CN212837752U - 一种水平井射孔分段压裂暂堵的地面模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出了一种水平井射孔分段压裂暂堵的地面模拟装置，该装置包括：压裂泵通过高压管线连接于套管的一端，另一端设置安全阀；高压管线上设置压裂液出口阀门及套管短节进口阀门，暂堵剂添加泵接入高压管线并设置暂堵剂出口阀门；套管同一相位设置有12个孔眼，第一数量的6个孔眼用于模拟井底炮眼经过压裂液侵蚀后的形状，第二数量的6个孔眼的形状相同且分别设置有空心不锈钢管，每个空心不锈钢管中安装有不同压力的破裂盘；该装置可以用于建立无桥塞压裂暂堵的地面实验，通过模拟来确定暂堵剂尺寸对各种尺寸和形状炮眼的封堵效果，以及暂堵剂对逐级开裂炮眼封堵的有效性，给水平井的压裂改造及水平井无桥塞压裂研究提供有力的数据支持。
Description
技术领域
本实用新型涉及石油压裂开发技术领域，尤指一种水平井射孔分段压裂暂堵的地面模拟装置。
背景技术
在致密油气藏和非常规油气藏的开发过程中，对套管完井的水平井油气段采取射孔后水力压裂，在储层中制造人工裂缝，并用砂粒或陶粒支撑剂充填裂缝，建立油气从油气藏进入井筒的有效通道，是增加单井油气产量的常规增产改造方法。
由于水平段一般很长(1000-2000m)，对整个水平段一次性压裂效果很差，业界通常都采用分段(一般10-30段不等)射孔并压裂，下桥塞分隔压裂段的办法(PNP)做分级压裂增产改造完井。这种方法存在两个主要缺陷：
1、多级压裂井段需要10-30个封隔器不等，全井段压裂后对封隔器的钻磨或溶解需要花费很长时间(7-15天)，并产生很多费用。
2、在压裂过程中，时有发生套管变形而无法下封隔器分段的情况，或无法对封隔器钻磨的情况，严重影响增产改造的效果。
因此，亟需一种能够克服上述缺陷的水平井射孔分段压裂暂堵技术，以便增大压裂段长度，减少井底桥塞需求量，降低压裂过程中套管在桥塞处变形的风险，这种无桥塞暂堵技术需要地面模拟方案，通过模拟实验来确定暂堵剂尺寸对各种尺寸和形状炮眼的封堵效果，确定暂堵剂对逐级开裂炮眼封堵的有效性。
实用新型内容
为解决上述问题，本实用新型提出了一种水平井射孔分段压裂暂堵的地面模拟装置，该装置可以建立无桥塞压裂暂堵的地面实验，通过模拟实验来确定暂堵剂尺寸对各种尺寸和形状炮眼的封堵效果，以及暂堵剂对逐级开裂炮眼封堵的有效性。
在本实用新型一实施例中，提出了一种水平井射孔分段压裂暂堵的地面模拟装置，该装置包括：压裂泵、暂堵剂添加泵、高压管线及套管；其中，
所述压裂泵通过高压管线连接于套管的一端，套管的另一端设置有安全阀；所述高压管线上设置有压裂液出口阀门及套管短节进口阀门，所述暂堵剂添加泵接入所述高压管线并设置有暂堵剂出口阀门；所述套管同一相位设置有12个孔眼，其中第一数量的6个孔眼用于模拟井底炮眼经过压裂液侵蚀后的形状，第二数量的6个孔眼的形状相同且分别设置有空心不锈钢管，每个所述空心不锈钢管中安装有不同压力的破裂盘；
利用所述地面模拟装置进行实验时，打开压裂液出口阀门、套管短节进口阀门及暂堵剂出口阀门，启动所述压裂泵及暂堵剂添加泵，设置压裂泵的排量，利用清水将暂堵剂泵入套管内，第一数量的6个未被封闭的孔眼刺出高压水柱，随后所述暂堵剂将孔眼封闭，模拟井底压裂液在高压条件下对第一射孔段开启人工裂缝，随后所述第一射孔段的炮眼和裂缝被暂堵剂封堵的过程；
通过所述压裂泵增加所述套管内压力达到第一压力值，第一破裂盘被打开，用于模拟第二压裂段射孔，水柱从所述第一破裂盘相连的空心不锈钢管刺出，用于模拟在井底对第二压裂段产生裂缝，随后相应的空心不锈钢管被暂堵剂封堵；增加所述套管内压力到第二压力值，第二破裂盘被打开，随后相应的空心不锈钢管被暂堵剂封堵；依此类推，完成所有破裂盘打开并封堵空心不锈钢管，模拟压裂液在井下高压条件下沿压裂段内的炮眼，在不同压实强度的储层中逐级开启裂缝，炮眼随后被暂堵剂逐级封堵的过程；将套管内压力进一步升高并保持压力一定时间。
