壓裂四聯作工藝技術的製作方法

2023-08-01 12:20:46 1

專利名稱：壓裂四聯作工藝技術的製作方法
技術領域：
本發明涉及石油勘探開發試油工程技術領域，特別涉及一種採用一趟井下管柱，完成射孔、測試、壓裂、泵液四項工序的工藝方法。
背景技術：
目前，在石油勘探開發中，水力壓裂是改造油氣層措施的常規、最有效的方法之一。一般情況下，水力壓裂實施層的原始產能較低，壓後依靠自身能量連續自噴的較少。大部分井在壓裂後，必須通過汽化水排液、液氮排液等來完成排液工作。壓裂與排液工序分別進行。這些常規排液方法不但排液時間長、費用高，而且由於施工時泵壓高，使井筒液體容易被壓入地層，對地層造成傷害。如果壓裂後起出壓裂管柱再下射流泵管柱，最少需用24小時。在這24小時的時間內，未排出的壓裂殘液在地層中產生沉澱，對地層造成更大汙染。工程技術人員研究了一種在一趟壓裂管柱上，帶有射流泵和封隔器。如中國專利公開號為CN1556304A，名稱為地層酸化或壓裂與射流泵聯作排液工藝系統。這種壓裂管柱的組合酸化或壓裂完成後，即可從油管或鑽杆內投入射流泵泵芯完成排液，還可以攜帶壓力計和取樣器。好處是連續且快速的完成排液工作。連續快速排液，提高了工作效率，避免了油層汙染，而高壓強抽汲功能又對地層具有良好的解堵作用。另外，中國專利公開號為CN1458388A，名稱為射孔和地層測試與射流泵三聯作排液工藝系統。這種射孔、地層測試與射流泵三聯作技術，提高了工作效率，避免地層二次汙染。
目前的井下施工技術，僅能做到壓裂與射流泵排液二聯作，或者僅能完成測試、壓裂、射流泵排液三聯作。長期以來，工程技術人員希望並設想一趟井下管柱能完成射孔、測試、加砂壓裂、射流泵排液四項工序。但是，由於帶槍壓裂存在壓裂時傳砂和懸掛槍體之間的矛盾問題，所以，工程技術人員長期希望的一趟井下管柱完成射孔、測試、加砂壓裂、射流泵排液四項工序，未能真正實現。這樣，帶槍壓裂也曾被一些人業內士斷言是不可能實現的。

發明內容
本發明的目的在於提供一種壓裂四聯作工藝技術，採用一趟井下管柱，完成射孔、測試、加砂壓裂和射流泵排液四項工序。壓裂後能連續快速排液，提高工作效率，避免油層汙染。提高油氣產能，真實體現出地層產能的本來面貌。另一個目的是設計懸掛導流器和丟槍裝置，解決壓裂時傳砂和懸掛槍體之間的矛盾問題，克服管柱內徑小，管柱底部連接射孔槍，不適合有顆粒的加砂壓裂施工的不足，解決帶槍壓裂問題。實現長期以來工程技術人員渴望的射孔、測試、加砂壓裂和射流泵排液四聯作。
本發明是這樣實現的壓裂四聯作工藝過程是A、首先採用汽化水或氣舉方式形成負壓狀態，降低井筒液面深度，一般為試油層深度的1/2～2/3。
B、在地面按順序聯接好壓裂四聯作工藝管柱，用壓裂油管輸送至井內。
C、測伽瑪和放磁曲線，進行射孔前定位，使射孔槍對準射孔層，允許誤差±20cm。
D、調整井口油管短節，安裝採油樹，從井口投入射孔棒撞擊點火頭，引爆射孔槍。
E、投帶壓力計的測試芯子，然後下試井壓力計監測射孔後，井內液面上升，壓力計在井內停留4-8小時後，起出壓力計，讀取產量，並觀察油氣顯示。
F、卸掉採油樹，上提管柱，完成壓裂深度，座封封隔器，清水洗井，落實油水量，並取油氣水樣品各三支。
G、關井測壓力恢復，測取地層參數，為下步壓裂施工提供數據。
H、撈出測試芯子，投試壓泵芯，對封隔器進行密封試壓，試壓在20MPa以內。
I、清水洗出試壓泵芯，從井口投鋼球，待鋼球落入丟槍裝置的限位套內孔上端的球座後，井口蹩壓20MPa，壓力降低丟槍成功。
J、按加砂壓裂施工設計要求進行加砂壓裂施工。
K、試壓後放噴，停噴後投測試芯子和泵芯，泵排求產。泵排施工順序首先地面泵排流程試壓25-30MPa，地面活塞泵開始工作即從油管打入動力液，油套環空流出攜帶地層液體的混合液，經地面罐分離計量後獲取油水產量；L、洗出泵芯，進行洗壓井，卸採油樹裝封井器，起出井內壓裂四聯作管柱，結束施工。
