專利名稱：拖動(dòng)式無封隔器水力噴射脈動(dòng)酸壓裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于油田開采領(lǐng)域，具體地，涉及一種在油氣井儲(chǔ)層中進(jìn)行酸化壓裂的裝置及方法，更具體地，涉及一種利用自激振蕩噴嘴產(chǎn)生脈沖脈動(dòng)射流進(jìn)行拖動(dòng)的無封隔器酸化壓裂的裝置和方法。
背景技術(shù)：
隨著全球油氣資源的持續(xù)開采，低滲透地質(zhì)儲(chǔ)量占剩余儲(chǔ)量的比例持續(xù)增長，此外部分老油田儲(chǔ)層逐步進(jìn)入低壓衰竭期，儲(chǔ)層的壓裂改造已成為新增低滲透區(qū)塊及老油田衰竭儲(chǔ)層油氣開發(fā)的基本工藝。通常，在部分油氣井中需沿井筒間 隔一定距離對儲(chǔ)層進(jìn)行多段壓裂，裂縫達(dá)到足夠的尺寸及滲透率，方可最大限度通過井筒開采儲(chǔ)層中的油氣。常規(guī)的酸化壓裂技術(shù)多使用射孔彈進(jìn)行射孔，之后向井內(nèi)泵入壓裂液進(jìn)行籠統(tǒng)壓裂，井下裂縫起裂位置及走向受地應(yīng)力影響難以控制，特別是水平井，對稱的雙翼籠統(tǒng)壓裂會(huì)壓穿儲(chǔ)層周圍的水層，造成油層見水；同時(shí)，采用射孔彈爆炸射孔會(huì)在孔眼周圍形成壓實(shí)帶，射孔彈爆炸射孔時(shí)壓力出現(xiàn)較大波動(dòng)，可能使孔眼處壓力低于裂縫閉合壓力，對敏感儲(chǔ)層產(chǎn)生傷害；此外，常規(guī)酸化壓裂方法酸壓過程中，酸液進(jìn)入儲(chǔ)層裂縫一定距離后，前端酸液性能變化較大不能繼續(xù)溶蝕地層，壓力也不足以繼續(xù)壓裂地層，限制了酸壓形成裂縫的長度。常規(guī)酸壓技術(shù)多采用機(jī)械封隔器實(shí)現(xiàn)分層酸化壓裂。機(jī)械封隔器可在套管井實(shí)施分層或多段壓裂，但容易發(fā)生砂卡管柱導(dǎo)致井下事故，且封隔器受酸液腐蝕，多次座封解封后封隔效果變差。本發(fā)明利用工具上布置的自激振蕩噴嘴，射孔過程中，形成水力脈沖射流，利用滯止壓力波動(dòng)迅速破壞套管及井壁形成射孔孔眼，不會(huì)產(chǎn)生壓實(shí)帶，對于起裂壓力高的層位可大幅降低起裂壓力；酸化壓裂過程中，利用自激振蕩噴嘴噴出的高速脈沖射流的卷吸作用，將孔眼周圍流體一同卷吸進(jìn)孔眼，在射孔孔眼壁面產(chǎn)生水力自封隔的效果，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)拖動(dòng)管柱無封隔器多層段儲(chǔ)層的射孔壓裂增產(chǎn)；此外，利用脈沖射流產(chǎn)生的壓力脈動(dòng)，在孔眼及裂縫中使酸液產(chǎn)生擾動(dòng)，使裂縫末端性能已變化的酸液能夠被后續(xù)未反應(yīng)酸液替換，進(jìn)而繼續(xù)溶蝕地層擴(kuò)展裂縫，同時(shí)脈動(dòng)的酸液進(jìn)入地層一定深度后壓力脈動(dòng)的峰值仍可大于裂縫起裂壓力，繼續(xù)壓開地層進(jìn)行溶蝕，增加了酸壓裂縫的長度。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服常規(guī)酸化壓裂技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種拖動(dòng)式無封隔器水力噴射脈動(dòng)酸壓裝置及方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下方案一種拖動(dòng)式無封隔器水力噴射脈動(dòng)酸壓裝置，包括上轉(zhuǎn)換短節(jié)、扶正器、噴槍、下轉(zhuǎn)換短節(jié)、導(dǎo)向接頭；其特征在于上轉(zhuǎn)換短節(jié)上端與施工管柱連接、下端與噴槍的上端連接，噴槍下端則利用下轉(zhuǎn)換短節(jié)與導(dǎo)向接頭連接；扶正器套裝在上轉(zhuǎn)換短節(jié)上；噴槍上安裝有自激振蕩噴嘴；導(dǎo)向接頭內(nèi)設(shè)有球座，通過鋼球在球座的座封與解封實(shí)現(xiàn)裝置通道末端的封閉與反洗時(shí)通道的開啟。