CN202659221U

CN202659221U - 水平井压裂管柱

Info

Publication number: CN202659221U
Application number: CN 201220267663
Authority: CN
Inventors: 曲海; 曾义金; 李根生; 张波; 李洪春; 吴春方; 李奎为; 刘建坤
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: 2012-06-07
Filing date: 2012-06-07
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2022-06-07

Abstract

本实用新型涉及一种水平井压裂管柱，属于采油机械领域。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和单向阀。其中，在单向阀的下游还布置有用于在井筒内产生砂塞封隔的喷砂器。根据本实用新型的水平井压裂管柱能够实现在一次作业中，对多个地层段压裂，而且不受井内温度的影响，没有使用次数的限制。

Description

水平井压裂管柱

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。解决这些问题的一种有效方法是水力压裂改造，其通过高的排量和压力，将含有高浓度支撑剂的压裂液注入井下，在目的层造缝并延伸扩展裂缝。当压裂液破胶返排后，会形成一条或多条具有高导流能力的支撑裂缝以更好地沟通储层，从而提高油气井产量。

目前，水力分段压裂是最常用的方法，具体来说其主要有：限流法压裂、暂堵剂分层压裂、机械封隔器压裂、泵送桥塞压裂、裸眼封隔器压裂，水力喷射压裂等。

在现有技术的文献中，也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，在现场施工中不能有效封隔已经压开的裂缝。

中国专利200710179500.6公开了“磨料射流井下射孔、割缝分层压裂的方法及装置”，该专利披露了一种磨料射流喷射装置，其具有设有至少两个喷嘴的用于喷射磨料射流的喷枪，并且所述喷枪与油管相连接。该专利还披露了该磨料射流喷射装置的使用方法。该装置和方法的缺点在于，在遇到层间压力差值大的井时，液体可能会进入已压裂缝，影响压裂效果。并且，一套工具只能压裂施工一层，使得压裂成本增加。

中国专利201010271024.2公开了“封隔器”，该封隔器用于油气井压裂施工，能够防止中途坐封失效，能够实现一趟管柱多次坐封和解封。该装置的缺点在于，封隔器关键部件橡胶易于受到井下高温影响而失效，特别是对于135℃以上的井，其不再适用。

中国专利200610141781.1公开了“吸水膨胀组合物、吸水膨胀材料和吸水膨胀封隔器”，该专利披露了在封隔器橡胶体中加入吸水剂、反应单体和表面活性剂，遇水便自动膨胀，膨胀后可与不规则外形井壁实现良好的密封。其缺点在于，该封隔器膨胀遇水膨胀后无法实现收缩，因此在压裂完成后，不能将压裂管柱起出地面，这不利于后期的压裂改造。

文献《Method To Pump Bridge/Frac Plugs at Reduced Fluid Rate》（http://www.onepetro.org/mslib/app/search.do.检索码112377）中披露了泵送桥塞压裂方法。其通过电缆将密封桥塞下入井下，然后射孔、进行压裂施工。完成一段压裂后，再次下入桥塞坐封，密封第一段裂缝，然后在其他层段进行射孔压裂。压裂结束后，从地面下入钻头将井下所有桥塞磨削掉，再进行后期生产作业。其缺点在于，该方法一次只能压裂一段，多层压裂必须更换新桥塞下入井下，施工周期长，作业成本高。

因此，急需一种能够在一次作业中，实现对多个地层段压裂，并且不受井内温度影响的压裂管柱。

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水平井压裂管柱，其不但能够实现在一次作业中，对多个地层段压裂，而且不受井内温度的影响，没有使用次数的限制。

根据本实用新型，提出了一种水平井压裂管柱，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和单向阀。其中，在单向阀的下游还布置有用于在井筒内产生砂塞封隔的喷砂器。

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，在单向阀内布置有圆台形球座，其大端开口朝向井口。这种圆台形球座用于承接来自井口的球体，封堵连续油管从而截止流向井筒下游端的流体流动。而且这种单向阀起单向导流作用：仅截止从井口流向压裂管柱末端的液体，而允许从压裂管柱末端流向井口的液体，因此，这种单向阀仅在下文所述的射孔过程中起作用，而在压裂过程中不起作用。

在一个实施例中，在射流器上布置有3个喷嘴。在一个优选的实施例中，所有喷嘴布置在垂直于连续油管纵轴的同一平面中。根据本实用新型，射流器仅在射孔时喷砂，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，在所述喷砂器的周向壁上布置有4个喷砂孔。在一个优选的实施例中，该喷砂孔布置在垂直于连续油管纵轴的同一平面中并且彼此之间相位角为90°。

