CN202645525U

CN202645525U - 压裂管柱

Info

Publication number: CN202645525U
Application number: CN 201220220499
Authority: CN
Inventors: 曲海; 蒋廷学; 曾义金; 薛承谨; 张波; 李洪春; 魏娟明; 刘建坤; 李双明; 苏媛
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering
Priority date: 2012-05-16
Filing date: 2012-05-16
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2022-05-16

Abstract

本实用新型涉及一种压裂管柱，属于采油机械领域。所述压裂管柱通过设于连续油管上游端处的连接节连接于连续油管，所述压裂管柱包括在连续油管上朝向连续油管下游端依次布置的射流器、封隔器以及固定器。根据本实用新型的压裂管柱能实现一次作业，对多个地层段进行压裂改造的目的。

Description

压裂管柱

技术领域

本实用新型涉及一种压裂管柱，特别涉及一种适用于水平井压裂的压裂管柱。

背景技术

在油气勘探开发方面，会遇到新油田油藏类型越来越复杂、老油田挖潜难度越来越大等多种的情况。水平井技术的广泛应用较好地解决了这些问题，实现了提高油田开发效益、高效开发边际油田、最大限度提高油藏采收率，因此水平井技术业已成为当前条件下高效开发油田的重要手段。

水平井技术在开发油气藏过程中具有泄油面积大、单井产量高、储量动用程度高等优点，目前已广泛应用于整装、断块、边底水、稠油、低渗透、特殊岩性等油藏，特别是在复杂断块、稠油、低渗透等边际油田的开发中发挥了重要作用，其应用比例高达60%以上。

连续油管技术是当前国际上油气勘探开发领域先进的作业技术，其具有节约成本，简单省时，安全可靠等优点。连续油管在冲砂、洗井、诱喷助排、酸化、扩眼、完井、集输、射孔、钻井等井下作业中的应用已有较长的历史，每年实施达1500井次以上。对一些常规技术难于处理的问题，运用连续油管技术便可迎刃而解，被誉为“万能作业设备”。在油气勘探中，常将连续油管技术与水平井技术结合在一起使用，以解决为了提高水平井开采效果而面临的问题。

在现有技术的文献中，描述了水平井技术在勘探开发油气藏中的应用。例如中国专利申请200510072121.8公开了一种“水平井压裂方法”，该方法为：在施工的全井段均匀射孔条件下，采用现场分析诊断及暂阻剂技术，分多次施工阶段实现多条人工裂缝的目的。该方法的主要缺点在于：无法控制裂缝起裂位置、不能实现分段压裂。另外，在现场施工中不能准确确定投入的暂堵剂数量，不能有效封隔已经压开的裂缝。

中国专利200920031982.5，公开了一种“多级水力喷射压裂工艺管柱”，该专利应用投球与滑套技术对油气井实施2-3段的压裂施工，每一段施工需要一组全新的射流压裂工具。该技术的主要缺点在于，施工成本较高，并且该实用新型的压裂管柱仅适用的段数为2-3段，不能满足当前长水平段水平井数十段压裂要求。

中国专利申请200810105643.7，公开了一种“封隔器封隔多层水力喷砂射孔与压裂一体化工艺方法”，该方法采用油管与水力射流器连接，配合封隔器实施压裂施工，压裂支撑剂全部经油管从水力射流器中高速射入地层，施工完一层上提管柱，再压裂第二层。该方法的主要缺点在于，全部的压裂支撑剂都要与水力射流器产生高速磨削作用，因而水力射流器易于刺漏失效。并且，在使用该方法时，压裂完一段后，必须等待地面井口压力为零，才能打开井口，人工上提油管到第二层，然后关闭井口，重新施工，因此作业时间很长，增加作业成本。

中国专利200920079056.5，公开了一种“油气井井下水力喷射压裂酸化工具管柱结构”，该工具管柱由导向头、筛管、单向阀、下扶正器、喷枪、上扶正器、安全丢手组成，各部分依次连接成整体。该方法的主要缺点在于，该技术一次施工只能施工一段，多段施工需要将工具提出地面，更换新工具重新施工，因而作业时间长。同时在使用该压裂管柱进行多段压裂施工时，第二段压裂液体会进入第一段裂缝中，干扰第一段裂缝形态，会大幅降低压裂效果，使得压裂改造效果差。

