[發明專利]井下增壓器、井下增壓壓裂工具及井下增壓壓裂方法

有效

• 申請號: 201610901767.0
• 申請日: 2016-10-14
• 公開（公告）號: CN106351814B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 魏小梅
• 申請（專利權）人: 海斯比得（武漢）石油科技有限公司
• 主分類號: F04B9/10
• 分類號: F04B9/10;F04B47/00;F04B53/10;F04B53/16;E21B43/26
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司11228
• 代理人: 程殿軍,張瑾

技術領域

本發明屬于石油天然氣開采技術領域，具體涉及一種井下增壓器、采用該井下增壓器的井下增壓壓裂工具及采用該井下增壓壓裂工具進行井下增壓壓裂的方法。

背景技術

水平井+分段壓裂技術，不僅可以用于非常規油氣的開發，也可以用于任何常規油氣田的增儲增產。水力壓裂法是指利用地面高壓泵，通過井筒向油層擠注具有較高粘度的壓裂液，在井底油層上形成很高的壓力，當這種壓力超過井底附近油氣層巖石的破裂壓力時，油氣層將被壓開并產生裂縫；繼續不停地向油層擠注壓裂液，裂縫繼續向油層內部擴張；接著向油層擠入帶有支撐劑(石英砂)的攜砂液，攜砂液進入裂縫之后，一方面可以使裂縫繼續向前延伸，另一方面可以支撐已經壓開的裂縫，使其不致于閉合；再接著注入頂替液，將井筒的攜砂液全部頂替進入裂縫，用石英砂將裂縫支撐起來；最后，注入的高粘度壓裂液會自動降解排出井筒之外，在油層中留下一條或多條長、寬、高不等的裂縫，使油層與井筒之間建立起一條新的流體通道，將石油或天然氣從巖石縫隙中釋放出來，并順著井筒流到地表的油氣開采方法。

壓裂設備和工具是完成壓裂施工的重要部件，能提供高壓條件，泵送高壓液體，快速均勻攪拌混砂液體。壓裂作業井規模大、排量高，對設備工具的要求高，需要動用的設備多。在壓裂措施中，僅專用特殊施工車輛就達數十輛之多，泵送裝置、管匯和監測設備等則被放置在井場中心，還要將100多個裝滿水的罐運往井場并放置在井場周圍。根據它們在壓裂施工中的不同功能，其關鍵裝備主要有壓裂車、混砂車、平衡車、儀表車等。

壓裂車是壓裂的主要設備，它的作用是向井內注入高壓的壓裂液，將地層壓開，并把支撐劑擠入裂縫。壓裂車主要由運載、動力、傳動、泵體、操作面板等五大件組成，壓裂泵是壓裂車的工作主機，絕大多數壓裂車裝備的壓裂泵為臥式三缸單作用柱塞泵。現場施工時對壓裂泵的技術性能要求很高，必須具有壓力高、功率大、耐腐蝕、抗磨等特點，并要求性能穩定、工作可靠。目前我國從美國SS、BJ、DAWELL、DAGA等公司引進了壓裂車。如四川的SS-1000型、SS-1200型，中原的FT-1800X-CH型、BL-1600型，華北的道威爾B516均具有重量輕、壓力高、功率大的特點。其中河南油田引進的H0-2000機型，額定壓力103.4MPa，最大排量2.48m³/min，在周口勘探地區獲得了成功應用。

混砂車的作用是根據施工設計要求，將壓裂液和支撐劑按一定比例混合后供鋯壓裂車泵入井。所有壓裂車均由混砂車供給壓裂液，所以要求混砂車性能好、工作可靠、機械化程度高。混砂車主要由供液系統、輸砂系統及傳動系統三部分組成，一般用運載汽車的發動機做動力。供液系統包括供液泵、混砂裝置、砂泵等。供液泵將貯液罐的壓裂液泵送到混砂罐內，支撐劑和壓裂液在混砂罐內進行混合，砂泵再把混合液泵送到壓裂車的上水管線。供液泵和砂泵出口管線上裝有流量計和自動控制閥，以便測流量和控制排量。輸砂系統裝有螺旋輸砂器或風動輸砂器，將砂子從地面或某一高度，輸送到混砂罐內。輸砂時要求滿足砂量、上砂均勻、砂量可調。傳動系統有機械傳動和液壓傳動兩種。

分層壓裂施工中，壓裂管柱最上部封隔器的上、下壓力不一樣，且相差很大。在這樣的工作條件下，封隔器強度要受影響。如果封隔器受到破壞，壓裂管柱中的高壓液體就會通過套管環形空間向上竄。封隔器上部的套管壓力突增，可能導致套管斷裂或其它惡性事故。另一方面，當封隔器上、下壓差過大時，可能使壓裂層段的高壓液體通過夾層上竄，破壞夾層。

為了保護封隔器，平衡車從油套管環形空間注入一定壓力的液體，平衡封隔器的部分壓差，改善封隔器的工作條件。另外，當施工中出現砂堵、砂卡等事故時，平衡車可立即進行反洗或反壓井，排除故障。

隨著水平井成為頁巖氣開發的主要完鉆井萬式，水力壓裂開始成為頁巖氣水平井主要增產措施，取得了令人矚目的成就。實踐表明：水力壓裂之后，油氣井的產量一般會大幅度增長。水力壓裂技術能用于提高常規油氣井的產量，水力壓裂技術將使全球石油供應量增加近1400億桶；也能用于刺激其它老油田的產量回復；還能用于頁巖氣等非常規油氣的開采。頁巖氣藏等非常規油氣田因其儲層物性差、孔隙度和滲透率極低，需要應用水力壓裂技術才能經濟開采。水力壓裂法可謂北美頁巖氣開發的“大功臣”，它帶來的大量頁巖氣不僅拉低了整個北美的天然氣價格，同時也令美國實現能源獨立的底氣更足了。水力壓裂法對整個能源行業都產生了深遠影響。

但地面水力壓裂技術的不足之處也是顯而易見的：