優(yōu)選地，上轉(zhuǎn)換短節(jié)為中空圓管，上部的外徑大、下部外徑小，上下接頭處分別設(shè)有內(nèi)螺紋和外螺紋，上轉(zhuǎn)換短節(jié)通過上接頭的內(nèi)螺紋與工作管柱連接、通過下接頭的外螺紋與噴槍的上端相連。優(yōu)選地，扶正器為帶有六個(gè)翼的圓管，六個(gè)翼平行軸向設(shè)置并沿圓管外周均布，六個(gè)翼上下兩端分別設(shè)有倒角，倒角面長度為20mm，倒角面與豎直面的倒角角度為30° ;扶正器的內(nèi)徑等于上轉(zhuǎn)換短節(jié)下部的外徑，扶正器長度小于上轉(zhuǎn)換短節(jié)下部長度，扶正器套裝在轉(zhuǎn)換短節(jié)上；上轉(zhuǎn)換短節(jié)上部的外徑大于扶正器內(nèi)徑保證了扶正器不會(huì)向上移動(dòng)。優(yōu)選地，噴槍為管壁帶有水眼的圓管，上下接頭均設(shè)有內(nèi)螺紋，噴槍通過上接頭的內(nèi)螺紋與上轉(zhuǎn)換短節(jié)下端螺紋連接；轉(zhuǎn)換短節(jié)下端外螺紋與噴槍連接后噴槍的外徑大于扶正器內(nèi)徑保證了扶正器不會(huì)向下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了扶正器套裝于轉(zhuǎn)換短節(jié)上的固定；噴槍均布 兩層水眼、每層3個(gè)水眼，層內(nèi)水眼相位120°，層間水眼相位60°，水眼處設(shè)有內(nèi)螺紋，以安裝自激振蕩脈沖噴嘴；噴槍總長500mm。優(yōu)選地，自激振蕩脈沖噴嘴為上部外徑小、下部外徑大的圓柱體，自激振蕩脈沖噴嘴外徑小的部分設(shè)有外螺紋，以與噴槍上水眼處的內(nèi)螺紋進(jìn)行螺紋連接；自激振蕩脈沖噴嘴內(nèi)部流道的上端為球錐形噴腔、中部為大尺寸圓柱形諧振腔、下部為小直徑圓柱形噴腔。優(yōu)選地，下轉(zhuǎn)換短節(jié)為中空圓管，上下接頭處分別設(shè)有外螺紋和內(nèi)螺紋，下轉(zhuǎn)換短節(jié)通過上接頭的外螺紋與噴槍的下端連接，通過下接頭的內(nèi)螺紋與脈動(dòng)酸壓裝置的導(dǎo)向接頭相連接。優(yōu)選地，導(dǎo)向接頭外部上端有外螺紋、中間為圓柱體、下端為錐面柱體，導(dǎo)向接頭內(nèi)部上端為大直徑圓形通道、下端為小直徑圓形通道，在小直徑圓形通道與大直徑圓形通道相接處設(shè)有球座；導(dǎo)向接頭下端為錐面，在導(dǎo)向接頭下部的小直徑圓形通道頂端設(shè)有球座，并設(shè)有與球座匹配的鋼球，導(dǎo)向接頭上端入口處設(shè)置有凡爾擋片。優(yōu)選地，自激振蕩脈沖噴嘴31采用碳化鎢或材料加工制造。一種拖動(dòng)式無封隔器水力噴射脈動(dòng)酸壓方法，采用上述的拖動(dòng)式無封隔器水力噴射脈動(dòng)酸壓裝置，其特征在于，包括以下施工步驟(I)、將酸壓裝置各部件進(jìn)行連接安裝，組合無封隔器水力噴射脈動(dòng)酸壓裝置；(2)、將無封隔器水力噴射脈動(dòng)酸壓裝置接裝到工作管柱，下入井內(nèi)預(yù)定施工層位；(3)、通過工作管柱將射孔液泵至水力噴射脈動(dòng)酸壓裝置，通過噴槍上布置的自激振蕩噴嘴形成高速的脈沖空化射流，在套管及井壁產(chǎn)生較高的波動(dòng)的滯止壓力，快速形成定向射孔孔眼；(4)、射孔完成后，通過工作管柱將酸液泵至水力噴射脈動(dòng)酸壓裝置，通過自激振蕩噴嘴射入孔眼，在水力卷吸自封隔作用下憋壓、溶蝕形成裂縫；(5)、完成一個(gè)層位壓裂之后，上提工作管柱將水力噴射脈動(dòng)酸壓裝置上移至下一施工層位，重復(fù)步驟⑶至(5)；(6)、完成所有層位定向壓裂改造后，上提管柱從井內(nèi)取出壓裂裝置。優(yōu)選地，拖動(dòng)式無封隔器水力噴射脈動(dòng)酸壓方法適用于水平井和豎直井。