中国专利201020610681.0，公开了“一种大通径水平井压裂完井用开启滑套及其一体化管柱”，该管柱由多段压裂管柱组成，压裂管柱包括裸眼封隔器和开启滑套，二者配合使用可对水平井进行多段压裂施工。该方法的主要缺点在于，一套封隔器和滑套对应一段压裂施工，如果多段压裂，需要井下工具数量多且复杂。并且，该压裂管柱的使用受限于开启滑套所需要钢球。由于工具尺寸以及钢球制造尺寸的限制，水平井压裂段数存在最大值。

因此，急需一种能够在一次作业，能实现对多个地层段压裂，并且施工时间短、成本低的压裂管柱。

实用新型内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题，本实用新型提出了一种压裂管柱，其不但能够实现在一次作业中，对多个地层段压裂，而且能保证压裂管柱快速精确定位到设计位置，并且施工时间短、成本低，能很好地满足压裂油气藏储地层的需求。

根据本实用新型，提出了一种压裂管柱，其通过设于连续油管上游端处的连接节连接于连续油管，该压裂管柱包括在连续油管上朝向连续油管下游端依次布置的射流器、封隔器以及固定器。其中，该压裂管柱还包括用于确定压裂管柱井下位置的定位器，所述定位器设置在所述压裂管柱的下游末端。

根据本实用新型，连续油管的形状与井内套管的形状相同，即均为“L”形，其竖直部分的端部穿出井口，水平部分布置在地层内的井筒里。这里，词语“水平部分”不应按照数学意义上的水平来理解，其可以为以一定的倾角向地层深处延伸。同样地，“竖直部分”也可以有一定的倾角。连续油管使得压裂操作更容易、作业层数更多。

在本文中，用语“下游”和“上游”均以流体的流向为参照。

在一个实施例中，该定位器是无线定位器，其通过计数在下入压裂管柱过程中所遇到的套管接箍数量来确定压裂管柱的井下位置。在实施过程中，这种无线定位器设置为在其经过套管接箍时，会发射无线信号，从而使得操作人员能够确定压裂管柱所处的位置，进而能将压裂管柱定位到需要压裂的位置。

在一个实施例中，该固定器是防砂水力锚，用于将压裂管柱与套管锚定在一起，防止压裂管柱受压力波动而发生轴向移动，从而保证了下文所述的封隔器的封隔性能，并且进一步保证了射流器的射孔品质。

在一个实施例中，该封隔器是膨胀封隔器。其用于保证相邻压裂地层段之间的有效封隔，从而保证压裂液只能进入正在压裂施工的地层段，防止压裂液漏入已完成压裂地层段、破坏压裂效果。并且封隔器与上文所述的防砂水力锚一起保证连续油管的稳定性。

根据本实用新型，射流器仅在喷砂射孔时喷砂，从而大幅降低射流器喷嘴磨损，延长了射流器的使用寿命。在一个实施例中，这种射流器的喷嘴数量为多个，例如在一个实施例中为三个，相邻喷嘴彼此成120°角度。在一个优选的实施例中，所有喷嘴均处于垂直于连续油管纵轴的相同平面中。

在一个实施例中，根据本使用新型的压裂管柱还包括至少两个间隔布置的扶正器。这种布置的扶正器能保证连续油管处于所设计的状态，从而保证射孔品质。

在一个实施例中，根据本使用新型的压裂管柱还包括紧邻连接节而布置在连接节下游侧的断开器，以能够实现连续油管与压裂管柱的脱开。在压裂施工过程中，发生事故时，该断开器能够使连续油管与压裂管柱断开，仅起出连续油管，从而可降低后续事故处理的复杂性。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于，通过使用无线定位器，能够将压裂管柱快速精确地定位到设计位置，从而精确确定起裂位置。膨胀封隔器能够确保压裂液只进入正在压裂施工的地层段，避免压裂液漏入已完成的压裂地层段而干扰破坏压裂效果，保证了施工的有效性。射流器仅在喷砂射孔时喷射砂粒，从而大幅降低射流器喷嘴磨损，延长了射流器使用寿命。防砂水力锚可将压裂管柱锚定在套管上防止其受压力波动而发生轴向移动，从而保证了膨胀封隔器的封隔性能和射流器的射孔品质。此外，本实用新型的压裂管柱能够进行带压作业，从而缩短了施工时间，并降低了施工成本和施工风险。