為了對比措施效果，壓裂前測一次地層壓力恢復，壓裂後泵排結束再測一次地層壓力恢復。
為實現壓裂四聯作工藝，所採取的壓裂四聯作管柱連接結構，自下而上是壓力釋放裝置、槍身、點火頭、丟槍裝置和懸掛導流器、軸徑向減震器、封隔器、可投撈式測試裝置、託砂皮碗、射流泵、定位短節和油管。
在壓裂四聯作工藝過程中，連接管柱、座封封隔器、封隔器試壓、加砂水力壓裂、反洗井、射孔前定位和射孔工作，在本專業一般技術人員指導下，作業工人能完成施工。
懸掛導流器的結構是上接頭有下部外螺紋，上接頭內有上部內螺紋和下部內螺紋，在上接頭下部外螺紋上連接有屏蔽筒，屏蔽筒外徑為95-120毫米，長度280-350毫米，上接頭下部內螺紋上連接有懸掛導砂管，懸掛導砂管的內徑為54-76毫米，長度為280-340毫米，懸掛導砂管的壁上有導砂孔，懸掛導砂管下端有外螺紋，在屏蔽筒與懸掛導砂管之間形成20-30毫米的環形導砂通道。
懸掛導砂管壁上導砂孔的形狀為長條形，長度為150-180毫米，寬度為12-16毫米，數量為2-4個。
懸掛導流器的效果是當高壓高速的壓裂液進入導流管，首先通過導砂孔進入導砂管與屏蔽筒之間的導砂通道，然後向下進入環形空間，到達壓裂地層。屏蔽筒起到了阻擋強大的高壓壓裂液衝擊，保護周圍套管不被損傷，保障帶槍壓裂能夠實現的意想不到效果。
丟槍裝置的結構是外殼內有限位套，限位套與外殼之間滑動配合，限位套與外殼之間有密封圈，限位套與外殼之間由剪切銷連接，限位套內孔上端為錐面，錐面能與鋼球配合併密封，在限位套與外殼之間有卡爪，卡爪連接下接頭，卡爪和下接頭也可以為一個整體。下接頭與外殼下部內孔滑動配合，滑動配合面有密封圈，外殼下部有防轉銷，防轉銷固定外殼與下接頭，下接頭下部有外螺紋，可以連接射孔槍。
剪切銷的剪斷壓力為15-20MPa，剪切銷的數量在3-6個，防轉銷的數量為2-4個。
丟槍裝置下部連接射孔槍。在射孔槍完成射孔後，從井口投入鋼球，鋼球落到限位套上部斜錐面以後，從井口加壓剪斷剪切銷，剪切銷的剪斷壓力為15-20MPa。剪切銷的數量在3-6個。壓力推動限位套向下運動，並推動下接頭上的卡爪。連接在丟槍裝置下部的射孔槍串在重力和壓力推動下釋放到井底。釋放射孔槍前內徑小，釋放射孔槍後內徑增加，釋放射孔槍後才有可能能實現加砂壓裂及各項鋼絲繩作業。產生了確保帶槍壓裂施工安全的意想不到效果。
釋放射孔槍後可進行加砂壓裂及各項鋼絲繩作業；各種射孔方式均可配合使用；不受射孔時間限制。
本發明的有益效果壓裂聯作工藝技術克服了以往的壓裂施工由於壓後返排不及時造成壓裂殘液在地層中沉澱而堵塞孔道，形成一種新的地層汙染，降低壓裂效果的不足。壓裂聯作技術能夠實現不間斷排液，在24小時左右，提高壓後返排速度50％以上。此技術已在三口井次分別投入試用，均獲得成功，節約工程費用160.0多萬元。其中G90X1井，產量由壓前的日產油1.58噸提高到日產油12.0噸，增加預測地質儲量100多萬噸。另外，經資料解釋表皮係數為0，說明地層沒有受到汙染。這項新技術還能在一趟管柱中同時完成射孔、測試、加砂壓裂、射流泵排液四項工序。另外，克服了原有技術中管柱內徑小，管柱底部連接著射孔槍，不適合有顆粒的加砂壓裂施工的不足。並且也可以進行酸化等無固體處理液的施工。
本發明在試油、壓裂作業中，施工工藝和管柱結構設計有較大的改進，解決了施工管柱內徑小，壓裂管柱底部不適合連接射孔槍，壓裂施工管柱與射孔槍之間的矛盾。解決了帶槍壓裂難題，實現了長期以來工程技術人員渴望實現的射孔、測試、加砂壓裂和射流泵排液四聯作；打破了某些業內人士所作的帶槍壓裂是不可能實現的錯誤論斷。使其更具有實用性，完全符合石油井下壓裂作業的需要並產生了好用及實用的效果。是一項新穎、進步、實用的新設計。
