CN113738332A - 一种水平井压裂装置及压裂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种水平井压裂装置及压裂方法，涉及水平井压裂改造技术领域，包括控制解析机构、光纤、电缆、多个套管和多个压裂滑套，压裂滑套包括连接管、驱动部件和滑动套筒，连接管上沿周向设置有多个喷砂口，驱动部件固定于连接管的外壁上，滑动套筒滑动套设于连接管外部，驱动部件用于驱动滑动套筒沿连接管的轴向往复移动进而封闭或打开多个喷砂口，多个套管沿水平方向依次设置，任意相邻的两个套管通过一个连接管连接，多个驱动部件均通过电缆与控制解析机构连接，光纤的一端与控制解析机构连接，光纤的另一端沿多个套管和多个连接管的轴向延伸设置，进而便于对进砂进液情况和各段的产量进行监测，更加高效，低风险，对生产及后期作业有利。
Description
技术领域
本发明涉及水平井压裂改造技术领域，特别是涉及一种水平井压裂装置及压裂方法。
背景技术
目前石油行业内在水平井多段压裂改造方面普遍应用的有两种，一种是泵送式可钻(或可溶)桥塞封隔射孔联作(Plug-n-Perf，PnP)，另一种是固井投球打开(或连续油管打开)滑套工艺(BallActivatedFrac Sleeves，BAFS)。
泵送桥塞和电缆射孔联作分段压裂技术工艺联合使用的具体过程分为以下几点：第一，先将对井筒进行清理，从而确保井筒的清洁性，保障后续步骤的进行；第二，使用连续油管输送射孔射开第一层段；第三，进行光套管压裂第一段；第四，在井口带有电缆密封装置的条件下利用测井电缆将桥塞/选发射孔联作工具串输送到大井斜段，井口开泵水力推送工具串到达井下目的层段，分别完成桥塞坐封、分簇射孔，起出工具串，光套管压裂第二段；第五，重复上述过程；第六，等各段压裂完成后，进行排液，钻塞，扫塞等后续工作。泵送桥塞和电缆射孔联作分段压裂技术的缺点：1.此工艺重复把桥塞及射孔枪泵送到水平井段的目的层，结构复杂的工具进出井内，泵送过程中出现工具串泵脱、桥塞不能坐封、桥塞坐封不丢手等事故发生风险较大。2.工艺流程复杂，两段之间施工间隔时间正常约3～5个小时。3.水平段套管一旦稍微变形，桥塞就没法泵入，迫使必须放弃施工，使得钻井投资付之东流。4.压裂施工后必须进行钻塞作业(或使用可溶桥塞必须进行赛扫)，对地层造成伤害。
水平井固井投球打开(或连续油管打开)滑套工艺是在油气井钻井后下套管时预制多级滑套，下入后进行固井施工，压裂时第一级滑套通过压力打开，在完成第一段压裂施工后，后续滑套通过不同尺寸密封求依次打开，把上一段进行封堵隔离后并进行压裂。水平井投球滑套分段压裂技术的缺点：1.压裂施工时从小至大打入不同尺寸的球，从而限制了压裂的级数。2.套管内带有不同尺寸的球座，后期必须钻磨，伤害储层。3.套管内带有孔径较小的球座，影响流体流通，影响后期产能。
对于以上两种压裂工艺所罗列的缺点之外，还存在一些共性的缺点:1.压裂时无法确定哪个簇段进液进砂情况，可以进行裂缝监测作业但是费用不低，而且附近必须有没有生产而且距离合适的监测井。2.压裂后无法确定判断每一个压裂层段的生产贡献情况，可以进行测生产剖面作业但是费用不低而且工序复杂。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种水平井压裂装置及压裂方法，便于对进砂进液情况和各段的产量进行监测，更加高效，低风险，对生产及后期作业有利。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种水平井压裂装置，包括控制解析机构、光纤、电缆、多个套管和多个压裂滑套，所述压裂滑套包括连接管、驱动部件和滑动套筒，所述连接管上沿周向设置有多个喷砂口，所述驱动部件固定于所述连接管的外壁上，所述滑动套筒滑动套设于所述连接管外部，所述驱动部件用于驱动所述滑动套筒沿所述连接管的轴向往复移动进而封闭或打开多个所述喷砂口，多个所述套管沿水平方向依次设置，任意相邻的两个所述套管通过一个所述连接管连接，多个所述套管和多个所述压裂滑套用于设置于水平井中，多个所述驱动部件均通过所述电缆与所述控制解析机构连接，所述光纤的一端与所述控制解析机构连接，所述光纤的另一端沿多个所述套管和多个所述连接管的轴向延伸设置。
