CN116658143B - 一种裸眼井压裂裂缝定向开启工具及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种裸眼井压裂裂缝定向开启工具，包括工具串，工具串包括滑套，滑套设置在管线内，滑套在管线内滑动设置，滑套上开设有滑动喷孔，滑套上固定连接有球座，球座上开设有通孔，球座上可拆卸连接有钢球,管线上开设有固定喷孔；液压破岩装置包括基座，基座上开设有通道，管线端头开设有出液孔，出液孔与通道连通，基座上开设有若干连接孔，连接孔内插接有柱塞，柱塞在连接孔内滑动设置,连接孔和通道之间通过过孔连通,柱塞上固定连接有顶板,顶板和基座之间设置有弹簧和侧向弹性挡板；定位器固定连接在基座上。本发明可提高裸眼井井筒的稳定性，节省成本，降低施工安全风险，工艺操作简便、易控制、安全风险小。
Description
技术领域
本发明涉及油气开发技术领域，特别是涉及一种裸眼井压裂裂缝定向开启工具及施工方法。
背景技术
裸眼井由于含油气储层与井筒完全连通，渗流面积大，几乎没有表皮，因此裸眼井是低渗透油气田的重要开发井型之一。低渗透油气田一般都要经过储层水力压裂改造才能投产，但是受储层岩石应力客观条件制约，储层岩石起裂方向总是垂直于地层最小主应力方向开启。因此，水力压裂形成的裂缝方向受岩石应力控制。这样形成的裂缝有时并不是理想的裂缝，而且形成的裂缝在近井筒附近条数较少，规模较小，整体改造体积较小，影响水力压裂改造效果。
裸眼井水力压裂改造属于常规作业，一般是在目标储层段先进行射孔，然后采用液体(水)传导地面泵车压力，诱使岩石在某些射孔孔眼处破裂，并产生裂缝，持续注入液体(水)裂缝沿着已开启的裂缝方向不断延伸扩展，再进行加砂压裂。这种方式形成的压裂裂缝受地应力限制，一般裂缝方向确定，裂缝形态简单，改造面积(体积)较小。另外，聚能弹射孔方式产生的震动和冲击波对裸眼井壁的稳定性也会造成较大威胁，对于后续的压裂作业成功率造成影响。
因此提出一种裸眼井压裂裂缝定向开启工具及施工方法来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种裸眼井压裂裂缝定向开启工具及施工方法，以解决上述现有技术存在的问题，增加储层改造体积(体积)，同时提升裸眼井壁的稳定性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种裸眼井压裂裂缝定向开启工具，包括：
工具串，所述工具串包括滑套、液压破岩装置和定位器，所述滑套设置在管线内，所述滑套在管线内滑动设置，所述滑套外壁与管线内壁贴合，所述滑套上开设有滑动喷孔，所述滑套上固定连接有球座，所述球座上开设有通孔，所述球座上可拆卸连接有钢球,所述管线上开设有固定喷孔；
所述液压破岩装置包括基座，所述基座固定连接在所述管线端头，所述基座上开设有通道，所述管线端头开设有出液孔，所述出液孔与所述通道连通，所述基座上开设有若干连接孔，所述连接孔内插接有柱塞，所述柱塞在所述连接孔内滑动设置,所述连接孔和所述通道之间通过过孔连通,所述柱塞上固定连接有顶板,所述顶板和所述基座之间设置有弹簧和侧向弹性挡板；
所述定位器固定连接在所述基座上。
优选的，所述基座上开设有凹槽，所述弹簧一端固定连接在所述凹槽内，所述弹簧另一端固定连接在所述顶板上。
优选的，所述连接孔内开设有若干卡槽，所述卡槽内固定连接有密封圈，所述密封圈与所述柱塞抵接。
优选的，所述侧向弹性挡板两端分别固定连接在所述顶板和所述基座上。
一种裸眼井压裂裂缝定向施工方法，步骤如下：
步骤一：确定裸眼井区地层力学参数数值，调节裂缝定向开启工具中定位器的方向；
