井下脉动水力压裂组合工具及压裂工艺方法与流程

1.本发明属于油气储层压裂改造技术领域，尤其涉及井下脉动水力压裂组合工具及压裂工艺方法。


背景技术：

2.中国油气供需矛盾突出，2019年石油对外依存度70.8％，天然气对外依存度43％，2020-2030年预测石油平均对外依存度更是高达76.19％，能源安全面临严峻的国际政治风险。水力压裂作为一种广泛采用的油气储层增产改造措施，为石油行业的发展做出了巨大的贡献。然而常规水力压裂往往面临地层漏失严重(裸眼完井、天然裂缝发育)的挑战，这直接导致裂缝内流体压力较低，天然裂缝不易实现剪切滑移，难以有效激活等问题，所以，发展新的水力压裂技术，实现天然裂缝高效激活，更进一步提高储层压裂改造效果，对我国油气资源的高效开发和降低我国油气对外依存度有着重要意义。
3.因此，基于这些问题，提供一种能高效沟通天然裂缝，降低起裂压力，降低地震活动性，取得较好的压裂改造效果的井下脉动水力压裂组合工具及压裂工艺方法，具有重要的现实意义。


技术实现要素：

4.本发明提出一种可高效输送动载液体的油气井井下脉动水力压裂新工艺，将压裂液以动载形式泵入地层，从而在地层内建立起强烈的应力扰动场，降低裂缝剪切强度，使裂缝面经受剪切破坏、疲劳破坏等多重动载破坏作用，释放裂缝尖端应力，从而不断产生微裂缝，并逐渐贯穿、沟通天然裂缝，最终形成大范围的体积缝网。
5.本发明的工艺将脉冲发生器置于井下待压裂层位，提高脉动水力压裂过程中动载液体的输送效率，降低动载液体从动载发生器输送至待压裂层位间的脉动压力衰减，尽可能保证动载液体在到达待压裂层位时具有较高的脉动压力值，以达到高效激活天然裂缝，形成复杂体积缝网的增产改造效果，可望为老井挖潜、非常规油气资源高效开发利用等领域提供一种切实可行的压裂改造新方法。
6.本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
7.井下脉动水力压裂组合工具，所述工具包括压裂管柱、卡瓦、压裂桥塞、滑套、水力脉冲发生器、封隔器；所述封隔器及卡瓦安装在所述压裂管柱上，所述封隔器及卡瓦下方的压裂管柱上设有若干喷嘴，所述滑套安装在所述喷嘴所在位置的压裂管柱内壁上，并能将所述喷嘴挡住避免漏液，所述压裂桥塞安装在所述压裂管柱的底部；
8.所述封隔器及卡瓦与喷嘴之间的压裂管柱上安装所述水力脉冲发生器。
9.进一步的，还包括压裂车组，所述压裂车组通过管线与所述压裂管柱连接。
10.进一步的，所述压裂管柱的井上部分设有油管出口。
11.利用上述的井下脉动水力压裂组合工具进行压裂的压裂工艺方法，包括如下步骤：
12.对待压裂层位进行射孔作业，形成射孔孔眼；
13.将压裂管柱下入指定深度，使压裂管柱的喷嘴所在处位于待压裂层位；
14.坐封压裂管柱上的封隔器，并启动卡瓦锚定压裂管柱，并使得压裂桥塞坐封，并分别检查封隔器和压裂桥塞的封隔效果；
15.使滑套下行，露出喷嘴，向压裂管柱内注入前置液，经过水力脉冲发生器后，产生脉动压力，从而激活天然裂缝，形成体积缝网；
16.向压裂管柱内泵入携砂液，携砂液进一步扩展裂缝，在缝中输送和铺置支撑剂，防止裂缝闭合；
17.向压裂管柱内泵入顶替液，将井筒中的携砂液全部替入储集层裂缝，以免井底沉砂或砂卡井下工具；
18.对压裂管柱进行泄压、解封，起出压裂管柱；
19.重复上述压裂过程直至完成所有井段压裂作业。
20.进一步的，所述封隔器或压裂桥塞的封隔效果检查方法为：打开套管柱的套管出口泄压，并观察压裂管柱内压力，若压裂管柱内压力无明显降低，则说明封隔效果良好；若压裂管柱内压力明显降低，则说明未实现封隔，需重新进行封隔作业。
21.本发明的优点和积极效果是：
22.本发明与现有脉动水力压裂工艺相比，具备以下优点和特点：
23.(1)地面设备简单，施工成本低：
24.现有脉动水力压裂工艺常采用脉动注水泵作为动载发生器，存在地面设备复杂，施工成本过高等问题，而采用水力脉冲发生器作为动载发生器，地面施工设备仅需要常规水力压裂设备即可，极大简化了脉动水力压裂地面设备组成，节省了作业成本；
25.(2)大幅提高动载液体输送效率：
26.现有脉动水力压裂工艺的动载发生器即脉动注水泵常放置在地面，而作业层位即待压裂层位通常处于地下几百米乃至上千米，动载发生器和作业层位之间的距离过远，使得地面产生的动载水在输送至作业层位的过程中，脉动压力衰减严重，故而作用在待压裂层位上的交变载荷不足以激活天然裂缝，难以产生体积缝网，使得脉动水力压裂达不到预期增产改造效果；随着非常规油气和深层油气的开发及增产改造需要，高效激活天然裂缝形成体积缝网和动载液体输送过程中脉动压力衰减严重之间的矛盾越来越剧烈，本发明采用水力脉冲器作为动载发生器，并将其放置在井下，该项工艺的改进，极大的缩短了动载发生器和作业层位之间的距离，提高了动载水输送效率，降低了脉动压力衰减，且避免了井深对动载液体输送效率的影响。