优选地，所述控制解析机构包括光纤解析器和滑套控制器，所述光纤与所述光纤解析器连接，多个所述驱动部件均通过所述电缆与所述滑套控制器连接。
优选地，所述连接管包括中间管段和两个分别设置于所述中间管段两端的连接管段，各所述连接管段中安装有一个所述套管，所述套管的内径与所述中间管段的内径相同，多个所述喷砂口沿周向设置于所述中间管段上。
优选地，所述套管螺纹安装于所述连接管段中。
优选地，所述套管外壁上设置有沿轴向延伸的第一凹槽，所述连接管外壁上设置有沿轴向延伸的第二凹槽，所述电缆设置于多个所述第一凹槽和多个所述第二凹槽中，所述光纤设置于多个所述第一凹槽和多个所述第二凹槽中。
优选地，所述驱动部件设置于所述连接管外壁上的一端，多个所述喷砂口设置于所述连接管的另一端。
优选地，所述驱动部件为直线推杆电机，所述直线推杆电机的推杆与所述滑动套筒连接。
本发明还提供一种基于水平井压裂装置的压裂方法，包括以下步骤：
步骤一、水平井完钻后，把需要压裂改造的层段确定，把多个所述压裂滑套和多个所述套管连接并下入所述水平井下，所述电缆和所述光纤随所述套管和所述压裂滑套下入所述水平井下，之后进行套管固井作业；
步骤二、地面压裂施工设备准备好后，用所述控制解析机构把需要压裂的所述层段对应的所述压裂滑套打开，所述压裂滑套打开产生的震波会被所述光纤侦测到得到确认；
步骤三、通过所述地面压裂施工设备对打开的所述压裂滑套对应的所述层段进行压裂改造；
步骤四、压裂施工后，用所述控制解析机构把刚压裂完的所述层段对应的所述压裂滑套关闭；
步骤五、重复步骤二至步骤四，对所有所述层段进行压裂改造；
步骤六、通过选择性打开所述压裂滑套进行返排工作；
步骤七、返排完后进行投产。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供的水平井压裂装置及压裂方法，光纤可以用来侦测压裂滑套的开闭，可以用来作为压裂监测，即监测进砂进液情况，还可以用来监测产量，即监测每一段的生产贡献。用控制解析机构把需要压裂的层段对应的压裂滑套打开，通过地面压裂施工设备对打开的压裂滑套对应的层段进行压裂改造，压裂改造完成后通过选择性打开压裂滑套进行返排工作。通过在控制解析机构上操作即可快速开闭压裂滑套，压裂不同层段时间差很短，更加高效；不用下任何井下工具(连油，桥塞)或射孔枪(PnP)，没有工程意外事故的风险；套管内全通径，即没有BASF的球座或PnP的桥塞，对生产及后期作业有利；光纤可以监测到哪个层段生产不够优化并单独对它进行重复压裂，解决某个生产段改造不完整问题；光纤可以监测到哪个层段产水并把对应的滑套关闭，解决某个生产段产水问题。
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为本发明提供水平井压裂装置的结构示意图；
图2为本发明提供水平井压裂装置中套管与压裂滑套的连接示意图。
附图标记说明：100、水平井压裂装置；1、水平井；2、套管；3、压裂滑套；31、连接管；32、喷砂口；33、驱动部件；34、滑动套筒；4、滑套控制器；5、光纤解析器；6、人工裂缝；7、电缆；8、光纤。
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。
本发明的目的是提供一种水平井压裂装置及压裂方法，便于对进砂进液情况和各段的产量进行监测，更加高效，低风险，对生产及后期作业有利。
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。
