一种提高水平井分段压裂压后段间均匀产液的装置及方法与流程

本发明属于油气田开发的水力压裂，具体涉及一种提高水平井分段压裂压后段间均匀产液的装置及方法。

背景技术：

1、随着致密油气、页岩油气等非常规储层的开发，水平井分段多簇压裂技术在油气开发中的重要地位越来越凸显。水平井分段压裂技术是利用桥塞等封隔工具将几千米长的水平井筒密封分隔成多个小段，每一段内都优选位置进行射孔作业将井筒与地层连通，随后从井口泵注高压液体，液体经射孔孔眼流入地层，当压力大于地层破裂压力后，地层破裂形成裂缝，后续泵注的高压液体促进裂缝继续延伸扩展。

2、目前，水平井水平段长度平均2000～3000m，长水平井可达到5000m以上；每隔50～150m压裂一段，每段中射孔3～5簇，甚至8～10簇，则单井射孔上百簇。若每个射孔簇位置上裂缝都成功扩展，则单井可形成裂缝上百条，但水平井筒沿程2000～3000m的范围内，储层的非均质性通常较强、压裂段之间的地层压力各不相同，这将导致每条裂缝中流体的流动状态出现差别。有研究利用光纤测试技术，多次测试发现，无论单段3～5簇还是8～10簇，绝大多数射孔簇都可以正常进液，虽然每一簇的进液强度不同，但仍能够推测每一个压裂段都产生了裂缝则近井筒周围形成裂缝几十至几百条。对于非均质性明显的致密气和页岩油气储层，随着单井压裂段数和射孔簇数的增加，压裂段之间的产液量分布非常不均匀甚至部分压裂段无产量，这不仅会降低压裂液的返排率，而且加重储层伤害，降低油气产量，而且会造成经济浪费。分析认为，油气井生产阶段，水平井筒是一个压力连通的系统，裂缝“失效”的部分原因在于压裂段之间的应力干扰，地层压力越高的区域液体越容易流出并且增加井筒压力，当井筒压力高于低压区域的储层压力时，则导致低压区的裂缝“失效”。此外，孔眼直径越小，流体流动所需克服的节流压差越大(公式1)，压后孔眼直径可利用井下摄像机测得。

3、

4、式中，δp为高压区域所需的孔眼节流压差；q为流量；ρl为流体粘度；n为孔眼个数；d为孔眼直径；cd为孔眼的流量系数。

5、因此，需要依靠技术手段发挥每一条裂缝的作用，提高油气产量，改善经济效益。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种提高水平井分段压裂压后段间均匀产液的装置及方法，解决水平井分段压裂段间产液量分布不均匀的问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明公开了一种提高水平井分段压裂压后段间均匀产液的装置，包括筒状主体，筒状主体表面分布有若干个直径能调节的孔眼；筒状主体两端依次对称设置有弹簧、胶筒和卡瓦，卡瓦固定于筒状主体两端，弹簧和胶筒均套设于筒状主体上，弹簧远离胶筒的一端固定于筒状主体的外壁上不动，并在卡瓦解锁前处于压缩状态；胶筒为能够膨胀的胶筒，待卡瓦解锁后，胶筒能够在筒状主体的外壁上滑动。

4、优选地，孔眼表面设置有调节垫片，调节垫片由对称的a垫片和b垫片组成，所述a垫片和b垫片为中心挖去半圆形的空心结构，a垫片和b垫片能够通过相对运动调节孔眼的直径。

5、进一步优选地，a垫片和b垫片内部均嵌有集成电路芯片，a垫片和b垫片通过滑轨对称布置于孔眼表面。

6、优选地，孔眼的位置与水平井射孔位置一致。

7、优选地，筒状主体的外径小于水平井筒内径1～5mm，筒状主体的长度为10～100m。

8、优选地，卡瓦为筒状结构，壁厚1～2cm，卡瓦的外径与筒状主体外径一致，卡瓦外侧周向分布有卡瓦片，卡瓦在受到震动或能量震击后解锁，卡瓦片向侧面展开，咬合水平井筒内壁。

9、优选地，胶筒内部装有缓释剂，缓释剂能够在80℃～150℃环境下反应生成气体，使胶筒膨胀贴紧水平井筒内壁。

10、本发明还公开了上述一种提高水平井分段压裂压后段间均匀产液的装置的产液方法，步骤如下：

11、1)依据排量、液量或砂量对孔眼冲蚀的规律，估算压裂冲蚀后的射孔孔眼的等效直径，并计算液体从地层到水平井筒流过射孔孔眼的平均节流压差；

12、2)结合评价地层压力的方法，计算相邻压裂段之间的储层压差；

13、3)根据液体从地层到水平井筒流过射孔孔眼的平均节流压差和相邻压裂段之间的储层压差，计算高压区域所需的孔眼节流压差；结合高压区域所需的孔眼节流压差计算相邻压裂段之间压力相对较高位置所需的孔眼直径；

14、4)投放所述装置至拟优化处理的水平井筒段，使装置的孔眼与水平井射孔位置重合，解锁卡瓦，固定装置；

15、5)胶筒在井下膨胀；在卡瓦拉力的作用下弹簧伸长，压缩胶筒，使胶筒密封装置与水平井筒之间的环形空间；

16、6)调整孔眼的直径至步骤3)计算的相邻压裂段之间压力相对较高位置所需的孔眼直径；

17、7)测试井口产量，继续调整步骤6)中孔眼的直径，直至产量增加。

18、优选地，步骤2)中，评价地层压力的方法包括依据井下压力计、每一段压裂施工完成后的井口停泵压力或压裂段周围邻近直井的地层压力测试结果。

19、优选地，相邻压裂段之间压力相对较高位置所需的孔眼直径的计算公式为：

20、

21、其中，δp为高压区域所需的孔眼节流压差，d2为相邻压裂段之间压力相对较高位置所需的孔眼直径，q为流量，ρl为流体粘度，n为孔眼个数，d为孔眼直径，cd为孔眼的流量系数。