附图说明
27.以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。
28.图1为本发明实施例提供的井下脉动水力压裂组合工具的结构示意图；
29.图2为本发明实施例提供的利用井下脉动水力压裂组合工具进行水力压裂后的结构示意图；
30.图3为本发明实施例提供的利用井下脉动水力压裂组合工具的水力脉冲发生器的结构示意图。
具体实施方式
31.首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本发明的具体结构、特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本发明形成任何限制。此外，在本文所提及各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，仍然可在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或删减，从而获得可能未在本文中直接提及的本发明的更多其他实施例。另外，为了简化图面起见，相同或相类似的技术特征在同一附图中可能仅在一处进行标示。
32.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
33.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
34.如图1、2所示，本实施例提供的井下脉动水力压裂组合工具，所述工具包括压裂管柱7、卡瓦9、压裂桥塞11、滑套12、水力脉冲发生器 14、封隔器15；在下井安装时，所述压裂管柱7套设在套管柱8内部，所述封隔器15及卡瓦9安装在所述压裂管柱7上，所述封隔器15及卡瓦9下方的压裂管柱7上设有若干喷嘴13，所述滑套12安装在所述喷嘴 13所在位置的压裂管柱7内壁上，并能将所述喷嘴13挡住避免漏液，所述压裂桥塞11安装在所述压裂管柱7的底部，用以后续封隔所述压裂管柱7和所述套管柱8之间的环形空间，以形成密闭空间，达到憋压的效果；
35.所述封隔器15及卡瓦9与喷嘴13之间的压裂管柱7上安装所述水力脉冲发生器14。
36.还包括压裂车组1，所述压裂车组通过管线与所述压裂管柱7连接。
37.所述压裂管柱7、套管柱8的井上部分的侧壁上分别设有第一油管出口4、第二油管出口5、第一套管出口3、第二套管出口6。
38.需要说明的是，卡瓦9、压裂桥塞11、滑套12、水力脉冲发生器14、封隔器15均可通过现场需求采用现有产品，例如，压裂桥塞11可采用可钻压裂桥塞；在本实施例中，水力脉冲发生器14采用的是现有产品，如图3所示。
39.利用井下脉动水力压裂组合工具进行压裂的压裂工艺方法，包括如下步骤：
40.施工作业前，地面设备和入井压裂组合工具均已组装完毕，且各阀门均处于关闭状态；
41.利用常规射孔技术在待压裂层位射孔，形成射孔孔眼10；
42.将包含水力脉冲发生器的压裂管柱串下入指定深度，确保压裂工具位于待压裂层位；
43.通过高压泵向压裂管柱内泵入高压液体，使得封隔器坐封，并启动卡瓦锚定压裂管柱；待封隔器坐封后，继续从压裂管柱内泵入高压液体，在压力作用下，使底部压裂桥塞
坐封；
44.打开套管柱上的套管出口，观察压裂管柱内压力变化情况，检查环空封隔器和底部压裂桥塞的封隔效果；若压裂管柱内压力无明显降低，则说明油套环空封隔效果良好；若压裂管柱内压力明显降低，则说明油套环空未实现封隔，需重新进行封隔作业；
45.缓慢打开压裂管柱的油管出口泄压，直至压裂管柱完全敞开；
46.向压裂管柱内投球，球体坐封于滑套上部球座，封堵滑套流道，通过高压泵向压裂管柱内泵入高压前置液，当压力达到一定程度后，剪断限位销钉，滑套下行，露出喷嘴，当泵压出现骤降，表明喷嘴已露出，向压裂管柱内注入前置液，经过水力脉冲发生器后，产生脉动压力，致使岩体在交变载荷作用不断产生微裂缝并逐渐贯穿、沟通天然裂缝，最终形成体积缝网；
47.向压裂管柱内泵入携砂液，携砂液进一步扩展裂缝，在缝中输送和铺置支撑剂，防止裂缝闭合；
48.向压裂管柱内泵入顶替液，将井筒中的携砂液全部替入储集层裂缝，以免井底沉砂或砂卡井下工具；
49.对压裂管柱进行泄压、解封，起出压裂管柱；
50.重复上述过程直至完成所有井段压裂，即，再从对待压裂层位进行射孔作业，形成射孔孔眼开始，进行下一个待压裂层位的压裂；
51.等所有井段完成压裂，下入磨铣钻头，钻开压裂桥塞，循环洗井，完成整套脉动水力压裂施工。
52.以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。