下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。


附圖1為本發明壓裂四聯作管柱連接結構示意圖。是實施例的壓裂四聯作管柱結構示意圖。
附圖2為本發明壓裂四聯作管柱的懸掛導流器(5)結構示意圖。是實施例的懸掛導流器(5)結構示意圖。
附圖3為本發明壓裂四聯作管柱的丟槍裝置(4)結構示意圖。是實施例的丟槍裝置(4)結構示意圖。
圖中，1.壓力釋放裝置，2.射孔槍，3.點火頭，4.丟槍裝置，5.懸掛導流器，6.軸徑向減震器，7.P-T封隔器，8.可投撈式測試裝置，9.託砂皮碗，10.射流泵，11.定位短節，12.油管，13.上接頭，14.屏蔽筒，15.懸掛導砂管，16.導砂孔，17.導砂通道，18.外殼，19.鋼球，20.限位套，21.剪切銷，22.密封圈，23.卡爪，24.密封圈，25.防轉銷，26.下接頭。
具體實施例方式
實施例井號G88井施工日期2005年10月20日-11月5日2005年10月17日至19日注灰封層，探灰面深度3040.53米，汽化水負壓2000米。20日下壓裂四聯作管柱，21日投棒射孔，下壓力計測液面恢復，折日產油14.29噸，上提油管坐封封隔器，完成洗井、測試、泵排及壓裂管柱，其中射流泵下深2901.18米，測試裝置下深2902.63米，封隔器下深2903.8米，懸掛導流器下深2955.8米。10月22日洗井出油7.3立方米。
2005年10月23日對封隔器試壓20MPa合格，射流泵排液求產，泵壓20MPa日產油11.31，26日配酸及壓裂液，27日14:30-18:50進行酸化和壓裂施工，用20％鹽酸60立方米，施工時泵壓47MPa，排量3.0立方米/分鐘，酸後放噴和反洗井。壓裂用液量249.8立方米，泵壓45MPa，填砂21立方米，排量42立方米/分鐘，壓後放噴、洗井。射流泵排液求產，泵排至31日結束，累計出油49.84立方米，排出壓裂殘液68立方米，泵壓25MPa日產油27.8立方米。11月1日至3日井口加壓5MPa關井測壓力恢復，結束本層試油工作。
G88井壓裂四聯作工藝過程1、10月20日首先採用汽化水或氣舉方式形成負壓狀態，降低井筒液面深度，是試油層深度的2/3。
2、10月21日在地面按順序聯接好壓裂四聯作工藝管柱。
參閱附圖3。自下而上是壓力釋放裝置(1)外徑102毫米，內徑72毫米，長度3000毫米，下至井深3018.8米。射孔槍(2)外徑89毫米，彈型89彈，下至井深3005.7-3015.8米。點火頭(3)外徑93毫米，內徑24毫米毫米，長度600毫米，下至井深3004.76米。丟槍裝置(4)和懸掛導流器(5)外徑112毫米，內徑54毫米，長度550毫米，下至井深3006.99米。軸徑向減震器(6)分別為外徑102毫米、127毫米；內徑48毫米、40毫米，長度1165毫米、494毫米，下至井深2955.72米。P-T封隔器(7)外徑118毫米，內徑45毫米，長度1200毫米，下至井深2951.37米。可投撈式測試裝置(8)外徑110毫米，內徑56毫米，長度900毫米，下至井深2950.82米。託砂皮碗(9)外徑128毫米，內徑55毫米，長度560毫米，下至井深2950.12米。滑套射流泵(10)外徑110毫米，內徑64毫米，長度1120毫米，下至井深2949.37m。定位短節(11)外徑89毫米，內徑76毫米，長度1500毫米，下至井深2909.0米。油管(12)外徑89毫米，內徑76毫米。全部採用螺紋連接。用油管(12)輸送至井內。
