CN208330329U - 一种油气井用燃气式超正压造缝辅助装置 - Google Patents

Abstract

一种油气井用燃气式超正压造缝辅助装置。本产品其组成包括:油气井口，其特征是:所述的油气井口内装入管柱筒，所述的管柱筒内装入射孔枪，所述的射孔枪续接起爆器，所述的起爆器续接酸液管，所述的酸液管插入封隔器内，所述的封隔器连接在所述的管柱筒的内壁上，所述的酸液管续接氮气管，所述的氮气管续接酸液二次管，所述的管柱筒与所述的酸液管、所述的氮气管、所述的酸液二次管之间注入压井液。本实用新型用于油气井用燃气式超正压辅助造缝。

Description

一种油气井用燃气式超正压造缝辅助装置

技术领域：

本实用新型涉及一种油气井用燃气式超正压造缝辅助装置。

背景技术：

超正压射孔技术(EOP)是国外90年代初美国奥里克斯能源公司(Oryx)开发研究的一种在射孔瞬间促使储层形成超正压造缝增产的技术措施，该技术是在井底压力远高于使地层破裂压力的条件下进行射孔作业。

超正压射孔既不同于早期的正压射孔，又克服了负压射孔效率低的缺点，是当今射孔完井技术的新突破。是在使用酸液、压裂液及其它保护液射孔的同时给地层施加超过地层破裂压力(约1.2-1.5倍破裂压力)的压力，并维持一段时间，不仅克服了聚能射孔所带来的压实污染，且在加大延伸裂缝的同时还可与压裂酸化联作，解决了造缝，解堵、诱喷，防止出砂等一系列问题，大大提高射孔效率及改善地层的初始完井效果。

对于大多数油井而言，主要是靠负压射孔来完成的；当射孔枪点火发射时，井筒内的压力是低于地层的压力的，这一压力差的存在有助于清洁射孔孔眼，在这个压差的作用下，地层中的流体挤向射孔孔眼、冲刷掉了包在破碎岩石表面的射孔弹的金属碎屑以及被射流带到孔眼里面的砂子和泥岩碎屑，如果这种压力差足够大，地层流体向射孔孔眼中流动将会带走足够多的金属碎屑，从而打开一个地层流体向井筒内流动的贯通良好的自然通道。

负压射孔适用于大范围的各种岩性和油藏条件；然而当油藏压力，渗透率和岩石强度减少时，负压射孔的适用性就减少了。该技术的关键诀窍是获得足够的负压力以便产生足够的流体速度来冲刷孔道，但同时又不能太大，以免使射孔孔眼坍塌或是把砂子也压进井筒里。以往的理论研究和应用研究都把重点放在针对各种油藏条件(压力、渗透率和岩石强度)确定最优的负压差。由于有很好的理论支持和很有利的作业效果，负压射孔仍然占有一定的统治地位。

同样是正确地应用负压射孔，在几乎同样的油藏条件和作业条件下却有不同的效果；如果油藏压力小或都已经衰竭，那么负压差可能就不足以清洁射孔孔眼。同样地，渗透率如果小，地层液体也许流动得不够快以至不能清洁射孔孔眼。而且，如果岩石强度小，能有效清洁射孔孔眼的负压差也许就会超过岩石的破裂极限从而使地层坍塌；这就需要进一步的疏通以便保护油井，由此提出了超正压射孔技术。

发明内容：

本实用新型的目的是提供一种改善流动通道，提高产井产能的一种油气井用燃气式超正压造缝辅助装置。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种油气井用燃气式超正压造缝辅助装置，其组成包括:油气井口，所述的油气井口内装入管柱筒，所述的管柱筒内装入射孔枪，所述的射孔枪续接起爆器，所述的起爆器续接酸液管，所述的酸液管插入封隔器内，所述的封隔器连接在所述的管柱筒的内壁上，所述的酸液管续接氮气管，所述的氮气管续接酸液二次管，所述的管柱筒与所述的酸液管、所述的氮气管、所述的酸液二次管之间注入压井液。

所述的一种油气井用燃气式超正压造缝辅助装置，所述的酸液二次管连接液氮管，所述的液氮管连接液氮车，所述的液氮管连接压裂管，所述的压裂管连接压裂车，所述的管柱筒开有平衡孔，所述的平衡孔连接平衡管，所述的平衡管连接平衡压力车。

