專利名稱：不動管柱式無封隔器滑套水力噴射脈動酸壓裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明屬于油田開采領域，具體地，涉及一種在油氣井儲層中進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生脈沖脈動射流進行不動管柱式無封隔器酸化壓裂的裝置和方法。
背景技術：
隨著全球油氣資源的持續(xù)開采，低滲透地質儲量占剩余儲量的比例持續(xù)增長，此外部分老油田儲層逐步進入低壓衰竭期，儲層的壓裂改造已成為新增低滲透區(qū)塊及老油田衰竭儲層油氣開發(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進行分層多段壓裂，裂縫達到足夠的尺寸及滲透率，方可最大限度通過井筒開采儲層中的油氣。常規(guī)的酸化壓裂技術多使用射孔彈進行射孔，之后向井內泵入壓裂液進行籠統(tǒng)壓裂，井下裂縫起裂位置及走向受地應力影響難以控制，特別是水平井，對稱的雙翼籠統(tǒng)壓裂會壓穿儲層周圍的水層，造成油層見水；同時，射孔彈射孔爆炸時會在孔眼周圍形成壓實帶，爆炸射孔中壓力存在波動，令孔眼處壓力可能低于裂縫閉合壓力，對敏感地層產生傷害；此外，常規(guī)酸化壓裂方法酸壓過程中，酸液進入裂縫一定距離后，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，限制酸化壓裂形成裂縫的長度。常規(guī)酸壓技術多采用機械封隔器實現(xiàn)分層酸化壓裂。機械封隔器可在套管井實施分層或多段壓裂，但容易發(fā)生砂卡導致井下事故，且封隔器受酸液腐蝕，多次座封解封后封隔效果變差，裂縫達到一定長度后繼續(xù)注入酸液無法再酸化溶蝕地層，形成的裂縫長度有限。本發(fā)明通過短節(jié)連接多級無封隔器滑套水力噴射脈動酸壓裝置下入井筒內，通過依次投球打開各級酸壓裝置滑套，實現(xiàn)不拖動管柱的多級酸化壓裂。利用工具上布置的自激振蕩噴嘴，射孔過程中，形成高速水力脈沖射流，高速射流的卷吸作用實現(xiàn)了水力封隔，不需要傳統(tǒng)的封隔器，利用射流的滯止壓力波動迅速破壞套管及井壁形成射孔孔眼，不會產生壓實帶，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，在射孔孔眼壁面產生水力自封隔，進而實現(xiàn)不動管柱多層段射孔壓裂增產；此外，利用脈沖射流的壓力脈動，在孔眼及裂縫中使酸液產生擾動，可使前端性能已變化的酸液能夠被后續(xù)未反應酸液替換，繼續(xù)溶蝕地層擴展裂縫，同時前端酸液進入地層一定深度后壓力脈動的峰值仍可大于裂縫起裂壓力，繼續(xù)壓開地層進行溶蝕，增加酸壓裂縫的長度。

發(fā)明內容
為了克服現(xiàn)有常規(guī)酸化壓裂技術中技術的缺陷，本發(fā)明提供一種不動管柱式無封隔器滑套水力噴射脈動酸壓的裝置及方法。為克服上述缺陷，本發(fā)明采用如下方案不動管柱式無封隔器滑套水力噴射脈動酸壓裝置，包括導向頭、多孔油管短節(jié)、單向閥、第一下短節(jié)、第一扶正器、第一噴槍、第二扶正器、第一上短節(jié)；其特征在于導向頭連接到多孔油管短節(jié)下端；多孔油管短節(jié)上端與單向閥的下端相連接，單向閥內設有閥球和球座閥，單向閥上端與第一下短節(jié)的下端連接，第一下短節(jié)上端與第一噴槍的下端連接；第一下短節(jié)上安裝有第一扶正器；第一噴槍上安裝自激振蕩噴嘴，第一噴槍上端通過第一上短節(jié)連接到工作管柱上，在第一上短節(jié)上安裝有第二扶正器。進一步地,還包括第二級噴槍、第二上短節(jié)；第二噴槍上端通過第二上短節(jié)連接到工作管柱、下端與第一上短節(jié)上端連接；第二噴槍內設計有滑套及銷釘，進行第一級酸壓時，滑套被銷釘固定，封隔了第二噴槍上的噴嘴，僅通過第一噴槍進行第一級酸壓；第一級酸壓完成后，通過在工作管柱內投入匹配鋼球，在壓力作用下鋼球座封于滑套上端，可以剪斷銷釘打開滑套，使第二級噴槍的噴嘴與流體通道連接，同時鋼球與滑套配合關閉了第二噴槍向下的通道，封隔了下部完成酸壓工作的第一噴槍，進行第二級酸壓施工。進一步地，在第二噴槍上端通過第二上短節(jié)依次連接第三噴槍、第三上短節(jié)；第三噴槍與第二噴槍的結構相同，僅第三噴槍內滑套的內徑大于第二噴槍所采用鋼球的直徑，同時小于第三噴槍所采用的鋼球的直徑；進一步地，以此類推，噴槍內滑套內徑大于其前一噴槍所采用的鋼球外徑，可實現(xiàn)逐級投入鋼球打開滑套進行酸化壓裂。