CN114542040B - 一种连续脉冲水力压裂系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续脉冲水力压裂系统，包括：混砂装置、压裂装置、检测模块、数据传输模块、控制模块；混砂装置用于将压裂液和砂子混合搅拌，形成携砂液；压裂装置用于将压裂液和携砂液以脉冲式交替向井筒内泵入；检测模块用于实时检测油层岩石压裂过程中的裂缝状态数据；数据传输模块用于将裂缝状态数据传输至控制模块；控制模块基于接收到的裂缝状态数据控制混砂装置和压裂装置的工作状态。本发明能够根据地下油层岩石的裂缝状态数据进行压裂方案的实时调整，同时结合对压裂装置结构的改进，显著提高施工效率的同时提高油层岩石的造缝体积。

Description

一种连续脉冲水力压裂系统

技术领域

本发明涉及油气开采技术领域，特别是涉及一种连续脉冲水力压裂系统。

背景技术

油田井下压裂技术的根本原理是通过水力施压的作用使之受以压力，进而使油层岩石产生裂缝。在实际应用中，利用该技术将满载巨大压力的液体压入页岩油层，在油层岩石产生裂缝后再进行携砂液等支撑剂的填充，从而有效提高油层的渗透力，增加油井的产能。在现有技术中，通常采用固定的压裂方案进行油层岩石的压裂，然而由于开采地质不同，采用固定的压裂方案所造成的裂缝会存在很大差异，导致造缝不符合开采要求，最终造成采收率的降低，与此同时，现有技术中油管排液量较低，同时由于只能进行固定密封，油管不能实现连续拖动，导致施工效率较低。

因此，亟需提供一种新型的连续脉冲水力压裂系统，来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种连续脉冲水力压裂系统，以解决现有技术的问题，能够根据地下油层岩石的裂缝状态数据进行压裂方案的实时调整，同时结合对压裂装置结构的改进，显著提高施工效率的同时提高油层岩石的造缝体积。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种连续脉冲水力压裂系统，包括：混砂装置、压裂装置、检测模块、数据传输模块、控制模块；

所述混砂装置用于按照所述控制模块发出的第一预设指令，将压裂液和砂子混合搅拌，形成携砂液；

所述压裂装置与所述混砂装置连通，用于按照所述控制模块发出的第二预设指令向井筒内泵注所述压裂液和所述携砂液，所述压裂液与所述携砂液以脉冲式交替向所述井筒内泵入，且所述压裂液的首次泵入时间早于所述携砂液的首次泵入时间；所述压裂液和所述携砂液的泵入用于形成油层岩石的压裂；

所述检测模块用于实时检测油层岩石压裂过程中的裂缝状态数据；

所述数据传输模块与所述检测模块、所述控制模块连接，用于将所述裂缝状态数据传输至所述控制模块；

所述控制模块与所述混砂装置、所述压裂装置连接；所述控制模块用于生成第一预设指令、第二预设指令，并将所述第一预设指令、第二预设指令分别发送至所述混砂装置、所述压裂装置；所述控制模块还基于所述裂缝状态数据对所述第一预设指令和所述第二预设指令进行实时更新。