所述的一种油气井用燃气式超正压造缝辅助装置，所述的酸液二次管连接酸液压力表，所述的平衡管连接平衡压力表，所述的压裂管连接压裂压力表。

所述的一种油气井用燃气式超正压造缝辅助装置，所述的管柱筒的底部装有压裂弹，所述的射孔枪具有射孔系统，所述的续接所述的射孔系统，所述的射孔系统连接所述的起爆器，所述的起爆器续接升压枪，所述的升压枪续接燃气升压弹，所述的燃气升压弹连接引爆装置，所述的引爆装置连接撞击杆。

所述的一种油气井用燃气式超正压造缝辅助装置，所述的管柱筒与所述的封隔器之间通过弹性夹件进行连接固定，所述的弹性夹件包括左弹性半圆板和右弹性半圆板，所述的左弹性半圆板、所述的右弹性半圆板与所述的管柱筒之间通过焊接连接，所述的左弹性半圆板的两端均连接左磁板，所述的右弹性半圆板的两端均连接右磁板，所述的左弹性半圆板与所述的右弹性半圆板对接卡住所述的封隔器、并通过所述的左磁板吸合所述的右磁板进行固定。

有益效果：

1.本实用新型能增大延长地层裂缝的形成(裂缝一般可延长到4～5米)，改善流动通道，提高产井产能。

2.本实用新型可与地层酸化，树脂充填等作业同时进行，对增加油气产量，防止地层出砂方面效果更加明显。

附图说明：

附图1是本产品的施工图。

附图2是本产品的结构示意图。

附图3是本产品的燃气式超正压射孔升压过程P-t曲线图。

附图4是本产品的燃气超正压射孔(a)和负压射孔(b)的裂缝走向图。

附图5是本产品的实测的P-t过程图。

附图6是本产品的现场实施燃气超正压造缝术的大致流程图。

具体实施方式：

下面将结合本实用新型的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1：

一种油气井用燃气式超正压造缝辅助装置，其组成包括:油气井口1，所述的油气井口内装入管柱筒2，所述的管柱筒内装入射孔枪3，所述的射孔枪续接起爆器4，所述的起爆器续接酸液管5，所述的酸液管插入封隔器6内，所述的封隔器连接在所述的管柱筒的内壁上，所述的酸液管续接氮气管7，所述的氮气管续接酸液二次管8，所述的管柱筒与所述的酸液管、所述的氮气管、所述的酸液二次管之间注入压井液9。

所述的酸液二次管连接液氮管10，所述的液氮管连接液氮车11，所述的液氮管连接压裂管12，所述的压裂管连接压裂车13，所述的管柱筒开有平衡孔14，所述的平衡孔连接平衡管15，所述的平衡管连接平衡压力车16。

所述的酸液二次管连接酸液压力表17，所述的平衡管连接平衡压力表18，所述的压裂管连接压裂压力表19。

所述的管柱筒的底部装有压裂弹20，所述的射孔枪具有射孔系统21，所述的续接所述的射孔系统，所述的射孔系统连接所述的起爆器(所述的起爆器为延时起爆器)，所述的起爆器续接升压枪22，所述的升压枪续接燃气升压弹23，所述的燃气升压弹连接引爆装置24，所述的引爆装置连接撞击杆25。

所述的管柱筒与所述的封隔器之间通过弹性夹件进行连接固定，所述的弹性夹件包括左弹性半圆板26和右弹性半圆板27，所述的左弹性半圆板、所述的右弹性半圆板与所述的管柱筒之间通过焊接连接，所述的左弹性半圆板的两端均连接左磁板28，所述的右弹性半圆板的两端均连接右磁板29，所述的左弹性半圆板与所述的右弹性半圆板对接卡住所述的封隔器、并通过所述的左磁板吸合所述的右磁板进行固定。

实施例2：

实施例1所述的一种油气井用燃气式超正压造缝辅助装置，射孔时射流产生一个约3万MPa的压力，该压力大大超过所在岩石的应力和强度，结果形成孔眼和孔道，射流穿透岩石时在射孔遂道壁上产生一个很高的聚应力，该应力释放时对孔道壁产生压力并形成裂缝。超正压射孔是在形成裂缝的同时立即施加一个压力到射孔时产生的裂缝上，此裂缝会增大延长，这将在地层与井筒间提供一个更有效的流动通道。