进一步的，所述套管的外径为127mm、壁厚为9.195mm、长度为2m，材质为P110管。
进一步的，所述套管的同一相位加工有一排12个孔眼。
进一步的，在所述12个孔眼中，第一孔眼至第六孔眼的形状用于模拟井底炮眼经过压裂液侵蚀后的形状，最大直径分别为12.7mm、13.97mm、15.24mm、16.51mm、17.78mm和20.32mm。
进一步的，在所述12个孔眼中，第七孔眼至第十二孔眼的形状与第四孔眼相同，分别焊接长度为29mm、直径为17.78mm的空心不锈钢管，用于模拟井底射孔通道。
进一步的，第七孔眼至第十二孔眼所焊接的空心不锈钢管中分别安装有压力为7Mpa、14Mpa、21Mpa、28Mpa、35Mpa和42Mpa的破裂盘，每个破裂盘在未打开时对应的空心不锈钢管不泄压。
进一步的，所述高压管线的直径为76.2mm，承受的极限压力为103Mpa。
进一步的，所述安全阀承受的极限压力为52Mpa。
进一步的，在利用所述地面模拟装置进行实验时，还包括：
打开从所述压裂泵到套管的压裂液出口阀门及套管短节进口阀门，启动所述压裂泵用清水清扫高压管线，将套管内充满水，模拟套管在井底充满压裂液的状态。
进一步的，在利用所述地面模拟装置进行实验时，还包括：
在所述压裂泵工作的状态下，关闭所述套管短节进口阀门，对所述高压管线试压70Mpa，检查连续保持15分钟是否出现漏液。
本实用新型提出的水平井射孔分段压裂暂堵的地面模拟装置可以用于建立无桥塞压裂暂堵的地面实验，通过模拟来确定暂堵剂尺寸对各种尺寸和形状炮眼的封堵效果，以及暂堵剂对逐级开裂炮眼封堵的有效性，给水平井的压裂改造及水平井无桥塞压裂研究提供有力的数据支持。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本实用新型一实施例的水平井射孔分段压裂暂堵的地面模拟装置结构示意图。
图2是本实用新型一实施例的用于模拟井底炮眼经过压裂液侵蚀后的孔眼形状示意图。
具体实施方式
下面将参考若干示例性实施方式来描述本实用新型的原理和精神。应当理解，给出这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本实用新型，而并非以任何方式限制本实用新型的范围。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
根据本实用新型的实施方式，提出了一种水平井射孔分段压裂暂堵的地面模拟装置。该地面模拟装置可以模拟储层在水力压裂过程中，沿着第一压裂段的射孔炮眼开启裂缝，随后炮眼和裂缝被暂堵剂封堵；再对下一个压裂段射孔压裂产生裂缝，随后炮眼和裂缝被暂堵剂封堵；依次类推，完成整个水平井的无桥塞分级压裂；利用该装置可以建立无桥塞压裂暂堵的地面实验，确定暂堵剂尺寸对各种尺寸和形状炮眼的封堵效果，以及暂堵剂对逐级开裂炮眼封堵的有效性。
下面参考本实用新型的若干代表性实施方式，详细阐释本实用新型的原理和精神。
图1是本实用新型一实施例的水平井射孔分段压裂暂堵的地面模拟装置结构示意图。如图1所示，该装置包括：压裂泵101、暂堵剂添加泵102、高压管线103及套管104；其中，
压裂泵101通过高压管线103连接于套管104的进液端(图1中标记为M)；
暂堵剂添加泵102接入所述高压管线103并设置有暂堵剂出口阀门105，该暂堵剂出口阀门105用于控制暂堵剂进入高压管线103。
在一实施例中，所述高压管线103的直径为76.2mm，承受的极限压力为103Mpa，其用于连接压裂泵101、暂堵剂添加泵102及套管104，在连接完成后对高压管线103及套管104进行固定，保持其不动。
高压管线103上设置有压裂液出口阀门106及套管短节进口阀门107，如图1所示，压裂液出口阀门106设置于压裂泵101的液体出口处，套管短节进口阀门107位于套管104的进液端(图1中标记为M)。
