喷射位置相同时，接通执行器电路；压强选择单元和模式选择单元在执行器电路接通后采集工作环境信息生成模式指令和压强指令；执行单元在接通电路后基于模式指令和压强指令将磨料喷射至预设喷射位置，通过将高强度磨料以一定的压力和排量，穿透夹层，进而提高侧钻水平井增油效果。
Description
技术领域
本发明涉及油田井下技术领域，具体是超短半径水平井裸眼水力喷砂深穿透系统及穿透方法。
背景技术
超短半径水平井是指造斜率在100-230°/30m(3.3-7.7°/m)之间的水平井，属于一种超高造斜率的储量精准靶向挖潜技术。但对于特低渗油田，虽然可以通过超短半径水平钻井提高储层与井眼接触面积增加产量，但并不能改变储层的致密性，增产幅度有限，为提高这类井增油量，通常采取裸眼内压裂的改造措施。但超短半径裸眼内压裂改造技术，由于裂缝规模通常较大，对于隔层薄井、压裂后可能造成含水上升井并不适合，还有部分井本身储层渗透率并不低，只是由于层内的非均质性及地质预测等原因，超短半径水平段中部分井段未钻遇到砂岩或含油好的部位，只需要有改造措施提升层内连通性。因此需要研究一种技术，既实现储层内一定程度的改造，提高层内连通性，又避免压裂带来的穿层、含水上升等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供超短半径水平井裸眼水力喷砂深穿透系统及穿透方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
超短半径水平井裸眼水力喷砂深穿透系统，包括磨料选择单元、磨料存储单元、压强选择单元、模式选择单元、定位单元及执行单元；
磨料选择单元用于探测穿透层厚度，同时匹配穿透层厚度对应的磨料配比，并生成配料表；
磨料存储单元基于配料表进行磨料配比，并输送至执行单元；
定位单元实时检测执行单元的定位位置，当定位位置与预设喷射位置相同时，接通执行器电路；
压强选择单元和模式选择单元在执行器电路接通后采集工作环境信息生成模式指令和压强指令；
执行单元在接通电路后基于模式指令和压强指令将磨料喷射至预设喷射位置。
进一步地，所述探测穿透层厚度之前还包括：
获取穿透层所处的土壤结构，并通过模拟软件对土壤进行建模得到土壤层模型，其中，土壤层模型包括若干个厚度不同的土壤层；
对土壤层模型施加固定距离、固定压力及固定时间的水压冲击，记录土壤层模型的振动变化，并转化为电磁波信号。
进一步地，所述探测穿透层厚度包括：
在探测位置接通穿透层，对穿透层进行穿透，其中，探测位置与固定距离相同、穿透的压力与固定压力相同、穿透的时间与固定时间相同；
记录穿透层的电磁波信号，并与土壤层模型进行匹配，并输出的电磁波信号相同的土壤层厚度。
进一步地，所述执行单元包括喷砂管柱，喷砂管柱包括依次设置的油管、钛合金油管、球座、裸眼喷射器及导向头；
其中，喷砂管柱与磨料存储单元相连通。
进一步地，所述压强选择单元和模式选择单元在执行器电路接通后采集工作环境信息生成模式指令和压强指令包括：
压强选择单元通过对裸眼喷射器发送预设喷射指令，当裸眼喷射器按照预设喷射指令执行后，采集裸眼喷射器的表面震动值，当震动值不满足阈值时，发送修正喷射指令，并重复采集裸眼喷射器的震动值，直至震动值满足阈值后，输出修正喷射指令为压强指令；
模式选择单元采集预设时间段内喷射器的震动值变化，当预设时间段内喷射器的震动值变化的变化次数低于预设次数时，模式指令为连续喷射；当预设时间段内喷射器的震动值变化的变化次数超过预设次数时，模式指令为间隔喷射。
进一步地，所述采集裸眼喷射器的震动值变化包括：
在裸眼喷射器的外壳设置一个震动传感器，检测裸眼喷射器的震动值，其中，震动值为震动强度差值与震动时间间隔的比值；
震动强度差值为当前震动强度与上一次震动强度之差；震动时间间隔为当前震动节点与上一次震动节点的间隔，单位为秒。
进一步地，所述震动值变化为预设时间段内震动值的平均值。
进一步地，所述定位单元包括陀螺仪，通过预先对喷射位置定位，得出预设陀螺仪数据。
超短半径水平井裸眼水力喷砂深穿透方法，包括如下步骤：
S1：下入喷砂管柱，其中，下放速度不大于15m/min；
S2：通过陀螺仪确定方位，使检测裸眼喷射器的喷嘴对准设计喷射方位；
S3：继续下管柱到井底水平段内设计喷射深度；
S4：安装井口防喷器；
S5：接通裸眼喷射器进行喷射；
S6：起出管柱，循环洗井、完井。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