本發(fā)明的拖動(dòng)式無封隔器水力脈動(dòng)酸化壓裂裝置和方法相對于常規(guī)酸化壓裂技術(shù)，具有如下優(yōu)點(diǎn)(I)、利用高速脈動(dòng)射流產(chǎn)生的水力卷吸封隔作用進(jìn)行酸壓封隔，不需要傳統(tǒng)酸壓工具的封隔器，避免了傳統(tǒng)工具中封隔器多次座封解封易失效的問題；(2)、采用脈動(dòng)射流進(jìn)行酸壓可增加酸壓進(jìn)入地層深度，增大壓裂裂縫長度，酸化壓裂效果優(yōu)于常規(guī)技術(shù)；(3)、本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠，施工方法成熟，施工成本較常規(guī)技術(shù)更低。(4)、將水力脈沖射孔與酸壓技術(shù)結(jié)合起來，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)水力射孔、水力自封隔及脈動(dòng)酸化壓裂，現(xiàn)場施工中不需增加額外的地面設(shè)備就可進(jìn)行多層段酸化壓裂；能夠輕易實(shí)現(xiàn)直井、水平井的分層、分段拖動(dòng)管柱的酸化壓裂；另外，對于水平井段周圍有水層時(shí)，可 通過調(diào)整噴槍上自激振蕩噴嘴的布置方向避免酸壓過程中穿透水層。(5)、通過工作管柱將射孔液泵至無封隔器水力噴射脈動(dòng)酸壓裝置，通過噴槍上布置的自激振蕩噴嘴形成高速的脈沖射流，在套管及井壁產(chǎn)生較高的波動(dòng)的滯止壓力，快速形成定向射孔孔眼且避免射孔彈爆炸射孔產(chǎn)生的壓實(shí)帶。


圖Ia是本發(fā)明的拖動(dòng)式無封隔器水力噴射脈動(dòng)酸壓裝置的主視示意圖；圖Ib是本發(fā)明的拖動(dòng)式無封隔器水力噴射脈動(dòng)酸壓裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明酸壓裝置中的上轉(zhuǎn)換短節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3a是本發(fā)明酸壓裝置中的扶正器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3b是本發(fā)明酸壓裝置中的扶正器的俯視示意圖；圖4是本發(fā)明酸壓裝置中的噴槍結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明酸壓裝置中的自激振蕩噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明的酸壓裝置中下轉(zhuǎn)換短節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本發(fā)明的酸壓裝置中導(dǎo)向接頭結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是本發(fā)明的拖動(dòng)式無封隔器水力噴射脈動(dòng)酸壓方法流程示意圖；圖9是本發(fā)明的拖動(dòng)式無封隔器水力噴射脈動(dòng)酸壓裝置在水平井中酸化壓裂的實(shí)施示意圖；圖10是本發(fā)明的拖動(dòng)式無封隔器水力噴射脈動(dòng)酸壓裝置在直井中酸化壓裂的實(shí)施示意圖；圖中，I、上轉(zhuǎn)換短節(jié)，2、扶正器，3、噴槍，4、下轉(zhuǎn)換短節(jié)，5、導(dǎo)向接頭，31、自激振蕩脈沖噴嘴，311、球錐形噴腔，312、大尺寸圓柱形諧振腔，313、小直徑圓柱形噴腔，51、鋼球，52、球座。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，拖動(dòng)式無封隔器水力噴射脈動(dòng)酸壓裝置，包括上轉(zhuǎn)換短節(jié)I、扶正器