步骤二：按照施工要求把开启工具下入目标层段，将管线与地面高压泵车连接，当管线试压合格后，泵车开始向管线内注入液体，液体通过出液孔流入通道内，通道内的液体压力逐渐升高，液体会通过过孔流向连接孔，随着液体压力的升高，会将柱塞向外推动，柱塞带动顶板移动，顶板移动时会不断拉长弹簧，液体的压力通过顶板传递至地层岩石，地层岩石应力发生变化，当达到地层破裂压力时，地层裂缝开启，该地层裂缝方向与原始地应力状态下的裂缝开启方向会发生一定角度偏转，当地层裂缝开启时，地面注入泵车上的压力曲线会有一个明显的压降显示；裂缝开启后，继续向通道内注入液体，使裂缝扩大，当裂缝形成后，停止注入液体，通道内的液体压力降低，顶板在弹簧的作用下被拉回至原始的位置，侧向弹性挡板也会恢复原状态；
步骤三：确认目标层段裂缝形成后，向滑套中投入钢球，泵送至球座处，钢球会到达球座通孔的位置，并堵在通孔上，在液体压力的推动下，滑套会在管线内移动，直至滑动喷孔与固定喷孔连通，这时滑套内的液体进入井筒中，在压力的作用下沿着已经形成的裂缝进入目标层段，裂缝方向在延伸的过程中会逐渐转偏转至地层最大地应力方向，伴随着裂缝的不断开启和延伸，进入压裂改造施工阶段，按照压裂方案设计施工，裸眼井裂缝定向开启及压裂改造一体化施工完成。
本发明公开了以下技术效果：本发明中，管线用于将本装置送至目标层段，同时输送液体，滑套在管线内，钢球用于将球座上的通孔堵住，使滑套在压力的作用下可以在管线内移动，顶板用于和岩石接触，弹簧方便将顶板拉回原位，定位器用于定位本装置的位置。本发明可提高裸眼井井筒的稳定性，节省成本，降低施工安全风险，工艺操作简便、易控制、安全风险小。
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为本发明裸眼井压裂裂缝定向开启工具结构示意图；
图2为本发明图1中a的局部放大图；
图3为本发明钢球位置结构示意图；
图4为本发明基座剖视俯视图；
其中，1、滑套；2、管线；3、滑动喷孔；4、球座；5、通孔；6、钢球；7、固定喷孔；8、基座；9、通道；10、连接孔；11、柱塞；12、过孔；13、顶板；14、弹簧；15、侧向弹性挡板；16、定位器；17、凹槽；18、密封圈。
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。
参照图1-4，本发明提供一种裸眼井压裂裂缝定向开启工具，包括：
工具串，工具串包括滑套1、液压破岩装置和定位器16，滑套1设置在管线2内，滑套1在管线2内滑动设置，滑套1外壁与管线2内壁贴合，滑套1上开设有滑动喷孔3，滑套1上固定连接有球座4，球座4上开设有通孔5，球座4上可拆卸连接有钢球6,管线2上开设有固定喷孔7；
液压破岩装置包括基座8，基座8固定连接在管线2端头，基座8上开设有通道9，管线2端头开设有出液孔，出液孔与通道9连通，基座8上开设有若干连接孔10，连接孔10内插接有柱塞11，柱塞11在连接孔10内滑动设置,连接孔10和通道9之间通过过孔12连通,柱塞11上固定连接有顶板13,顶板13和基座8之间设置有弹簧14和侧向弹性挡板15；
定位器16固定连接在基座8上。
管线2用于将本装置送至目标层段，同时输送液体，滑套1在管线2内，钢球6用于将球座4上的通孔5堵住，使滑套1在压力的作用下可以在管线内移动，顶板13用于和岩石接触，管线2内的液体通过出液孔流入到通道9内，随着液体压力的升高，通道9内的液体会通过过孔12进入到连接孔10内，并最终推动柱塞11向外移动，柱塞11向外移动时，会拉动弹簧14和侧向弹性挡板15，当地层破裂后，停止向管线2内泵送液体，通道9内的液体压力下降后，弹簧14会拉动顶板13恢复原位，再投入钢球6，钢球6移动到球座4上的通孔5处，将滑套1堵住，随着液体压力的升高，滑套1移动，直至滑动喷孔3与固定喷孔7连通，从而可以向井筒中输送液体，定位器用于定位本装置的位置。