通过裸眼喷射器，将高强度磨料以一定的压力和排量，在水平段内连续或分段高压低砂比喷射，形成深度1m左右的水力缝道，穿透夹层或沟通渗透率及含油性较好部位，提升超短半径水平井层内连通性，进而提高侧钻水平井增油效果，由于超短半径水平井造斜段的造斜率在100-230°/30m(3.3-7.7°/m)之间，所以喷砂管柱采用60.3mmS135油管、63.5mm钛合金油管、球座、喷射器及导向头的设置，S135油管弯曲度可达到8°/m，钛合金油管柔韧性更好，弯曲度可达到10.5°/m使得喷砂管柱可以顺利地进入超短半径水平井内，实现增油。
附图说明
图1为本发明的程序框图；
图2为本发明的结构示意图。
图中，1、油管；2、钛合金油管；3、球座；4、裸眼喷射器；5、导向头。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明实施例中，超短半径水平井裸眼水力喷砂深穿透系统，包括磨料选择单元、磨料存储单元、压强选择单元、模式选择单元、定位单元及执行单元；
其中，磨料选择单元用于探测穿透层厚度，在探测穿透层厚度之前，获取穿透层所处的土壤结构，并通过模拟软件对土壤进行建模得到土壤层模型，其中，土壤层模型包括若干个厚度不同的土壤层；
对土壤层模型施加固定距离、固定压力及固定时间的水压冲击，记录土壤层模型的振动变化，并转化为电磁波信号。
探测穿透层厚度时，在探测位置接通穿透层，对穿透层进行穿透，其中，探测位置与固定距离相同、穿透的压力与固定压力相同、穿透的时间与固定时间相同；
记录穿透层的电磁波信号，并与土壤层模型进行匹配，并输出的电磁波信号相同的土壤层厚度。
同时匹配穿透层厚度对应的磨料配比，并生成配料表，磨料配比为预先根据施工经验和土壤厚度设定的配比；
磨料存储单元基于配料表进行磨料配比，并输送至执行单元，其中，在具体实施时，磨料存储单元包括配套压裂车组，满足存储要求的罐车，拉运配液所需的清水、适量石英砂，通过压裂车组进行配比；
定位单元实时检测执行单元的定位位置，定位单元包括陀螺仪，通过预先对喷射位置定位，得出预设陀螺仪数据，当定位位置与预设喷射位置相同时，既定位位置对应的陀螺仪数据与预设陀螺仪数据相同时，接通执行器电路；
压强选择单元和模式选择单元在执行器电路接通后采集工作环境信息生成模式指令和压强指令；
压强选择单元通过对裸眼喷射器4发送预设喷射指令，当裸眼喷射器4按照预设喷射指令执行后，采集裸眼喷射器4的表面震动值，包括，在裸眼喷射器4的外壳设置一个震动传感器，检测裸眼喷射器4的震动值，其中，震动值为震动强度差值与震动时间间隔的比值；
震动强度差值为当前震动强度与上一次震动强度之差；震动时间间隔为当前震动节点与上一次震动节点的间隔，单位为秒。
当震动值不满足阈值时，发送修正喷射指令，并重复采集裸眼喷射器4的震动值，直至震动值满足阈值后，输出修正喷射指令为压强指令；
模式选择单元采集预设时间段内喷射器的震动值变化，震动值变化为预设时间段内震动值的平均值，当预设时间段内喷射器的震动值变化的变化次数低于预设次数时，模式指令为连续喷射；当预设时间段内喷射器的震动值变化的变化次数超过预设次数时，模式指令为间隔喷射。
执行单元在接通电路后基于模式指令和压强指令将磨料喷射至预设喷射位置，再具体实施时，执行单元包括喷砂管柱，喷砂管柱包括依次设置的S135油管1、钛合金油管2、球座3、裸眼喷射器4及导向头5其中，喷砂管柱与磨料存储单元相连通。
除上所述外，本申请还提供超短半径水平井裸眼水力喷砂深穿透方法，按照地质设计要求，利用小型修井机将S135油管1及钛合金油管2、裸眼喷射器4等井下工具送入到超短半径裸眼水平井设计井段，期间需要陀螺定位使喷嘴方向对准改造方位；利用满足施工要求的压裂车组，采用低砂比进行第一段喷射；第一段喷射完成后，将管柱上提到设计的第二段喷射位置进行喷射，以此类推。完成设计的全部层段喷射后，将所有井下管柱及工具起至地面即完成了超短半径水平段裸眼水力喷砂深穿透施工，具体的说，包括如下步骤：
准备满足条件的管柱及工具，具体包括：使用S135油管1、钛合金油管2、短小直径喷砂器等井下工具，顺利通过超短半径水平井具有高造斜率的井段进入水平段油层。S135油管1弯曲度可达到8°/m，钛合金油管2柔韧性更好，弯曲度可达到10.5°/m，两端接头经过特殊处理；小尺寸裸眼喷射器4由3-5个6-8mm喷嘴组成，呈一定角度组合，其中，上述油管两端接头经过特殊处理是指：S135油管1本体外径60.3mm，内径46.08mm，两端接头镦粗，镦粗后两端最大外径70mm，本体抗拉屈服强度1108KN，抗扭屈服强度15254N.m，最小延长率13％；钛合金油管2本体外径63.5mm，内径44mm，油管两端原料为37CrMnMo，经调质后，摩擦焊接到钛合金管本体上，抗拉强度1330MPa，最大屈服强度1578MPa，最小延长率15％。