2、噴槍3、下轉(zhuǎn)換短節(jié)4、導(dǎo)向接頭5 ;上轉(zhuǎn)換短節(jié)I上端與施工管柱連接、下端與噴槍3的上端連接，噴槍3下端則利用下轉(zhuǎn)換短節(jié)4與導(dǎo)向接頭5連接；扶正器2套裝在上轉(zhuǎn)換短節(jié)I上，扶正器2用于固定拖動(dòng)式無封隔器水力噴射脈動(dòng)酸壓裝置，使之處于井筒中心且不與套管接觸，保證酸化壓裂的對稱性及作業(yè)穩(wěn)定；噴槍3上安裝有自激振蕩噴嘴31，用于實(shí)現(xiàn)水力噴射脈動(dòng)射孔與酸壓；導(dǎo)向接頭5內(nèi)設(shè)有球座，通過閥球在球座的座封與解封實(shí)現(xiàn)裝置通道末端的封閉與反洗時(shí)通道的開啟。如圖2所示，上轉(zhuǎn)換短節(jié)I為中空圓管，上部的外徑大、下部外徑小，上下接頭處分別設(shè)有內(nèi)螺紋和外螺紋，上轉(zhuǎn)換短節(jié)I通過上接頭的內(nèi)螺紋與工作管柱連接、通過下接頭的外螺紋與噴槍3的上端相連；上轉(zhuǎn)換短節(jié)I上下接頭處螺紋密封性高、強(qiáng)度高，施工中既可保證密封性又不會(huì)發(fā)生管柱斷裂事故。如圖3a、圖3b所示，扶正器2為帶有六個(gè)翼的圓管，六個(gè)翼平行軸向設(shè)置并沿圓管外周均布，六個(gè)翼上下兩端分別設(shè)有倒角，倒角面長度為20mm，倒角面與豎直面的倒角角度為30°，便于工具在井眼內(nèi)起下。扶正器2的內(nèi)徑等于上轉(zhuǎn)換短節(jié)I 下部的外徑，扶正器長度小于上轉(zhuǎn)換短節(jié)下部長度，扶正器套裝在轉(zhuǎn)換短節(jié)上；上轉(zhuǎn)換短節(jié)I上部的外徑大于扶正器2內(nèi)徑保證了扶正器不會(huì)向上移動(dòng)。如圖4所示，噴槍3為管壁帶有水眼的圓管，上下接頭均設(shè)有內(nèi)螺紋，噴槍3通過上接頭的內(nèi)螺紋與上轉(zhuǎn)換短節(jié)I下端螺紋連接；噴槍3均布兩層水眼、每層3個(gè)水眼，層內(nèi)水眼相位120°，層間水眼相位60°，水眼處設(shè)有內(nèi)螺紋，以安裝自激振蕩脈沖噴嘴31 ;轉(zhuǎn)換短節(jié)I下端外螺紋與噴槍連接后噴槍的外徑大于扶正器內(nèi)徑保證了扶正器不會(huì)向下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了扶正器套裝于轉(zhuǎn)換短節(jié)上的固定。噴槍總長500mm。流體從工作管柱經(jīng)轉(zhuǎn)換短節(jié)I進(jìn)入噴槍3，從噴槍3上的自激振蕩脈沖噴嘴31高速噴出，形成的脈動(dòng)射流可快速射穿套管并在地層形成孔眼，酸壓時(shí)高速脈動(dòng)射流卷吸地層孔眼周圍的流體一同進(jìn)入地層，實(shí)現(xiàn)了水力作用下的封隔，可快速進(jìn)行地層酸壓。如圖5所示，自激振蕩脈沖噴嘴31為上部外徑小、下部外徑大的圓柱體，自激振蕩脈沖噴嘴31外徑小的部分設(shè)有外螺紋，以與噴槍3上水眼處的內(nèi)螺紋進(jìn)行螺紋連接；自激振蕩脈沖噴嘴31內(nèi)部流道的上端為球錐形噴腔311、中部為大尺寸圓柱形諧振腔312、下部為小直徑圓柱形噴腔313。