一種多層段油氣井的壓裂方法
2023-09-17 07:09:10 2
專利名稱：一種多層段油氣井的壓裂方法
技術領域：
本發明涉及氣井開發領域的壓裂改造方面，具體是一種利用連續油管與普通油管組合的方式，進行多層段油氣井儲層段改造的壓裂方法。
背景技術：
針對低滲透油氣田的油氣井開發，水力壓裂技術是開發低滲透油氣藏中最根本的工藝方法，也是經濟有效的重要手段。對於單井多層段油氣儲層的開發，常規的壓裂改造手段，一般採用普通油管與機械封隔器進行封隔實施多層段的壓裂改造，管柱結構複雜，難以實現逐層改造，且難以完成對多小層的開發和動用。目前，也有採用連續油管對單井多層段進行壓裂的方法，如圖I所示，採用注入頭13將連續油管12伸入套管26，注入頭13下方連接有防噴盒14和連續油管防噴器15，地面 裝置包括由上至下依次連接的清蠟閥門23、1號總閘24、2號總閘25、採油樹大四通7和套管四通8。連續油管12底部連接連續油管接頭I和噴砂射孔槍10，通過注入頭13拖動連續油管12對準層段A、B、C，分別進行射孔和壓裂，這樣採用一趟管串可以完成多個層段的改造作業，缺無法完成衝砂作業和後期的排液和投產。完成多層段壓裂改造後，通過注入頭13提出全部連續油管12管串，卸掉連續油管12底部的噴砂射孔槍10，重新下入連續油管12進行衝砂。衝砂後需採用重密度壓井液進行壓井作業，確保連續油管12井口裝置的安全拆除和保障普通油管9井口裝置的順利安裝，然後才能下入普通油管9，替出重密度壓井液後，通過地面採油樹裝置(23、24、25)進行後續的排液和投產。由此可見，該工藝進行單井多層段的改造作業，工序複雜、步驟繁瑣，浪費大量的人力財力，效率低下。此外，該方法需要壓井，會嚴重汙染已壓裂的層段，影響天然氣的開採效果和產量，甚至造成活井壓死。
發明內容
本發明的目的在於提供一種全新的利用連續油管與普通油管組合的方式對單井實施多層射孔和拖動壓裂。本發明所採用的技術方案是
一種多層段油氣井的壓裂方法，該方法採用連續油管與普通油管組合的方式進行射孔、壓裂、填砂和衝砂作業，待施工完成後起出連續油管，並將普通油管懸掛於井口裝置之上，用於排液和投產，其具體步驟包括
(1)完整連接普通油管井口裝置和連續油管井口裝置，通過普通油管井口裝置依次下放和連接若干根普通油管，在普通油管的底部連接噴砂射孔槍，普通油管頂部連接連續油管構成組合管串；
(2)通過連續油管井口裝置下放組合管串至人工井底；
(3)上提組合管串至預射層段，利用噴砂射孔槍對儲層段進行噴砂射孔；
(4)通過組合管串及組合管串與套管之間的環空同時泵注壓裂液，對已射孔層段實施加砂壓裂改造作業；(5)對已壓裂改造層段實施填砂作業；
(6 )上提組合管串，使噴砂射孔槍上升至上一待改造層段，重複步驟(3 ) (5 )，直到完成全部層段的壓裂改造；
(7)通過組合管串注入衝洗液，衝洗全部油氣層段的砂塞；
(8)上提組合管串，拆開連續油管井口裝置和連續油管，將普通油管懸掛於普通油管井口裝置上，用於油氣井的排液與投產。所述組合管串連接處，連續油管接頭和普通油管接箍之間設置有一個旋塞閥。所述普通油管井口裝置包括修井防噴器組、採油樹四通和旁通管件。所述連續油管井口裝置包括上提或下放連續油管的提升裝置、連續油管防噴器 組、壓裂四通和旁通管件。所述噴砂射孔槍槍身四周均勻布置射孔噴嘴，底部設置有一個通道和單向開關，在步驟(7)時，通過組合管串與套管之間的環空注入衝洗液將該單向開關頂開，從而打開噴砂射孔槍的底部通道。所述底部通道是一個通孔，單向開關是一個座於通孔上方、外徑大於通孔直徑的低密度圓球。所述步驟(5)中，填砂高度高於射孔層段的高度。所述步驟(8)中，連續油管和普通油管分開後，普通油管的頂部由下至上依次連接雙公、油管掛和油管短節，將油管掛回坐於井口裝置。所述雙公的內部通道具有開關。本發明所產生的有益效果是
