CN114183371A - 一种井下压裂辅助工具及井下压裂辅助方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种井下压裂辅助工具，包括本体部分，在所述本体部分的内部设有加速区；设置在所述加速区的流体加速装置，所述流体加速装置构造成能够对压裂液流体进行周期性地加速；其中，在所述加速区的第一端设有流体入口，在所述加速区的第二端设有流体出口，所述流体入口构造成能够使压裂液流体变相流入所述加速区，并驱动所述流体加速装置运行以对所述压裂液流体进行加速，经过加速后的所述压裂液流体通过所述流体出口周期性地流出并形成高压，从而对压裂液进行周期性地增压。本发明还提供了一种井下压裂辅助方法。

Description

一种井下压裂辅助工具及井下压裂辅助方法

技术领域

本发明属于油气开采工具技术领域，具体涉及一种井下压裂辅助工具。本发明还涉及一种井下压裂辅助方法。

背景技术

随着石油工程技术不断发展进步，油气资源开发越来越趋于利用远距离长水平井开发。长水平井能够增大油气藏的泄油面积、提高油气井产量、节省油气田开发成本，因此，长水平井已经成为油气资源开发的主流工程技术。长水平段水平井油气开发主要采用压裂技术压裂开发层地层，为油气开发提供渗流通道，从而实现油气资源开发。

目前，水平井压裂主要有两种压裂方式，包括水平井分段压裂方式和对整个储层段整体压裂方式。然而，这两种压裂施工方式仍然存在一些问题。例如，水平井分段压裂的施工时效性低。对整个储层段整体压裂方式虽然时效性较高，但是由于长距离的压力传输，导致有效油层的压裂效率低下。此外，现有技术中，在压裂作业过程中均借助压裂流体传输压力，并在井下憋压直至使得压裂流体的压力大于地层破裂压力，从而压裂地层，致使裂缝延伸与天然裂缝接触，从而提高泄油效率。然而，由于慢速注入的压裂流体在长距离压裂传输中会降低压力传导效率，从而导致了远距离破裂压力较大的地层难以实现压裂，而如果通过不断提高井口泵压来提高储层段压裂压力，这会导致上部套管存在破裂风险。

在钻井过程中，现有技术通常采用冲击钻井和脉动压力有效利用流体压力，从而来改善硬地层破碎情况。例如有液动冲击器、机械式冲击器等辅助破岩工具及脉动射流破岩等方式。然而，现有的这些辅助破岩工具或破岩方式结构复杂，操作要求高，稳定性差。

发明内容

针对如上所述的技术问题，本发明旨在提出一种井下压裂辅助工具，该井下压裂辅助工具能够对压裂液流体进行周期性加速，其能够有效利用井下钻柱中的压裂液流体自身压力，非常有利于改善压裂效果和提高压裂施工效率。

为此，根据本发明的第一方面，提供了一种井下压裂辅助工具，包括本体部分，在所述本体部分的内部设有加速区；设置在所述加速区的流体加速装置，所述流体加速装置构造成能够对压裂液流体进行周期性地加速；其中，在所述加速区的第一端设有流体入口，在所述加速区的第二端设有流体出口，所述流体入口构造成能够使压裂液流体变相流入所述加速区，并驱动所述流体加速装置运行以对所述压裂液流体进行加速，经过加速后的所述压裂液流体通过所述流体出口周期性地流出并形成高压，从而对压裂液进行周期性地增压。

在一个实施例中，所述流体加速装置包括涡轮转轴和安装在所述涡轮转轴上的偏心涡轮，所述偏心涡轮能够在来自所述流体入口的压裂液流体的作用下绕所述涡轮转轴转动，从而对所述压裂液流体形成周期性地加速。

在一个实施例中，所述偏心涡轮包括构造为盘形件的涡轮座和多个安装在所述涡轮座上的涡轮叶片，所述涡轮座偏心安装在所述涡轮转轴上。

在一个实施例中，多个所述涡轮叶片沿所述涡轮座的周向均匀分布。

在一个实施例中，所述涡轮叶片的轮廓构造成弧形曲面，且所述涡轮叶片的厚度设置为0.5cm-3cm，所述涡流叶片在压裂液流体的作用下使所述偏心涡轮绕所述涡轮转轴加速转动，从而对所述压裂液流体形成周期性增压。