流體自自激振蕩噴嘴球錐形噴槍311進(jìn)入諧振腔312產(chǎn)生擾動(dòng)，當(dāng)擾動(dòng)的流體流過自激振蕩噴嘴諧振腔312的出口收縮斷面進(jìn)入小直徑圓柱形噴腔313時(shí)，便可產(chǎn)生自激壓力激動(dòng)，這種壓力激動(dòng)反饋回諧振腔312從而形成反饋壓力振蕩，適當(dāng)控制諧振腔尺寸和流體的馬赫數(shù)及斯特勞哈爾數(shù)(Strouhal number),使反饋壓力振蕩的頻率與諧振腔312的固有頻率相匹配，從而在諧振腔312內(nèi)形成聲諧共振，使噴嘴噴槍313出口射流變成斷續(xù)渦環(huán)流，并產(chǎn)生強(qiáng)烈壓力振蕩和空化作用，可迅速射穿套管及井壁形成射孔孔道，酸化壓裂過程中，利用自激振蕩射流的壓力脈動(dòng)，使孔眼及裂縫中酸液產(chǎn)生波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)酸液交換并使其壓力波峰大于儲(chǔ)層破裂壓力，溶蝕、破裂、擴(kuò)展裂縫，增加酸壓裂縫的長度。根據(jù)施工特點(diǎn)，自激振蕩脈沖噴嘴需經(jīng)受射孔液中磨料磨蝕及酸液等的的腐蝕，所以自激振蕩脈沖噴嘴31采用碳化鎢或陶瓷等耐腐蝕材料加工制造。如圖6所示，下轉(zhuǎn)換短節(jié)4為中空圓管，上下接頭處分別設(shè)有外螺紋和內(nèi)螺紋，下轉(zhuǎn)換短節(jié)4通過上接頭的外螺紋與噴槍的下端連接，通過下接頭的內(nèi)螺紋與脈動(dòng)酸壓裝置的導(dǎo)向接頭相連接。上下接頭處螺紋密封性高、強(qiáng)度高，施工中既可保證密封性又不會(huì)發(fā)生管柱斷裂事故。如圖7所示，導(dǎo)向接頭5外部上端有外螺紋、中間為圓柱體、下端為錐面柱體，導(dǎo)向接頭5內(nèi)部上端為大直徑圓形通道、下端為小直徑圓形通道，在小直徑圓形通道與大直徑圓形通道相接處設(shè)有球座52 ;導(dǎo)向接頭5下端為錐面，便于順利下入工具，在導(dǎo)向接頭下部的小直徑圓形通道頂端設(shè)有球座52，并設(shè)有與球座匹配的鋼球51，導(dǎo)向接頭上端入口處設(shè)置有凡爾擋片53，可保證鋼球51在反循環(huán)過程中仍處于導(dǎo)向接頭內(nèi)。正常施工過程中，流體從工作管柱進(jìn)入噴槍本體后，壓持鋼球51坐落于球座52上實(shí)現(xiàn)密封，流體由噴槍3上的自激振蕩脈沖噴嘴31噴出進(jìn)行酸壓作業(yè)；在遇到井筒沉積砂等復(fù)雜情況時(shí)，通過工作管柱與井筒間的環(huán)空注入流體，流體反向從導(dǎo)向接頭5下端通孔進(jìn)入，可打開鋼球51，流體進(jìn)入工作管柱循環(huán)出井筒，可實(shí)現(xiàn)作業(yè)后的井筒沖砂。水力卷吸自封隔壓裂的基本原理是保持環(huán)空壓力低于地層破裂壓力，自激振蕩噴嘴噴射進(jìn)入地層孔眼，在孔眼口處高速射流產(chǎn)生強(qiáng)卷吸作用，將部分環(huán)空液及孔內(nèi)返流流體卷吸入孔眼內(nèi)，使孔眼內(nèi)憋壓壓力大于地層的破裂壓力，裂縫起裂，持續(xù)噴入孔眼的高速射流及卷吸的返流保持孔眼內(nèi)的壓力大于裂縫擴(kuò)展壓力，裂縫持續(xù)擴(kuò)展，由于環(huán)空壓力低于地層破裂壓力，所以裂縫僅在自激振蕩噴嘴的噴射點(diǎn)形成，實(shí)現(xiàn)水力自封隔。施工時(shí)，保持環(huán)空壓力低于地層破裂壓力，利用本發(fā)明噴槍上布置的自激振蕩噴嘴產(chǎn)生的高速脈沖射流可以實(shí)現(xiàn)水力卷吸自封隔，僅對噴射點(diǎn)處的地層進(jìn)行壓裂施工。本發(fā)明不使用傳統(tǒng)的機(jī)械封隔器可避免砂卡問題，降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)免除了暫堵劑分層及填砂分層充填難控制、 施工周期長等問題。脈動(dòng)酸壓的基本原理是當(dāng)穩(wěn)定流體流過自激振蕩噴嘴諧振腔的出口收縮斷面時(shí)，產(chǎn)生自激壓力激動(dòng)，這種壓力激動(dòng)反饋回諧振腔從而形成反饋壓力振蕩。