專利名稱：磨料射流井下射孔、割縫分層壓裂的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種在直井中分層壓裂或水平井中分段壓裂的方法及裝置， 尤其是一種利用磨料射流進行井下射孔、割縫分層壓裂的方法及裝置。本發(fā)明
特別適用于石油、天燃?xì)忾_采領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
1947年，在美國KANSAS西南部的HUGOTON氣田的一口垂直井中首次實施 了水力壓裂增產(chǎn)技術(shù)，經(jīng)過了近半個世紀(jì)的發(fā)展，特別是上世紀(jì)80年代末以來， 在壓裂設(shè)計、壓裂液和添加劑、支撐劑、壓裂設(shè)備和監(jiān)測儀器以及裂縫監(jiān)測等 方面都獲得了迅速的發(fā)展，使水力壓裂技術(shù)在縫高控制技術(shù)、高滲層防砂壓裂、 重復(fù)壓裂、深穿透壓裂以及大砂量多級壓裂等方面都出現(xiàn)了新的突破?，F(xiàn)在水 力壓裂技術(shù)作為油水井增產(chǎn)增注的主要措施，己廣泛應(yīng)用于低滲透油氣田的開 發(fā)中。
近年來，國內(nèi)外的專家學(xué)者雖在壓裂液、支撐劑、壓裂工藝等方面取得了 長足進展，但水力壓裂的基本工藝并未發(fā)生根本變化，即地面籠統(tǒng)加壓，在 井下地層形成裂縫，裂縫起裂位置及方向難以控制。特別在壓裂裸眼水平井時， 大的井壁暴露面積會造成大量壓裂液漏失，井下有天然裂縫時這種情況更為嚴(yán) 重；同時，由于壓裂液的活塞效應(yīng)，壓裂裸眼水平井時往往只在井眼端部開裂，
很大程度上降低了壓裂效果。因此，直井分層壓裂和水平井段分段壓裂是目前
壓裂增產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展方向。目前，現(xiàn)場常用的分層(段)壓裂方法主要有限 流法壓裂、暫堵劑分層壓裂、機械封隔器分層壓裂、填砂分層壓裂等。限流法 壓裂要求的射孔密度較低，將會妨礙射孔對有效井筒半徑的擴大；作業(yè)期間，
在射孔通道和裂縫入口處可能出現(xiàn)過大的壓力降，并會影響攜砂壓裂液在層間的分布；限流法進行射孔提供的裂縫入口面積較小，在返排和生產(chǎn)期間，易使
支撐劑返出。在裸眼水平井壓裂時，最簡單的隔離方法是使用暫堵劑，暫堵劑 可以用巖鹽、苯甲酸片或樟腦丸等。但這種方法最大的問題是難以控制沿井筒
的裂縫起裂點之間的距離；另一個重要的問題是在暫堵階段對裂縫在近井地帶 的支撐劑的充填無法控制。在套管井可以實施封隔器分層或分段壓裂工藝，但 是，施工完一個層位后，封隔器常常發(fā)生砂卡，導(dǎo)致井下事故。填砂分層壓裂 的問題是施工周期過長。
中國專利申請第200510072121.8號，公開了一種"水平井壓裂方法"，該 方法主要的缺陷在于在水平井段無法控制裂縫起裂位置、不能實現(xiàn)分段壓裂。 此外，通過階梯降排量分析孔眼摩阻、由此判斷進液孔數(shù)，這在現(xiàn)場施工中難 以操作，從而導(dǎo)致投入的暫堵劑數(shù)量不準(zhǔn)，不能有效封堵已經(jīng)壓開的裂縫；再 者，封堵劑的工作可靠性也會嚴(yán)重影響對已壓開裂縫的封堵效果。