根据本实用新型，喷砂器不但可用于在压裂过程中，将压裂液喷入地层裂缝中进行压裂，还可以在加砂压裂过程中向地层裂缝中注入支撑剂。更重要地是，在加砂压裂后期，可在裂缝周围的井筒内形成砂塞。砂塞作为封隔介质，避免了机械封隔器坐封不牢、使用次数有限、受温度影响问题。在一个特定的实施例中，喷砂器上设有3-4个喷砂孔，直径为20-30mm，相位角90°-120°。

在一个实施例中，根据本实用新型的水平井压裂管柱还包括至少两个间隔布置的扶正器。扶正器使得射流器与套管之间存在一定距离，从而保证射孔质量。

在一个优选的实施例中，扶正器上的扶正块为螺旋形。这种螺旋形扶正块使得液体经过此处会产生旋转绕流，便于清洗压裂管柱周围残余的支撑剂以防止砂卡。从而当一段压裂施工结束，能迅速带压上提管柱，远离已压裂施工层段。

在一个实施例中，根据本实用新型的水平井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。

在一个实施例中，根据本实用新型的水平井压裂管柱还包括布置在水平井压裂管柱下游末端的反洗阀，以仅允许流体从环空经由反洗阀进入连续油管，从而清洗井筒内的支撑剂。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于，通过使用喷砂器，可在压裂后期大幅提高支撑剂砂浓度，而在裂缝周围的井筒中形成砂塞。砂塞作为封隔介质，避免了机械封隔器坐封不牢，受用次数有限，温度受限问题。通过扶正器上螺旋形的扶正块可防止压裂管柱发生砂卡。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。反洗阀的使用能够将砂塞迅速清除，以便于后期的采油作业。另外，根据本实用新型的水平井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水平井压裂管柱的示意图；

图2是根据本实用新型的水平井压裂管柱的单向阀的截面图；

图3-4是根据本实用新型的压裂管柱喷砂压裂过程示意图；

图5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6是多层压裂后清理砂塞示意图。

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示意性显示了水平井压裂管柱100的示意图。水平井压裂管柱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。所述水平井压裂管柱100包括射流器105、单向阀104以及喷砂器102，其在连续油管109上朝向连续油管109下游端依次布置。

如图2所示，单向阀104包括圆台形的球座202，其用于承接来自井口112的球114从而封堵连续油管、实现单向导流作用。这种单向导流作用为：在下文所述的射孔过程中，射孔物质被球114所阻挡而仅能从射流器105的喷嘴115中高速射出，实现喷砂射孔；当射孔结束后，将球114反洗出地面，单向阀104不再起作用，套管110为贯通从而可将压裂液送入井内并通过喷砂器102进行压裂过程。

射流器105用于将射孔物质，例如石英砂通过喷嘴115高速射出，打穿套管，在地层中形成一定长度的孔道，从而实现井筒与地层的连通，为后续压裂施工做必要准备。在一个实施例中，射流器105的喷嘴115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115彼此之间的夹角为120°，在图1中仅可看到两个喷嘴115。在另一个实施例中，喷嘴115的直径为4-6mm。在一个优选的实施例中，所有的喷嘴115处于垂直于连续油管109纵轴的相同平面中。

喷砂器102不但在压裂过程中，用于将压裂液喷入地层裂缝中进行压裂；而且在加砂压裂过程中，还用于向地层裂缝中注入支撑剂。喷砂器102上的喷沙孔116的直径较大，在一个实施例中该直径为20-30mm，较大的孔径使得支撑剂通过时所受的阻力较小，因此地面施工压力可大幅减小。更重要地是，较大的孔径使得易于增加支撑剂浓度和砂量，从而在加砂压裂后期能快速大幅提高支撑剂浓度，以在裂缝周围的井筒内形成砂塞。这种砂塞能够作为封隔介质，消除了机械封隔器坐封不牢、使用次数有限、受温度影响的问题。

水平井压裂管柱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。此外，扶正器使得射流器105与套管110之间存在一定距离，从而保证射孔质量。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，扶正器上的扶正块（未示出）为螺旋形。这种螺旋形扶正块使得液体经过此处会产生旋转绕流，便于清洗水平井压裂管柱100周围残余的支撑剂以防止砂卡。

优选地，水平井压裂管柱100还包括断开器107。当井下发生事故，例如当发生砂卡管柱时，连续油管109和水平井压裂管柱100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。