3、10月22日測伽瑪和放磁曲線，進行射孔前定位，使射孔槍(2)對準射孔層，誤差+10釐米。
4、10月22日調整井口油管短節，安裝採油樹，從井口投入射孔棒撞擊點火頭(3)，引爆射孔槍(2)。
5、10月22日投帶壓力計的測試芯子，然後下試井壓力計監測射孔後，井內液面上升，壓力計在井內停留6小時後，起出壓力計，讀取產量，並觀察油氣顯示。
6、10月23日卸掉採油樹，上提管柱，完成壓裂深度，座封P-T封隔器(7)，清水洗井，落實油水量，並取油氣水樣品各三支。
7、10月23-25日射流泵排液求產。
8、10月25日撈出測試芯子，投試壓泵芯，對P-T封隔器(7)進行密封試壓20MPa。
9、10月26日按加砂壓裂施工設計要求進行加砂壓裂施工。
10、10月27-31日試壓後放噴，停噴後投測試芯子和泵芯，泵排求產(地面流程試壓25MPa、依靠地面活塞泵從油管進環空出循環動力液、地面罐計量求產獲取油水量)。
11、11月1-4日關井測壓力恢復，井口加壓5MPa。
12、11月5日洗出泵芯，進行洗壓井，卸採油樹裝封井器，起出井內壓裂四聯作管柱，結束施工。
懸掛導流器(5)實施例參閱附圖2。懸掛導流器(5)的結構是上接頭(13)有下部外螺紋，上接頭(13)內有上部內螺紋和下部內螺紋，在上接頭(13)下部外螺紋上連接有屏蔽筒(14)，屏蔽筒(14)外徑112毫米，長度325毫米，上接頭(13)下部內螺紋上連接有懸掛導砂管(15)，懸掛導砂管(15)的內徑為63毫米，長度為310毫米，懸掛導砂管(15)的壁上有導砂孔(16)，懸掛導砂管(15)下端有外螺紋，在屏蔽筒(14)與懸掛導砂管(15)之間形成26毫米的環形導砂通道(17)。懸掛導砂管(15)壁上導砂孔(16)的形狀為長條形，長度為168毫米，寬度為14毫米，數量為3個。
丟槍裝置(4)實施例參閱附圖3。丟槍裝置(4)的結構是外殼(18)外徑93毫米，內有限位套(20)，限位套(20)與外殼(18)之間滑動配合。限位套(20)與外殼(18)之間有密封圈(22)。限位套(20)與外殼(18)之間由剪切銷(21)連接，剪切銷(21)的數量在3個，剪切銷(21)的總剪斷壓力為15-20MPa。限位套(20)內孔上端為錐面，投球憋壓時錐面能與鋼球(19)配合併密封。鋼球(19)直徑為41.3毫米。在限位套(20)與外殼(18)之間有卡爪(23)，下接頭(26)與卡爪(23)為一個整體。下接頭(26)與外殼(18)下部內孔滑動配合，滑動配合面有密封圈(24)，外殼(18)下部有2個防轉銷(25)。防轉銷(25)固定外殼(18)與下接頭(26)，下接頭(26)下部有外螺紋。丟槍裝置(4)的耐壓為70MPa。釋放丟槍前的通徑為38毫米；釋放丟槍後的通徑為60毫米。丟槍後的通經是丟槍前的2.49倍，能保障壓裂安全。
權利要求
1.一種壓裂四聯作工藝技術，其特徵在於A、首先採用汽化水或氣舉方式形成負壓狀態，降低井筒液面深度，一般為試油層深度的1/2～2/3；B、在地面按順序聯接好壓裂四聯作工藝管柱，用壓裂油管(11)輸送至井內；C、測伽瑪和放磁曲線，進行射孔前定位，使射孔槍(2)對準射孔層，允許誤差±20cm；D、調整井口短節，安裝採油樹，從井口投入射孔棒撞擊點火頭(3)，引爆射孔槍(2)；E、投帶壓力計的測試芯子，然後下試井壓力計監測射孔後，井內液面上升，壓力計在井內停留4-8小時後，起出帶壓力計的測試芯子，讀取產量，並觀察油氣顯示；F、卸掉採油樹，上提管柱，完成壓裂深度，座封封隔器(7)，清水洗井，落實油水量，並取油氣水樣品各三支；G、關井測壓力恢復，測取地層參數，為下步壓裂施工提供數據；H、投試壓泵芯，對封隔器(7)進行密封試壓，試壓在20MPa以內；I、清水洗出試壓泵芯，從井口投鋼球(19)，待鋼球(19)落入丟槍裝置(4)的限位套(20)內孔上端的球座後，井口蹩壓20MPa，壓力降低丟槍成功；J、按加砂壓裂施工設計要求進行加砂壓裂施工；K、試壓後放噴，停噴後投測試芯子和泵芯，射流泵(10)排液求產。