近年來，我國高壓水射流技術(shù)不斷發(fā)展，在切割、破巖、鉆孔等方面都取 得了長足進步。如中國專利公開號CN100999989A中，公開了一種高壓水射流深 穿透射孔及輔助壓裂方法及其裝置，該申請即為本案申請人的先申請，上述申 請的基本原理是在一定粘度的流體中加入一定比例的磨料(常用石英砂)，從而 形成磨料射流，由地面泵車加壓至30-40MPa，通過油管輸送到井下的射孔裝置 及噴嘴(該裝置可以根據(jù)需要確定層位和方位)，在地層射出深度為0.78-1.09 米、直徑20mm左右的清潔孔道；或者移動管柱及噴嘴，在井下實現(xiàn)割縫。該技 術(shù)的優(yōu)點主要有穿透深度大于常規(guī)射孔；不會造成象常規(guī)射孔那樣的油層壓 實傷害；開孔的孔徑較大；可以根據(jù)分層和地應(yīng)力的要求，有選擇的定向射孔 和割縫。該技術(shù)已在現(xiàn)場應(yīng)用了 IO多口井，施工效果良好。本發(fā)明就是在此基 礎(chǔ)上提出的進一步的新的技術(shù)解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述公知技術(shù)中存在的油田直井或水平井中分層或分段壓裂問
7題，本發(fā)明提供一種磨料射流井下射孔、割縫分層壓裂的方法，該方法包括如 下步驟
(1) 通過油管將磨料射流噴射裝置送入到井內(nèi)規(guī)定層位；
(2) 通過油管向磨料射流噴射裝置供給加壓的射孔液，由所述噴射裝置的 噴嘴向所述套管側(cè)壁和地層高速噴射所述射孔液，在地層中形成孔眼；
(3) 向所述孔眼內(nèi)泵入壓裂液，使所述孔眼內(nèi)的地層形成壓裂裂縫；
(4) 完成一個層位的壓裂后，將所述磨料射流噴射裝置移動到另一規(guī)定層 位，重復(fù)步驟(1)至(3)。
本發(fā)明還提供一種實現(xiàn)上述方法的磨料射流噴射裝置，所述磨料射流噴射 裝置具有噴射磨料射流的噴槍，所述噴槍上設(shè)有至少兩個噴嘴；所述噴槍與油 管相連接。
本發(fā)明的磨料射流井下射孔、割縫分層壓裂的方法是集射孔、壓裂、隔離 一體化的新型增產(chǎn)措施，實施過程中，不需要現(xiàn)場額外準(zhǔn)備材料和地面設(shè)備， 在基液中加入常規(guī)壓裂作業(yè)中使用的磨料和支撐劑即可實現(xiàn)本發(fā)明的射流成孔 和后續(xù)的分層壓裂作業(yè)。在作業(yè)過程中，噴射進入地層孔眼的流體在壓裂開地 層前要返回井筒，返回的流體在套管壁面孔眼處起到了 "水力密封環(huán)"的作用， 致使孔眼內(nèi)壓力將高于環(huán)空壓力，因此，只有在噴射位置的孔眼內(nèi)裂縫才可能 最先起裂、擴展，支撐劑此時將沿著起裂的裂縫進入地層，即實現(xiàn)地層中的裂 縫僅在水力噴射形成的孔眼位置破裂、擴展，但在其它層位由于環(huán)空壓力低于 地層起裂壓力，裂縫將不再開裂、擴展。由于下入一次磨料射流噴射裝置即可 實現(xiàn)一口井中多個層位的壓裂，且能夠達(dá)到較為精確的定點分層壓裂，可以根 據(jù)需要控制每個層位的壓裂規(guī)模，避免了壓裂的盲目性，達(dá)到了節(jié)約壓裂成本、 提高壓裂效果的目的，進而節(jié)約了投資。同時，本發(fā)明不需機械封隔器，避免 了常規(guī)分層壓裂中下入機械封隔器可能帶來的砂卡問題，降低了作業(yè)風(fēng)險。
本發(fā)明的磨料射流噴射裝置，結(jié)構(gòu)簡單，易于組裝和維修；裝置中的關(guān)鍵 部件(噴嘴)壽命較長，可以滿足射孔和壓裂兩項作業(yè)的要求。由于設(shè)置了單
8向閥和篩管，使噴射裝置的噴嘴被砂卡的現(xiàn)象大大降低，同時當(dāng)裝置出現(xiàn)砂卡故障時，能夠向套管環(huán)空內(nèi)泵入基液，使基液由篩管經(jīng)單向閥進入噴射裝置內(nèi)，方便對裝置進行沖洗，即能夠通過反洗井而確保作業(yè)順利進行。由于無需封隔器，減化了施工設(shè)備。
本發(fā)明的成孔、壓裂方法和裝置，克服了公知技術(shù)存在的缺陷，把磨料射流成孔和壓裂結(jié)合起來，能夠較為精確的在直井中分層或在水平井段分段壓裂。