本發明針對現有壓裂方式進行了技術改造，利用連續油管與普通油管對接的技術實現對單井多層系進行射孔和拖動壓裂作業，工藝相對簡單、工序相對簡化，可以實現多層段的逐層改造，能夠完成對多小層的開發和動用，既提高了施工效率，又節省了人力物力財力，易於大規模使用和推廣。該方法與現有技術相比，具有以下優勢
(I)該方法採用連續油管與普通油管組合方式對多層段油氣井進行壓裂改造，屬國內首創。(2)該方法利用一趟管串可實現射孔、壓裂、衝砂、排液和投產等多種工藝一體化作業，充分利用了連續油管起下速度快的特點，提高了單井多層次層段的開發時效。(3)該方法的組合管柱使用井下工具少、結構簡單，降低了多層段油氣井多工藝作業的風險
(4)該方法自始至終無需壓井，有效保護油氣儲層、使其免受傷害，提高了天然氣氣井的有效開採率，特別有助於多層段低壓油氣藏的開採。(5)該方法在所有層段施工作業後，直接將普通油管留於油氣井中用於投產，縮減了開發步驟，節省了人力、物力、財力。
圖I為現有技術連續油管對單井多層段進行壓裂的結構示意 圖2是本發明普通油管井口裝置的結構示意 圖3是本發明連續油管井口裝置與連續油管的結構示意圖；圖4是本發明步驟(I)的結構示意 圖5是本發明步驟(4)的結構示意 圖6是本發明步驟(7)中連續油管和普通油管拆開後的結構示意 圖7是本發明步驟(7)中將普通油管懸掛在井口的結構示意 圖8是本發明步驟(7)中排液採氣的結構示意圖。圖中標號表不1_連續油管接頭、2-旋塞閥、3-普通油管接榧、4_吊卡、5-環形防噴器、6-雙閘板防噴器、7-採油樹大四通、8-套管四通、9-普通油管、10-噴砂射孔槍、11-人工井底、12-連續油管、13-注入頭、14-防噴盒、15-連續油管防噴器、16-壓裂四通、17-防噴管、18-低密度圓球、19-砂粒、20-油管短節、21-油管掛、22-雙公、23-清蠟閥門、24-1號閥門、25-2號閥門、26-套管、27-生產閥門、A-層段、B-層段、C-層段。
具體實施例方式如圖2 8所示，本發明是一種多層段油氣井的壓裂方法，該方法採用外徑相同的連續油管12連接普通油管9、下入套管26內進行多層段射孔和壓裂作業。普通油管9是若干根、連接起來有一定長度，其底部末端連接有噴砂射孔槍10，頂部連接連續油管12。連接完整後，下放連續油管12，利用噴砂射孔槍10由下至上、依次對油氣井的若干個層段進行噴砂射孔、環空加砂壓裂、填砂封隔轉層和衝砂作業，直到完成油氣井所有層段的施工改造。待施工完成後上提組合管串，拆開連續油管12，並將普通油管9懸掛於井口的採氣樹大四通7上，恢復採油樹後，進行油氣井的排液及投產。本具體實施方式
中的油氣井具有3個層段，由下至上分別為層段A、層段B、層段C，但是，本發明不僅限於此結構。具體步驟如下
(I)完整連接壓裂工作裝置，壓裂工作裝置包括普通油管井口裝置、連續油管井口裝置、足夠長度的普通油管9和連續油管12。其中普通油管井口裝置包括修井防噴器組、採油樹四通和旁通管件；連續油管井口裝置包括連續油管12的提升裝置、連續油管防噴器組、壓裂四通16和旁通管件。連接連續油管12與普通油管9構成組合管串，普通油管9的長度一般在9. 5-9. 6米左右，通過普通油管接箍3進行連接從而達到一定的總長，普通油管接箍3的外徑一般大於普通油管9外徑13-15毫米。連續油管12為一根長度達數千米、夕卜徑尺寸相同的一根油管。普通油管井口裝置其實是修井作業井口裝置，由下至上依次安裝套管四通8、採油樹大四通7、雙閘板防噴器6和環形防噴器5。套管四通8、採油樹大四通7是四通組件，雙閘板防噴器6和環形防噴器5是防噴組件。以上的這些普通油管井口裝置安裝完畢後，在套管26內下普通油管9，逐一連接若干根普通油管9，通過普通油管井口裝置依次下放至油氣井中，普通油管9底部連接有噴砂射孔槍10、頂部將連接連續油管12。噴砂射孔槍10槍身四周均勻布置射孔噴嘴，底部設置有一個通道和單向開關，該底部通道是一個通孔，單向開關是一個座於通孔上方、外徑大於通孔直徑的低密度圓球18。首先，在第一根普通油管9的下端(末端)連接噴砂射孔槍10，本具體實施方式