射孔时形成的裂缝不稳定，在负压条件下射孔形成的裂缝会很快闭合，结果导致射孔孔道部分或全部坍塌。虽然射孔后进行增产措施形成的高速流体在渗入地层时能刻蚀裂缝面，但效果不甚理想，而超正压射孔是利用氮气加压，随着射孔枪的发射，射孔枪上部的液体在上部气体的快速膨胀作用下高速挤进射孔孔眼，由于液体几乎是不可压缩的，它就像楔子一样激发裂缝，使液体对地层产生冲刷并使得裂缝的张开维持一段时间，在大多数EOP作业中，这个冲刷被定时到气体到达射孔孔眼时停止，因为气体很快就会渗透到地层中。

超正压射孔一般使用设备：压裂车数台，为超正压提供压力源；液氮泵车1台，为超正压射孔提供液氮射孔液；700型水泥车1台，为封隔器环空打平衡提供压力源。

具体操作方法：

大多数EOP作业都以同样的程序进行。首先，将射孔枪下到目标深度，接着在射孔枪的上部注入少量的液体(可以是盐水、原油、压裂液、酸或者含有支撑的液体——根据井的情况选择)，在这些液体上部的全部或大部分井筒空间中注入压缩气体，通常是氮气之后给气体加压力，使它就象被压缩的弹簧一样，有些时候还在这个气体柱上面再注入液体以进一步增加压力，由于被压缩气体其表面张力很大，这样在小直径的油管中就形成了一个液—气界面从而阻止液体驱赶气体。因为施工的井口压力高，通常选取在高压状态下容易操作的油管输送射孔代替电缆输送射孔。

随着射孔枪的引爆，射孔枪上部的液体在上部气体的快速膨胀作用下以很高的速度挤入射孔孔眼，由于液体几乎是不可压缩的它就像楔子一样激发裂缝，从而使井筒的有效直径增加，液体的侵蚀作用和它所携带的支撑剂将对地层产生冲刷、造成稳定的流体流动通道。在大多数EOP作业中，这个冲刷作用被定时到气体到达射孔孔眼时就停止，因为气体将会很快地渗透进地层中。有些操作者在对井筒空间大的井作业时，在气体进入地层后继续加压，气体就像研磨剂一样冲蚀射孔孔眼。不论是在气体一到达射孔孔眼就停止加压的情况下还是在继续加压的情况下，压力越大，气体体积越大(弹簧越大)，所造成的裂缝也就越大。

施工参照步骤为：

(1)根据施工设计地面配好超正压射孔管柱；

(2)坐封封隔器，安装井口，对封隔器、地面管线和井口试压；

(3)液氮泵车替入液氮；

(4)主压车油管正加压至预定值超正压点火射孔；

(5)射孔后高压大排量顶替保护液，关井扩压、放喷；

(6)起出射孔工具及管柱、投产。

表1为某油田使用超正压射孔后进行试油与邻井效果对比数据：(某油田超正压射孔后试油与邻井效果对比表)

表1

燃气式超正压造缝技术

燃气式超正压造缝技术是在国外超正压射孔的基础上发展的一项新技术，能同时实现压裂和射孔功能，它使用火箭推进剂火药燃烧时产生的大量气体代替氮气，并增加了造缝弹，对地层进行更进一步的压裂，因此效果比单纯超正压射孔效果更好，经过多年的现场试验和不断完善和实践在油田取得了较好的增油效果。

该造缝技术使用包括了：升压弹(代替氮气，50MPa)，射孔弹(聚能弹)，造缝弹(50MPa,在常规超正压射孔的基础上，进行深穿透)，技术实际上等同于:氮气超正压射孔+高能气体造缝。

工作原理:

燃气式超正压复合造缝装置由升压系统、延时设备、射孔设备以及火药动力设备组成。升压系统主要由燃气升压弹枪体和特制的推进剂火药组成，火药燃烧速度较为缓慢，燃烧时间长，升压弹在枪体内部燃烧后可形成CO2,CO,HCl,NO,NO2等为主的气体，形成高温高压，同时气体的释放使得井底射孔段形成气液混合状态，降低了射流的摩阻。延时设备也称为延时盒或延时起爆器，其上与燃气升压系统和下与射孔设备连接，燃气弹升压达到理论设计值时，延时起爆器通过导爆索再引爆射孔弹完成射孔。射孔设备由高强度特种加厚材料制成，以适应高气压的工作环境。火药动力设备(火药压裂造缝弹)是一种高能气体压裂造缝弹，其爆燃时能有效扩大已形成的裂缝，从而获得更好的射孔效果，这部分的作用是给射孔目的层段再一次施加一个高压，进一步延伸，扩大超正压射孔已形成的裂缝。作为一种新型射孔工艺，燃气式超正压复合造缝技术能同时实现压裂和射孔功能。