我國低滲透石油資源量約為210. 7X108噸，占總資源量的22.4%，其中中油股份公司已經(jīng)探明的未動用儲量就高達(dá)32X108噸，占總探明儲量的50%以上，扣除各種不確定因素后，低滲透己探明未動用儲量至少為26乂108噸儲量；勝利油區(qū)低滲透油藏已探明儲量就有4X108"t，其中僅3.56X 108t得到了動用，動用儲量的采出程度僅有13%左右。低滲透地質(zhì)儲量較多的有新疆、大慶、勝利、吉林、遼河、大港、中原、延長、長慶等油區(qū)，特別是近幾年來新疆準(zhǔn)葛爾盆地新發(fā)現(xiàn)的小拐油田和瑪北油田是典型的低滲透油田。低滲透油田釆收率相對較低，如果依靠天然能量開采，特低滲透油田采收率一般在10%以下，注水開發(fā)油田采收率為20% 25%。壓裂改造是開發(fā)低滲透油田最根本的工藝技術(shù)。因此，開發(fā)新型高效的壓裂技術(shù)，將對提高油氣這一重要戰(zhàn)略資源的產(chǎn)量具有重大意義。


以下附圖僅旨在于對本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中，
圖1是本發(fā)明的磨料射流井下射孔、割縫分層壓裂方法的流程圖2是本發(fā)明的磨料射流噴射裝置的結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明的磨料射流噴射裝置的噴槍結(jié)構(gòu)示意圖4是本發(fā)明的磨料射流噴射裝置的預(yù)壓力單向閥的結(jié)構(gòu)示意圖5是本發(fā)明的磨料射流噴射裝置的噴嘴壓帽結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照

本發(fā)明的具體實施方式
。
請參見圖1，本發(fā)明的磨料射流井下射孔、割縫分層壓裂方法，包括如下步驟
(1) 通過油管將圖2所示的磨料射流噴射裝置送入到井內(nèi)規(guī)定層位；
(2) 通過油管1向磨料射流噴射裝置供給加壓的射孔液，由所述噴射裝置的噴嘴向所述套管側(cè)壁和地層高速(例如，噴嘴出口流速不低于230米/秒)噴射所述射孔液，在地層中形成孔眼；
(3) 向所述孔眼內(nèi)泵入壓裂液，使所述孔眼內(nèi)的地層形成壓裂裂縫；
(4) 完成一個層位的壓裂后，將所述磨料射流噴射裝置移動到另一規(guī)定層位，重復(fù)步驟(1)至(3)，實現(xiàn)分層壓裂。本發(fā)明適用于套管直井或水平井。
其中，所述步驟(2)中所述的射孔液內(nèi)加入有磨料；優(yōu)選的是，所述磨料占所述射孔液5 — 10%的體積百分比；所述磨料可采用石英砂或陶粒，粒徑以20—40目為最佳。
在所述步驟(2)的噴射過程中，在噴嘴直徑不變的條件下，通過改變地面供給的射孔液的流量而使所述油管內(nèi)的壓力隨之改變，實現(xiàn)油管的伸長量的變化，所述油管長度的變化量和油管內(nèi)的壓力成正比。在所述油管的伸長量變化過程中，所述噴嘴的位置也隨著油管的移動而沿井深方向往復(fù)移動(在水平井中，則通過改變射孔液的流量，使噴嘴的位置隨著油管的移動而沿井長方向前后往復(fù)移動)，由此在套管及地層中形成割縫，從而能夠增加壓裂液通過套管壁的過流面積、減小流動阻力。
在完成步驟(2)的形成孔眼作業(yè)后，停止射孔液的噴射，向噴射裝置供給基液，關(guān)閉所述油管與套管之間的環(huán)空，之后進行步驟(3)的作業(yè)。
優(yōu)選的實施方式是，所述步驟(3)進一步包括a、 向噴射裝置供給前置液，壓裂地層形成裂縫；