適當(dāng)控制諧振腔尺寸和流體的馬赫數(shù)及斯特勞哈爾數(shù)(Strouhal number),使反饋壓力振蕩的頻率與諧振腔的固有頻率相匹配，從而在諧振腔內(nèi)形成聲諧共振，使噴嘴出口射流變成斷續(xù)渦環(huán)流，并產(chǎn)生強(qiáng)烈壓力振蕩和空化作用。本發(fā)明通過噴槍上布置自振空化噴嘴，使酸液形成自激振蕩空化射流，可迅速射穿套管及井壁形成射孔孔道，酸化壓裂過程中，利用脈沖振蕩射流的壓力脈動(dòng)，使孔眼及裂縫中酸液產(chǎn)生擾動(dòng)，可使深處性能已變化的酸液能夠被后續(xù)注入酸液替換，繼續(xù)溶蝕地層擴(kuò)展裂縫，同時(shí)酸液進(jìn)入地層一定深度后壓力脈動(dòng)的峰值仍可大于裂縫起裂壓力，繼續(xù)壓開地層進(jìn)行溶蝕，增加酸壓裂縫的長度。參見圖8，本發(fā)明的拖動(dòng)管柱無封隔器水力噴射脈動(dòng)酸壓方法，包括以下施工步驟(I)、將酸壓裝置各部件進(jìn)行連接安裝，組合無封隔器水力噴射脈動(dòng)酸壓裝置；(2)、將無封隔器水力噴射脈動(dòng)酸壓裝置接裝到工作管柱，下入井內(nèi)預(yù)定施工層位；(3)、通過工作管柱將射孔液泵至水力噴射脈動(dòng)酸壓裝置，通過噴槍上布置的自激振蕩噴嘴形成高速的脈沖空化射流，在套管及井壁產(chǎn)生較高的波動(dòng)的滯止壓力，快速形成定向射孔孔眼；(4)、射孔完成后，通過工作管柱將酸液泵至水力噴射脈動(dòng)酸壓裝置，通過自激振蕩噴嘴射入孔眼，在水力卷吸自封隔作用下憋壓、溶蝕形成裂縫，由于脈沖射流的壓力波動(dòng)，孔眼及裂縫中的酸液產(chǎn)生脈動(dòng)，可使前端性能已變化的酸液能夠被后續(xù)未反應(yīng)酸液替換，繼續(xù)溶蝕地層擴(kuò)展裂縫，同時(shí)前端酸液進(jìn)入地層一定深度后壓力脈動(dòng)的峰值仍可大于裂縫起裂壓力，繼續(xù)壓開地層進(jìn)行溶蝕，增加酸壓裂縫的長度；(5)、完成一個(gè)層位壓裂之后，上提工作管柱將水力噴射脈動(dòng)酸壓裝置上移至下一施工層位，重復(fù)步驟⑶至(5)；(6)、完成所有層位定向壓裂改造后，上提管柱從井內(nèi)取出壓裂裝置。圖9是拖動(dòng)式無封隔器水力噴射脈動(dòng)酸壓裝置在水平井中酸化壓裂的實(shí)施示意圖。將拖動(dòng)式無封隔器水力噴射脈動(dòng)酸壓裝置下入井內(nèi)，通過工作管柱向拖動(dòng)式無封隔器水力噴射脈動(dòng)酸壓裝置泵入射孔液，此時(shí)裝置下端導(dǎo)向接頭5內(nèi)的鋼球51受壓座封于球座52上，裝置下端通道關(guān)閉，射孔液從噴槍3經(jīng)自激振蕩噴嘴31噴出，形成振蕩空化射流，迅速切割套管，在井壁形成射孔孔眼。之后，通過工作管柱向井下裝置泵入壓裂酸液，酸液經(jīng)噴嘴形成高速脈沖空化射流噴入射孔孔道內(nèi)，同時(shí)卷吸環(huán)空中部分流體進(jìn)入射孔孔眼，使孔眼內(nèi)憋壓，孔眼內(nèi)壓力大于地層破裂壓力時(shí)開始在孔眼端部形成裂縫。酸液以振蕩脈沖射流形式卷吸環(huán)空流體持續(xù)進(jìn)入孔眼使孔眼內(nèi)壓力大于裂縫擴(kuò)展壓力，裂縫持續(xù)擴(kuò)展。由于脈沖射流的壓力波動(dòng)，孔眼及裂縫中的酸液產(chǎn)生擾動(dòng)，可使裂縫深處性能已變化的酸液能夠被后續(xù)未反應(yīng)酸液替換，繼續(xù)溶蝕地層擴(kuò)展裂縫，同時(shí)酸液進(jìn)入地層一定深度后壓力脈動(dòng)的峰值仍可大于裂縫起裂壓力，繼續(xù)壓開地層進(jìn)行溶蝕，達(dá)到增加酸壓裂縫的長度的目的。完成一個(gè)層位壓裂之后，上提工作管柱將水力噴射脈動(dòng)酸壓裝置上移至下一施工層 位，依次重復(fù)施工既可完成所有層段的酸化壓裂，施工結(jié)束后上提管柱取出酸壓裝置。圖10是拖動(dòng)式無封隔器水力噴射脈動(dòng)酸壓裝置在直井段的實(shí)施例。施工過程及方法同水平井中拖動(dòng)管柱多段酸壓工藝一致。
