CN116856897A - 一种油田水击压裂装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及油气田开发工程技术领域，特别涉及一种油田水击压裂装置及使用方法。其技术方案是：中心管的上侧设有平衡孔和延时传压微孔，通过外滑套的移动实现对平衡孔的开启或关闭，在外滑套的下端与调节筒之间安设上弹簧，在下连接箍下侧与滑套之间安设有下弹簧，外套的中部设有多个回液孔，在外套的下侧通过皮碗座安装皮碗，中心管的下部设有多个出液孔，出液孔对应相应的油层。有益效果是：本发明操作简便、安全可靠、性价比高，可以分层分段的对地层进行压裂，适于油气水井的压裂、解堵、除垢、储层改造；另外，本发明还适用于低渗透油藏、近井污染、垢物堵塞、水力压裂后产能递减过快的油气水井增渗、解堵改造。
Description
技术领域
本发明涉及油气田开发工程技术领域，特别涉及一种油田水击压裂装置及使用方法。
背景技术
在油气田开发工程中，常规水力压裂因受投入高、施工繁琐、施工占用场地大、压裂液易污染储层等因素制约，在较多场合尤其是压后产能仍不能大幅提高的低品位井，限制应用范围；电脉冲压裂地层因能级强度低、成本高而应用受限；现有常用的脉冲波解堵工艺中的脉冲发生工具，有火药爆破式、一次与多次投球引发水压爆破式两种。水压爆破存在着爆破次数有限、甚至只能是下一趟管柱、仅可进行一次脉冲冲击处理作业；而多级投球类水锤脉冲技术，也因投球的次数有限而影响脉冲波的强度，多次投球施工繁琐，且投球次数不能过多，因而压裂强度与效果受限；火药爆炸工艺中，由于用药量难以精准把控、缺乏对套管的保护功能，对套管强度薄弱的井有损坏套管和施工安全的问题。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种油田水击压裂装置及使用方法，可以在近井地层形成高密度的多向裂缝渗流体系，其操作施工方便，施工效率高，需用设备和物料消耗少，压裂成本低廉。
本发明提到的一种油田水击压裂装置，其技术方案是：包括中心管、封隔器和单流阀，在中心管的下侧安装封隔器，且位于油层的下侧，所述中心管的底部安装有单流阀，其中，还包括外滑套、上弹簧、调节筒、外套、下弹簧、皮碗座、滑套、皮碗，所述的中心管的上侧外壁设有一个以上的平衡孔和延时传压微孔，中心管的上侧外壁套有外滑套，通过外滑套的移动实现对平衡孔的开启或关闭，在外滑套的下端与调节筒之间安设上弹簧，在调节筒的下侧的中心管外通过下连接箍安装有外套，在下连接箍下侧与滑套之间安设有下弹簧，所述外套的中部设有多个回液孔，在外套的下侧通过皮碗座安装皮碗，所述的滑套的外壁设有密封凸起，与外套的下侧内壁设有的密封凹槽配合；所述的中心管的下部设有多个出液孔，出液孔对应相应的油层。
优选的，上述的下连接箍内设有多个轴向设置的过液通道，下连接箍的上端为锥形结构，所述的调节筒安装在中心管的外壁。
优选的，上述的外套的下侧设有加厚连接套，在加厚连接套的内壁的中上部设有密封凹槽。
优选的，上述密封凹槽包括上锥形结构、筒型结构和下锥形结构，所述下锥形结构的倾角小于上锥形结构的倾角。
优选的，上述滑套外壁的密封凸起的上部为锥形结构，下部为圆柱形结构，上部的锥形结构与密封凹槽的上锥形结构相配合。
优选的，上述滑套下侧的中心管的外壁设有凸出的限位凸起，用于对滑套进行限位；所述滑套的内壁上下两端分别设有密封槽。
优选的，上述的外滑套包括外滑套主体、上连接套和下连接套，所述外滑套主体的上部为上连接套，外滑套主体的下部为下连接套，所述上连接套的内径小于下连接套的内径，且所述上连接套的内壁的上下两侧分别设有密封圈，在外滑套主体的内壁下侧设有密封圈，在下连接套与中心管之间形成的环形空间内安装上弹簧。