在一个实施例中，所述流体入口的延伸方向构造成与所述加速区相切，并且使经过所述流体入口的压裂液流体能够作用于所述偏心涡轮，从而驱动所述偏心涡轮转动。

在一个实施例中，所述加速区的内壁面构造成圆滑曲面。

在一个实施例中，在所述流体出口设有止回阀，所述止回阀能够使经过所述流体加速装置加速后的压裂液流体周期性地流出并形成高压。

在一个实施例中，所述压裂辅助工具用于安装到井下压裂钻柱中，且所述井下压裂钻柱中安装有若干个压裂辅助工具。

根据本发明的第二方面，提供了一种井下压裂辅助方法，包括以下步骤：

将若干个如上所述的井下压裂辅助工具分别安装到井下压裂钻柱中需要增压的区段；

从井口向所述井下压裂钻柱注入压裂液流体，压裂液流体通过所述流体入口进入所述加速区，并驱动所述流体加速装置运行以对压裂液流体进行加速；

经过加速后的压裂液流体通过所述流体出口周期性地流出并形成高压，以对井下压裂液形成周期性地增压，从而提供周期性的压裂压力。

与现有技术相比，本申请的优点之处在于：

根据本发明的井下压裂辅助工具能够使通过流体入口进入加速区的压裂液流体驱动流体加速装置运行，进而使得流体加速装置对压裂液流体进行加速，以形成高压，并且，经过流体加速装置加速后的压裂液流体从流体出口处的止回阀周期性地流地高速流出，从而对井下压裂液进行周期性地增压。由此，实现井下辅助压裂施工，非常有利于提高压裂压力的利用效率，以及增强压裂效果。流体入口能够对压裂液流体形成导向，并使压裂液流体对流体加速装置的涡轮叶片形成冲击，从而驱动流体加速装置运行，进而对压裂液流体进行加速。这能够进一步提高压裂压力的利用效率和增强压裂效果。此外，井下压裂辅助工具结构简单，安装方便，有利于提高井下压裂辅助施工效率。

附图说明

下面将参照附图对本发明进行说明。

图1示意性地显示了根据本发明的井下压裂辅助工具的结构。

图2显示了图1所示井下压裂辅助工具中的偏心涡轮的结构。

在本申请中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本发明的原理，并且未按实际比例绘制。

具体实施方式

下面通过附图来对本发明进行介绍。

图1示意性地显示了根据本发明的井下压裂辅助工具100的结构。如图1所示，井下压裂辅助工具100包括本体部分10。在一个实施例中，本体部分10构造成圆柱体形。在本体部分10的内部设有加速区20，加速区20构造为中空腔体。在加速区20内设有流体加速装置30。井下压裂辅助工具100用于连接到井下钻柱中需要增压的区段，在工作过程中，进入加速区20的压裂液流体能够驱动流体加速装置30运行，进而使得流体加速装置30对压裂液流体进行加速，以形成高压，从而对井下压裂液进行周期性地增压。由此，井下压裂辅助工具100能够在施工过程中辅助压裂施工，这非常有利于提高压裂压力的利用效率，以及增强压裂效果。

在一个实施例中，本体部分10可以通过铸造方式加工形成。

根据本发明，在加速区20的第一端设有流体入口21，在加速区20的第二端设有流体出口22。流体入口21的延伸方向构造成与加速区20在连接处相切，并且能够对经过流体入口21的压裂液流体形成导向，以使流过流体入口21进入加速区的压裂液流体作用于流体加速装置30，从而驱动流体加速装置30运行。流体入口21的这种结构能够使压裂液流体顺着与加速区20相切的方向流道，非常有利于对压裂液流体形成导向，从而有利于压裂液流体对流体加速装置30的驱动作用，同时有利于流体加速装置30对压裂液流体形成连续加速增压。

如图1所示，加速区20形成的中空腔体的内壁面构造成连续圆滑曲面。加速区20的这种圆滑曲面供流体加速装置30的偏心涡轮32(见下文)在加速区20内流畅运转。圆滑曲面根据所需增压大小，同时结合压裂液流体的流速进行设计，能够最小化流体阻力，从而显著增强流体加速装置30对压裂液流体的加速效率。加速区20的这种内壁面结构有利于增强压裂液流体对流体加速装置30的作用，非常有利于提高对压裂液流体的加速效率和增强加速效果，从而有利于增强对井下压裂液进行周期性地增压效果。