進一步地，導向頭外部上端為圓柱體、下端為錐面柱體，內部上端為大直徑圓形通孔、下端為小直徑圓形通孔；大直徑圓形通孔處設有內螺紋；優(yōu)選地，多孔油管短節(jié)為帶孔圓管，上下兩端分別設有外螺紋，多孔油管短節(jié)下端與導向頭螺紋連接，油管主體側面開有42個的小孔，分14層均布于油管圓周，層內小孔相位120°，層間小孔相位60°。進一步地，單向閥上下兩端分別設有外螺紋和內螺紋，單向閥的下端通過內螺紋與多孔油管短節(jié)的上端螺紋連接，上端通過外螺紋與第一下短節(jié)連接；單向閥內流道最小內徑為12mm，在最小流道上端開有與水平面呈60°夾角的斜槽設計為球座閥，與閥球配合組成單向閥，單向閥上端入口處裝有凡爾擋片，閥球直徑大于球座閥的最小內徑和凡爾擋片上的孔徑。進一步地，第一下短節(jié)為中空圓管，上下接頭處分別設有外螺紋和內螺紋，第一下短節(jié)通過通過下接頭的內螺紋與單向閥螺紋連接、通過上接頭的外螺紋與第一噴槍連接。進一步地，第一扶正器為帶有六翼的圓管，六個翼沿軸向設置并沿圓管外周均布，六個翼上下兩端分別進行倒角，倒角面長度為20mm，倒角面與豎直面的倒角角度為30°。進一步地，第一噴槍為管壁設計有水眼的圓管，上下接頭處設有內螺紋，第一噴槍通過上下接頭的螺紋實現(xiàn)與第一上短節(jié)和第一下短節(jié)螺紋的連接；噴槍3均布兩層水眼、每層3個水眼，層內水眼相位120°，層間水眼相位60°，水眼處設計有內螺紋；噴槍總長500mm ；進一步地，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有外螺紋，以與噴槍上水眼處的內螺紋進行螺紋連接；自激振蕩脈沖噴嘴內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，自激振蕩脈沖噴嘴采用碳化鎢或陶瓷等耐腐蝕材料加工制造；優(yōu)選地，第一上短節(jié)為中空圓管，上下接頭處分別設有內螺紋和外螺紋，第一上短節(jié)通過上接頭的內螺紋與工作管柱連接，通過下接頭的外螺紋與第一噴槍連接；優(yōu)選地，第二扶正器的結構與第一扶正器的結構相同；優(yōu)選地，第二噴槍為管壁設計有水眼的圓管，上接頭處設有內螺紋，下接頭設有外螺紋，第二噴槍通過上下接頭的螺紋實現(xiàn)與第二上短節(jié)和第一上短節(jié)的連接；噴槍中間均布兩層水眼、每層3個水眼，層內水眼相位120°，層間水眼相位60°，水眼處設計有內螺紋，可安裝自激振蕩脈沖噴嘴；噴槍內部設計有滑套，滑套的外徑等于第二級噴槍的內徑，滑套由銷釘固定在噴槍內封堵第二噴槍上的噴嘴；噴槍總長500mm，在第二噴槍的下端面設有限位錐面，用于限制滑套的位移；滑套外徑60mm，長度132mm，開有四道密封槽，靠近滑套下端，開有寬6_的槽，與銷釘配合實現(xiàn)固定；滑套上端內壁倒角60°，與鋼球配合實現(xiàn)座封；下端外壁倒角30°，與噴槍本體限位錐面配合，銷釘剪斷后，滑套最終止動于限位錐面。不動管柱式無封隔器滑套水力噴射脈動酸壓方法，采用上述所述的不動管柱式無封隔器滑套水力噴射脈動酸壓裝置，其特征在于包括以下施工步驟(I)、通過工作管柱將多級無封隔器滑套水力噴射脈動酸壓裝置下至井內待施工層位；(2)、通過工作管柱將射孔液泵至多級無封隔器水力噴射脈動酸壓裝置，此時各級裝置滑套未打開，流體作用于底部單向閥形成座封憋壓，僅通過最下部一級酸壓裝置噴槍上布置的自激振蕩噴嘴噴出形成高速的振蕩脈沖射流，在套管及井壁產生較高的波動的滯止壓力，快速形成定向射孔孔眼；(3)、通過工作管柱將酸液泵至多級無封隔器水力噴射脈動酸壓裝置，通過噴嘴射入孔眼，在水力卷吸下形成封隔作用，憋壓形成裂縫；同時，利用振蕩脈沖射流的壓力脈動，在孔眼及裂縫中使酸液產生擾動，可使性能已變化的酸液能夠被后續(xù)未反應酸液替換，繼續(xù)溶蝕地層擴展裂縫，同時酸液進入地層一定深度后壓力脈動的峰值仍可大于裂縫起裂壓力，繼續(xù)壓開地層進行溶蝕，增加酸壓裂縫的長度；(4)、完成最下端儲層酸壓后，在工作管柱中投入與下端第二級滑套水力噴射脈動酸壓裝置相匹配的鋼球，泵入加壓射孔液，鋼球在壓力作用下座封于第二級酸壓裝置的滑套上，當壓力達到一定值即可打開滑套并座封下部已完成酸化的酸壓裝置，射孔液由第二級酸壓裝置噴槍上噴出形成振蕩脈沖射流，進行射孔；(5)、第二級儲層射孔工作后，通過工作管柱向井下水力噴射脈動酸壓裝置泵入加壓酸液，利用第二級酸壓裝置完成儲層酸壓；出)、完成下端層位的酸壓增產改造后，通過工作管柱依次投入與各級裝置相匹配的鋼球打開各級酸壓裝置滑套并座封封隔下部已完成酸壓工作的水力噴射脈動酸壓裝置，依次完成上部各儲層射孔、酸化壓裂；(7)、完成所有層位酸化壓裂后上提管柱取出不動式無封隔器滑套水力噴射脈動酸壓裝置。