优选的，上述皮碗的内部嵌有支撑骨架，支撑骨架的外部材料采用聚四氟乙烯。
本发明提到的油田水击压裂装置的使用方法，包括以下步骤：
一、首先，投入钢球，再将高压水通过地面压裂设备打入到油管内，高压水沿着油管进入到油田水击压裂装置，高压水继续下行后由于单流阀的阻挡，通过出液孔喷出后，再向上流动，由于皮碗的扩张作用，使高压水沿着滑套与加厚连接套之间的空腔上行，再沿着回液孔和过液通道上移，再沿着油管与套管之间的环空向上喷出，实现正循环控压洗井，在地面上的地面压裂设备和井口出液阀的控制下，高压水一部分进入地层，一部分返到地面，此时滑套在下弹簧的弹力作用下保持回液孔和过液通道处于导通状态；
二、当需要对地层进行水击压裂时，调高地面压裂设备的注排量，高压水的液流速度增大，滑套则在冲击力和压差作用下会克服下弹簧的弹簧力上行，滑套外壁的密封凸起与加厚连接套内壁的密封凹槽配合形成密封，从而快速关闭高压水的上行通道，油管内的高压水在惯性动能和重力势能的共同作用下产生强力的冲击波，冲击波在下部的封隔器和上部的皮碗的拦截作用下冲击地层，当冲击波的峰值压力接近或高于地层的岩石破裂压力值时，冲击波会压裂地层，在近井的地层产生多向裂缝；
三、随着高压水的冲击波能量的衰减，油管的内外压差也随之增大，中心管内腔的高压水经延时传压微孔压缩外滑套克服上弹簧的弹簧力后下移，伴随调低地面压裂设备的注排量，平衡孔打开，油管内外压力差降低，滑套在下弹簧的弹簧力作用下下移打开过液通道，油田水击压裂装置恢复到正循环控压洗井的状态，并且，由于对地层的冲击力的降低，起到了解堵的作用；在激发下一个水击脉冲时，再提高泵注排量即可；如此循环往复，即可以实现连续多次的水击脉冲压裂波对地层的压裂。
与现有技术相比，本发明的有益效果具体如下：
一方面，本发明的工艺新颖、原理可靠，可以在近井地层形成高密度的多向裂缝渗流体系，其操作施工方便、施工效率高、需用设备和物料消耗少、成本低廉等特点，用清水作压裂液也避免了常用化学增粘液带给地层的伤害，无需压后破胶与反排，施工风险低、成功率高；
另一方面，本发明操作简便、安全可靠、性价比高，可以分层分段的对地层进行压裂，适于油气水井的压裂、解堵、除垢、储层改造；另外，本发明还适用于低渗透油藏、近井污染、垢物堵塞、水力压裂后产能递减过快的油气水井增渗、解堵改造。
附图说明
图1是本发明的正循环控压洗井结构示意图；
图2是图1中的A-A截面示意图；
图3是本发明的中心管与外滑套的连接部位的放大示意图；
图4是本发明的外套的结构示意图；
图5是本发明的滑套的结构示意图；
图6是本发明的高压水压裂冲击时的结构示意图；
上图中：套管1、接箍2、中心管3、平衡孔4、外滑套5、上弹簧6、调节筒7、外套8、下弹簧9、回液孔10、皮碗座11、滑套12、皮碗13、出液孔14、封隔器15、单流阀16、钢球17、延时传压微孔18、油管19、下连接箍20、过液通道21、限位凸起22、外滑套主体5.1、上连接套5.2、下连接套5.3、加厚连接套8.1、密封凹槽8.1.1、密封凸起12.1、支撑骨架13.1。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1，参照图1-图6，本发明提到的一种油田水击压裂装置，包括中心管3、封隔器15和单流阀16，在中心管3的下侧安装封隔器15，且位于油层的下侧，所述中心管3的底部安装有单流阀16，其中，还包括外滑套5、上弹簧6、调节筒7、外套8、下弹簧9、皮碗座11、滑套12、皮碗13，所述的中心管3的上侧外壁设有一个以上的平衡孔4和延时传压微孔18，中心管3的上侧外壁套有外滑套5，通过外滑套5的移动实现对平衡孔4的开启或关闭，在外滑套5的下端与调节筒7之间安设上弹簧6，在调节筒7的下侧的中心管3外通过下连接箍20安装有外套8，在下连接箍20下侧与滑套12之间安设有下弹簧9，所述外套8的中部设有多个回液孔10，在外套8的下侧通过皮碗座11安装皮碗13，所述的滑套12的外壁设有密封凸起12.1，与外套8的下侧内壁设有的密封凹槽8.1.1配合；所述的中心管3的下部设有多个出液孔14，出液孔14对应相应的油层。