在水平井压裂管柱100的下游末端处还布置有反洗阀101。反洗阀101为单向导通：当通过环空113注入液体时，反洗阀101才会打开并且液体会进入连续油管109和水平井压裂装置100中；而当通过连续油管109注入液体时，反洗阀101会自动关闭。因此，可实现清洗套管110内的支撑剂并防止砂卡管柱问题。

在使用过程中，首先将连续油管109和水平井压裂管柱100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、单向阀104、第二扶正器103、喷砂器102、反洗阀101。

在上述装配步骤结束后，将Φ55mm的球114从口投入连续油管109中。以1.0m³/min的排量向连续油管109中注入载体液以将送球114到达单向阀104处，从而封堵连续油管109。然后，向连续油管109内注入射孔液进行喷砂射孔，如图3中的箭头所示。在一个实施例中，射孔液为含射孔石英砂的液体，石英砂浓度100kg/m³，石英砂颗粒的直径为0.4-0.8mm，连续油管109的排量为1.0m³/min。射孔一定时间，例如12min，并且当石英砂用量达到1.2m³后，完成射孔。接着，将连续油管109上提一定距离以使得水平井压裂管柱100离开压裂位置，在一个实施例中，上提距离为30m。然后，向环空113内注入洗液，洗液穿过单向阀101进入连续油管109内，将球114返到地面。

之后，向连续油管109和环空113内注入压裂液直到将地层压裂，如图4中的箭头所示。在一个实施例中，连续油管109中的排量大于环空113中排量，例如连续油管109的排量为3.5m³/min，环空113的排量为1.2m³/min。当套管压力达到24MPa时地层出现破裂，压裂液进入裂缝中以维持地层裂缝扩展，如图4所示。然后，向连续油管109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/m³，430kg/m³，540kg/m³，670kg/m³，780kg/m³，910kg/m³，1020kg/m³中的一种，并且连续油管109中的排量为3.5m³/min。在另一个实施例中，当注入的支撑剂数量达到30m³后，迅速提高支撑剂的浓度，并且当高浓度支撑剂达到施工裂缝位置，降低连续油管排量，以形成砂塞，完成第一层压裂。在一个实施例中，将支撑剂的浓度提高到2450kg/m³，而当高浓度支撑剂达到施工裂缝位置，连续油管的排量降低为1m³/min。

然后，停止向连续油管109和环空113内注入液体，并上提压裂管柱100，使射流器105对准第二地层段，重复进行上述过程，即可实现该地层段的压裂，如图5所示。在图5中还可以看到，由于存在砂塞501，后续压裂液不会进入已完成压裂的地层段。

最后，完成预计压裂后，再次将水平井压裂管柱100下入，并向环空113中注入洗液，并且洗液经由反洗阀101进入水平井压裂管柱100内部并通过连续油管109返回地面以排出井筒内的砂塞从而完成洗井，如图6所示。在一个实施例中，洗液排量为1.5m³/min。在另一个实施例中，将水平井压裂管柱100下放距离超过所压裂地层段位置30m，以增加洗井效果。最后，提出水平井压裂管柱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

1.一种水平井压裂管柱，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和单向阀，

其特征在于，在单向阀的下游还布置有用于在井筒内产生砂塞封隔的喷砂器。

2.根据权利要求1所述的水平井压裂管柱，其特征在于，在所述喷砂器的周向壁上布置有4个喷砂孔。

3.根据权利要求2所述的水平井压裂管柱，其特征在于，所述喷砂孔布置在垂直于连续油管纵轴的同一平面中并且彼此之间相位角为90°。

4.根据权利要求1所述的水平井压裂管柱，其特征在于，在所述单向阀内布置有圆台形球座，其大端开口朝向井口。

5.根据权利要求1所述的水平井压裂管柱，其特征在于，在所述射流器上布置有3个喷嘴。

6.根据权利要求5所述的水平井压裂管柱，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1所述的水平井压裂管柱，其特征在于，还包括至少两个间隔布置的扶正器。

8.根据权利要求7所述的水平井压裂管柱，其特征在于，所述扶正器上的扶正块为螺旋形。

9.根据权利要求1所述的水平井压裂管柱，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。

10.根据权利要求1所述的水平井压裂管柱，其特征在于，还包括布置在水平井压裂管柱下游末端的反洗阀，以仅允许流体从环空经由反洗阀进入连续油管，从而清洗井筒内的支撑剂。