进一步优化方案，基座8上开设有凹槽17，弹簧14一端固定连接在凹槽17内，弹簧14另一端固定连接在顶板13上。
凹槽17用于安装弹簧14，弹簧14方便将顶板13拉回原位。
进一步优化方案，连接孔10内开设有若干卡槽，卡槽内固定连接有密封圈18，密封圈18与柱塞11抵接。
卡槽用于安装密封圈18，密封圈18提升柱塞11和连接孔10之间的密封性。
进一步优化方案，侧向弹性挡板15两端分别固定连接在顶板13和基座8上。
侧向弹性挡板15用于遮挡顶板13和基座8之间的空隙。
一种裸眼井压裂裂缝定向施工方法，步骤如下：
步骤一：确定裸眼井区地层力学参数数值，调节裂缝定向开启工具中定位器16的方向；
步骤二：按照施工要求把开启工具下入目标层段，将管线2与地面高压泵车连接，当管线2试压合格后，泵车开始向管线2内注入液体，液体通过出液孔流入通道9内，通道9内的液体压力逐渐升高，液体会通过过孔12流向连接孔10，随着液体压力的升高，会将柱塞11向外推动，柱塞11带动顶板13移动，顶板13移动时会不断拉长弹簧14，液体的压力通过顶板13传递至地层岩石，地层岩石应力发生变化，当达到地层破裂压力时，地层裂缝开启，该地层裂缝方向与原始地应力状态下的裂缝开启方向会发生一定角度偏转，当地层裂缝开启时，地面注入泵车上的压力曲线会有一个明显的压降显示；裂缝开启后，继续向通道9内注入液体，使裂缝扩大，当裂缝形成后，停止注入液体，通道9内的液体压力降低，顶板13在弹簧14的作用下被拉回至原始的位置，侧向弹性挡板15也会恢复原状态；
步骤三：确认目标层段裂缝形成后，向滑套1中投入钢球6，泵送至球座4处，钢球6会到达球座4通孔5的位置，并堵在通孔5上，在液体压力的推动下，滑套1会在管线2内移动，直至滑动喷孔3与固定喷孔7连通，这时滑套1内的液体进入井筒中，在压力的作用下沿着已经形成的裂缝进入目标层段，裂缝方向在延伸的过程中会逐渐转偏转至地层最大地应力方向，伴随着裂缝的不断开启和延伸，进入压裂改造施工阶段，按照压裂方案设计施工，裸眼井裂缝定向开启及压裂改造一体化施工完成。
施工完成后，裸眼井目标层段近井筒附近的裂缝的开启方向发生了改变，引导后期形成裂缝延伸方向，最终裂缝延伸方向将偏转至地层最大主应力方向，这将极大促进近井筒附近裂缝的复杂性，在后续水力加砂压裂改造的作用下，裂缝进一步扩展延伸，大幅增加了目标层段改造波及体积，提高了整体改造效果。
本发明的有益效果：
(1)本实施工艺采用一种裸眼井压裂裂缝定向开启工具和施工工艺，可改变裸眼井压裂裂缝的破裂方向，增加近井筒地带裂缝的复杂性，增加储层改造体积(面积)，提高改造效果和效益，该施工工具及工艺简单、易于操作、方便快捷。
(2)本实施工艺采用的裂缝定向开启工具使用液压装置，在井筒内可调节任意开启方向，工具的技术工作原理简单成熟、稳定性强，可以重复使用，作业成本低。
(3)本实施工艺可以省去聚能弹射孔施工作业，减少危险化学品的使用，提高裸眼井井筒的稳定性，节省成本，降低施工安全风险。
(4)本实施工艺采用的裂缝定向开启工具使用液压装置，在工具截面及侧面设计弹性挡板，防止地层破裂后，掉落的碎石砂等卡住工具，降低工具使用的安全风险。
(5)本实施工艺不仅能够实现改变裸眼井近井筒地带裂缝的开启方向，增加裂缝的复杂性，而且能和水力加砂压裂连作，进一步扩展裂缝，提高改造效果，整体施工工艺简单，效率高。
(6)本实施工艺操作简便、易控制、施工流程简单、安全风险小。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，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。
