一種水平井儲層改造設備及其改造方法與流程
2023-08-06 01:37:26
本發明涉及一種油氣通道的儲層改造設備，具體是一種水平井儲層改造設備及其改造工藝。
背景技術：
水平井壓裂改造技術是目前國際通用的儲層改造工藝技術。水力壓裂的目的在於改造油層的物理結構，人為地在油層中形成一條或幾條高滲透能力的通道，以降低井筒附近的流動阻力，增大滲流能力，使油井獲得增產效果。措施是就是利用地面高壓泵，通過井筒向水平井壓注具有較高粘度的壓裂液，使地層巖石破裂，油層產生裂縫。
所有的資料中都提到，純水、僅帶泥沙的水是無法起到良好壓裂作用的。壓裂水中的化學添加劑是關鍵。壓裂液中含有多種化學添加劑，諸如表面活性劑、氯化鉀、凝膠劑、防垢劑、酸鹼調節劑、交聯劑、破膠劑、鐵離子穩定劑、緩蝕劑、殺菌劑、減阻劑以及酸等等。目前認識來看，水力壓裂(壓裂液)對環境的影響主要是對地下水的汙染，注入地層中的這些化學物質隨著時間可能會向上運移，進而可能對地下水造成汙染，因而目前已經有一些國家(比如歐洲一些國家)明確立法規定禁止進行水力壓裂。水力壓裂作為油氣增產的一項關鍵技術，本身就是一把雙刃劍，通過壓裂，可以大幅度提高油氣產量，特別是非常規油氣資源的產量，保證全球的能源供給，而另一方面，水力壓裂活動又不可避免的會對地球環境產生影響和破壞，因而我們要辯證的看待水力壓裂這一技術。
水力壓裂是否對人類健康有影響至今還是有爭論的，確定的是水力壓裂需要消耗大量的地表水資源，同時會反排出大量的地層水和壓裂廢水至地面。廢液如何處理也是一個關鍵的問題。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種水平井儲層改造設備，以解決上述背景技術中提出的問題。
為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：
一種水平井儲層改造設備，包括地面面板、油管電纜和井下鑽孔機器；所述地面面板安放在地面測井車上；地面面板通過油管電纜連接至井下鑽孔機器；所述油管電纜包括油管電纜內芯和油管電纜外殼，油管電纜外殼套在油管電纜內芯的外側；多個油管電纜短接串聯成施工需要的長度；所述井下鑽孔機器包括第一電機、第二電機、絲杆螺母裝置、齒輪裝置、軟軸軌跡裝置、軟管和鑽頭，第一電機輸出軸連接至絲槓螺母裝置的絲槓，槓螺母裝置的螺母採用直線運動，槓螺母裝置的螺母推拉軟軸使其雙向移動；所述第二電機的輸出軸連接至齒輪裝置的輸入軸，齒輪裝置通過多組齒輪嚙合把一個軸的旋轉變成圓周均布的多軸旋轉，每個旋轉軸連接一根軟軸，軟軸安放在軟軸軌跡裝置的曲線槽中，鑽頭安裝在軟軸端部。
作為本發明進一步的方案：所述地面面板是動力和信息控制櫃；油管電纜將地面動力和控制命令輸送給井下鑽孔機器，並將井下鑽孔機器上的傳感器採集的電信號傳遞給地面，實現地面井下信息互通，智能鑽孔。
作為本發明再進一步的方案：所述油管電纜內芯是地面和井下鑽孔機器的連接電線。
作為本發明再進一步的方案：所述油管電纜外殼是油管，油管電纜外殼由多個短節串聯而成，油管電纜外殼的一端設置在井口，另一端連接至井下鑽孔機器。
一種利用水平井儲層改造設備的改造方法，其主要步驟如下：
1)水平井中輸送鑽孔機器：通過井口裝置首先下放鑽孔機器入施工井眼，在井口對接第一根油管電纜和鑽孔機器，下放油管電纜和鑽孔機器單根油管電纜外殼的距離，在井口對接第二根油管電纜和井下第一根油管電纜，再次下放單根油管電纜外殼的距離，以此類推，根據井深決定串聯的油管電纜數量；當井下鑽孔機器通過水平井的彎曲和水平段時，需要在井口向油管電纜施加向下的壓力，推動鑽孔機器移動，直至施工部位；
2)井下鑽孔作業：地面面板向井下發出命令，第一電機和第二電機旋轉，帶動軟軸和鑽頭旋轉和移動；軟軸軌跡裝置約束軟軸的位置，使鑽頭接觸地層且逐步向地層深入，鑽出孔道；當軟軸進入地層到達設計極限行程後，地面面板向井下發出命令，第一電機反轉，帶動軟軸反向移動，最終將鑽頭從地層拉出，收回到機器中；根據施工任務需要，在井口上提油管電纜，拆卸若干節油管電纜，在另一位置重複鑽孔作業過程；依此可以停留在井下多個位置鑽孔；