所使用的噴砂射孔槍10為槍身四周均勻分布有射孔噴嘴、底部有一線性變徑通孔；連接牢固後用第一隻吊卡4緊裹第一根普通油管9管壁、卡於普通油管接箍3下方，用修井機或鑽機的大鉤吊起吊卡，將普通油管9吊至普通油管井口裝置正上方緩慢下放，第一根普通油管9穿過普通油管井口裝置下放於套管26內，與此同時，吊卡4將懸座在普通油管井口裝置(環形防噴器5)之上，此時便完成了第一根普通油管9的下放。同理，用第二隻吊卡4緊裹第二根普通油管9管壁、卡於普通油管接箍3下方。卸下石油作業機設備大鉤吊起第二隻吊卡4，將第二根普通油管9吊至第一根普通油管9正上方，使用石油作業機設備的液壓鉗完成第一、二根普通油管9的連接，上提第一、二根普通油管9管串，取走第一隻吊卡4，將第二根普通油管9下放至套管26中，同樣，第二隻吊卡4也將懸座於環形防噴器5之上，完成第二根普通油管9的下放，依此類推，逐一完成所有普通油管9的連接和下放，並將最後一根普通油管接箍3通過吊卡4懸座於環形防噴器5之上，普通油管9懸於套管26內。完成上述作業後，在普通油管接箍3頂部連接旋塞閥2，此時旋塞閥2處於打開狀態。連續油管井口裝置包括由下至上依次安裝防噴管17、壓裂四通16、連續油管防 噴器15、防噴盒14和注入頭13，注入頭13是上提或下放連續油管12的驅動裝置，能將連續油管12快速下入或起出油氣井，可滿足壓裂、修井等高效施工需要。防噴管17、連續油管防噴器15、防噴盒14是防噴器組，壓裂四通16是進行連續油管環空壓裂時、為其壓裂液提供流經通道的四通組件。以上的這些連續油管井口裝置在地面組裝完畢後，將連續油管12由上至下穿過整個連續油管井口裝置，並將連續油管12末端露於防噴管17下方O. 3 O. 5m，便於連續油管接頭I與旋塞閥2連接。當普通油管9和連續油管12對接完成後，注入頭13抱死夾緊連續油管12，用吊車吊起連續油管井口裝置及整個組合管串上移(O. 2 O. 3) m，使普通油管接箍3脫離吊卡4表面和環形防噴器5，將普通油管9所有重量懸於連續油管上，做連接強度拉力試驗，若此時，普通油管9和連續油管12的連接部件發生脫落，普通油管9將掉落在吊卡4上，不會落入油氣井中。如果拉力試驗成功，則取下吊卡4，再使用吊車下放連續油管井口裝置和組合管串，將連續油管井口裝置的防噴管17下放至環形防噴器5上，利用法蘭螺栓對兩者進行連接緊固。(2)通過連續油管井口裝置下放組合管串至人工井底，進行井深校核。通過注入頭13下放連續油管12，從而帶動普通油管9下放，將噴砂射孔槍10下至人工井底11進行井深校核，投入低密度圓球18封堵噴砂射孔槍10底部的通孔。(3)上提組合管串使噴砂射孔槍10的高度對應層段A，關閉防噴盒14使其抱死連續油管12，利用噴砂射孔槍10對該層段A進行噴砂射孔。通過向連續油管12內泵注噴砂液，噴砂液流經整個組合管串，並通過噴砂射孔槍10四周的射孔噴嘴噴出、形成高速聚能流體，從而射穿套管26及近井地帶。(4)通過向組合管串及組合管串與套管26之間的環空同時泵注壓裂液對已射孔的層段A實施加砂壓裂作業。首先，向連續油管12及連續油管12與套管26之間的環空同時注入壓裂基液壓開地層。待地層壓開後，通過壓裂四通16向連續油管12與套管26之間的環空泵入攜砂液，且加砂過程中，砂子與液體的體積比按施工設計進行；連續油管12內始終注入壓裂基液，直至完成層段A的設計砂量為止。(5)在壓裂後期，通過壓裂四通16向連續油管12與套管26之間的環空泵入高濃度的攜砂液，對已壓裂改造的層段A實施填砂作業。