b、 根據(jù)當(dāng)前層位的壓裂規(guī)模，即現(xiàn)場根據(jù)生產(chǎn)需要、確定當(dāng)前層位應(yīng)該泵 入的壓裂液量，通過油管向噴射裝置供給攜有支撐劑的壓裂液，同時向油管與 套管之間的環(huán)空泵送基液，并維持環(huán)空壓力略低于地層起裂壓力，以免壓開噴 射裝置所處層位以外的其它地層；
c、 泵注壓裂液之后，地面人員停止加入支撐劑，通過倒換閥門，即關(guān)閉裝 有壓裂液的罐、同時打開裝有基液的罐，為泵車供給基液，接著向噴射裝置泵 入基液，將所述壓裂液擠入(頂替入)地層。
其中，在所述分層壓裂過程中使用的壓裂液，以支撐劑占壓裂液30%的體 積百分比為最佳。且優(yōu)選所述支撐劑為陶粒，其粒徑為20-40目。
在所述步驟(3)的噴射過程中，高速流體(基液或壓裂液)通過套管壁、水 泥環(huán)以及地層孔眼端部后，勢必要返回環(huán)空。由于套管壁面上的孔眼較小(例 如直徑約為lOmm左右)，而地層中的孔眼直徑較大，例如可超過50腦，當(dāng)噴嘴 噴射的高速流體進入地層中的孔眼內(nèi)，在地層被壓裂前會返回套管環(huán)空內(nèi)。套 管壁面上的孔眼一方面是高速流體進入的通道，另一方面也是返出流體的通道。 高速返出流體處于射入流體的外圍，則所述返回的射流在靠近所述套管壁面的 孔眼端部由水力起到了密封環(huán)的作用，在此我們稱之為水力密封環(huán)，該水力密 封環(huán)致使返回的流體難以及時流入環(huán)空，從而導(dǎo)致地層孔眼內(nèi)壓力升高，且孔 眼內(nèi)壓力高于環(huán)空內(nèi)的壓力，因此，只有在噴射位置的孔眼內(nèi)裂縫才可能最先 起裂、擴展，支撐劑此時將沿著起裂的裂縫進入地層，即地層中的裂縫將僅在 水力噴射形成的孔眼位置破裂、擴展，但在其它層位由于環(huán)空壓力低于地層起 裂壓力，裂縫將不再開裂、擴展。
本發(fā)明的磨料射流井下射孔、割縫分層壓裂方法，為了保證壓裂質(zhì)量，在 將噴射裝置送入井內(nèi)之前，先進行洗井循環(huán)，沖洗出井內(nèi)的雜質(zhì)。
當(dāng)射孔液中加入的磨料與壓裂液中所攜的支撐劑的材質(zhì)不同時，如磨料為 石英砂，支撐劑為陶粒時，二者的強度不同，在完成步驟(2)形成孔眼后、進行
ii壓裂之前，應(yīng)再次進行洗井循環(huán)，其目的是沖洗出在形成孔眼過程中的石英砂 粒，以避免形成孔眼過程中的石英砂和壓裂過程中的陶?；旌线M入地層。防止 由于未充分洗井，使抗壓強度低于陶粒的石英砂隨陶?；烊氲貙雍螅瑢?dǎo)致石英 砂被壓碎，使裂縫閉合。
在將所述磨料射流噴射裝置送入井內(nèi)的過程中，油管內(nèi)沒有液體，而在套 管環(huán)空內(nèi)有一定的液面高度。為了不使套管環(huán)空中的液體(可能含有大直徑的固 體顆粒雜質(zhì))在壓差的作用下，有可能頂開單向閥進入油管內(nèi)，堵塞噴嘴，在進 行步驟(l)時，需將環(huán)空打開，向油管內(nèi)低排量泵入基液，使基液充滿油管，從 而使油管內(nèi)的壓力大于外部的壓力，達(dá)到防止套管環(huán)空中的雜質(zhì)堵塞噴嘴的目 的。
如圖2-5所示，本發(fā)明還提供一種磨料射流噴射裝置，所述裝置具有噴射 磨料射流的噴槍3，所述噴槍上設(shè)有至少兩個噴嘴5;所述噴槍3被徑向居中保 持在所述套管內(nèi)；所述噴槍3與油管1相連接。