首先，燃气式射孔枪在油管传输作用下达到目的层，通过投棒点火来引燃升压弹，在延时盒的延时作用下，当井筒压力达到理论设计值(高于地层破裂压力1.2-1.5倍)时，引爆射孔系统完成射孔。与此同时，地层在高压作用下引燃造缝弹压裂，在后续压裂弹被引燃后又出现一次高压，目的层会再次受到挤压作用，从而达到进一步延伸裂缝的效果，产生二次脉冲压裂地层。此外，当上部燃气升压弹结束燃烧时，底部压力还停留在一定压力值，这使得井筒内液体朝上部运动，进而形成反抽吸作用，这样可以有效改善近井周围的渗流条件，最终收到增产增注的效果。也就是说，射孔前升压弹(火药燃烧)，先在目的层形成高压区射穿套管后，在施工层段施加了一个高于地层破裂压力一定值的高压，射孔后造缝弹(火药燃烧)产生大量气体，沿孔道对目的层形成造缝，形成网状微裂缝。

燃气式超正压造缝技术和氮气超正压射孔的机理一样，具有如下作用:

(1)助射作用；

(2)造缝作用；

(3)解堵作用；

(4)降压、诱喷作用。

但与氮气超正压射孔相比，燃气式超正压造缝技术又具有如下优势：

(1)造缝能力更强：3-4条主裂缝，发育丰富的微裂缝；

(2)射孔深度更深：射孔孔道2米,裂缝4-6米；

(3)射孔孔道更大:反复的冲刷，扩大了孔径；

(4)孔道壁压实更小:高能气体对孔道的冲刷和酸化，降低孔道的压实；

(5)解堵效果更好，诱喷作用更强：多级压裂弹的产生的脉冲震动，更有利于解堵和诱喷；

(6)节省了地面液氮加压、压裂车加压(如果射孔后不继续注液加压的情况下)工序和相应设备的使用，节约了部分生产成本，简化了施工过程。

燃气式超正压造缝技术主要特点

(1)对地层无伤害，有利于储层保护。

(2)大大提高了高温高压气体的能量利用率。

国内出现的其它增效射孔，都是“先射孔后压裂”的形式，高压作用于射孔孔道时射孔已经完成，其高压作用跟射孔有一定时间的滞后，这时射孔产生的微裂缝已经闭合。而燃气式超正压造缝是首先产生高压，当压力达到一定值时再进行射孔，这时高压立即作用于射孔壁上，使孔径扩大，孔道稳定。同时高压也作用于射流产生的射孔顶端，降低了顶端的应力集中，加深了射孔深度。紧接着最下部的火药压裂弹再一次形成一个高压，对射孔层段形成二次脉冲压裂造缝，使射孔本身诱发的微裂缝得以继续扩展。从此技术的作用过程可以看出，能量的利用率大大提高，产生的裂缝也较长。

(3)高能气体造缝的作用使地层产生不受地层主应力约束的多条径向垂直裂缝及丰富的微裂缝，穿透深度达到4-6米,有效提高地层的渗透导流能力，增加了近井地带泄油面积和流动效率,降低压力损耗和表皮因子。

(4)简化了施工工艺，提高了完井效率，改善了初始完井效果

燃气式超正压造缝技术将射孔及高能气体压裂两步合一。压裂弹造缝产生的高能气体对射孔孔道的持续压裂和冲刷，解决了造缝，解堵、诱喷等一系列问题，减少了地层伤害，大大改善了初始完井效果。

(5)可以实现隔层同时施工

油气井一般有几个层位(中间有隔层)，需同时施工。射孔井段长时，常规射孔有时需分层施工，燃气式超正压造缝则可以采用多级起爆的方式实现多层位隔层一次完工。

(6)对套管无损伤，降低作业压力，提高了作业的安全性。

(7)增产效果明显(对进行超正压射孔的作业井进行统计80％以上的井增产1-8倍)，最适用于中低渗(小于100毫达西)和低压油气层，尤其对解除近井地带污染效果明显。

燃气式超正压造缝术施工步骤

燃气式超正压造缝采用油管输送，撞击起爆的方式进行施工，由于燃气弹产生一定的高压，对电缆有一定的上冲力，如果采用电缆传输，会损坏电缆，因此采用油管传输可以避免高压所带来的不便，使工具在下井及实施过程中安全可靠，不会造成掉枪等井下事故，同时采用油管传输使升压及射孔两套系统在位置上不会因压力变化而发生位置变化，因此其地质效果更好。具体施工步骤大致为：