權(quán)利要求
1.一種拖動(dòng)式無封隔器水力噴射脈動(dòng)酸壓裝置，包括上轉(zhuǎn)換短節(jié)、扶正器、噴槍、下轉(zhuǎn)換短節(jié)、導(dǎo)向接頭；其特征在于上轉(zhuǎn)換短節(jié)上端與施工管柱連接、下端與噴槍的上端連接，噴槍下端則利用下轉(zhuǎn)換短節(jié)與導(dǎo)向接頭連接；扶正器套裝在上轉(zhuǎn)換短節(jié)上；噴槍上安裝有自激振蕩噴嘴；導(dǎo)向接頭內(nèi)設(shè)有球座，通過鋼球在球座的座封與解封實(shí)現(xiàn)裝置通道末端的封閉與反洗時(shí)通道的開啟。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的拖動(dòng)式無封隔器水力噴射脈動(dòng)酸壓裝置，其特征在于上轉(zhuǎn)換短節(jié)為中空圓管，上部的外徑大、下部外徑小，上下接頭處分別設(shè)有內(nèi)螺紋和外螺紋，上轉(zhuǎn)換短節(jié)通過上接頭的內(nèi)螺紋與工作管柱連接、通過下接頭的外螺紋與噴槍的上端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的拖動(dòng)式無封隔器水力噴射脈動(dòng)酸壓裝置，其特征在于扶正器為帶有六個(gè)翼的圓管，六個(gè)翼平行軸向設(shè)置并沿圓管外周均布，六個(gè)翼上下兩端分別設(shè)有倒角，倒角面長度為20mm，倒角面與豎直面的倒角角度為30° ;扶正器的內(nèi)徑等于上轉(zhuǎn)換短節(jié)下部的外徑，扶正器長度小于上轉(zhuǎn)換短節(jié)下部長度，扶正器套裝在轉(zhuǎn)換短節(jié)上；上轉(zhuǎn)換短節(jié)上部的外徑大于扶正器內(nèi)徑保證了扶正器不會(huì)向上移動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的拖動(dòng)式無封隔器水力噴射脈動(dòng)酸壓裝置，其特征在于噴槍為管壁帶有水眼的圓管，上下接頭均設(shè)有內(nèi)螺紋，噴槍通過上接頭的內(nèi)螺紋與上轉(zhuǎn)換短節(jié)下端螺紋連接；轉(zhuǎn)換短節(jié)下端外螺紋與噴槍連接后噴槍的外徑大于扶正器內(nèi)徑保證了扶正器不會(huì)向下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了扶正器套裝于轉(zhuǎn)換短節(jié)上的固定；噴槍均布兩層水眼、每層3個(gè)水眼，層內(nèi)水眼相位120°，層間水眼相位60°，水眼處設(shè)有內(nèi)螺紋，以安裝自激振蕩脈沖噴嘴；噴槍總長500mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的拖動(dòng)式無封隔器水力噴射脈動(dòng)酸壓裝置，其特征在于自激振蕩脈沖噴嘴為上部外徑小、下部外徑大的圓柱體，自激振蕩脈沖噴嘴外徑小的部分設(shè)有外螺紋，以與噴槍上水眼處的內(nèi)螺紋進(jìn)行螺紋連接；自激振蕩脈沖噴嘴內(nèi)部流道的上端為球錐形噴腔、中部為大尺寸圓柱形諧振腔、下部為小直徑圓柱形噴腔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5所述的拖動(dòng)式無封隔器水力噴射脈動(dòng)酸壓裝置，其特征在于下轉(zhuǎn)換短節(jié)為中空圓管，上下接頭處分別設(shè)有外螺紋和內(nèi)螺紋，下轉(zhuǎn)換短節(jié