其中，上述的下连接箍20内设有多个轴向设置的过液通道21，下连接箍20的上端为锥形结构，所述的调节筒7安装在中心管3的外壁。
参照图4，本发明提到的外套8的下侧设有加厚连接套8.1，在加厚连接套8.1的内壁的中上部设有密封凹槽8.1.1；其中，上述密封凹槽8.1.1包括上锥形结构、筒型结构和下锥形结构，所述下锥形结构的倾角小于上锥形结构的倾角。
参照图5，本发明提到的滑套12外壁的密封凸起12.1的上部为锥形结构，下部为圆柱形结构，上部的锥形结构与密封凹槽8.1.1的上锥形结构相配合。
上述滑套12下侧的中心管3的外壁设有凸出的限位凸起22，用于对滑套12进行限位；所述滑套12的内壁上下两端分别设有密封槽。
参照图3，本发明提到的外滑套5包括外滑套主体5.1、上连接套5.2和下连接套5.3，所述外滑套主体5.1的上部为上连接套5.2，外滑套主体5.1的下部为下连接套5.3，所述上连接套5.2的内径小于下连接套5.3的内径，且所述上连接套5.2的内壁的上下两侧分别设有密封圈，在外滑套主体5.1的内壁下侧设有密封圈，在下连接套5.3与中心管3之间形成的环形空间内安装上弹簧6。
参照图4，本发明提到的皮碗13的内部嵌有支撑骨架13.1，支撑骨架13.1的外部材料采用聚四氟乙烯。
本发明提到的油田水击压裂装置的使用方法，包括以下步骤：
一、首先，投入钢球17，再将高压水通过地面压裂设备打入到油管19内，油管19与中心管3的上端通过接箍2连接，高压水沿着油管19进入到油田水击压裂装置，高压水继续下行后由于单流阀16的阻挡，通过出液孔14喷出后，再向上流动，由于皮碗13的扩张作用，使高压水沿着滑套12与加厚连接套8.1之间的空腔上行，再沿着回液孔10和过液通道21上移，再沿着油管19与套管1之间的环空向上喷出，实现正循环控压洗井，在地面上的地面压裂设备的控制下，高压水一部分进入地层，一部分返到地面，此时滑套12在下弹簧9的弹力作用下保持回液孔10和过液通道21处于导通状态；
二、当需要对地层进行水击压裂时，调高地面压裂设备的注排量，高压水的液流速度增大，滑套12则在冲击力和压差作用下会克服下弹簧9的弹簧力上行，滑套12外壁的密封凸起12.1与加厚连接套8.1内壁的密封凹槽8.1.1配合形成密封，从而快速关闭高压水的上行通道，油管19内的高压水在惯性动能和重力势能的共同作用下产生强力的冲击波，冲击波在下部的封隔器15和上部的皮碗13的拦截作用下冲击地层，当冲击波的峰值压力接近或高于地层的岩石破裂压力值时，冲击波会压裂地层，在近井的地层产生多向裂缝；
三、随着高压水的冲击波能量的衰减，油管19的内外压差也随之增大，中心管3内腔的高压水经延时传压微孔18压缩外滑套5克服上弹簧6的弹簧力后下移，伴随调低地面压裂设备的注排量，平衡孔4打开，油管19内外压力差降低，滑套12在下弹簧9的弹簧力作用下下移打开过液通道21，油田水击压裂装置恢复到正循环控压洗井的状态，并且，由于对地层的冲击力的降低，起到了解堵的作用；在激发下一个水击脉冲时，再提高泵注排量即可；如此循环往复，即可以实现连续多次的水击脉冲压裂波对地层的压裂。