如图1和图2所示，本实施例提供一种水平井压裂装置100，包括控制解析机构、光纤8、电缆7、多个套管2和多个压裂滑套3，压裂滑套3包括连接管31、驱动部件33和滑动套筒34，连接管31上沿周向设置有多个喷砂口32，驱动部件33固定于连接管31的外壁上，滑动套筒34滑动套设于连接管31外部，驱动部件33用于驱动滑动套筒34沿连接管31的轴向往复移动进而封闭或打开多个喷砂口32，即本实施例中的压裂滑套3能够进行重复开关。多个套管2沿水平方向依次设置，任意相邻的两个套管2通过一个连接管31连接，多个套管2和多个压裂滑套3用于设置于水平井1中，控制解析机构用于放置于地面上，多个驱动部件33均通过电缆7与控制解析机构连接，控制解析机构通过电缆7的连接能够分别对多个驱动部件33进行控制，进而对压裂滑套3进行重复开关，且可以任意随时开关，操作简便，反应时间短，更加高效。光纤8的一端与控制解析机构连接，光纤8的另一端沿多个套管2和多个连接管31的轴向延伸设置，光纤8将信号传递至控制解析机构，控制解析机构对接收的信号进行解析。
具体地，控制解析机构包括光纤解析器5和滑套控制器4，光纤8与光纤解析器5连接，光纤8将信号传递至光纤解析器5，光纤解析器5对接收的信号进行解析对井下的状况进行监测，多个驱动部件33均通过电缆7与滑套控制器4连接，滑套控制器4通过电缆7的连接能够对驱动部件33进行控制，使得驱动部件33带动滑动套筒34往复移动，对多个喷砂口32进行封闭或打开。光纤解析器5和滑套控制器4均设置于地面上。
具体地，连接管31包括中间管段和两个分别设置于中间管段两端的连接管段，各连接管段中安装有一个套管2，套管2的内径与中间管段的内径相同，多个喷砂口32沿周向设置于中间管段上。
于本具体实施例中，套管2螺纹安装于连接管段中，即套管2两端的外壁上均设置有外螺纹，连接管段的内壁上设置有与外螺纹结构相匹配的内螺纹。
于本具体实施例中，套管2外壁上设置有沿轴向延伸的第一凹槽，连接管31外壁上设置有沿轴向延伸的第二凹槽，电缆7设置于多个第一凹槽和多个第二凹槽中，光纤8设置于多个第一凹槽和多个第二凹槽中。第一凹槽和第二凹槽用于容纳电缆7和光纤8，进而对电缆7和光纤8进行保护。
具体地，驱动部件33设置于连接管31外壁上的一端，多个喷砂口32设置于连接管31的另一端。
于本具体实施例中，驱动部件33为直线推杆电机，直线推杆电机的推杆与滑动套筒34连接。工作时，直线推杆电机的推杆伸出时滑动套筒34封闭多个喷砂口32，直线推杆电机的推杆收缩时滑动套筒34打开多个喷砂口32。
本实施例还提供一种基于水平井压裂装置100的压裂方法，包括以下步骤：
步骤一、水平井1完钻后，把需要压裂改造的层段确定，把多个压裂滑套3和多个套管2连接并下入水平井1下，电缆7和光纤8随套管2和压裂滑套3下入水平井1下，之后进行套管2固井作业；
步骤二、地面压裂施工设备准备好后，用控制解析机构把需要压裂的层段对应的压裂滑套3打开，具体地，可以根据实际需求打开对应该层段的一个或多个压裂滑套3，压裂滑套3打开产生的震波会被光纤8侦测到得到确认；
步骤三、通过地面压裂施工设备对打开的压裂滑套3对应的层段进行压裂改造，沿多个喷砂口32形成人工裂缝6；
步骤四、压裂施工后，用控制解析机构把刚压裂完的层段对应的压裂滑套3关闭；
步骤五、重复步骤二至步骤四，对所有层段进行压裂改造；
步骤六、通过选择性打开压裂滑套3进行返排工作；
步骤七、返排完后进行投产。
本实施例中采用多个套管2和多个压裂滑套3连接，压裂滑套3上设置有喷砂口32，且驱动部件33能够带动滑动套筒34对喷砂口32进行重复开闭的方式，使得不用下任何井下工具(连油，桥塞)或射孔枪(PnP)，没有工程意外事故的风险，通过在控制解析机构上操作即可快速开闭压裂滑套3，压裂不同层段时间差很短，更加高效，而目前行业内最普遍应用的泵送桥塞工艺(PnP)中层段压裂之间至少需要4个小时时间，本实施例中的装置及方法显著提高了工作效率；且套管2内全通径，即没有BASF的球座或PnP的桥塞，对生产及后期作业有利。