優(yōu)選所述噴槍3為中空柱狀體，其一端連接油管1，另一端與一預(yù)壓力單 向閥9相連接，所述預(yù)壓力單向閥9的另一端連接一篩管10。所述篩管10為 一中空柱狀體，管壁上設(shè)有多個貫通孔101。所述篩管10，在磨料射流噴射裝 置送入井內(nèi)的過程中，由于環(huán)空壓力可能高于管內(nèi)壓力，導(dǎo)致液體通過篩管進 入噴射裝置及油管內(nèi)。管壁上設(shè)有多個貫通孔101，該孔一般小于井中固體顆 粒的直徑，僅能夠允許液體通過，例如該貫通孔101的直徑可為5-10mm，從而 能防止井中的固體顆粒進入工具串內(nèi)、堵塞噴嘴，而在反洗井時又能確保液體 順利通過上面的孔眼進入磨料射流噴射裝置內(nèi)。
如圖4所示，在本實施方式中，優(yōu)選所述預(yù)壓力單向閥9的結(jié)構(gòu)包括有閥 體90，所述閥體90的一端為射流出口端，其內(nèi)設(shè)有閥座91， 一閥球93可閉合 所述出口端地設(shè)置在所述閥座91處；所述閥體90的另一端為射流入口端92， 一過流孔板7固定在所述射流入口端92處； 一彈簧8的一端頂?shù)炙鲩y球93, 另一端頂?shù)炙鲞^流孔板7。由于設(shè)置了預(yù)壓力單向閥9，因此只允許液體從套管與油管的環(huán)空中進入油管內(nèi)，而不允許油管內(nèi)的液體進入所述環(huán)空中。具體 是，在將所述磨料射流噴射裝置送入井內(nèi)的過程中，在彈簧8的作用下，所述 單向閥9處于截止?fàn)顟B(tài)，因此在井筒內(nèi)的壓力小于油管及噴射裝置內(nèi)的壓力時，
可避免或減少井筒中的機械雜質(zhì)進入噴槍3及油管1內(nèi)。同時，在需要環(huán)空反 循環(huán)洗井時，向所述套管與油管之間的環(huán)空內(nèi)泵入壓力大于施加在單向閥9的 閥球93上的預(yù)壓力的循環(huán)液體，該液體可通過所述篩管10的貫通孔101進入 噴射裝置內(nèi)，并頂開單向閥的閥球93，使單向閥9處于打開狀態(tài)，則該液體由 所述單向閥的閥座91經(jīng)所述過流孔板7、射流入口端92進入油管1內(nèi)，實施 反循環(huán)洗井。
為了便于使所述磨料射流噴射裝置居中保持在所述套管內(nèi)，優(yōu)選在所述噴 槍3與油管1之間連接有上扶正器2，在篩管10的下部連接有下扶正器11。
此外，在所述篩管10的前端部設(shè)置引鞋12，在本實施方式中，所述引鞋 12是一個帶有大倒角的倒錐形絲堵，且與所述下扶正器11的一端固定連接。 通過該引鞋12能夠引導(dǎo)本發(fā)明的磨料射流噴射裝置順利地進入井內(nèi)，同時堵塞 篩管10的下端。
所述過流孔板7，能夠阻擋單向閥中的彈簧8上移，同時，在所述過流孔 板7上設(shè)置的多個通孔構(gòu)成了流體通道。所述單向閥9，確保了從油管1泵入 液體時該閥處于關(guān)閉狀態(tài)，液體由噴嘴5噴向地層，實現(xiàn)射孔和壓裂作業(yè)；一 旦磨料射流噴射裝置發(fā)生砂卡，向套管內(nèi)泵入液體時(反洗井)該閥能順利打 開。
所述油管l、上扶正器2、噴槍3、預(yù)壓力單向閥9、篩管IO、下扶正器ll 和引鞋12之間以公知的方式通過螺紋連接成一整體。
所述噴槍3上設(shè)置的噴嘴5是射孔及壓裂時含有磨料的兩相流通過的唯一 通道，其數(shù)量可根據(jù)地面泵的供液能力來確定噴嘴個數(shù)，并可根據(jù)需要布置成 不同的相位和間距。所述噴嘴5在所述噴槍3的周向均勻設(shè)置，各噴嘴5不在 同一平面內(nèi)。所述噴嘴5由高強度耐沖蝕材料制成，如可由硬質(zhì)合金或陶瓷材
13料制成。使噴嘴5最下部位于待壓裂層位。通過噴嘴5的設(shè)置方式達(dá)到所要求
的射孔或割縫的密度和方位。由于各噴嘴5在周向上均布且不在同一平面內(nèi)，
因此有利于保持壓裂方向與地層最大水平主應(yīng)力方向一致，提高壓裂效率。