附图说明

下面结合附图来对本实用新型作进一步详细说明，其中：

图1是根据本实用新型的压裂管柱的示意图；

图2-3是根据本实用新型的压裂管柱喷砂压裂过程示意图；

图4是根据本实用新型的压裂管柱进行多地层段压裂的示意图；

图5是多层压裂后排采的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。

图1示意性显示了压裂管柱100的示意图。压裂管柱100通过设于连续油管109上游端处的连接节108连接于连续油管109。所述压裂管柱100包括射流器105、封隔器103以及固定器102，其在连续油管109上朝向连续油管109下游端依次布置。其中，压裂管柱100还包括用于确定压裂管柱井100下位置的定位器101，其设置在所述压裂管柱109的下游末端。

在图1所示的实施方案中，定位器101用于将该压裂管柱100的连续油管109精确地定位，从而精确确定压裂起始位置。在一个实施例中，该定位器101选用无线定位器。

在一个实施例中，无线定位器101设置为，在下放连续油管109过程中，每遇到一个套管接箍就会发送一个信号，表明遇到一根套管，这些信号可为例如电压信号、无线电信号等中的一种。操作人员分析所接收到的信号即可得到压裂管柱100所下入的位置，并由此能够将压裂管柱100快速精确的定位于设计位置，从而精确确定压裂起始位置。

封隔器103用于在井下封隔环空113，确保压裂液只能存在于正在施工的地层段，而不干扰、破坏已完成压裂的地层段。在一个实施例中，选用了膨胀封隔器103。在坐封封隔器、锚定连续油管109时，在连续油管109内和环空113之间存在压差，膨胀封隔器103通过这种压差而膨胀、坐封于套管110上，实现井下机械式封隔。并且防止压裂液漏入已完成的压裂地层段，提高了施工的有效性。此外，该膨胀封隔器103还可以与下文所述的防砂水力锚102一起固定连续油管109。

布置在连续油管109上的固定器102可选用防砂水力锚，这种防砂水力锚可确保在其喷砂射孔过程中不被破坏。防砂水力锚102主要用于将连续油管109锚定到套管110上，防止连续油管109受压力波动而发生轴向移动，从而保证了膨胀封隔器103的封隔性能和下文所述的射流器105的射孔品质。

设置在连续油管109上的射流器105用于喷砂或喷射压裂液。在需要射孔时，该射流器105仅喷砂；而在进行压裂施工时，该射流器105仅喷射压裂液，这可大幅降低射流器105的磨损，延长其使用寿命。在一个实施例中，射流器105的喷嘴112的数量为多个，例如为3个并且沿射流器105的周向均匀布置，即相邻喷嘴112彼此之间的夹角为120°。在另一个实施例中，喷嘴112的直径为Φ6.35mm。在一个优选的实施例中，所有的喷嘴112处于垂直于连续油管109纵轴的相同平面中。

压裂管柱100还可包括扶正器。扶正器的数量至少为两个，优选地，多个扶正器为不连续布置以确保连续油管109不会偏离设计位置。在图1所示的实施例中，压裂管柱100包括两个扶正器104、106，并且两个扶正器为间隔布置。

在一个优选的实施例中，压裂管柱100还包括断开器107，在施加一定的拉力时，连续油管109可与压裂管柱100通过这种断开器107而脱开。当井下发生事故，例如当发生砂卡管柱时，连续油管109和压裂管柱可从断开器107处断开，从而可仅将连续油管109从井内取出，以便于后续处理。

在所述压裂部件的使用过程中，首先将连续油管109和压裂管柱装配在一起。如图1所示，各个压裂部件的装配顺序为：朝向连续油管109的端部依次为连接节108、断开器107、第一扶正器106、射流器105、第二扶正器104、膨胀封隔器103、防砂水力锚102、无线定位器101。在无线定位器101的指示下，将该压裂管柱100下入套管110内。然后，以一定流速，在一个实施例中以1.0m³/min向连续油管109内注入压裂液基液，压裂液基液经射流器105的喷嘴112射出。由于连续油管109内压力与环空113内的压力存在压差，例如连续油管109内的压力比环空113内的压力高18MPa，因此膨胀封隔器103会在这种压差作用下坐封于套管110上，从而将不同的压裂地层段隔开。同时，在这种压差作用下，防砂水力锚102也撑开并锚定到套管110上，从而保证压裂管柱100的稳定度。