)通過上接頭的外螺紋與噴槍的下端連接，通過下接頭的內(nèi)螺紋與脈動(dòng)酸壓裝置的導(dǎo)向接頭相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6所述的拖動(dòng)式無封隔器水力噴射脈動(dòng)酸壓裝置，其特征在于導(dǎo)向接頭外部上端有外螺紋、中間為圓柱體、下端為錐面柱體，導(dǎo)向接頭內(nèi)部上端為大直徑圓形通道、下端為小直徑圓形通道，在小直徑圓形通道與大直徑圓形通道相接處設(shè)有球座；導(dǎo)向接頭下端為錐面，在導(dǎo)向接頭下部的小直徑圓形通道頂端設(shè)有球座，并設(shè)有與球座匹配的鋼球，導(dǎo)向接頭上端入口處設(shè)置有凡爾擋片。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7所述的拖動(dòng)式無封隔器水力噴射脈動(dòng)酸壓裝置，其特征在于自激振湯脈沖嗔嘴31米用碳化鶴材料加工制造。
9.一種拖動(dòng)式無封隔器水力噴射脈動(dòng)酸壓方法，采用權(quán)利要求1-8的拖動(dòng)式無封隔器水力噴射脈動(dòng)酸壓裝置，其特征在于，包括以下施工步驟 (1)、將酸壓裝置各部件進(jìn)行連接安裝，組合無封隔器水力噴射脈動(dòng)酸壓裝置 (2)、將無封隔器水力噴射脈動(dòng)酸壓裝置接裝到工作管柱，下入井內(nèi)預(yù)定施工層位； (3)、通過工作管柱將射孔液泵至水力噴射脈動(dòng)酸壓裝置，通過噴槍上布置的自激振蕩噴嘴形成高速的脈沖空化射流，在套管及井壁產(chǎn)生較高的波動(dòng)的滯止壓力，快速形成定向射孔孔眼； (4)、射孔完成后，通過工作管柱將酸液泵至水力噴射脈動(dòng)酸壓裝置，通過自激振蕩噴嘴射入孔眼，在水力卷吸自封隔作用下憋壓、溶蝕形成裂縫； (5)、完成一個(gè)層位壓裂之后，上提工作管柱將水力噴射脈動(dòng)酸壓裝置上移至下一施工層位，重復(fù)步驟⑶至(5)； (6)、完成所有層位定向壓裂改造后，上提管柱從井內(nèi)取出壓裂裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的拖動(dòng)式無封隔器水力噴射脈動(dòng)酸壓方法，其特征在于拖動(dòng)式無封隔器水力噴射脈動(dòng)酸壓方法適用于水平井和豎直井。
全文摘要
本發(fā)明屬于油田開采領(lǐng)域，具體地，涉及一種在油氣井儲(chǔ)層中進(jìn)行酸化壓裂的裝置及方法。該裝置包括順次相連的上轉(zhuǎn)換短節(jié)、扶正器、噴槍、下轉(zhuǎn)換短節(jié)、導(dǎo)向接頭；上轉(zhuǎn)換短節(jié)上端與施工管柱連接。本發(fā)明利用高速脈動(dòng)射流產(chǎn)生的水力卷吸封隔作用進(jìn)行酸壓封隔，不需要傳統(tǒng)酸壓工具的封隔器，避免了傳統(tǒng)工具中封隔器多次座封解封易失效的問題；采用脈動(dòng)射流進(jìn)行酸壓可增加酸壓進(jìn)入地層深度，增大壓裂裂縫長度；結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠，施工方法成熟，施工成本較常規(guī)技術(shù)更低；可通過調(diào)整噴槍上自激振蕩噴嘴的布置方向避免酸壓過程中穿透水層；通過噴槍上布置的自激振蕩噴嘴形成高速的脈沖射流，快速形成定向射孔孔眼且避免射孔彈爆炸射孔產(chǎn)生的壓實(shí)帶。
文檔編號(hào)E21B43/114GK102953719SQ201210470449
公開日2013年3月6日 申請日期2012年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月20日
發(fā)明者田守嶒, 李根生, 黃中偉, 宋先知, 張好林, 王海柱 申請人:中國石油大學(xué)(北京)