如圖3所示，在本實施方式中，所述噴槍3的外周壁上均勻設(shè)有與中空柱 狀體相連通的通孔31，所述噴嘴5嵌置在所述通孔31內(nèi)，并通過噴嘴壓帽4 與所述噴槍3相固定。在該具體實施方式
中，設(shè)置了三個噴嘴5，每個具有120 度的相位差，且不在同一平面內(nèi)。
如圖5所示，優(yōu)選所述噴嘴壓帽4由硬質(zhì)合金材料制成，沿軸線的橫截面 形成為T形，并具有沿軸線設(shè)置的貫通孔41，所述貫通孔具有擴徑的容置部42， 所述噴嘴固定在所述容置部內(nèi)。并在所述噴嘴壓帽的外圍的所述噴槍表面涂覆 有噴涂層6，所述噴涂層6為耐沖蝕材料，所述耐沖蝕材料優(yōu)選為碳化鎢。由 于在噴嘴壓帽外圍的噴槍表面涂覆了耐沖蝕的噴涂層，從而進一步保護了噴槍 本體，防止在噴射過程中返濺射流的沖蝕破壞。
所述噴嘴5優(yōu)選采用公知的雙射流噴嘴或自振空化噴嘴。 下面以一個具體實施例進一步說明本發(fā)明的方法和裝置 本發(fā)明的施工過程分為兩步，即磨料射流射孔、割縫，以及噴射壓裂。前 一個過程用的磨料為粒徑20 40目的石英砂或陶粒，噴射壓裂的支撐劑為粒徑 20 40目的陶粒。具體步驟為起出原井管柱，洗井，循環(huán)；下入普通油管或 連續(xù)油管及磨料射流噴射裝置，在本實施例中，在所述噴槍3上設(shè)了三個噴嘴 5，每一噴嘴按120。的相位均布，高度間距60mm，并使噴槍3位于待壓裂層 位；對地面管線、井口及設(shè)備進行試壓70MPa，環(huán)空管線試壓35MPa;另外，在 將所述磨料射流噴射裝置送入井內(nèi)的同時，通過油管1向所述磨料射流噴射裝 置低排量泵入基液，將所述基液充滿連續(xù)油管。然后進行噴砂射孔在所述基 液中加入磨料100-110kg/m3構(gòu)成射孔液，如以陶粒做為磨料，并向噴射裝置內(nèi) 泵入射孔液，建立噴嘴5的壓降為30-35MPa，進行射孔作業(yè)，射孔時間15分 鐘左右，期間可改變噴嘴壓降以改變油管伸長量，實現(xiàn)噴嘴的移動割縫，然后頂替基液，把射孔液頂替出油管，頂替過程中射孔液可繼續(xù)噴射地層、加深射 孔深度；關(guān)閉油管與套管間的環(huán)空，從油管內(nèi)泵入前置液壓開地層；向該環(huán)空
內(nèi)泵入基液，保持油管與套管間的環(huán)空內(nèi)的壓力略低于地層破裂壓力2 3MPa。 加砂壓裂逐步提高支撐劑比例至600kg/m3，根據(jù)當(dāng)前層位預(yù)定的壓裂規(guī)模從 油管注入支撐劑(該支撐例如為陶粒)；加砂壓裂完成后，從油管泵入頂替液， 把支撐劑完全擠入地層，完成一個層位的壓裂。最后停泵，上提油管和磨料射 流噴射裝置，使噴嘴5位于下一位置，重復(fù)上述步驟，分別對上部各井段進行 磨料射流射孔、割縫壓裂作業(yè)。另外，停泵之前，在作業(yè)中，油管1內(nèi)的壓力 基本維持不變，只有當(dāng)需要進行割縫作業(yè)時，才改變油管壓力，達(dá)到對地層進 行割縫的目的。
上述基液、頂替液以及前置液均為技術(shù)領(lǐng)域公知的液體，即，所述基液是 在清水里加入增稠劑(一般是胍膠)，用來增加噴砂射孔過程中流體的攜砂能力。 所述頂替液可以用基液，也可以用清水，作用是把混合有陶粒的壓裂液從油井 中的油管內(nèi)頂替進入地層，避免陶粒在油管內(nèi)沉淀。所述前置液是在清水中加 入液體高分子材料(一般是凍膠)。
本發(fā)明中所述的油管可以是連續(xù)油管，也可以是普通油管。 以上所述僅為本發(fā)明示意性的具體實施方式
，并非用以限定本發(fā)明的范圍。 任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作的等同變 化與修改，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護的范圍。