其中，填砂作業時將連續油管12上移，防止沉砂卡埋噴砂射孔槍10，以免造成卡鑽事故；且填砂的高度高於層段A的高度，其目的是為了防止在進行上方層段改造時，壓裂液滲入層段A。(6)通過連續油管井口裝置(注入頭13)上提組合管串，使噴砂射孔槍10對準上一待改造層段(層段B)，重複步驟(3) (5)，直到完成油氣井內全部層段的壓裂改造。(7)通過組合管串注入衝洗液，將井筒內的砂塞衝洗出井，露出全部已改造層段(A、B、C)。通過向連續油管12內泵注衝洗液，衝洗液流經組合管串，由噴砂射孔槍10底部噴出，進行衝砂作業。噴砂射孔槍10槍身四周均勻分布射孔噴嘴，其底部設置有一個通孔，通孔的通徑遠遠大於射孔噴嘴的通徑，在進行噴砂射孔時，其底部通孔由一個外徑比該孔直徑大的低密度圓球18進行封堵。進行連續油管12衝砂作業時，需先向連續油管12與套管26之間的環空泵入衝洗液，將低密度圓球18從組合管串內通道返回來，從而打開噴砂射孔槍10底部通孔。再向連 續油管12注入衝洗液，衝洗液流經整個組合管串，由於噴砂射孔槍10底部通孔的通徑遠遠大於射孔噴嘴的通徑，衝洗液主要從噴砂射孔槍10底部通道噴出，衝散砂粒、並將砂粒逐步上返於組合管串與套管26之間的環空，直至從採氣樹四通7返出，利用注入頭13邊下連續油管12、邊注入衝洗液的方式，將人工井底11以上所有層段的填砂全部衝洗乾淨。(8)上提連續油管12，拆開連續油管井口裝置和連續油管12，將普通油管9懸掛於普通油管井口裝置的採氣樹大四通7上，恢復採油樹後，用於油氣井的排液及投產。首先，通過注入頭13上提連續油管12，從而拖動整個組合管串向上移動、使連續油管接頭I抵達防噴管17處，關閉環形防噴器5，使其膠芯抱死普通油管9、截斷井內壓力。為了安全起見，建議同時關閉雙閘板防噴器6的半封閘板。然後，將防噴管17和環形防噴器5卸開，使用吊車吊起所有連續油管井口裝置和組合管串向上移動，將普通油管接箍3、旋塞閥2和連續油管接頭I露於防噴管17與環形防噴器5之間，普通油管接箍3應超過環形防噴器5上方一定間距(O. 3 O. 5m)。在環形防噴器5上放置吊卡4後，通過吊車下放連續油管井口裝置和組合管串，將普通油管接箍3放置於吊卡4上，此時，普通油管9懸掛於普通油管井口裝置之上。此時，關閉旋塞閥2，截斷普通油管9內壓，洩掉旋塞閥2之上連續油管12的內壓，拆開連續油管接頭1，使用吊車移走連續油管12和連續油管井口裝置。然後，在旋塞閥2上方依次連接雙公22、油管掛21和油管短節20，雙公22兩端具有外螺紋，內部具有常閉的開關。當完成雙公22與旋塞閥2連接緊固後，打開旋塞閥2，通過雙公22的內部開關關閉普通油管9的內壓，普通油管9的外部壓力通過環形防噴器5和雙閘板防噴器6的半封進行密封。油管掛21配合採氣樹大四通7內部的密封面、使其密封普通油管9與套管26之間的環空。採用連續油管12及連續油管井口裝置將油管掛21回坐至採氣樹大四通7，步驟如下首先，使用吊車吊起連續油管井口裝置和連續油管12，通過連續油管接頭I將油管短節20與連續油管12對接，並對其連接做拉力試驗。試驗合格後，移走吊卡4，下放連續油管井口裝置至環形防噴器5上。此時，連接防噴管17和環形防噴器5，關閉防噴盒17、其膠芯抱死連續油管12，打開環形防噴器5、使其膠芯離開普通油管9，再打開雙閘板防噴器6的半封閘板。再用注入頭13下放連續油管12，使油管掛21穿過普通井口裝置、回坐至採氣樹大四通7，將井內普通油管9懸掛於此，上緊氣樹大四通7的頂絲固定油管掛防止上頂。完成上述步驟後，拆開環形防噴器5和防噴管17，鬆弛注入頭13的夾緊力，使用吊車吊起連續油管井口裝置，截斷連續油管12，移走連續油管12和連續油管井口裝置，依次拆開並吊走環形防噴器5和雙閘板防噴器6。最後，拆開油管掛21上的油管短節20及連續 油管接頭1，在採氣樹大四通7之上安裝採油樹。生產時，使用工具在採油樹清蠟閥門23上打開雙公22的內部開關，使普通油管9管串處於通暢狀態，通過採油樹的生產閘門27進行排液、生產。
