[發明專利]磨料噴射裝置及磨料射流射孔、分層壓裂方法

有效

• 申請號: 200910082408.7
• 申請日: 2009-04-15
• 公開（公告）號: CN101539007A
• 公開（公告）日: 2009-09-23
• 發明（設計）人: 李根生;黃中偉;牛繼磊;田守嶒
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（北京）
• 主分類號: E21B43/117
• 分類號: E21B43/117;E21B43/26;B05B9/01;B05B15/00
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司
• 代理人: 董惠石

技術領域

本發明是關于一種磨料噴射裝置及磨料射流射孔、分層壓裂方法，該裝置 及壓裂方法特別適用于石油、天燃氣等領域的地下開采作業。

背景技術

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技術，經過了近半個世紀的發展，特別是上世紀80年代末 以來，在壓裂設計、壓裂液和添加劑、支撐劑、壓裂設備和監測儀器以及裂縫 監測等方面都獲得了迅速的發展，使水力壓裂技術在縫高控制技術、高滲層防 砂壓裂、重復壓裂、深穿透壓裂以及大砂量多級壓裂等方面都出現了新的突破。 現在水力壓裂技術作為油水井增產增注的主要措施，已廣泛應用于低滲透油氣 田的開發中。

近年來，國內外的專家學者雖在壓裂液、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生根本變化，即：地面籠統加壓，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 重；同時，由于壓裂液的活塞效應，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 壓裂增產技術的發展方向。目前，現場常用的分層(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；作業期間， 在射孔通道和裂縫入口處可能出現過大的壓力降，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，封隔器常常發生砂卡，導致井下事故。填砂分層壓裂 的問題是施工周期過長。

近年來，隨著高壓水射流技術不斷發展，在切割、破巖、鉆孔等方面都有 了很大的進步。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，在井下實現割縫。該技 術的優點主要有：穿透深度大于常規射孔；不會造成象常規射孔那樣的油層壓 實傷害；開孔的孔徑較大；可以根據分層和地應力的要求，有選擇的定向射孔 和割縫。該技術已在現場應用了10多口井，施工效果良好。在此基礎上本案申 請人又提出了一種新的壓裂方法及裝置，并記載在中國專利申請第 200710179500.6號中。

在中國專利申請第200710179500.6號中公開的一種磨料射流井下射孔、割 縫分層壓裂的方法及裝置，是集磨料射孔、水力封隔和壓裂一體化的新技術， 雖然不用下入機械式封隔器，但每次壓裂完成一個層段后，需要移動井下的磨 料射流噴射裝置，而且，在對地層的壓裂過程完全依靠水力封隔，因此不能保 證在壓裂下一個層段時壓裂液和支撐劑不進入已壓開層段。

發明內容

本發明的目的是提供一種磨料噴射裝置及磨料射流射孔、分屋壓裂方法， 尤其是一種不需移動噴射裝置、無需常規機械封隔器，下入一次管柱即可在多 個預定位置實施水力封隔和機械封隔相結合的分層壓裂的磨料噴射裝置及磨料 射流射孔、分屋壓裂方法。

為此，本發明提供一種磨料噴射裝置，具有多級串聯連接的噴槍；所述噴 槍均為中空柱狀體，其側壁上設有至少兩個噴嘴；所述每級噴槍的下部均設一 封隔器，所述封隔器的側壁上設有在高壓液體的作用下能夠向外部膨脹的密封 套；所述噴槍包括設在所述磨料噴射裝置下部的第一級底部噴槍，以及位于底 部噴槍上部的多級上部噴槍，其中各上部噴槍內均設有能夠封閉該級噴槍噴嘴 及密封套的滑套，且所述滑套在外力作用下能夠滑移至所述密封套的下部，打 開所述噴嘴和密封套。

本發明還提供一種磨料射流射孔、分層壓裂方法，所述方法包括如下步驟：