1權(quán)利要求
1、一種磨料射流井下射孔、割縫分層壓裂方法，該方法包括如下步驟(1)通過油管將磨料射流噴射裝置送入到井內(nèi)規(guī)定層位；(2)通過油管向磨料射流噴射裝置供給加壓的射孔液，由所述噴射裝置的噴嘴向所述套管側(cè)壁和地層高速噴射所述射孔液，在地層中形成孔眼；(3)向所述孔眼內(nèi)泵入壓裂液，使所述孔眼內(nèi)的地層形成壓裂裂縫；(4)完成一個層位的壓裂后，將所述磨料射流噴射裝置移動到另一規(guī)定層位，重復(fù)步驟(1)至(3)。
2、 如權(quán)利要求1所述的磨料射流井下射孔、割縫分層壓裂方法，其中，在所述步驟(2)的噴射過程中，通過改變地面供給的射孔液的流量而使所述油管內(nèi)的壓力隨之變化，使油管的伸長量也隨之改變，在所述油管的伸長量變化過程中，所述噴嘴的位置也隨著油管的移動而沿井深方向往復(fù)移動，并在套管及地層中形成割縫。
3、 如權(quán)利要求1所述的磨料射流井下射孔、割縫分層壓裂方法，其中，所述步驟(3)進一步包括a、 向噴射裝置供給前置液，壓裂地層形成裂縫；b、 根據(jù)當(dāng)前層位的壓裂規(guī)模，向噴射裝置供給攜有支撐劑的壓裂液；c、 泵注壓裂液之后，接著向噴射裝置泵入基液，將所述壓裂液擠入地層。
4、 如權(quán)利要求3所述的磨料射流井下射孔、割縫分層壓裂方法，其中，在所述步驟(3)的噴射過程中，由于套管壁面上的孔眼直徑小于地層中形成的孔眼直徑，當(dāng)噴嘴噴射的前置液或壓裂液進入地層中的孔眼內(nèi)，在地層被壓裂前會返回套管環(huán)空內(nèi)，則所述返回的前置液或壓裂液在所述套管壁面孔眼處形成了水力密封環(huán)，使孔眼內(nèi)壓力高于環(huán)空內(nèi)的壓力，地層中的裂縫僅在形成的孔眼位置破裂、擴展。
5、 如權(quán)利要求1所述的磨料射流井下射孔、割縫分層壓裂方法，其中，所述射孔液內(nèi)加入有磨料。
6、 如權(quán)利要求5所述的磨料射流井下射孔、割縫分層壓裂方法，其中，所述磨料為石英砂或陶粒，其粒徑為20 — 40目。
7、 如權(quán)利要求1或5所述的磨料射流井下射孔、割縫分層壓裂方法，其中，在所述步驟(2)的射孔過程使用的射孔液中，磨料占射孔液5 — 10%的體積百分比。
8、 如權(quán)利要求3所述的磨料射流井下射孔、割縫分層壓裂方法，其中，在所述步驟(3)的分層壓裂過程使用的壓裂液中，支撐劑占壓裂液30%的體積百分比。
9、 如權(quán)利要求3或8所述的磨料射流井下射孔、割縫分層壓裂方法，其中，所述支撐劑為陶粒，其粒徑為20-40目。
10、 如權(quán)利要求1所述的磨料射流井下射孔、割縫分層壓裂方法，其中，在將噴射裝置送入井內(nèi)之前，進行洗井循環(huán)，沖洗出井內(nèi)的雜質(zhì)。
11、 如權(quán)利要求1所述的磨料射流井下射孔、割縫分層壓裂方法，其中，當(dāng)所述射孔液中加入的磨料與在所述壓裂液中所攜的支撐劑的材質(zhì)不同時，在完成步驟(2)后，再次進行洗井循環(huán)，洗凈孔眼內(nèi)的砂粒。
12、 如權(quán)利要求1所述的磨料射流井下射孔、割縫分層壓裂方法，其中，在進行步驟(l)時，將環(huán)空打開，從油管低排量泵入基液，使基液充滿油管。
13、 如權(quán)利要求1所述的磨料射流井下射孔、割縫分層壓裂方法，其中，在完成步驟(2)的形成孔眼作業(yè)后，向所述油管內(nèi)泵入基液，關(guān)閉所述油管與套管之間的環(huán)空。
14、 一種磨料射流噴射裝置，其特征在于，所述裝置具有噴射磨料射流的噴槍，所述噴槍上設(shè)有至少兩個噴嘴；所述噴槍與油管相連接。