在套管104的另一端(图1中标记为N)设置有安全阀108；安全阀108承受的极限压力为52Mpa，该部件可以根据需要可以进行更换、调整。
所述套管104同一相位设置有12个孔眼109，其中第一数量的6个孔眼的形状为模拟井底炮眼经过压裂液侵蚀后的形状，第二数量的6个孔眼的形状相同且分别设置有空心不锈钢管110，每个所述空心不锈钢管110中安装有不同压力的破裂盘。
在一具体实施例中，所述套管104可以采用P110管，其外径为127mm、壁厚为9.195mm，截取长度2m的P110管作为套管104。
具体的，所述套管104的同一相位加工有一排12个孔眼。
参考图2，为第一孔眼至第六孔眼的形状示意图。
在所述12个孔眼中，第一孔眼至第六孔眼的形状如图2所示，分别对应孔眼A、B、C、D、E、F，该些孔眼的形状都不相同，分别用于模拟井底炮眼经过压裂液侵蚀后的不同形状，最大直径分别为12.7mm、13.97mm、15.24mm、16.51mm、17.78mm和20.32mm。
进一步的，在所述12个孔眼中，第七孔眼至第十二孔眼的形状与第四孔眼(图2中孔眼D)相同，并且在该些孔眼上分别焊接长度为29mm、直径为17.78mm的空心不锈钢管110，用于模拟井底射孔通道。
在第七孔眼至第十二孔眼所焊接的空心不锈钢管110中分别安装有压力为7Mpa、14Mpa、21Mpa、28Mpa、35Mpa和42Mpa的破裂盘，在未达到破裂盘所对应的压力时，破裂盘不会打开。每个破裂盘在未打开时对应的空心不锈钢管不泄压，除非该破裂盘被套管内部压力打开。
在安装好地面模拟装置后，利用该装置进行实验的具体步骤如下：
步骤S1，打开从压裂泵101到套管104的两个阀门(压裂液出口阀门106及套管短节进口阀门107)，暂堵剂出口阀门105处于关闭状态；
启动压裂泵101，用清水清扫管线，将套管104内充满水，模拟套管104在井底充满压裂液的状态。
步骤S2，关闭套管短节进口阀门107，对高压管线103试压70Mpa，保持15分钟不漏。
步骤S3，打开压裂液出口阀门106、套管短节进口阀门107及暂堵剂出口阀门105，启动所述压裂泵101及暂堵剂添加泵102，设置压裂泵101的排量为1方/分钟左右，该排量可以根据具体情况设定。
利用清水将暂堵剂泵入套管104内，暂堵剂为绳结状聚合物，具体可以根据实验需要进行调整。
第一孔眼至第六孔眼由于未封闭，会刺出高压水柱(高压水柱在地层中产生裂缝)，随后所述暂堵剂将该些孔眼(第一孔眼至第六孔眼)封闭，模拟井底压裂液在高压条件下对第一射孔段开启人工裂缝，随后所述第一射孔段的炮眼和裂缝被暂堵剂封堵的过程。
步骤S4，通过所述压裂泵101增加所述套管104内压力达到第一压力值(7Mpa)左右，第一破裂盘(压力7Mpa所对应的破裂盘)被打开，用于模拟第二压裂段射孔，水柱从所述第一破裂盘相连的空心不锈钢管刺出，用于模拟在井底对第二压裂段产生裂缝，随后相应的空心不锈钢管被暂堵剂封堵；
增加所述套管104内压力到第二压力值(14Mpa)，第二破裂盘(压力14Mpa所对应的破裂盘)被打开，随后相应的空心不锈钢管被暂堵剂封堵；
依此类推，增加套管104内压力，使21Mpa、28Mpa、35Mpa和42Mpa所对应的破裂盘打开，完成所有破裂盘打开并封堵空心不锈钢管，模拟压裂液在井下高压条件下沿压裂段内的炮眼，在不同压实强度的储层中逐级开启裂缝，炮眼随后被暂堵剂逐级封堵的过程。
步骤S5，将套管内压力进一步升高并保持压力一定时间，实验结束。