進一步地，不動管柱式無封隔器滑套水力噴射脈動酸壓方法適用于水平井和豎直井。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入地層孔眼，在孔眼口處高速射流產生強卷吸作用，將部分環(huán)空液及孔內返流流體卷吸入孔眼內，使孔眼內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的壓力大于裂縫擴展壓力，裂縫持續(xù)擴展，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形成，實現(xiàn)水力自封隔。施工時，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生的高速脈沖射流可以實現(xiàn)水力卷吸自封隔，僅對噴射點處的地層進行壓裂施工。本發(fā)明不使用傳統(tǒng)的機械封隔器可避免砂卡問題，降低作業(yè)風險；同時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。脈動酸壓的基本原理是當穩(wěn)定流體流過自激振蕩噴嘴諧振腔的出口收縮斷面時，產生自激壓力激動，這種壓力激動反饋回諧振腔從而形成反饋壓力振蕩。適當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，從而在諧振腔內形成聲諧共振，使噴嘴出口射流變成斷續(xù)渦環(huán)流，并產生強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，使孔眼及裂縫中酸液產生擾動，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)溶蝕地層擴展裂縫，同時酸液進入地層一定深度后壓力脈動的峰值仍可大于裂縫起裂壓力，繼續(xù)壓開地層進行溶蝕，增加酸壓裂縫的長度。本發(fā)明相對于現(xiàn)有酸化壓裂技術，具有如下有益效果(I)、利用高速脈動射流產生的水力卷吸封隔作用進行酸壓封隔，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)、采用脈動射流進行酸壓可增加酸壓進入地層深度，增大壓裂裂縫長度，酸化壓裂效果優(yōu)于常規(guī)技術。(3)、本發(fā)明裝置結構簡單，安全可靠，施工方法成熟，施工成本較常規(guī)技術更低。(4)、可根據(jù)所需酸壓層數(shù)組裝相應級數(shù)的酸化壓裂裝置，一次下入酸壓裝置可酸化壓裂的層數(shù)更多；采用逐級投球打開滑套的方法，實現(xiàn)不動管柱對多層段儲層的逐級酸化壓裂，不需要拖動管柱連續(xù)進行酸化壓裂可減小作業(yè)時間，降低施工成本。(5)、將水力脈沖射孔與酸壓技術結合起來，可同時實現(xiàn)水力射孔、水力自封隔及脈動酸化壓裂，現(xiàn)場施工中不需增加額外的地面設備就可進行多層段酸化壓裂；能夠輕易實現(xiàn)直井、水平井的分層、分段不拖動管柱的酸化壓裂；另外，對于水平井段周圍有水層時，可通過調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。出)、通過工作管柱將射孔液泵至無封隔器水力噴射脈動酸壓裝置，通過噴槍上布置的自激振蕩噴嘴形成高速的脈沖射流，在套管及井壁產生較高的波動的滯止壓力，快速形成定向射孔孔眼且避免射孔彈爆炸射孔產生的壓實帶。