(1)起出生产管柱；

(2)通井(刮削)、洗井；

(3)测套标；

(4)地面组装升压系统，连接到油管上，下入井中；

(5)做好油标测量标记，下油管，传输工具至目的层附近；

(6)测油标，校正射孔深度，做好防喷准备；

(7)投棒，引爆加压系统，射孔、造缝(形成网状微裂缝)；

(8)观察井口反应及压力；

(9)泄压作业后，起出工具；

(10)下生产管柱进行投产。

表2为某油田使用燃气式超正压射孔造缝后注采与邻井效果对比数据(某油田燃气式超正压射孔采油与邻井对比表)：

表2

某油田燃气式超正压复合射孔注水与邻井对比表3

表3

燃气式超正压造缝术遴选条件

1、地质状况遴选条件

(1)适用于脆性的中低渗地层，如灰岩、白云岩、泥质含量小于25％的砂岩特别适用；

(2)适用于低压油气层，射孔时通过控制井内液柱的高度,采取超正压射孔负压投产的方式，便可取得远远优于负压射孔的效果；

(3)适用于出砂严重的井，由于超正压穿深4-6米,主裂缝在3-4条,且微裂缝发育,射孔时使用加大弹,有利于后期的防砂作业,能较好的解决填砂难的问题；

(4)适用于在邻近有水层而不能压裂的地层上应用，与水层间隔至少在3～5米以上；

(5)适用于解决钻井过程中严重污染的油气层的解堵、生产井解堵处理、注水井降压增注、天然裂缝较发育的地层。

2、井筒与场地遴选条件

(1)射孔井段套管质量、套管固井质量良好；

(2)水层间隔层具备3～5米以上；

(3)套管和井口耐压大于目的层破裂压力1.2-1.5倍；

(4)井筒清洁、无沉淀物，封隔器坐封段套管不得留有水泥环或其他残余物；

(5)井场道路宽阔畅通，井场平整并具备足够摆放地面施工设备的空间。

燃气式超正压造缝术实施前数据收集

1、现场实施燃气超正压造缝术的大致流程：

2、实施措施前需要收集的数据资料有：

(1)施工井钻井完井报告；

(2)施工井综合测井解释图；

(3)施工井完井套管记录；

(4)施工井射孔数据及试油、生产数据；

(5)施工井目的层或邻近井地层的破裂压裂数据。

Claims (5)

1.一种油气井用燃气式超正压造缝辅助装置，其组成包括: 油气井口，其特征是: 所述的油气井口内装入管柱筒，所述的管柱筒内装入射孔枪，所述的射孔枪续接起爆器，所述的起爆器续接酸液管，所述的酸液管插入封隔器内，所述的封隔器连接在所述的管柱筒的内壁上，所述的酸液管续接氮气管，所述的氮气管续接酸液二次管，所述的管柱筒与所述的酸液管、所述的氮气管、所述的酸液二次管之间注入压井液。

2.根据权利要求1所述的一种油气井用燃气式超正压造缝辅助装置，其特征是: 所述的酸液二次管连接液氮管，所述的液氮管连接液氮车，所述的液氮管连接压裂管，所述的压裂管连接压裂车，所述的管柱筒开有平衡孔，所述的平衡孔连接平衡管，所述的平衡管连接平衡压力车。

3.根据权利要求2所述的一种油气井用燃气式超正压造缝辅助装置，其特征是: 所述的酸液二次管连接酸液压力表，所述的平衡管连接平衡压力表，所述的压裂管连接压裂压力表。

4.根据权利要求1所述的一种油气井用燃气式超正压造缝辅助装置，其特征是: 所述的管柱筒的底部装有压裂弹，所述的射孔枪具有射孔系统，所述的续接所述的射孔系统，所述的射孔系统连接所述的起爆器，所述的起爆器续接升压枪，所述的升压枪续接燃气升压弹，所述的燃气升压弹连接引爆装置，所述的引爆装置连接撞击杆。

5.根据权利要求1所述的一种油气井用燃气式超正压造缝辅助装置，其特征是: 所述的管柱筒与所述的封隔器之间通过弹性夹件进行连接固定，所述的弹性夹件包括左弹性半圆板和右弹性半圆板，所述的左弹性半圆板、所述的右弹性半圆板与所述的管柱筒之间通过焊接连接，所述的左弹性半圆板的两端均连接左磁板，所述的右弹性半圆板的两端均连接右磁板，所述的左弹性半圆板与所述的右弹性半圆板对接卡住所述的封隔器、并通过所述的左磁板吸合所述的右磁板进行固定。