根据本发明，流体加速装置30包括涡轮转轴31和安装在涡轮转轴31上的偏心涡轮32。涡轮转轴31的一端固定安装在加速区20的内壁面上，另一端向加速区的中部延伸且用于安装偏心涡轮32。如图2所示，偏心涡轮32包括构造为盘形件的涡轮座321和多个安装在涡轮座321上的涡轮叶片322，涡轮座321偏心安装在涡轮转轴31上，且能够绕涡轮转轴31偏心运动。涡轮座321设有供涡轮转轴31穿过的偏心安装孔323，涡轮座321通过偏心安装孔323安装到涡轮转轴31上，从而将流体加速装置30安装在加速区20内。多个涡轮叶片322沿涡轮座321的周向均匀分布。在图2所示实施例中，在涡轮座321的周向上均匀设置有6个涡轮叶片322。当然，为了增强压裂液流体对偏心涡轮32的作用效果，涡轮叶片322的数量可以根据实际需要进行设定。在工作时，偏心涡轮32能够在来自流体入口21的压裂液流体的作用下绕涡轮转轴31偏心转动，从而对压裂液流体形成周期性地加速。经过加速区20加速的压裂液流体从流体出口22周期性地流出并形成高压，从而对井下压裂液进行周期性地增压。这非常有利于提高压裂压力的利用效率，以及增强压裂效果。此外，流体加速装置30不需要通过驱动源提供驱动力，其能够根据压裂液流体自身的作用运行，从而有利于节约资源，且使用简单方便。

如图2所示，涡轮叶片322的轮廓构造成弧形曲面，涡流叶片322在压裂液流体的作用下能够使偏心涡轮32绕涡轮转轴31加速转动，从而对所述压裂液流体形成周期性增压。在工作过程中，压裂液流体通过流体入口21流向涡流叶片322的正面，并对涡流叶片322的正面形成冲击，从而推动涡流叶片322转动，为偏心涡轮32提供偏心力，由此实现周期性的脉冲增压。尤其是在前期，压裂液流体冲击涡流叶片322的正面，涡流叶片322的这种结构有利于压裂液流体推动涡流叶片322加速转动，从而为偏心涡轮32提供更大的偏心力，加速偏心涡轮32的运转，有利于提高启动效率。在这里需要说明的是，将涡轮叶片322的向外凸的弧形曲面定义为正面，而将向内凹的弧形曲面定义为背面。

根据本发明，涡轮叶片322的轴向延伸厚度根据实际需要进行设置，涡轮叶片322轴向上延伸的厚度设置为0.5cm-3cm。涡轮叶片322的轴向延伸方向沿加速区20的宽度方向分布设置，从而使得涡轮叶片322占据加速区20的宽度方向上的大部分空间。这样能够保证涡轮叶片322对加速区20内的压裂液流体形成有效的加速增压，非常有利于提高对压裂液流体的加速效率，增强对压裂液流体的增压效果。由此，进一步提高了压裂压力的利用效率，和增强了压裂效果。

根据本发明，在流体出口22处安装有止回阀40。在止回阀40的作用下，经过加速区20加速的压裂液流体从流体出口22周期性地流出并形成高压。并且，在压裂施工过程中，当出现憋压情况时，止回阀40能够有效防止压裂液流体倒流，从而能够对流体加速装置30形成保护。

在实际工作时，井下压裂辅助工具100连接到井下钻柱中需要增压的区段。井下压裂辅助工具100可以安装有多个。在压裂施工过程中，经过流体入口21进入加速区20的压裂液流体对流体加速装置30涡轮叶片322形成冲击，从而驱动流体加速装置30转动运行，进而使得流体加速装置30对压裂液流体进行加速并形成高压，从而实现对井下压裂液进行周期性地增压。由此，井下压裂辅助工具100能够在施工过程中辅助压裂施工，大大提高了压裂压力的利用效率，显著增强了压裂效果。

在本申请中，需要说明的是，在附图1中，箭头指示的方向为压裂液流体流动的方向。

根据本发明，还提出了一种井下压裂辅助方法。该井下压裂辅助方法使用根据本发明的井下压裂辅助工具100。下面介绍该井下压裂辅助方法的具体施工步骤。

首先，井下压裂辅助工具100安装到井下压裂钻柱中需要增压的区段。根据井下压裂液的压力，可以在井下压裂钻柱中安装多个井下压裂辅助工具100。之后，进行压裂施工作业，从井口向井下压裂钻柱注入压裂液流体，压裂液流体通过流体入口21进入加速区20，并在流体入口21的导向作用下对涡轮叶片322形成冲击，从而驱动流体加速装置30运行，进而对压裂液流体进行加速。之后，经过驱动流体加速装置30加速的压裂液流体通过流体出口22处的止回阀40周期性地流出，并形成高压，从而对井下压裂液形成周期性地增压，进而能够提供周期性的压裂压力。由此，实现井下压裂辅助施工。该井下压裂辅助方法操作简单方便，施工工艺简单，安装效率高，有利于提高压裂施工效率，并能够增强压裂施工效果。