本实施例中的光纤8可以用来侦测压裂滑套3的开闭；可以用来作为压裂监测，即监测进砂进液情况，可以用于模拟裂缝长度，业界目前裂缝监测方法是地面微地震监测或是邻井地下微地震监测，但都存在施工不便、费用高昂以及准确性问题，本实施例中采用光纤8进行压裂监测的方式施工简便、费用低且准确性高；还可以用来监测产量，即监测每一段的生产贡献，传统方式是在水平井1进行生产剖面测试(用爬行器或连续油管)，但都存在施工工程风险以及费用高昂问题，本实施例中采用光纤8进行产量监测的方式风险低且费用低。光纤8可以监测到哪个层段生产不够优化并单独对它进行重复压裂，解决某个生产段改造不完整问题。光纤8可以监测到哪个层段产水并把对应的压裂滑套3关闭，解决某个生产段产水问题。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种水平井压裂装置，其特征在于，包括控制解析机构、光纤、电缆、多个套管和多个压裂滑套，所述压裂滑套包括连接管、驱动部件和滑动套筒，所述连接管上沿周向设置有多个喷砂口，所述驱动部件固定于所述连接管的外壁上，所述滑动套筒滑动套设于所述连接管外部，所述驱动部件用于驱动所述滑动套筒沿所述连接管的轴向往复移动进而封闭或打开多个所述喷砂口，多个所述套管沿水平方向依次设置，任意相邻的两个所述套管通过一个所述连接管连接，多个所述套管和多个所述压裂滑套用于设置于水平井中，多个所述驱动部件均通过所述电缆与所述控制解析机构连接，所述光纤的一端与所述控制解析机构连接，所述光纤的另一端沿多个所述套管和多个所述连接管的轴向延伸设置。
2.根据权利要求1所述的水平井压裂装置，其特征在于，所述控制解析机构包括光纤解析器和滑套控制器，所述光纤与所述光纤解析器连接，多个所述驱动部件均通过所述电缆与所述滑套控制器连接。
3.根据权利要求1所述的水平井压裂装置，其特征在于，所述连接管包括中间管段和两个分别设置于所述中间管段两端的连接管段，各所述连接管段中安装有一个所述套管，所述套管的内径与所述中间管段的内径相同，多个所述喷砂口沿周向设置于所述中间管段上。
4.根据权利要求3所述的水平井压裂装置，其特征在于，所述套管螺纹安装于所述连接管段中。
5.根据权利要求1所述的水平井压裂装置，其特征在于，所述套管外壁上设置有沿轴向延伸的第一凹槽，所述连接管外壁上设置有沿轴向延伸的第二凹槽，所述电缆设置于多个所述第一凹槽和多个所述第二凹槽中，所述光纤设置于多个所述第一凹槽和多个所述第二凹槽中。
6.根据权利要求1所述的水平井压裂装置，其特征在于，所述驱动部件设置于所述连接管外壁上的一端，多个所述喷砂口设置于所述连接管的另一端。
7.根据权利要求1所述的水平井压裂装置，其特征在于，所述驱动部件为直线推杆电机，所述直线推杆电机的推杆与所述滑动套筒连接。
8.一种基于如权利要求1-7中任一项所述的水平井压裂装置的压裂方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、水平井完钻后，把需要压裂改造的层段确定，把多个所述压裂滑套和多个所述套管连接并下入所述水平井下，所述电缆和所述光纤随所述套管和所述压裂滑套下入所述水平井下，之后进行套管固井作业；
步骤二、地面压裂施工设备准备好后，用所述控制解析机构把需要压裂的所述层段对应的所述压裂滑套打开，所述压裂滑套打开产生的震波会被所述光纤侦测到得到确认；
步骤三、通过所述地面压裂施工设备对打开的所述压裂滑套对应的所述层段进行压裂改造；
步骤四、压裂施工后，用所述控制解析机构把刚压裂完的所述层段对应的所述压裂滑套关闭；
步骤五、重复步骤二至步骤四，对所有所述层段进行压裂改造；
步骤六、通过选择性打开所述压裂滑套进行返排工作；
步骤七、返排完后进行投产。
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2021
- 2021-10-12 CN CN202111188004.3A patent/CN113738332A/zh active Pending
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