[發(fā)明專利]一種水平井高效壓裂施工工藝管柱及壓裂施工工藝

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610021577.X
• 申請日: 2016-01-14
• 公開（公告）號: CN105484721B
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫虎;鄧?yán)^學(xué);景志明;曹欣;高銀鎖;韓靜靜;隆世明;焦崢輝
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術(shù)作業(yè)公司
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26
• 代理公司: 西安吉盛專利代理有限責(zé)任公司61108
• 代理人: 張恒陽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于井下作業(yè)的水平井壓裂工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種水平井高效壓裂施工工藝管柱及壓裂施工工藝。

背景技術(shù)

當(dāng)前水平井體積壓裂及常規(guī)壓裂中出現(xiàn)了如下情況，需從工藝技術(shù)及管柱結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行改進(jìn)。

(1)當(dāng)水平井進(jìn)行多簇水力噴砂噴射孔時(shí)，需用大量的液體及砂量；液體約為600-700方，用砂量約為40-50方，給砂液的分離處理，存儲帶來了很大的困難，當(dāng)一口井施工完后，其積存的大量砂子，也給清潔化生產(chǎn)帶來了很大的困難。

(2)由于水力噴射的噴槍既要滿足噴砂射孔，又要滿足正常的壓裂，過砂量太大，噴槍的質(zhì)量不能滿足一趟鉆壓裂完井的需要，噴槍的損壞量大。

(3)為了滿足工藝及環(huán)保的要求，地面需要有分離裝置及大量的存砂裝置，要對返出的砂子進(jìn)行處理，這是生產(chǎn)費(fèi)用最大的支出。

當(dāng)前施工管柱及工藝存在問題分析：

1.水力噴槍的問題：

水力噴槍上的噴孔，是采用螺旋排列方式，將4-8個噴孔，分別安裝在噴槍的殼體上，每個孔在軸向上最少有5-10mm的距離，每個噴孔的直徑約為4.5-6.3mm；由于水力噴射過程中，水和砂的質(zhì)量比約為1：2.2，砂液在噴孔中的流速要達(dá)到170-210m/s；而這個噴射流速的方向是與管柱內(nèi)流體的方向垂直的；砂液要在第一個噴孔處實(shí)現(xiàn)突然的轉(zhuǎn)向，因砂子的質(zhì)量大于液體質(zhì)量，液體會從軸向第一個噴孔中噴出，砂子會在其慣性力的作用下，繼續(xù)向下到最下部的噴孔噴出。因此，當(dāng)長時(shí)間噴射后，會發(fā)生水力噴槍下部嚴(yán)重?fù)p壞的情況。這種噴孔的排列方式有嚴(yán)重問題。

2.多簇射孔存在問題：

當(dāng)管柱上有兩至三個噴槍，對每一水平段的套管同時(shí)噴砂射孔時(shí)，稱為多簇水力噴砂射孔，每個噴槍之間有7-10米的距離。同理，由于砂子與液體的質(zhì)量不同，當(dāng)采用3-5％的砂比噴射時(shí)，大量的砂子會進(jìn)入最下一級噴槍，上部的噴槍基本上只出液體不出砂子，射孔時(shí)間長，射孔效果差，下部的噴槍損壞嚴(yán)重；當(dāng)噴射砂比提高到5-10％時(shí)，則下部噴槍的孔眼基本上被高砂比封堵，少量的砂子從上部噴槍中噴出，射孔效果差，上部噴槍損壞嚴(yán)重。

3.噴射流量問題：

由于原管柱上的多級噴槍，要滿足水力噴砂射孔，又要通過每個段50-100方的壓裂砂，每個噴槍噴孔的孔徑設(shè)計(jì)比較大(5.5-6.3mm)，水力噴射射孔時(shí)所需要的流量就要大(2.8-3.2m³/min)，因噴砂效果比較差，所需的噴射時(shí)間就達(dá)20分鐘以上，所用的砂液量達(dá)到50-60m³，每個段返出的砂量達(dá)到4-5m³,這些砂液需要全部返出套管，來到地面進(jìn)行砂液分離，再循環(huán)利用，給清潔化生產(chǎn)，帶來了很大的處理費(fèi)用。

由于以上原因，水力噴槍本體在施工幾個段之后，就被沖蝕損壞，需要進(jìn)行更換井內(nèi)工具，又給井控帶來了一定的風(fēng)險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提高水力噴槍的使用壽命，防止大量砂液返出井外，造成大量的固體費(fèi)物無法處理，造成環(huán)境污染。

為此，本發(fā)明提供了一種水平井高效壓裂施工工藝管柱及壓裂施工工藝，其技術(shù)方案是：一種水平井高效壓裂施工工藝管柱，包括多簇高效噴槍一、第一級分流器、多簇高效噴槍二、第二級分流器、多簇高效噴槍三、球座一、導(dǎo)壓噴砂器、TDY封隔器、球座二、導(dǎo)向眼管，所述多簇高效噴槍一的上端連接通向井口的油管，多簇高效噴槍一的內(nèi)部連接第一級分流器，多簇高效噴槍一的下端通過油管短節(jié)一與多簇高效噴槍二連接，多簇高效噴槍二的內(nèi)部連接第二級分流器，多簇高效噴槍二通過油管短節(jié)二與多簇高效噴槍三連接，多簇高效噴槍三與球座一連接，球座一與導(dǎo)壓噴砂器連接，導(dǎo)壓噴砂器與TDY封隔器連接，TDY封隔器與球座二連接，球座二與導(dǎo)向眼管連接。

上述多簇高效噴槍一、多簇高效噴槍二以及多簇高效噴槍三各自噴咀的組數(shù)為一組或多組；每組噴咀的數(shù)量為多個，且每組噴咀沿徑向分布在所在噴槍的同一圓周面上。

上述多簇高效噴槍一、多簇高效噴槍二或多簇高效噴槍三的噴咀組數(shù)為一組，該組噴咀的數(shù)量為4個且沿徑向均勻分布在各自的噴槍圓周面上。

上述第一級分流器的分流管直徑和多簇高效噴槍一的噴咀直徑、或者第二級分流器的分流管直徑和多簇高效噴槍二的噴咀直徑的計(jì)算如下：

(a)分流管直徑為d_i

假設(shè)有n組噴咀n-1個分流管，則第i級分流管的直徑計(jì)算公式為：

其中，d_i—分流管直徑，單位：mm；

n—噴咀組數(shù)，每組有4個噴咀；