圖1a是本發(fā)明壓裂一級地層時采用的一級不動管柱式無封隔器滑套水力噴射脈動酸壓裝置主視示意圖；圖1b是本發(fā)明壓裂一級地層時采用的一級不動管柱式無封隔器滑套水力噴射脈動酸壓裝置結構示意圖2是本發(fā)明酸壓裝置中導向頭結構示意圖；圖3是本發(fā)明酸壓裝置中多孔油管短節(jié)結構示意圖；圖4是本發(fā)明酸壓裝置中單向閥結構示意圖；圖5是本發(fā)明酸壓裝置中下短節(jié)結構示意圖；圖6a是本發(fā)明酸壓裝置中第一扶正器結構示意圖；圖6b是本發(fā)明酸壓裝置中第一扶正器俯視示意圖；圖7是本發(fā)明酸壓裝置中第一噴槍結構示意圖；圖8是本發(fā)明酸壓裝置中自激振蕩脈沖噴嘴結構示意圖；圖9是本發(fā)明酸壓裝置中上短節(jié)結構示意圖；圖1Oa是壓裂兩級地層時采用的兩級不動管柱式無封隔器滑套水力噴射脈動酸壓裝置主視示意圖；圖1Ob是壓裂兩級地層時采用的兩級不動管柱式無封隔器滑套水力噴射脈動酸壓裝置結構示意圖；圖1la是本發(fā)明酸壓裝置中第二噴槍結構滑套鎖定狀態(tài)示意圖；圖1lb是本發(fā)明酸壓裝置中第二噴槍結構滑套打開狀態(tài)示意圖；圖12是本發(fā)明酸壓裝置中滑套結構示意圖；圖13是不動管柱式無封隔器滑套水力噴射脈動酸壓方法流程圖；圖14是不動管柱式無封隔器滑套水力噴射脈動酸壓裝置在水平井中3段酸化壓裂的實施示意圖；圖15是不動管柱式無封隔器滑套水力噴射脈動酸壓裝置在直井中3段酸化壓裂的實施示意圖；圖中1、導向頭,2、多孔油管短節(jié),3、單向閥,4、第一下短節(jié),5、第一扶正器,6、第一噴槍，7、第二扶正器，8、第一上短節(jié)，第二噴槍9，第二上短節(jié)10。
具體實施例方式實施例一如圖1所示，僅壓裂一級地層時采用的一級不動管柱式無封隔器滑套水力噴射脈動酸壓裝置，包括導向頭I、多孔油管短節(jié)2、單向閥3、第一下短節(jié)4、第一扶正器5、第一噴槍6、第二扶正器7、第一上短節(jié)8 ;自下而上，導向頭I連接到多孔油管短節(jié)2下端，導向頭I可保證工具順利下入井內，同時與多孔油管短節(jié)2配合可提供反洗井筒作業(yè)的流動通道；多孔油管短節(jié)2上端與單向閥3的下端相連接，單向閥3內設有閥球31和球座閥32，用于實現(xiàn)酸壓施工時級不動管柱式無封隔器滑套水力噴射脈動酸壓裝置的封閉以及反洗循環(huán)作業(yè)時工具通道的開啟；單向閥3上端與第一下短節(jié)4的下端連接，第一下短節(jié)4上端與第一噴槍6的下端連接；第一下短節(jié)4上安裝有第一扶正器5,第一扶正器5可以固定拖動式無封隔器水力噴射脈動酸壓裝置，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；第一噴槍6上安裝自激振蕩噴嘴61，用于實現(xiàn)水力噴射脈動射孔與酸壓；第一噴槍6上端通過第一上短節(jié)8連接到工作管柱上，在第一上短節(jié)8上安裝有第二扶正器7。如圖2所示，導向頭I外部上端為圓柱體、下端為錐面柱體，內部上端為大直徑圓形通孔、下端為小直徑圓形通孔；大直徑圓形通孔處設有內螺紋。導向頭I下端的錐面設計，便于順利下入工具；同時內部設計的通孔，提高了反洗井時的過流能力，保證了密封面含砂時的處理能力，使工具運行更可靠。如圖3所示，多孔油管短節(jié)2為帶孔圓管，上下兩端分別設有外螺紋，多孔油管短節(jié)2下端與導向頭I螺紋連接，油管主體側面開有42個的小孔，分14層均布于油管圓周，層內小孔相位120°，層間小孔相位60°，小孔與多孔油管短節(jié)內部通孔共同構成反洗井時流體通道。如圖4所示，單向閥3上下兩端分別設有外螺紋和內螺紋，單向閥3兼有短接功能，單向閥3的下端通過內螺紋與多孔油管短節(jié)2的上端螺紋連接，上端通過外螺紋與第一下短節(jié)4連接；單向閥內流道最小內徑為12mm，在最小流道上端開有與水平面呈60°夾角的斜槽設計為球座閥32，與閥球31配合組成單向閥，單向閥上端入口處裝有凡爾擋片33，閥球31直徑大于球座閥32的最小內徑和凡爾擋片33上的孔徑，使閥球31始終位于球座閥32與凡爾擋片33之間的工作區(qū)域。壓裂液正方向流動時，閥球31與球座閥32圓錐面配合實現(xiàn)座封；反洗時，壓裂液沖開閥球，實現(xiàn)解封并反向流動。由于凡爾擋片33的限制作用，閥球31并不會偏離工作位置，而且該設計在水平位置時仍然能實現(xiàn)座封。如圖5所示，第一下短節(jié)4為中空圓管，上下接頭處分別設有外螺紋和內螺紋，第一下短節(jié)4通過通過下接頭的內螺紋與單向閥3螺紋連接，上接頭的外螺紋與第一噴槍6連接，上下接頭處螺紋密封性高、強度高，施工中既可保證密封性又不會發(fā)生管柱斷裂事故。