15、 如權(quán)利要求14所述的磨料射流噴射裝置，其特征在于，所述噴槍為中空柱狀體，其一端連接油管，另一端設(shè)有預(yù)壓力單向閥，所述預(yù)壓力單向閥連接一篩管。
16、 如權(quán)利要求15所述的磨料射流噴射裝置，其特征在于，所述噴槍與油管之間連接有上扶正器，所述篩管的前端部設(shè)有引鞋，在篩管和引鞋之間連接有下扶正器。
17、 如權(quán)利要求15所述的磨料射流噴射裝置，其特征在于，所述噴槍的外周壁上均勻設(shè)有與中空柱狀體相連通的通孔，所述噴嘴嵌置在所述通孔內(nèi)，并通過噴嘴壓帽與所述噴槍相固定。
18、 如權(quán)利要求17所述的磨料射流噴射裝置，其特征在于，所述噴嘴壓帽由硬質(zhì)合金材料制成，沿軸線的橫截面形成為T形，并具有沿軸線設(shè)置的貫通孔，所述貫通孔具有擴徑的容置部，所述噴嘴固定在所述容置部內(nèi)。
19、 如權(quán)利要求17或18所述的磨料射流噴射裝置，其特征在于，在所述噴嘴壓帽的外圍的所述噴槍表面，涂覆有耐沖蝕噴涂層。
20、 如權(quán)利要求19所述的磨料射流噴射裝置，其特征在于所述耐沖蝕噴涂層為碳化鎢涂層。
21、 如權(quán)利要求15所述的磨料射流噴射裝置，其特征在于，所述預(yù)壓力單向閥包括有閥體，所述閥體的一端為射流出口端，其內(nèi)設(shè)有閥座， 一閥球設(shè)置在所述閥座處，且能夠閉合所述出口端；所述閥體的另一端為射流入口端，一過流孔板固定在所述射流入口端處； 一彈簧的一端頂?shù)炙鲩y球，另一端頂?shù)炙鲞^流孔板。
22、 如權(quán)利要求16所述的磨料射流噴射裝置，其特征在于，所述油管、上扶正器、噴槍、預(yù)壓力單向閥、篩管、下扶正器和引鞋之間通過螺紋連接成一整體。
23、 如權(quán)利要求16所述的磨料射流噴射裝置，其特征在于，所述篩管為一中空柱狀體，管壁上設(shè)有多個貫通孔。
24、 如權(quán)利要求23所述的磨料射流噴射裝置，其特征在于所述貫通孔的直徑為5-10mm。
25、 如權(quán)利要求16所述的磨料射流噴射裝置，其特征在于，所述引鞋的下部形成為倒錐形，以引導(dǎo)所述磨料噴射裝置順利下井，并封閉所述篩管下端。
26、如權(quán)利要求14所述的磨料射流噴射裝置，其特征在于，所述噴嘴在所 述噴槍的周向均勻設(shè)置，各噴嘴不在同一平面內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種磨料射流井下射孔、割縫分層壓裂的方法及裝置，該方法包括如下步驟1.通過油管將磨料射流噴射裝置送入到井內(nèi)規(guī)定層位；2.通過油管向磨料射流噴射裝置供給加壓的射孔液，由所述噴射裝置的噴嘴向所述套管側(cè)壁和地層高速噴射所述射孔液，在地層中形成孔眼；3.向所述孔眼內(nèi)泵入壓裂液，使所述孔眼內(nèi)的地層形成壓裂裂縫；4.完成一個層位的壓裂后，將所述磨料射流噴射裝置移動到另一規(guī)定層位，重復(fù)步驟1至3。所述磨料射流噴射裝置具有噴射磨料射流的噴槍，所述噴槍上設(shè)有至少兩個噴嘴；所述噴槍與油管相連接。本發(fā)明克服了公知技術(shù)的缺陷，把磨料射流成孔和壓裂結(jié)合起來，能夠較為精確的在直井中分層或在水平井段分段壓裂。
文檔編號E21B43/26GK101457640SQ200710179500
公開日2009年6月17日 申請日期2007年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月14日
發(fā)明者李根生, 沈忠厚, 牛繼磊, 羅洪斌, 黃中偉 申請人:中國石油大學(xué)(北京)