泵排施工順序首先地面泵排流程試壓25-30MPa，地面活塞泵開始工作即從油管(12)打入動力液，油套環空流出攜帶地層液體的混合液，經地面罐分離計量後獲取油水產量；L、洗出泵芯，進行洗壓井，卸採油樹裝封井器，起出井內壓裂四聯作管柱，結束施工；壓裂四聯作管柱連接結構，自下而上是壓力釋放裝置(1)、射孔槍(2)、點火頭(3)、丟槍裝置(4)、懸掛導流器(5)、軸徑向減震器(6)、封隔器(7)、可投撈式測試裝置(8)、託砂皮碗(9)、射流泵(10)、定位短節(11)和油管(12)。
2.根據權利要求1所述的壓裂四聯作工藝技術，其特徵在於壓裂前測一次地層壓力恢復，壓裂後泵排結束再測一次地層壓力恢復。
3.根據權利要求1所述的壓裂四聯作工藝技術，其特徵在於所使用的懸掛導流器(5)的結構是上接頭(13)有下部外螺紋，上接頭(13)內有上部內螺紋和下部內螺紋，在上接頭(13)下部外螺紋上連接有屏蔽筒(14)，屏蔽筒(14)外徑為95-120毫米，長度280-350毫米，上接頭(13)下部內螺紋上連接有懸掛導砂管(15)，懸掛導砂管(15)的內徑為54-76毫米，長度為280-340毫米，懸掛導砂管(15)的壁上有導砂孔(16)，懸掛導砂管(15)下端有外螺紋，在屏蔽筒(14)與懸掛導砂管(15)之間形成20-30毫米的環形導砂通道(17)。
4.根據權利要求3所述的壓裂四聯作工藝技術，其特徵在於懸掛導砂管(15)壁上導砂孔(16)的形狀為長條形，長度為150-180毫米，寬度為12-16毫米，數量為2-4個。
5.根據權利要求1、2、3或4所述的壓裂四聯作工藝技術，其特徵在於所使用的丟槍裝置(4)的結構是外殼(18)內有限位套(20)，限位套(20)與外殼(18)之間滑動配合，限位套(20)與外殼(18)之間有密封圈(22)，限位套(20)與外殼(18)之間由剪切銷(21)連接，限位套(20)內孔上端為錐面，錐面能與球(19)配合併密封，在限位套(20)與外殼(18)之間有卡爪(23)，卡爪(23)連接下接頭(26)，下接頭(26)與外殼(18)下部內孔滑動配合，滑動配合面有密封圈(24)，外殼(18)下部有防轉銷(25)，防轉銷(25)固定外殼(18)與下接頭(26)，下接頭(26)下部有外螺紋。
6.根據權利要求5所述的壓裂四聯作工藝技術，其特徵在於丟槍裝置(4)的剪切銷(21)的剪斷壓力為15-20MPa，剪切銷(21)的數量在3-6個，防轉銷(25)的數量為2-4個。
7.根據權利要求5所述的壓裂四聯作工藝技術，其特徵在於丟槍裝置(4)的下接頭(26)與卡爪(23)為一個整體。
8.根據權利要求1、2、3或4所述的壓裂四聯作工藝技術，其特徵在於射流泵(10)採用滑套射流泵(10)。
全文摘要
採用一趟井下管柱，能完成射孔、測試、壓裂、射流泵排液四項工序的工藝方法。壓裂四聯作工藝技術特徵是聯接管柱送至井內、定位射孔、投測試芯求產並洗井、關井測壓力、撈測試芯、試壓、加砂壓裂、放噴、泵排求產、洗出泵芯、洗壓井、起出管柱，結束施工。效果是本技術能在一趟管柱中同時完成射孔、測試、加砂壓裂、射流泵排液四項工序，主要解決壓裂後快速返排問題，能夠實現不間斷排液，提高工作效率，避免油層汙染。
文檔編號E21B43/26GK1818328SQ20061006543
公開日2006年8月16日 申請日期2006年3月24日 優先權日2006年3月24日
發明者郭秀庭, 何炳振, 周建生, 吳永平 申請人:中國石油天然氣股份有限公司