22、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

23、本发明提供的一种提高水平井分段压裂压后段间均匀产液的装置，筒状主体上设置的直径能够调节的孔眼，通过调节孔眼直径来调节流量压差；胶筒能够膨胀，结合卡瓦、弹簧和胶筒的联动设计，即随着卡瓦的解锁，压缩的弹簧伸长，推动并压缩胶筒，胶筒进一步密封筒状主体与水平井筒之间形成的环状结构，从而实现段间压力封隔。此外，该装置为全通径结构，不影响其他作业，该装置通过胶筒膨胀以及卡瓦、弹簧和胶筒的联动对筒状主体与水平井筒间进行密封，结合可调节直径的孔眼，降低水平井筒中的压力，从而增加压力相对较低的裂缝中流体顺利流出的概率，能够解决水平井分段压裂段间产液量分布不均匀的问题。

24、本发明提供的一种提高水平井分段压裂压后段间均匀产液的方法，采用集成极限射孔和井下节流器的工作原理，利用孔眼直径越小节流压差越大的基本原理，通过减小压力相对较高的裂缝出口处孔眼的直径，增大节流压差，从而降低水平井筒中的压力，进而增加压力相对较低的裂缝中流体顺利流出的概率。该方法符合非均质性强的致密气和页岩油气储层的现场需求，全通径结构不影响其他作业过程，操作简单，成本低，能够解决水平井分段多簇压裂压后段间产液不均和单井产量低的问题。

技术特征：

1.一种提高水平井分段压裂压后段间均匀产液的装置，其特征在于，包括筒状主体(4)，筒状主体(4)表面分布有若干个直径能调节的孔眼(5)；筒状主体(4)两端依次对称设置有弹簧、胶筒和卡瓦，卡瓦固定于筒状主体(4)两端，弹簧和胶筒均套设于筒状主体(4)上，弹簧远离胶筒的一端固定于筒状主体(4)的外壁上不动，并在卡瓦解锁前处于压缩状态；胶筒为能够膨胀的胶筒，待卡瓦解锁后，胶筒能够在筒状主体(4)的外壁上滑动。

2.根据权利要求1所述的一种提高水平井分段压裂压后段间均匀产液的装置，其特征在于，孔眼(5)表面设置有调节垫片(9)，调节垫片(9)由对称的a垫片和b垫片组成，所述a垫片和b垫片为中心挖去半圆形的空心结构，a垫片和b垫片能够通过相对运动调节孔眼(5)的直径。

3.根据权利要求2所述的一种提高水平井分段压裂压后段间均匀产液的装置，其特征在于，a垫片和b垫片内部均嵌有集成电路芯片，a垫片和b垫片通过滑轨对称布置于孔眼(5)表面。

4.根据权利要求1所述的一种提高水平井分段压裂压后段间均匀产液的装置，其特征在于，孔眼(5)的位置与水平井射孔位置一致。

5.根据权利要求1～4任意一项所述的一种提高水平井分段压裂压后段间均匀产液的装置，其特征在于，筒状主体(4)的外径小于水平井筒内径1～5mm，筒状主体(4)的长度为10～100m。

6.根据权利要求1～4任意一项所述的一种提高水平井分段压裂压后段间均匀产液的装置，其特征在于，卡瓦为筒状结构，壁厚1～2cm，卡瓦的外径与筒状主体(4)外径一致，卡瓦外侧周向分布有卡瓦片，卡瓦在受到震动或能量震击后解锁，卡瓦片向侧面展开，咬合水平井筒内壁。

7.根据权利要求1～4任意一项所述的一种提高水平井分段压裂压后段间均匀产液的装置，其特征在于，胶筒内部装有缓释剂，缓释剂能够在80℃～150℃环境下反应生成气体，使胶筒膨胀贴紧水平井筒内壁。

8.基于权利要求1～7任意一项所述的一种提高水平井分段压裂压后段间均匀产液的装置的产液方法，其特征在于，步骤如下：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤2)中，评价地层压力的方法包括依据井下压力计、每一段压裂施工完成后的井口停泵压力或压裂段周围邻近直井的地层压力测试结果。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤3)中，相邻压裂段之间压力相对较高位置所需的孔眼直径的计算公式为：

技术总结本发明公开了一种提高水平井分段压裂压后段间均匀产液的装置及方法，属于油气田开发的水力压裂技术领域。该装置包括筒状主体，筒状主体表面分布有直径能调节的孔眼，两端依次对称设有弹簧、胶筒和卡瓦，弹簧和胶筒均套设于筒状主体上。使用时，首先估算压裂冲蚀后的射孔孔眼的等效直径，计算相邻压裂段之间的储层压差以及压力相对较高位置所需的孔眼直径；投放上述装置至拟优化处理的水平井筒段，使孔眼与水平井射孔位置重合，解锁卡瓦，弹簧伸长，胶筒膨胀密封装置与水平井筒间的空间；调整孔眼直径至参考值，最后测试井口产量并调整孔眼的等效直径，直至产量增加。该方法能解决水平井分段压裂段间产液量分布不均匀甚至部分压裂段无产量的问题。技术研发人员：刘欣佳,刘汉斌,解永刚,周长静,马占国,肖元相,古永红,何明舫,李喆,孙占坤受保护的技术使用者：中国石油天然气股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/18