根据本发明的井下压裂辅助工具100能够使通过流体入口21进入加速区20的压裂液流体驱动流体加速装置30运行，进而使得流体加速装置30对压裂液流体进行加速，以形成高压，并且，经过流体加速装置30加速后的压裂液流体从流体出口处的止回阀40周期性地流地高速流出，从而对井下压裂液进行周期性地增压。由此，实现井下辅助压裂施工，非常有利于提高压裂压力的利用效率，以及增强压裂效果。流体入口21能够对压裂液流体形成导向，并使压裂液流体对流体加速装置30的涡轮叶片322形成冲击，从而驱动流体加速装置30运行，进而对压裂液流体进行加速。这能够进一步提高压裂压力的利用效率和增强压裂效果。此外，井下压裂辅助工具100结构简单，安装方便，有利于提高井下压裂辅助施工效率。

最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施方案而已，并不构成对本发明的任何限制。尽管参照前述实施方案对本发明进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种井下压裂辅助工具，包括：

本体部分(10)，在所述本体部分的内部设有加速区(20)；

设置在所述加速区的流体加速装置(30)，所述流体加速装置构造成能够对压裂液流体进行周期性地加速；

其中，在所述加速区的第一端设有流体入口(21)，在所述加速区的第二端设有流体出口(22)，

所述流体入口构造成能够使压裂液流体变相流入所述加速区，并驱动所述流体加速装置运行以对所述压裂液流体进行加速，经过加速后的所述压裂液流体通过所述流体出口周期性地流出并形成高压，从而对压裂液进行周期性地增压。

2.根据权利要求1所述的井下压裂辅助工具，其特征在于，所述流体加速装置包括涡轮转轴(31)和安装在所述涡轮转轴上的偏心涡轮(32)，所述偏心涡轮能够在来自所述流体入口的压裂液流体的作用下绕所述涡轮转轴转动，从而对所述压裂液流体形成周期性地加速。

3.根据权利要求2所述的井下压裂辅助工具，其特征在于，所述偏心涡轮包括构造为盘形件的涡轮座(321)和多个安装在所述涡轮座上的涡轮叶片(322)，所述涡轮座偏心安装在所述涡轮转轴上。

4.根据权利要求3所述的井下压裂辅助工具，其特征在于，多个所述涡轮叶片沿所述涡轮座的周向均匀分布。

5.根据权利要求3或4所述的井下压裂辅助工具，其特征在于，所述涡轮叶片的轮廓构造成弧形曲面，且所述涡轮叶片的厚度设置为0.5cm-3cm，

所述涡流叶片在压裂液流体的作用下使所述偏心涡轮绕所述涡轮转轴加速转动，从而对所述压裂液流体形成周期性增压。

6.根据权利要求3或4所述的井下压裂辅助工具，其特征在于，所述流体入口的延伸方向构造成与所述加速区相切，并且使经过所述流体入口的压裂液流体能够作用于所述偏心涡轮，从而驱动所述偏心涡轮转动。

7.根据权利要求1所述的井下压裂辅助工具，其特征在于，所述加速区的内壁面(23)构造成圆滑曲面。

8.根据权利要求1所述的井下压裂辅助工具，其特征在于，在所述流体出口设有止回阀(40)，所述止回阀能够使经过所述流体加速装置加速后的压裂液流体周期性地流出并形成高压。

9.根据权利要求1到8中任一项所述的井下压裂辅助工具，其特征在于，所述压裂辅助工具用于安装到井下压裂钻柱中，且所述井下压裂钻柱中安装有若干个压裂辅助工具。

10.一种井下压裂辅助方法，包括以下步骤：

将若干个根据权利要求1到9中任一项所述的井下压裂辅助工具分别安装到井下压裂钻柱中需要增压的区段；

从井口向所述井下压裂钻柱注入压裂液流体，压裂液流体通过所述流体入口进入所述加速区，并驱动所述流体加速装置运行以对压裂液流体进行加速；

经过加速后的压裂液流体通过所述流体出口周期性地流出并形成高压，以对井下压裂液形成周期性地增压，从而提供周期性的压裂压力。

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