在上述安装步骤结束之后，向连续油管109内注入磨料携砂液进行喷砂射孔。在一个实施例中，磨料砂液浓度为100kg/m³，颗粒直径为Φ0.4mm-Φ0.8mm，连续油管109的排量为1.0m³/min。射孔一定时间，例如10min之后，并且当射孔磨料数量达到1.0m³后，停止射孔并从连续油管109注入洗液以洗净井内砂粒，携带砂粒的洗液从环空113返出地面，如图2中的箭头所示。接着，同时分别向环空113和连续油管109中注入压裂液直到将地层压裂。在一个实施例中，环空113中的排量大于连续油管109中排量，例如环空113中的排量为3.4m³/min，而连续油管109中的排量为1.0m³/min。然后，向连续油管109和环空113中注入支撑剂。在一个实施例中，所述支撑剂为过交联混砂压裂液，其浓度可为180kg/m³，300kg/m³，420kg/m³，540kg/m³，660kg/m³，780kg/m³，900kg/m³，1020kg/m³中的一种。在另一个实施例中，环空113中的排量大于连续油管109中的排量，例如环空113中的排量为3.4m³/min，而连续油管109中的排量为1.0m³/min。当支撑剂注入量达到设计值后，向连续油管109和环空113中注入压裂液基液以将井内支撑剂压入地层裂缝中，并使井内不含砂粒，从而完成第一层压裂，如图3中的箭头所示。在一个实施例中，完成压裂后需要将膨胀封隔器103和防砂水力锚102恢复到初始状态，以为下一步压裂做好准备。

如需要压裂其他地层段，则上提压裂管柱100，配合无线定位器101，使射流器105对准该地层段。重复进行上述过程，即可实现该地层段的压裂，如图4所示。在图4中还可以看到，膨胀封隔器103将该地层段的环空113与下层环空封隔开，保证压裂液不会泄漏。重复压裂过程，还可以实现多层压裂。

压裂结束后，将压裂管柱100提到直井段，并在环空113出口安装油嘴114以控制放喷压裂液，如图5所示。当环空113的压力大于25MPa时，使用直径为Φ3.0mm油嘴114。当环空113的压力小于25MPa并大于15MPa时，使用直径为Φ4.0mm油嘴114。当环空113的压力小于15MPa时，使用直径为Φ5.0mm油嘴114。当井口压力为0时，提出压裂管柱100，下入生产管串，投产。

虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部器。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims

1.一种压裂管柱，其通过设于连续油管上游端处的连接节连接于连续油管，所述压裂管柱包括在连续油管上朝向连续油管下游端依次布置的射流器、封隔器以及固定器，

其特征在于，还包括用于确定压裂管柱井下位置的定位器，所述定位器设置在所述压裂管柱的下游末端。

2.根据权利要求1所述的压裂管柱，其特征在于，所述定位器是无线定位器，其通过计数在下入压裂管柱过程中所遇到的套管接箍数量来确定压裂管柱的井下位置。

3.根据权利要求1所述的压裂管柱，其特征在于，所述固定器是防砂水力锚，用于将压裂管柱与套管锚定在一起。

4.根据权利要求1所述的压裂管柱，其特征在于，所述封隔器是膨胀封隔器。

5.根据权利要求1所述的压裂管柱，其特征在于，在所述射流器上布置有三个喷嘴。

6.根据权利要求5所述的压裂管柱，其特征在于，所有喷嘴布置在垂直于连续油管纵轴的同一平面中。

7.根据权利要求5所述的压裂管柱，其特征在于，相邻喷嘴彼此成120°角度。

8.根据权利要求1所述的压裂管柱，其特征在于，还包括至少两个间隔布置的扶正器。

9.根据权利要求1所述的压裂管柱，其特征在于，还包括紧邻连接节而布置在连接节下游侧的断开器，以能够实现连续油管与压裂管柱的脱开。