综上来看，本实用新型提出的水平井射孔分段压裂暂堵的地面模拟装置，可以用于建立无桥塞压裂暂堵的地面实验。该装置是一种能够模拟井下套管炮眼在压裂过程中逐级开裂和炮眼被逐级暂堵的实验装置，其主要由压裂泵、暂堵剂添加泵、高压管线及套管组成，在套管上设置有6个不同尺寸与形状的炮眼，其可以代表第一个压裂段或压裂级的射孔，另外，还设置有6个不同压力等级来打开的炮眼；利用该装置实验可以确认1)暂堵剂在压裂液流动过程中先堵塞裂缝开启的第一段炮眼，2)压裂液在压力升高后沿其它炮眼产生裂缝，暂堵剂随后封堵与该裂缝相关的炮眼，3)压裂液再升压一个等级沿剩余炮眼产生新的裂缝，并随后用暂堵剂封堵与之相连的炮眼，这里每个炮眼代表一个压裂段或级。暂堵剂堵住炮眼后需承受50Mpa压差，在井底100℃高温条件下保持15天不漏。
需要说明的是，尽管在上述实施例及附图中以特定顺序描述了实验流程，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。
本实用新型提出的水平井射孔分段压裂暂堵的地面模拟装置可以用于建立无桥塞压裂暂堵的地面实验，通过模拟来确定暂堵剂尺寸对各种尺寸和形状炮眼的封堵效果，以及暂堵剂对逐级开裂炮眼封堵的有效性，给水平井的压裂改造及水平井无桥塞压裂研究提供有力的数据支持。
虽然已经参考若干具体实施方式描述了本实用新型的精神和原理，但是应该理解，本实用新型并不限于所公开的具体实施方式，对各方面的划分也不意味着这些方面中的特征不能组合以进行受益，这种划分仅是为了表述的方便。本实用新型旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。
Claims (8)
1.一种水平井射孔分段压裂暂堵的地面模拟装置，其特征在于，该装置包括：压裂泵、暂堵剂添加泵、高压管线及套管；其中，
所述压裂泵通过高压管线连接于套管的一端，套管的另一端设置有安全阀；所述高压管线上设置有压裂液出口阀门及套管短节进口阀门，所述暂堵剂添加泵接入所述高压管线并设置有暂堵剂出口阀门；所述套管同一相位设置有12个孔眼，其中第一数量的6个孔眼用于模拟井底炮眼经过压裂液侵蚀后的形状，第二数量的6个孔眼的形状相同且分别设置有空心不锈钢管，每个所述空心不锈钢管中安装有不同压力的破裂盘。
2.根据权利要求1所述的水平井射孔分段压裂暂堵的地面模拟装置，其特征在于，所述套管的外径为127mm、壁厚为9.195mm、长度为2m，材质为P110管。
3.根据权利要求2所述的水平井射孔分段压裂暂堵的地面模拟装置，其特征在于，在所述12个孔眼中，第一孔眼至第六孔眼的形状用于模拟井底炮眼经过压裂液侵蚀后的形状。
4.根据权利要求3所述的水平井射孔分段压裂暂堵的地面模拟装置，其特征在于，第一孔眼至第六孔眼的孔最大直径分别为12.7mm、13.97mm、15.24mm、16.51mm、17.78mm和20.32mm。
5.根据权利要求3所述的水平井射孔分段压裂暂堵的地面模拟装置，其特征在于，在所述12个孔眼中，第七孔眼至第十二孔眼的形状与第四孔眼相同，分别焊接长度为29mm、直径为17.78mm的空心不锈钢管，用于模拟井底射孔通道。
6.根据权利要求5所述的水平井射孔分段压裂暂堵的地面模拟装置，其特征在于，第七孔眼至第十二孔眼所焊接的空心不锈钢管中分别安装有压力为7Mpa、14Mpa、21Mpa、28Mpa、35Mpa和42Mpa的破裂盘，每个破裂盘在未打开时对应的空心不锈钢管不泄压。
7.根据权利要求1所述的水平井射孔分段压裂暂堵的地面模拟装置，其特征在于，所述高压管线的直径为76.2mm，承受的极限压力为103Mpa。
8.根据权利要求1所述的水平井射孔分段压裂暂堵的地面模拟装置，其特征在于，所述安全阀承受的极限压力为52Mpa。
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| Date | Code | Title | Description |
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| GR01 | Patent grant | ||
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