优选地，所述压裂装置包括水力脉冲装置、压裂井口装置和高压泵，

所述水力脉冲装置分别与所述压裂井口装置和所述高压泵连接；

所述水力脉冲装置用于产生水力脉冲；

所述压裂井口装置用于将所述水力脉冲作用于所述压裂液和所述携砂液；

所述高压泵用于向所述水力脉冲装置供水。

优选地，所述压裂井口装置上设有密封本体和连续油管，所述连续油管底部设置有过砂单流阀，

所述密封本体用于压裂井口装置与石油井口之间的环空密封；

所述连续油管用于向井下泵注所述压裂液和所述携砂液。

优选地，所述压裂井口装置还包括环形防喷器和安全防喷器，

所述环形防喷器和所述安全防喷器连接；

所述环形防喷器和所述安全防喷器用于所述压裂井口装置的密封本体与所述连续油管间的环空密封。

优选地，所述水力脉冲装置包括水力脉冲发生器和水力脉冲管，

所述水力脉冲发生器与所述水力脉冲管连接，所述水力脉冲管与所述压裂井口装置连接；

所述水力脉冲发生器用于控制所述水力脉冲管内的水发生水力脉冲。

优选地，所述检测模块包括压力检测单元、深度检测单元和微地震监测单元，

所述压力检测单元用于实时检测压裂过程中油层岩石裂缝的破裂压力数据；

所述深度检测单元用于实时检测油层岩石的裂缝深度数据；

所述微地震监测单元用于实时获取油层岩石压裂后的微地震信号，并基于所述微地震信号得到压裂作业评估结果。

优选地，所述微地震监测单元包括微地震井中监测子单元和微地震地面监测子单元，

所述微地震井中监测子单元用于实时监测井中微地震信号，并对所述井中微地震信号进行分析处理，获得微地震震源的定位信息；

所述微地震地面监测子单元用于对地面微地震信号进行拾取和分析，作为井中监测数据的补充；

所述微地震监测单元基于所述井中微地震信号和所述地面微地震信号实时评估油层岩石的压裂作业效果，并将所述压裂作业评估结果通过所述数据传输模块发送至所述控制模块。

优选地,所述连续脉冲水力压裂系统还包括显示模块，所述显示模块与所述控制模块连接，用于显示实时检测的所述破裂压力数据、所述裂缝深度数据以及所述压裂作业评估结果。

本发明公开了以下技术效果：

1、本发明通过检测模块实时检测油层岩石的裂缝状态数据，并根据裂缝数据对压裂方案进行实时调整，根据实时调整的方案控制混砂装置和压裂装置的工作状态，本发明不仅能够实时评判压裂效果，了解压裂增产过程中人工造缝的情况，而且可以指导优化下一步压裂方案，达到提高采收率的目的。

2、本发明压裂井口装置包括环形防喷器和安全防喷器，通过两种防喷器的连接实现了压裂井口装置与连续油管间的环空动密封，由此可以实现油管连续拖动分段压裂；同时，压裂井口装置上的连续油管底部设置有过砂单流阀，通过过砂单流阀能够封隔油管内部压力，最终实现环空加砂压裂，大大提高了施工效率，降低了设备和人工成本。

3、本发明通过水力脉冲发生器对水力脉冲管内的水进行水力脉冲发生的操作，通过压裂井口装置将水力脉冲作用于压裂液和携砂液，使压裂液和携砂液以脉冲式交替泵入井筒内，本发明有效地将水力脉冲管内的水力脉冲通过压裂井口装置传输到井下，强化了水力压裂效果，具有省时高效的作用。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中连续脉冲水力压裂系统的结构框图。

图2为本发明实施例中井中微地震信号处理流程图。

图3为本发明实施例中地面微地震信号处理流程图。

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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本实施例提供一种连续脉冲水力压裂系统，包括：混砂装置、压裂装置、检测模块、数据传输模块、控制模块；

混砂装置用于按照控制模块发出的第一预设指令，将压裂液和砂子混合搅拌，形成携砂液。

在本实施例中，第一预设指令包括根据施工地质条件设定的首次泵入的携砂液的混砂比、首次泵入携砂液的总量以及首次泵入携砂液的压力，在本实施例中，首次泵入的携砂液的混砂比设定为5～15%。

压裂装置与混砂装置连通，用于按照控制模块发出的第二预设指令向井筒内泵注压裂液和携砂液，压裂液与携砂液以脉冲式交替向井筒内泵入，且压裂液的首次泵入时间早于携砂液的首次泵入时间；压裂液和所述携砂液的泵入用于形成油层岩石的压裂。

在本实施例中，第二预设指令为根据油田所处的地质环境设定的首次压裂的压裂液总量以及泵入压裂液的压力。

压裂装置包括水力脉冲装置、压裂井口装置和高压泵，水力脉冲装置分别与压裂井口装置和高压泵连接；水力脉冲装置用于产生水力脉冲；压裂井口装置用于将水力脉冲作用于压裂液和所述携砂液；高压泵用于向水力脉冲装置供水；

其中，水力脉冲装置包括水力脉冲发生器和水力脉冲管，水力脉冲发生器与水力脉冲管连接，水力脉冲管与压裂井口装置连接；水力脉冲发生器用于控制水力脉冲管内的水发生水力脉冲；

压裂井口装置上设有密封本体和连续油管，连续油管底部设置有过砂单流阀，连续油管用于向井下泵注压裂液和携砂液；密封本体用于压裂井口装置与石油井口之间的环空密封；

同时，压裂井口装置还包括环形防喷器和安全防喷器，环形防喷器和安全防喷器连接，用于压裂井口装置的密封本体与连续油管间的环空密封。

在本实施例中，压裂井口装置按照控制模块的预设指令在连续油管内提前填充上压裂液或者携砂液，然后通过高压泵向水力脉冲管供水，再通过水力脉冲发生器控制水力脉冲管内的水发生水力脉冲操作，最终通过压裂井口装置上设置的连续油管将水力脉冲作用于压裂液或者携砂液，使压裂液和携砂液以脉冲式交替泵入井内，压裂液对油层岩石进行压裂，使其产生裂缝，携砂液对产生的裂缝进行加固，最终形成满足石油开采要求的裂缝；