如圖6所示，第一扶正器5為帶有六翼的圓管，六個翼沿軸向設置并沿圓管外周均布，六個翼上下兩端分別進行倒角，倒角面長度為20mm，倒角面與豎直面的倒角角度為30°，便于工具在井眼內起下。扶正器可以固定不動管柱式無封隔器滑套水力噴射脈動酸壓裝置，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。第一短節(jié)接頭之間圓管的外徑等于扶正器的內徑，長度略大于扶正器長度，工具安裝之后，短節(jié)兩端接頭外徑大于扶正器的內徑，實現(xiàn)了扶正器套裝在短節(jié)上的固定。如圖7所示，第一噴槍6為管壁設計有水眼的圓管，上下接頭處設有內螺紋，第一噴槍通過上下接頭的螺紋實現(xiàn)與第一上短節(jié)8和第一下短節(jié)4螺紋的連接；噴槍3均布兩層水眼、每層3個水眼，層內水眼相位120°，層間水眼相位60°，水眼處設計有內螺紋，可安裝自激振蕩脈沖噴嘴61 ;噴槍總長500mm。流體從工作管柱經第一上短節(jié)8進入第一噴槍6，從第一噴槍6上的自激振蕩脈沖噴嘴61高速噴出，形成的脈動射流可快速射穿套管并在地層形成孔眼，酸壓時高速脈動射流卷吸地層孔眼周圍的流體一同進入地層，實現(xiàn)了水力作用下的封隔，可快速進行地層酸壓。如圖8所示，自激振蕩脈沖噴嘴61為上部外徑小、下部外徑大的圓柱體，自激振蕩脈沖噴嘴61外徑小的部分設有外螺紋，以與噴槍3上水眼處的內螺紋進行螺紋連接；自激振蕩脈沖噴嘴61內部流道的上端為球錐形噴腔611、中部為大尺寸圓柱形諧振腔612、下部為小直徑圓柱形噴腔613。流體自自激振蕩噴嘴球錐形噴槍611進入諧振腔612產生擾動，當擾動的流體流過自激振蕩噴嘴諧振腔612的出口收縮斷面進入小直徑圓柱形噴腔613時，便可產生自激壓力激動，這種壓力激動反饋回諧振腔612從而形成反饋壓力振蕩，適當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612的固有頻率相匹配，從而在諧振腔612內形成聲諧共振，使噴嘴噴槍613出口射流變成斷續(xù)渦環(huán)流，并產生強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，使孔眼及裂縫中酸液產生波動，實現(xiàn)酸液交換并使其壓力波峰大于儲層破裂壓力，溶蝕、破裂、擴展裂縫，增加酸壓裂縫的長度。根據(jù)施工特點，自激振蕩脈沖噴嘴需經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61采用碳化鎢或陶瓷等耐腐蝕材料加工制造。如圖9所示，第一上短節(jié)8為中空圓管，上下接頭處分別設有內螺紋和外螺紋，第一上短節(jié)8通過上接頭的內螺紋與工作管柱連接，通過下接頭的外螺紋與第一噴槍6連接，上下接頭處螺紋密封性高、強度高，施工中既可保證密封性又不會發(fā)生管柱斷裂事故。第二扶正器7的結構與第一扶正器5的結構相同。實施例二如圖10所示，壓裂兩級地層時采用的兩級不動管柱式無封隔器滑套水力噴射脈動酸壓裝置，與實施例一中的一級地層時采用的兩級不動管柱式無封隔器滑套水力噴射脈動酸壓裝置的區(qū)別在于還包括第二噴槍9、第二上短節(jié)10 ;第二噴槍9上端通過第二上短節(jié)10連接到工作管柱、下端與第一上短節(jié)8上端連接；第二噴槍9內設計有滑套93及銷釘92，進行第一級酸壓時，滑套93被銷釘92固定，封隔了第二噴槍9上的噴嘴，僅通過第一噴槍6進行第一級酸壓；第一級酸壓完成后，通過在工作管柱內投入匹配鋼球91，在壓力作用下鋼球91座封于滑套93上端，可以剪斷銷釘92打開滑套93，使第二級噴槍9的噴嘴與流體通道連接，同時鋼球91與滑套93配合關閉了第二噴槍9向下的通道，封隔了下部完成酸壓工作的第一噴槍6，此時可進行第二級酸壓施工。如圖11所示，第二噴槍9為管壁設計有水眼的圓管，上接頭處設有內螺紋，下接頭設有外螺紋，第二噴槍9通過上下接頭的螺紋實現(xiàn)與第二上短節(jié)10和第一上短節(jié)8的連接；噴槍中間均布兩層水眼、每層3個水眼，層內水眼相位120°，層間水眼相位60°，水眼處設計有內螺紋，可安裝自激振蕩脈沖噴嘴；噴槍內部設計有滑套93，滑套93的外徑等于第二級噴槍9的內徑，滑套93由銷釘92固定在噴槍內封堵第二噴槍9上的噴嘴；噴槍總長500mm，在第二噴槍的下端面設有限位錐面94，用于限制滑套93的位移。如圖12所示，滑套93與鋼球91組成了噴槍的開啟控制元件，是實現(xiàn)不動管柱分段壓裂的關鍵部件，多級酸壓裝置中除最底端第一級噴槍不需安裝滑套外，其余均裝有滑套?