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 (5)
1.一种裸眼井压裂裂缝定向开启工具，其特征在于,包括：
工具串，所述工具串包括滑套(1)、液压破岩装置和定位器(16)，所述滑套(1)设置在管线(2)内，所述滑套(1)在管线(2)内滑动设置，所述滑套(1)外壁与管线(2)内壁贴合，所述滑套(1)上开设有滑动喷孔(3)，所述滑套(1)上固定连接有球座(4)，所述球座(4)上开设有通孔(5)，所述球座(4)上可拆卸连接有钢球(6),所述管线(2)上开设有固定喷孔(7)；
所述液压破岩装置包括基座(8)，所述基座(8)固定连接在所述管线(2)端头，所述基座(8)上开设有通道(9)，所述管线(2)端头开设有出液孔，所述出液孔与所述通道(9)连通，所述基座(8)上开设有若干连接孔(10)，所述连接孔(10)内插接有柱塞(11)，所述柱塞(11)在所述连接孔(10)内滑动设置,所述连接孔(10)和所述通道(9)之间通过过孔(12)连通,所述柱塞(11)上固定连接有顶板(13),所述顶板(13)和所述基座(8)之间设置有弹簧(14)和侧向弹性挡板(15)；
所述定位器(16)固定连接在所述基座(8)上。
2.根据权利要求1所述的一种裸眼井压裂裂缝定向开启工具，其特征在于：所述基座(8)上开设有凹槽(17)，所述弹簧(14)一端固定连接在所述凹槽(17)内，所述弹簧(14)另一端固定连接在所述顶板(13)上。
3.根据权利要求1所述的一种裸眼井压裂裂缝定向开启工具，其特征在于：所述连接孔(10)内开设有若干卡槽，所述卡槽内固定连接有密封圈(18)，所述密封圈(18)与所述柱塞(11)抵接。
4.根据权利要求1所述的一种裸眼井压裂裂缝定向开启工具，其特征在于：所述侧向弹性挡板(15)两端分别固定连接在所述顶板(13)和所述基座(8)上。
5.一种裸眼井压裂裂缝定向施工方法，基于权利要求1所述的一种裸眼井压裂裂缝定向开启工具，其特征在于，步骤如下：
步骤一：确定裸眼井区地层力学参数数值，调节裂缝定向开启工具中定位器(16)的方向；
步骤二：按照施工要求把开启工具下入目标层段，将管线(2)与地面高压泵车连接，当管线(2)试压合格后，泵车开始向管线(2)内注入液体，液体通过出液孔流入通道(9)内，通道(9)内的液体压力逐渐升高，液体会通过过孔(12)流向连接孔(10)，随着液体压力的升高，会将柱塞(11)向外推动，柱塞(11)带动顶板(13)移动，顶板(13)移动时会不断拉长弹簧(14)，液体的压力通过顶板(13)传递至地层岩石，地层岩石应力发生变化，当达到地层破裂压力时，地层裂缝开启，该地层裂缝方向与原始地应力状态下的裂缝开启方向会发生一定角度偏转，当地层裂缝开启时，地面注入泵车上的压力曲线会有一个明显的压降显示；裂缝开启后，继续向通道(9)内注入液体，使裂缝扩大，当裂缝形成后，停止注入液体，通道(9)内的液体压力降低，顶板(13)在弹簧(14)的作用下被拉回至原始的位置，侧向弹性挡板(15)也会恢复原状态；
步骤三：确认目标层段裂缝形成后，向滑套(1)中投入钢球(6)，泵送至球座(4)处，钢球(6)会到达球座(4)通孔(5)的位置，并堵在通孔(5)上，在液体压力的推动下，滑套(1)会在管线(2)内移动，直至滑动喷孔(3)与固定喷孔(7)连通，这时滑套(1)内的液体进入井筒中，在压力的作用下沿着已经形成的裂缝进入目标层段，裂缝方向在延伸的过程中会逐渐转偏转至地层最大地应力方向，伴随着裂缝的不断开启和延伸，进入压裂改造施工阶段，按照压裂方案设计施工，裸眼井裂缝定向开启及压裂改造一体化施工完成。
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