在本实施例中，连续油管底部设置有过砂单流阀，在通过连续油管泵入压裂液和携砂液时，通过过砂单流阀可以封隔油管内部的压力，以增大最终连续油管泵出的液体压力，当油管泵入压裂液时可以增强压裂效果，当油管泵入携砂液时，由于压力的增大可以防止砂堵现象的发生。

在本实施例中，过砂单流阀采用特殊合金材质加工而成，当大量压裂液或者携砂液通过过砂单流阀内壁时，不会对过砂单流阀的密封面造成冲蚀，进一步保证了过砂单流阀的封堵效果；

在本实施例中，当工作压力小于20MPa时，压裂井口装置利用具有耐磨胶芯的环形防喷器实现环空的动密封，当工作压力大于20MPa时，压裂井口装置利用安全防喷器的胶芯与连续油管匹配，利用胶芯内部安装的耐磨块保证长时间动态密封而不影响密封效果。

检测模块用于实时检测油层岩石压裂过程中的裂缝状态数据；检测模块包括压力检测单元、深度检测单元和微地震监测单元；压力检测单元用于实时检测压裂过程中油层岩石裂缝的破裂压力数据；深度检测单元用于实时检测油层岩石的裂缝深度数据；微地震监测单元用于实时获取油层岩石压裂后的微地震信号，并基于所述微地震信号得到压裂作业评估结果；

其中，微地震监测单元包括微地震井中监测子单元和微地震地面监测子单元，微地震井中监测子单元用于实时监测井中微地震信号，并对井中微地震信号进行分析处理，获得微地震震源的定位信息；微地震地面监测子单元用于对地面微地震信号进行拾取和分析，作为井中监测数据的补充；微地震监测单元基于井中微地震信号和地面微地震信号实时评估油层岩石的压裂作业效果，并将所述压裂作业评估结果通过数据传输模块发送至控制模块。

在本实施例中，微地震井中监测子单元的工作方式为：通过布置在临井或同一监测井中的高灵敏度检波器接收微地震波信号，并同步记录信号，现场分析求解微地震事件，并获得震源的定位信息；井中微地震信号监测能够对裂缝达到较高的水平和垂直定位精度。

在本实施例中，微地震地面监测子单元的工作方式为：将检波器放置在距地表20～30cm处，以井口为中心，以多方位覆盖的排列方式进行布置，以达到微地震能量聚拢的效果，最终通过对监测到的微地震信号进行分析实现震源定位；地面微地震信号监测方位角更大，能够更精确地确定微地震裂缝的走向。

在本实施例中，将井中微地震信号监测和地面微地震信号监测相结合，通过对微地震信号的分析，能够计算出裂缝网络的几何特征，即方位、长度、高度等信息，实时评判压裂效果，了解压裂增产过程中人工遭逢的情况，以指导优化下一步压裂方案，达到提高采收的目的。

进一步地，如图2所示，本实施例中井中微地震信号处理流程为：

首先，利用射孔记录，确定三分量检波器的方位角，并利用该方位角对监测到的微地震信号进行校正；

其次，由于井中微地震信号分别以P波和S波的形式传播，针对复杂噪声环境会影响有效信号的识别这一问题，对压裂产生的较大能量的微地震信号进行一系列的滤波处理，其中复杂噪声环境主要包括随机噪声、强能量低频背景噪声、强能量扰动信号、井筒波和导波等，在滤波后能够很精确地拾取到记录中的P波和S波；

然后，进行微地震有效事件的拾取，采用基于长短时窗能量比（LTA/STA）的方法来进行自动拾取；

最后，综合利用首波与直达波进行震源反演的方法以及相对定位方法对微地震震源进行定位。

进一步地，如图3所示，本实施例中地面微地震信号处理流程为：

首先，利用放置好的检波器进行原始振动信号的采集，对原始振动信号进行去噪处理，在原始振动信号中识别微地震信号；

然后，采用强事件初至拾取和射孔初至拾取两种方式进行微地震信号的拾取，并对拾取的微地震信号进行静校正，与此同时，对通过射孔初至拾取的微地震信号做速度反演，通过速度反演获得准确的速度模型；

最后，结合准确的速度模型和静校正后的微地震信号，进行微地震事件定位，并根据微地震事件定位结果进行震源机制分析，最终将分析结果传输至显示模块进行显示。

数据传输模块与检测模块、控制模块连接，用于将裂缝状态数据传输至控制模块。

控制模块与混砂装置、压裂装置连接；控制模块用于生成第一预设指令、第二预设指令，并将第一预设指令、第二预设指令分别发送至混砂装置、压裂装置；控制模块还基于裂缝状态数据对第一预设指令和第二预设指令进行实时更新。