權利要求
1.一種多層段油氣井的壓裂方法，其特徵在於該方法採用連續油管與普通油管組合的方式進行射孔、壓裂、填砂和衝砂作業，待施工完成後起出連續油管，並將普通油管懸掛於井口裝置之上，用於排液和投產，其具體步驟包括 (1)完整連接普通油管井口裝置和連續油管井口裝置，通過普通油管井口裝置依次下放和連接若干根普通油管，在普通油管的底部連接噴砂射孔槍，普通油管頂部連接連續油管構成組合管串； (2)通過連續油管井口裝置下放組合管串至人工井底； (3)上提組合管串至預射層段，利用噴砂射孔槍對儲層段進行噴砂射孔； (4)通過組合管串及組合管串與套管之間的環空同時泵注壓裂液，對已射孔層段實施加砂壓裂改造作業； (5)對已壓裂改造層段實施填砂作業； (6 )上提組合管串，使噴砂射孔槍上升至上一待改造層段，重複步驟(3 ) (5 )，直到完成全部層段的壓裂改造； (7)通過組合管串注入衝洗液，衝洗全部油氣層段的砂塞； (8)上提組合管串，拆開連續油管井口裝置和連續油管，將普通油管懸掛於普通油管井口裝置上，用於油氣井的排液與投產。
2.根據權利要求I所述的多層段油氣井的壓裂方法，其特徵在於所述組合管串連接處，連續油管接頭和普通油管接箍之間設置有一個旋塞閥。
3.根據權利要求I所述的多層段油氣井的壓裂方法，其特徵在於所述普通油管井口裝置包括修井防噴器組、採油樹四通和旁通管件。
4.根據權利要求I所述的多層段油氣井的壓裂方法，其特徵在於所述連續油管井口裝置包括上提或下放連續油管的提升裝置、連續油管防噴器組、壓裂四通和旁通管件。
5.根據權利要求I所述的多層段油氣井的壓裂方法，其特徵在於所述噴砂射孔槍槍身四周均勻布置射孔噴嘴，底部設置有一個通道和單向開關，在步驟(7)時，通過組合管串與套管之間的環空注入衝洗液將該單向開關頂開，從而打開噴砂射孔槍的底部通道。
6.根據權利要求5所述的多層段油氣井的壓裂方法，其特徵在於所述底部通道是一個通孔，單向開關是一個座於通孔上方、外徑大於通孔直徑的低密度圓球。
7.根據權利要求I所述的多層段油氣井的壓裂方法，其特徵在於所述步驟(5)中，填砂高度高於層段的射孔高度。
8.根據權利要求I所述的多層段油氣井的壓裂方法，其特徵在於所述步驟(8)中，連續油管和普通油管拆開後，普通油管的頂部由下至上依次連接雙公、油管掛和油管短節，將油管掛回坐於井口裝置。
9.根據權利要求8所述的多層段油氣井的壓裂方法，其特徵在於所述雙公的內部通道具有開關。
全文摘要
本發明提供了一種多層段油氣井的壓裂方法，該方法採用連續油管拖動普通油管進行壓裂，其步驟包括完整連接壓裂工作裝置；利用普通油管末端的噴砂射孔槍對油氣井層段進行噴砂射孔；通過連續油管及連續油管與套管之間的環空同步泵注實施加砂壓裂；並對已壓層段填置砂塞；拖動連續油管至上一待改造層段，重複上述步驟，直到完成全部油氣層段的壓裂；下放連續油管衝洗全部油氣層段的砂塞；起出連續油管，將普通油管懸掛於井口用於油氣井的排液和投產。本發明不同於現有技術採用若干根普通油管連接使用的結構形式，利用連續油管和普通油管一趟管串實施單井多層段的射孔和拖動壓裂，既提高了施工效率，又節省了人力、物力和財力。
文檔編號E21B43/14GK102777156SQ20121025286
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月20日 優先權日2012年7月20日
發明者傅偉, 劉華傑, 吳建忠, 吳方益, 周天春, 張明江, 易祖坤, 曹學軍, 曾曉建, 李暉, 塗生旭, 王寧, 王紹紅, 蔣春光, 陳介驕, 陳冬林 申請人:中國石化集團西南石油局, 中國石油化工股份有限公司