；淄鈴?0mm，長度132mm，開有四道密封槽，靠近滑套下端，開有寬6mm的槽，與銷釘配合實現(xiàn)固定?；咨隙藘缺诘菇?0°，與鋼球91配合實現(xiàn)座封；下端外壁倒角30°，與噴槍本體限位錐面94配合，銷釘剪斷后，滑套最終止動于限位錐面94。對于三級地層酸壓施工，可根據(jù)施工層數(shù)在第二噴槍9上端通過第二上短節(jié)10依次連接第三噴槍、第三上短節(jié)。第三噴槍與第二噴槍9的結構相同，僅第三噴槍內滑套的內徑大于第二噴槍所采用鋼球的直徑，同時小于第三噴槍所采用的鋼球的直徑，如此，從上部投入鋼球91打開第二噴槍9滑套93時，鋼球91可順利通過第三噴槍的滑套進入第二噴槍9實現(xiàn)第二噴槍9滑套93的開啟及第一級噴槍6的封隔，進行第二級酸化壓裂。以此類推，多級壓裂時，噴槍內滑套內徑大于其前一噴槍所采用的鋼球外徑，可實現(xiàn)逐級投入鋼球打開滑套進行酸化壓裂。如圖13所示，不動管柱式無封隔器滑套水力噴射脈動酸壓方法主要包括以下壓裂施工步驟
(I)、通過工作管柱將多級無封隔器滑套水力噴射脈動酸壓裝置下至井內待施工層位；
(2)、通過工作管柱將射孔液泵至多級無封隔器水力噴射脈動酸壓裝置，此時各級裝置滑套未打開，流體作用于底部單向閥形成座封憋壓，僅通過最下部一級酸壓裝置噴槍上布置的自激振蕩噴嘴噴出形成高速的振蕩脈沖射流，在套管及井壁產生較高的波動的滯止壓力，快速形成定向射孔孔眼且避免產生壓實帶；
(3)、通過工作管柱將酸液泵至多級無封隔器水力噴射脈動酸壓裝置，通過噴嘴射入孔眼，在水力卷吸下形成封隔作用，憋壓形成裂縫；此外，利用振蕩脈沖射流的壓力脈動， 在孔眼及裂縫中使酸液產生擾動，可使性能已變化的酸液能夠被后續(xù)未反應酸液替換，繼續(xù)溶蝕地層擴展裂縫，同時酸液進入地層一定深度后壓力脈動的峰值仍可大于裂縫起裂壓力，繼續(xù)壓開地層進行溶蝕，增加酸壓裂縫的長度。
(4)、完成最下端儲層酸壓后，在工作管柱中投入與下端第二級滑套水力噴射脈動酸壓裝置相匹配的鋼球，泵入加壓射孔液，鋼球在壓力作用下座封于第二級酸壓裝置的滑套上，當壓力達到一定值即可打開滑套并座封下部已完成酸化的酸壓裝置，射孔液由第二級酸壓裝置噴槍上噴出形成振蕩脈沖射流，進行射孔。
(5)、第二級儲層射孔工作后，通過工作管柱向井下水力噴射脈動酸壓裝置泵入加壓酸液，利用第二級酸壓裝置完成儲層酸壓。
出)、完成下端層位的酸壓增產改造后，通過工作管柱依次投入與各級裝置相匹配的鋼球打開各級酸壓裝置滑套并座封封隔下部已完成酸壓工作的水力噴射脈動酸壓裝置， 依次完成上部各儲層射孔、酸化壓裂。
(7)、完成所有層位酸化壓裂后上提管柱取出不動式無封隔器滑套水力噴射脈動酸壓裝置。
圖14為不動管柱式無封隔器滑套水力噴射脈動酸壓裝置在水平井中3段酸化壓裂的實施例。利用工作管柱將多級無封隔器滑套水力噴射脈動酸壓裝置下入井內待施工層位，最下端的一級噴槍無滑套，后兩級噴槍裝有滑套，此時第二、三級噴槍上的自激振蕩噴嘴由滑套封隔，第一級噴槍上的噴嘴與流道連通。施工時，射孔液加壓由工作管柱泵至酸壓裝置，裝置底部的單向閥關閉，流體經第一級噴槍上的自激振蕩噴嘴噴出形成空化脈沖射流，可快速切割套管沖擊地層形成射孔孔眼；射孔完成后，酸液加壓由工作管柱泵至酸壓裝置經第一級噴槍上的自激振蕩噴嘴形成空化脈沖射流噴入射孔孔眼，由于高速射流的卷吸作用使孔眼內憋壓，眼內壓力大于地層破裂壓力時開始在孔眼端部形成裂縫，酸液以脈沖射流形式卷吸環(huán)空流體持續(xù)進入孔眼使孔眼內壓力大于裂縫擴展壓力，裂縫持續(xù)擴展，由于脈沖射流的壓力波動，孔眼及裂縫中的酸液產生脈動，可使性能已變化的酸液能夠被后續(xù)未反應酸液替換，繼續(xù)溶蝕地層擴展裂縫，同時酸液進入地層一定深度后壓力脈動的峰值仍可大于裂縫起裂壓力，繼續(xù)壓開地層進行溶蝕，增加酸壓裂縫的長度。層段I完成酸壓增產后，向工作管柱內投入滑套鋼球并注液，鋼球在流體壓力作用下座封于第二級噴槍滑套上，當壓力達到一定值后，滑套與槍體之間的銷釘剪斷，滑套向前推移與噴槍本體限位錐面配合，限制位移，此時，第二級噴槍噴嘴實現(xiàn)開啟，同時鋼球與滑套封閉噴槍本體下部軸向流道，壓裂液不能流到下面一級噴槍，等同于關閉下面施工結束的噴槍，由工作管柱依次泵入射孔液與壓裂酸液便可實現(xiàn)對層段2的酸化壓裂，由此實現(xiàn)不動管柱第二層段酸化壓裂。重復施工直至完成所有層段酸壓增產，上提管柱取出水力噴射脈動酸壓裝置。