以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的相应简单修改或等同变换，尽属于本发明要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种油田水击压裂装置，包括中心管（3）、封隔器（15）和单流阀（16），在中心管（3）的下侧安装封隔器（15），且位于油层的下侧，所述中心管（3）的底部安装有单流阀（16），其特征是：还包括外滑套（5）、上弹簧（6）、调节筒（7）、外套（8）、下弹簧（9）、皮碗座（11）、滑套（12）、皮碗（13），所述的中心管（3）的上侧外壁设有一个以上的平衡孔（4）和延时传压微孔（18），中心管（3）的上侧外壁套有外滑套（5），通过外滑套（5）的移动实现对平衡孔（4）的开启或关闭，在外滑套（5）的下端与调节筒（7）之间安设上弹簧（6），在调节筒（7）的下侧的中心管（3）外通过下连接箍（20）安装有外套（8），在下连接箍（20）下侧与滑套（12）之间安设有下弹簧（9），所述外套（8）的中部设有多个回液孔（10），在外套（8）的下侧通过皮碗座（11）安装皮碗（13），所述的滑套（12）的外壁设有密封凸起（12.1），与外套（8）的下侧内壁设有的密封凹槽（8.1.1）配合；所述的中心管（3）的下部设有多个出液孔（14），出液孔（14）对应相应的油层。
2.根据权利要求1所述的油田水击压裂装置，其特征是：所述的下连接箍（20）内设有多个轴向设置的过液通道（21），下连接箍（20）的上端为锥形结构，所述的调节筒（7）安装在中心管（3）的外壁。
3.根据权利要求2所述的油田水击压裂装置，其特征是：所述的外套（8）的下侧设有加厚连接套（8.1），在加厚连接套（8.1）的内壁的中上部设有密封凹槽（8.1.1）。
4.根据权利要求3所述的油田水击压裂装置，其特征是：所述密封凹槽（8.1.1）包括上锥形结构、筒型结构和下锥形结构，所述下锥形结构的倾角小于上锥形结构的倾角。
5.根据权利要求4所述的油田水击压裂装置，其特征是：所述滑套（12）外壁的密封凸起（12.1）的上部为锥形结构，下部为圆柱形结构，上部的锥形结构与密封凹槽（8.1.1）的上锥形结构相配合。
6.根据权利要求5所述的油田水击压裂装置，其特征是：所述滑套（12）下侧的中心管（3）的外壁设有凸出的限位凸起（22），用于对滑套（12）进行限位；所述滑套（12）的内壁上下两端分别设有密封槽。
7.根据权利要求6所述的油田水击压裂装置，其特征是：所述的外滑套（5）包括外滑套主体（5.1）、上连接套（5.2）和下连接套（5.3），所述外滑套主体（5.1）的上部为上连接套（5.2），外滑套主体（5.1）的下部为下连接套（5.3），所述上连接套（5.2）的内径小于下连接套（5.3）的内径，且所述上连接套（5.2）的内壁的上下两侧分别设有密封圈，在外滑套主体（5.1）的内壁下侧设有密封圈，在下连接套（5.3）与中心管（3）之间形成的环形空间内安装上弹簧（6）。
8.根据权利要求7所述的油田水击压裂装置，其特征是：所述皮碗（13）的内部嵌有支撑骨架（13.1），支撑骨架（13.1）的外部材料采用聚四氟乙烯。
9.根据权利要求8所述的油田水击压裂装置的使用方法，其特征是包括以下步骤：
一、首先，投入钢球（17），再将高压水通过地面压裂设备打入到油管（19）内，高压水沿着油管（19）进入到油田水击压裂装置，高压水继续下行后由于单流阀（16）的阻挡，通过出液孔（14）喷出后，再向上流动，由于皮碗（13）的扩张作用，使高压水沿着滑套（12）与加厚连接套（8.1）之间的空腔上行，再沿着回液孔（10）和过液通道（21）上移，再沿着油管（19）与套管（1）之间的环空向上喷出，实现正循环控压洗井，在地面压裂设备和井口出液阀门的控制下，高压水一部分进入地层，一部分返到地面，此时滑套（12）在下弹簧（9）的弹力作用下保持回液孔（10）和过液通道（21）处于导通状态；