准备测井车及陀螺仪。管柱下入时，定方位使喷嘴方向对准改造方向。
下入喷砂管柱。利用30吨及以上型号修井机将管柱组合下入超短半径水平井导斜器位置；管柱组合自上而下依次为：60.3mmS135油管1、63.5mm钛合金油管2、球座3、喷射器、导向头5。此步骤中：控制管柱下放速度不大于15m/min，操作平稳，严禁猛刹猛放；
陀螺仪定方位，使喷嘴对准设计喷射方位；
继续下管柱到井底水平段内设计喷射深度；
安装井口防喷器，连接耐压70MPa的700型井口；
连接喷射管线及管汇；
第一段喷射施工：提高施工压力至井区地层破裂压力附近，按砂比5-8％，排量1.0-1.5m3/min左右拖动管柱进行喷射。
第二段、第三段、第四段……施工重复上述工序，直至完成所有井段喷射施工；
起出管柱，循环洗井、完井。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (9)
1.超短半径水平井裸眼水力喷砂深穿透系统，其特征在于，包括磨料选择单元、磨料存储单元、压强选择单元、模式选择单元、定位单元及执行单元；
磨料选择单元用于探测穿透层厚度，同时匹配穿透层厚度对应的磨料配比，并生成配料表；
磨料存储单元基于配料表进行磨料配比，并输送至执行单元；
定位单元实时检测执行单元的定位位置，当定位位置与预设喷射位置相同时，接通执行器电路；
压强选择单元和模式选择单元在执行器电路接通后采集工作环境信息生成模式指令和压强指令；
执行单元在接通电路后基于模式指令和压强指令将磨料喷射至预设喷射位置。
2.根据权利要求1所述的超短半径水平井裸眼水力喷砂深穿透系统，其特征在于，所述探测穿透层厚度之前还包括：
获取穿透层所处的土壤结构，并通过模拟软件对土壤进行建模得到土壤层模型；土壤层模型包括若干个厚度不同的土壤层；
对土壤层模型施加固定距离、固定压力及固定时间的水压冲击，记录土壤层模型的振动变化，并转化为电磁波信号。
3.根据权利要求2所述的超短半径水平井裸眼水力喷砂深穿透系统，其特征在于，所述探测穿透层厚度包括：
在探测位置接通穿透层，对穿透层进行穿透，其中，探测位置与固定距离相同、穿透的压力与固定压力相同、穿透的时间与固定时间相同；
记录穿透层的电磁波信号，并与土壤层模型进行匹配，并输出的电磁波信号相同的土壤层厚度。
4.根据权利要求1所述的超短半径水平井裸眼水力喷砂深穿透系统，其特征在于，所述执行单元包括喷砂管柱，喷砂管柱包括依次设置的油管(1)、钛合金油管(2)、球座(3)、裸眼喷射器(4)及导向头(5)；
喷砂管柱与磨料存储单元相连通。
5.根据权利要求1所述的超短半径水平井裸眼水力喷砂深穿透系统，其特征在于，所述压强选择单元和模式选择单元在执行器电路接通后采集工作环境信息生成模式指令和压强指令包括：
压强选择单元通过对裸眼喷射器(4)发送预设喷射指令，当裸眼喷射器(4)按照预设喷射指令执行后，采集裸眼喷射器(4)的表面震动值，当震动值不满足阈值时，发送修正喷射指令，并重复采集裸眼喷射器(4)的震动值，直至震动值满足阈值后，输出修正喷射指令为压强指令；
模式选择单元采集预设时间段内喷射器的震动值变化，当预设时间段内喷射器的震动值变化的变化次数低于预设次数时，模式指令为连续喷射；当预设时间段内喷射器的震动值变化的变化次数超过预设次数时，模式指令为间隔喷射。
6.根据权利要求5所述的超短半径水平井裸眼水力喷砂深穿透系统，其特征在于，所述采集裸眼喷射器(4)的震动值变化包括：
在裸眼喷射器(4)的外壳设置一个震动传感器，检测裸眼喷射器(4)的震动值；
震动值为震动强度差值与震动时间间隔的比值；
震动强度差值为当前震动强度与上一次震动强度之差；震动时间间隔为当前震动节点与上一次震动节点的间隔，单位为秒。
7.根据权利要求6所述的超短半径水平井裸眼水力喷砂深穿透系统，其特征在于，所述震动值变化为预设时间段内震动值的平均值。
8.根据权利要求1所述的超短半径水平井裸眼水力喷砂深穿透系统，其特征在于，所述定位单元包括陀螺仪，通过预先对喷射位置定位，得出预设陀螺仪数据。
9.超短半径水平井裸眼水力喷砂深穿透方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：下入喷砂管柱，其中，下放速度小于等于15m/min；
S2：通过陀螺仪确定方位，使检测裸眼喷射器(4)的喷嘴对准设计喷射方位；
S3：继续下管柱到井底水平段内设计喷射深度；
S4：安装井口防喷器；
S5：接通裸眼喷射器(4)进行喷射；
S6：起出管柱，循环洗井、完井。
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