圖15為不動管柱式無封隔器滑套水力噴射脈動酸壓 裝置在直井中3段酸化壓裂的實施例。施工過程及方法同水平井中不動管柱無封隔器滑套水力噴射脈動多段酸壓工藝一致。
權利要求
1.不動管柱式無封隔器滑套水力噴射脈動酸壓裝置，包括導向頭、多孔油管短節(jié)、單向閥、第一下短節(jié)、第一扶正器、第一噴槍、第二扶正器、第一上短節(jié)；其特征在于導向頭連接到多孔油管短節(jié)下端；多孔油管短節(jié)上端與單向閥的下端相連接，單向閥內設有閥球和球座閥，單向閥上端與第一下短節(jié)的下端連接，第一下短節(jié)上端與第一噴槍的下端連接；第一下短節(jié)上安裝有第一扶正器；第一噴槍上安裝自激振蕩噴嘴，第一噴槍上端通過第一上短節(jié)連接到工作管柱上，在第一上短節(jié)上安裝有第二扶正器。
2.根據(jù)權利要求I所述的不動管柱式無封隔器滑套水力噴射脈動酸壓裝置，其特征在于還包括第二級噴槍、第二上短節(jié)；第二噴槍上端通過第二上短節(jié)連接到工作管柱、下端與第一上短節(jié)上端連接；第二噴槍內設計有滑套及銷釘，進行第一級酸壓時，滑套被銷釘固定，封隔了第二噴槍上的噴嘴，僅通過第一噴槍進行第一級酸壓；第一級酸壓完成后，通過在工作管柱內投入匹配鋼球，在壓力作用下鋼球座封于滑套上端，可以剪斷銷釘打開滑套，使第二級噴槍的噴嘴與流體通道連接，同時鋼球與滑套配合關閉了第二噴槍向下的通道，封隔了下部完成酸壓工作的第一噴槍，進行第二級酸壓施工。
3.根據(jù)權利要求1-2所述的不動管柱式無封隔器滑套水力噴射脈動酸壓裝置，其特征在于在第二噴槍上端通過第二上短節(jié)依次連接第三噴槍、第三上短節(jié)；第三噴槍與第二噴槍的結構相同，僅第三噴槍內滑套的內徑大于第二噴槍所采用鋼球的直徑，同時小于第三噴槍所采用的鋼球的直徑；進一步地，以此類推，噴槍內滑套內徑大于其前一噴槍所采用的鋼球外徑，可實現(xiàn)逐級投入鋼球打開滑套進行酸化壓裂。
4.根據(jù)權利要求1-3所述的不動管柱式無封隔器滑套水力噴射脈動酸壓裝置，其特征在于導向頭外部上端為圓柱體、下端為錐面柱體，內部上端為大直徑圓形通孔、下端為小直徑圓形通孔；大直徑圓形通孔處設有內螺紋；優(yōu)選地，多孔油管短節(jié)為帶孔圓管，上下兩端分別設有外螺紋，多孔油管短節(jié)下端與導向頭螺紋連接，油管主體側面開有42個的小孔，分14層均布于油管圓周，層內小孔相位120°，層間小孔相位60°。
5.根據(jù)權利要求1-4所述的不動管柱式無封隔器滑套水力噴射脈動酸壓裝置，其特征在于單向閥上下兩端分別設有外螺紋和內螺紋，單向閥的下端通過內螺紋與多孔油管短節(jié)的上端螺紋連接，上端通過外螺紋與第一下短節(jié)連接；單向閥內流道最小內徑為12mm，在最小流道上端開有與水平面呈60°夾角的斜槽設計為球座閥，與閥球配合組成單向閥，單向閥上端入口處裝有凡爾擋片，閥球直徑大于球座閥的最小內徑和凡爾擋片上的孔徑。
6.根據(jù)權利要求1-5所述的不動管柱式無封隔器滑套水力噴射脈動酸壓裝置，其特征在于第一下短節(jié)為中空圓管，上下接頭處分別設有外螺紋和內螺紋，第一下短節(jié)通過下接頭的內螺紋與單向閥螺紋連接、通過上接頭的外螺紋與第一噴槍連接。
7.根據(jù)權利要求1-6所述的不動管柱式無封隔器滑套水力噴射脈動酸壓裝置，其特征在于第一扶正器為帶有六翼的圓管，六個翼沿軸向設置并沿圓管外周均布，六個翼上下兩端分別進行倒角，倒角面長度為20mm，倒角面與豎直面的倒角角度為30°。
8.根據(jù)權利要求1-7所述的不動管柱式無封隔器滑套水力噴射脈動酸壓裝置，其特征在于第一噴槍為管壁設計有水眼的圓管，上下接頭處設有內螺紋，第一噴槍通過上下接頭的螺紋實現(xiàn)與第一上短節(jié)和第一下短節(jié)螺紋的連接；噴槍3均布兩層水眼、每層3個水眼，層內水眼相位120°，層間水眼相位60°，水眼處設計有內螺紋；噴槍總長500mm ;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有外螺紋，以與噴槍上水眼處的內螺紋進行螺紋連接；自激振蕩脈沖噴嘴內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，自激振蕩脈沖噴嘴采用碳化鎢或陶瓷等耐腐蝕材料加工制造；優(yōu)選地，第一上短節(jié)為中空圓管，上下接頭處分別設有內螺紋和外螺紋，第一上短節(jié)通過上接頭的內螺紋與工作管柱連接，通過下接頭的外螺紋與第一噴槍連接；優(yōu)選地，第二扶正器的結構與第一扶正器的結構相同；優(yōu)選地，第二噴槍為管壁設計有水眼的圓管，上接頭處設有內螺紋，下接頭設有外螺紋，第二噴槍通過上下接頭的螺紋實現(xiàn)與第二上短節(jié)和第一上短節(jié)的連接；噴槍中間均布兩層水眼、每層3個水眼，層內水眼相位120°，層間水眼相位60°，水眼處設計有內螺紋，可安裝自激振蕩脈沖噴嘴；噴槍內部設計有滑套，滑套的外徑等于第二級噴槍的內徑，滑套由銷釘固定在噴槍內封堵第二噴槍上的噴嘴；噴槍總長500mm，在第二噴槍的下端面設有限位錐面，用于限制滑套的位移；滑套外徑60mm，長度132mm，開有四道密封槽，靠近滑套下端，開有寬6mm的槽，與銷釘配合實現(xiàn)固定；滑套上端內壁倒角60°，與鋼球配合實現(xiàn)座封；下端外壁倒角30°，與噴槍本體限位錐面配合，銷釘剪斷后，滑套最終止動于限位錐面。
9.不動管柱式無封隔器滑套水力噴射脈動酸壓方法，采用上述權利要求1-8所述的不動管柱式無封隔器滑套水力噴射脈動酸壓裝置，其特征在于包括以下施工步驟 (1)、通過工作管柱將多級無封隔器滑套水力噴射脈動酸壓裝置下至井內待施工層位； (2)、通過工作管柱將射孔液泵至多級無封隔器水力噴射脈動酸壓裝置，此時各級裝置滑套未打開，流體作用于底部單向閥形成座封憋壓，僅通過最下部一級酸壓裝置噴槍上布置的自激振蕩噴嘴噴出形成高速的振蕩脈沖射流，在套管及井壁產生較高的波動的滯止壓力，快速形成定向射孔孔眼； (3)、通過工作管柱將酸液泵至多級無封隔器水力噴射脈動酸壓裝置，通過噴嘴射入孔眼，在水力卷吸下形成封隔作用，憋壓形成裂縫；同時，利用振蕩脈沖射流的壓力脈動，在孔眼及裂縫中使酸液產生擾動，可使性能已變化的酸液能夠被后續(xù)未反應酸液替換，繼續(xù)溶蝕地層擴展裂縫，同時酸液進入地層一定深度后壓力脈動的峰值仍可大于裂縫起裂壓力，繼續(xù)壓開地層進行溶蝕，增加酸壓裂縫的長度； (4)、完成最下端儲層酸壓后，在工作管柱中投入與下端第二級滑套水力噴射脈動酸壓裝置相匹配的鋼球，泵入加壓射孔液，鋼球在壓力作用下座封于第二級酸壓裝置的滑套上，當壓力達到一定值即可打開滑套并座封下部已完成酸化的酸壓裝置，射孔液由第二級酸壓裝置噴槍上噴出形成振蕩脈沖射流，進行射孔； (5)、第二級儲層射孔工作后，通過工作管柱向井下水力噴射脈動酸壓裝置泵入加壓酸液，利用第二級酸壓裝置完成儲層酸壓； (6)、完成下端層位的酸壓增產改造后，通過工作管柱依次投入與各級裝置相匹配的鋼球打開各級酸壓裝置滑套并座封封隔下部已完成酸壓工作的水力噴射脈動酸壓裝置，依次完成上部各儲層射孔、酸化壓裂； (7)、完成所有層位酸化壓裂后上提管柱取出不動式無封隔器滑套水力噴射脈動酸壓裝置。
10.根據(jù)權利要求9所述的不動管柱式無封隔器滑套水力噴射脈動酸壓方法，其特征在于不動管柱式無封隔器滑套水力噴射脈動酸壓方法適用于水平井和豎直井。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種不動管柱式無封隔器滑套水力噴射脈動酸壓裝置及方法。本發(fā)明屬于油田開采領域，涉及一種在油氣井儲層中進行酸化壓裂的裝置及方法。該裝置包括自下而上順次相連的導向頭、多孔油管短節(jié)、單向閥、第一下短節(jié)、第一扶正器、第一噴槍、第二扶正器、第一上短節(jié)；單向閥用于實現(xiàn)裝置的封閉以及開啟；第一噴槍上安裝自激振蕩噴嘴，用于實現(xiàn)水力噴射脈動射孔與酸壓。本發(fā)明利用高速脈動射流產生的水力卷吸封隔作用進行酸壓封隔，結構簡單，安全可靠；一次下入酸壓裝置可酸化壓裂更多的層數(shù)，逐級投球打開滑套實現(xiàn)不動管柱對多層段儲層的逐級酸化壓裂，可同時實現(xiàn)水力射孔、水力自封隔及脈動酸化壓裂；通過在套管及井壁產生較高的波動的滯止壓力，快速形成定向射孔孔眼且避免射孔彈爆炸射孔產生的壓實帶。
文檔編號E21B17/10GK102979497SQ201210470420
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月20日 優(yōu)先權日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(北京)