在本实施例中，连续脉冲水力压裂系统的具体工作步骤为：

S1、控制模块基于油田所处的地质环境分别生成第一预设指令和第二预设指令；

S2、混砂装置按照第一预设指令混合搅拌制成首次泵入的携砂液；

S3、压裂装置按照第二预设指令设定的参数，将首次压裂的压裂液通过连续油管泵入井筒内，通过将压力转换为速度的方式，使连续油管内的压裂液从喷嘴瞬间高速喷出，对油层岩石进行压裂，形成裂缝；

S4、在裂缝形成过程中，检测模块实时对裂缝状态进行检测，并将检测到的裂缝状态数据通过数据传输模块发送至控制模块，控制模块根据实时评估的裂缝状态决定携砂液通过连续油管的首次泵入时间；

S5、首次泵入携砂液后，控制模块根据采集到的裂缝状态数据与目标裂缝数据进行比较，并根据比较结果对第一预设指定和第二预设指令进行更新；

S6、控制模块基于更新后的第一预设指令和第二预设指令调整混砂装置和压裂装置的工作参数，对油层岩石继续压裂；

S7、重复步骤S5、S6，直至检测模块检测到的裂缝状态数据与目标裂缝数据一致，完成油层岩石造缝施工。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (1)

1.一种连续脉冲水力压裂系统，其特征在于，包括：混砂装置、压裂装置、检测模块、数据传输模块、控制模块；

所述混砂装置用于按照所述控制模块发出的第一预设指令，将压裂液和砂子混合搅拌，形成携砂液；

所述压裂装置与所述混砂装置连通，用于按照所述控制模块发出的第二预设指令向井筒内泵注所述压裂液和所述携砂液，所述压裂液与所述携砂液以脉冲式交替向所述井筒内泵入，且所述压裂液的首次泵入时间早于所述携砂液的首次泵入时间；所述压裂液和所述携砂液的泵入用于形成油层岩石的压裂裂缝及支撑压裂裂缝，以防后期裂缝闭合；

所述检测模块用于实时检测油层岩石压裂过程中的裂缝状态数据；

所述数据传输模块与所述检测模块、所述控制模块连接，用于将所述裂缝状态数据传输至所述控制模块；

所述控制模块与所述混砂装置、所述压裂装置连接；所述控制模块用于生成第一预设指令、第二预设指令，并将所述第一预设指令、第二预设指令分别发送至所述混砂装置、所述压裂装置；所述控制模块还基于所述裂缝状态数据对所述第一预设指令和所述第二预设指令进行实时更新；

所述压裂装置包括水力脉冲装置、压裂井口装置和高压泵，

所述水力脉冲装置分别与所述压裂井口装置和所述高压泵连接；

所述水力脉冲装置用于产生水力脉冲；

所述压裂井口装置用于将所述水力脉冲作用于所述压裂液和所述携砂液；

所述高压泵用于向所述水力脉冲装置加压泵送所述压裂液及所述携砂液；

所述压裂井口装置上设有密封本体和连续油管，所述连续油管底部设置有过砂单流阀，

所述密封本体用于压裂井口装置与油气井口之间的环空密封；

所述连续油管用于向井下泵注所述压裂液和所述携砂液；

所述压裂井口装置还包括环形防喷器和安全防喷器，

所述环形防喷器和所述安全防喷器连接；

所述环形防喷器和所述安全防喷器用于所述压裂井口装置的密封本体与所述连续油管间的环空密封；

所述水力脉冲装置包括水力脉冲发生器和水力脉冲管，

所述水力脉冲发生器与所述水力脉冲管连接，所述水力脉冲管与所述压裂井口装置连接；

所述水力脉冲发生器用于控制所述水力脉冲管内的水发生水力脉冲；

所述检测模块包括压力检测单元、深度检测单元和微地震监测单元，

所述压力检测单元用于实时检测压裂过程中油层岩石裂缝的破裂压力数据；

所述深度检测单元用于实时检测油层岩石的裂缝深度数据；

所述微地震监测单元用于实时获取油层岩石压裂后的微地震信号，并基于所述微地震信号得到压裂作业评估结果；

所述微地震监测单元包括微地震井中监测子单元和微地震地面监测子单元，

所述微地震井中监测子单元用于实时监测井中微地震信号，并对所述井中微地震信号进行分析处理，获得微地震震源的定位信息；

所述微地震地面监测子单元用于对地面微地震信号进行拾取和分析，作为井中监测数据的补充；

所述微地震监测单元基于所述井中微地震信号和所述地面微地震信号实时评估油层岩石的压裂作业效果，并将所述压裂作业评估结果通过所述数据传输模块发送至所述控制模块；

所述连续脉冲水力压裂系统还包括显示模块，所述显示模块与所述控制模块连接，用于显示实时检测的所述破裂压力数据、所述裂缝深度数据以及所述压裂作业评估结果。