3)拉出鑽孔機器：井下鑽孔作業完成後，井口上提油管電纜，依次拆卸各節油管電纜，最終將井下鑽孔機器從井下上提到地面，施工完畢。
與現有技術相比，本發明的有益效果是：
本發明提供了一種環保方法改造地層的石油工藝，利用電機軟軸等技術手段在地層中鑽出多個孔道，形成油氣的流通通道，達到油井增產的目的。相比於傳統水力壓裂，軟軸鑽孔是絕對環保無害的。
本發明採用軟軸鑽孔其對孔洞的深度是可控的，能夠根據油層的厚度，設計鑽出不同深度的流體通道，避免鑽穿油層，使油水層混合，影響油氣後續的開採效率，或者說省去後續堵水的環節，對提高開採時效也是有利的。
附圖說明
圖1為水平井儲層改造設備的結構示意圖。
圖中：1-地面面板，2-油管電纜內芯，3-油管電纜外殼，4-第一電機，5-絲槓螺母裝置，6-第二電機，7-齒輪裝置，8-軟軸軌跡裝置，9-軟軸，10-鑽頭。
具體實施方式
下面結合具體實施方式對本發明的技術方案作進一步詳細地說明。
請參閱圖1，一種水平井儲層改造設備，包括地面面板1、油管電纜和井下鑽孔機器；所述地面面板1安放在地面測井車上；地面面板1通過油管電纜連接至井下鑽孔機器；地面面板1是動力和信息控制櫃；油管電纜將地面動力和控制命令輸送給井下鑽孔機器，並將井下鑽孔機器上的傳感器採集的電信號傳遞給地面，實現地面井下信息互通，智能鑽孔。
本發明利用油管電纜將井下鑽孔機器送入水平井施工段，所述油管電纜包括油管電纜內芯2和油管電纜外殼3，油管電纜外殼3套在油管電纜內芯2的外側；多個油管電纜短接串聯成施工需要的長度；串聯後的油管電纜有剛性，可以承受井口施加的向下壓力，串聯後的油管電纜也有一定柔度，可以通過水平井彎曲軌跡，實現將井下鑽孔設備送入水平井施工段；
所述油管電纜內芯2是地面和井下裝置的連接電線，地面動力和控制命令輸送給井下鑽孔的設備和井下設備傳感器採集的電信號傳遞給地面都是通過油管電纜內芯2傳輸；
所述油管電纜外殼3是油管，油管電纜外殼3由多個短節串聯而成，油管電纜外殼3的一端設置在井口，另一端連接至井下鑽孔機器。
所述井下鑽孔機器包括第一電機4、第二電機6、絲杆螺母裝置5、齒輪裝置7、軟軸軌跡裝置8、軟管9和鑽頭10，第一電機4輸出軸連接至絲槓螺母裝置5的絲槓，槓螺母裝置5的螺母採用直線運動，槓螺母裝置5的螺母推拉軟軸9使其雙向移動；
所述第二電機6的輸出軸連接至齒輪裝置7的輸入軸，齒輪裝置7通過多組齒輪嚙合把一個軸的旋轉變成圓周均布的多軸旋轉，每個旋轉軸連接一根軟軸8，軟軸8安放在軟軸軌跡裝置7的曲線槽中，鑽頭10安裝在軟軸端部。
一種採用水平井儲層改造設備的改造方法，其主要步驟如下：
1)水平井中輸送鑽孔機器：通過井口裝置首先下放鑽孔機器入施工井眼，在井口對接第一根油管電纜和鑽孔機器，下放電纜和鑽孔機器單根油管的距離，在井口對接第二根油管電纜和井下第一根油管電纜，再次下放單根油管電纜的距離，以此類推，根據井深決定串聯的油管電纜數量。當井下鑽孔機器通過水平井的彎曲和水平段時，需要在井口向油管電纜施加向下的壓力，推動鑽孔機器移動，直至施工部位。
2)井下鑽孔作業：地面面板1向井下發出命令，第一電機4和第二電機6旋轉，帶動軟軸9和鑽頭10旋轉和移動。軟軸軌跡裝置8約束軟軸9的位置，使鑽頭10接觸地層且逐步向地層深入，鑽出孔道；當軟軸9進入地層到達設計極限行程後，地面面板1向井下發出命令，第一電機4反轉，帶動軟軸8反向移動，最終將鑽頭10從地層拉出，收回到機器中；根據施工任務需要，在井口上提油管電纜，拆卸若干節油管電纜，在另一位置重複鑽孔作業過程；依此可以停留在井下多個位置鑽孔。
3)拉出鑽孔機器：井下鑽孔作業完成後，井口上提油管電纜，依次拆卸各節油管電纜，最終將井下鑽孔機器從井下上提到地面，施工完畢。
本發明將鑽孔的設備送入水平井施工段的描述採用的是油管電纜。但是爬行器、連續油管、溼接頭等常見水平井輸送方法應用在鑽孔改造地層的石油工藝也在本專利保護範圍。
上面對本發明的較佳實施方式作了詳細說明，但是本發明並不限於上述實施方式，在本領域的普通技術人員所具備的知識範圍內，還可以在不脫離本發明宗旨的前提下作出各種變化。