二、当需要对地层进行水击压裂时，调高地面压裂设备的注排量，高压水的液流速度增大，滑套（12）则在冲击力和压差作用下会克服下弹簧（9）的弹簧力上行，滑套（12）外壁的密封凸起（12.1）与加厚连接套（8.1）内壁的密封凹槽（8.1.1）配合形成密封，从而快速关闭高压水的上行通道，油管（19）内的高压水在惯性动能和重力势能的共同作用下产生强力的冲击波，冲击波在下部的封隔器（15）和上部的皮碗（13）的拦截作用下冲击地层，当冲击波的峰值压力接近或高于地层的岩石破裂压力值时，冲击波会压裂地层，在近井的地层产生多向裂缝；
三、随着高压水的冲击波能量的衰减，油管（19）的内外压差也随之增大，中心管（3）内腔的高压水经延时传压微孔（18）压缩外滑套（5）克服上弹簧（6）的弹簧力后下移，伴随调低地面压裂设备的注排量，平衡孔（4）打开，油管（19）内外压力差降低，滑套（12）在下弹簧（9）的弹簧力作用下下移打开过液通道（21），油田水击压裂装置恢复到正循环控压洗井的状态，并且，由于对地层的冲击力的降低，起到了解堵的作用；在激发下一个水击脉冲时，再提高泵注排量即可；如此循环往复，即可以实现连续多次的水击脉冲压裂波对地层的压裂。
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| CN202311138613.7A Active CN116856897B (zh) | 2023-09-05 | 2023-09-05 | 一种油田水击压裂装置及使用方法 |
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2070286C1 (ru) * | 1992-12-18 | 1996-12-10 | Николай Петрович Пинчук | Устройство для гидроразрыва пласта |
| US5586602A (en) * | 1995-04-11 | 1996-12-24 | Nefteotdacha, Ltd. | Method and apparatus for shock wave stimulation of an oil-bearing formation |
| US20150167439A1 (en) * | 2013-12-13 | 2015-06-18 | Chevron U.S.A. Inc. | System and Methods for Controlled Fracturing in Formations |
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| CN111075364A (zh) * | 2020-01-10 | 2020-04-28 | 新疆恒智伟业石油工程技术开发有限公司 | 一种高温高压油气井清洁完井管柱及工艺 |
| CN115324550A (zh) * | 2022-08-09 | 2022-11-11 | 中国石油天然气集团有限公司 | 一种液压型连续油管拖动压裂工具及工艺方法 |
| CN115653558A (zh) * | 2022-10-31 | 2023-01-31 | 山东科技大学 | 一种蓄能式弹丸射孔压裂装置及其方法 |
-
2023
- 2023-09-05 CN CN202311138613.7A patent/CN116856897B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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