[发明专利]磨料射流喷射分层压裂装置

说明书

技术领域

本发明是关于一种磨料射流喷射分层压裂装置，尤其是一种能提高喷枪使用寿命的磨料射流喷射分层压裂装置，该装置特别适用于石油、天然气等地下开采领域的作业。

背景技术

低渗透油气田储量占国内已探明储量的28％，每年新增加低渗透探明储量占新探明总储量的50％以上，水力压裂是动用和提高低渗透储量的有效途径。1947年，在美国KANSAS西南部的HUGOTON气田的一口垂直井中首次实施了水力压裂增产技术，经过了近半个世纪的发展，特别是上世纪80年代末以来，在压裂设计、压裂液和添加剂、支撑剂、压裂设备和监测仪器以及裂缝监测等方面都获得了迅速的发展。

为精确控制裂缝起裂位置和裂缝条数，国内外开展了分段压裂技术研究。目前，现场常用的分层(段)压裂方法主要有：限流法压裂、暂堵剂分层压裂、机械封隔器分层压裂、填砂分层压裂等。限流法压裂要求的射孔密度较低，将会妨碍射孔对有效井筒半径的扩大；作业期间，在射孔通道和裂缝入口处可能出现过大的压力降，并会影响携砂压裂液在层间的分布；限流法进行射孔提供的裂缝入口面积较小，在返排和生产期间，易使支撑剂返出。在裸眼水平井压裂时，最简单的隔离方法是使用暂堵剂，暂堵剂可以用岩盐、苯甲酸片或樟脑丸等。但这种方法最大的问题是难以控制沿井筒的裂缝起裂点之间的距离；另一个重要的问题是在暂堵阶段对裂缝在近井地带的支撑剂的充填无法控制。在套管井可以实施封隔器分层或分段压裂工艺，但是，施工完一个层位后，封隔器常常发生砂卡，导致井下事故。填砂分层压裂的问题是施工周期过长。

近年来，我国高压水射流技术不断发展，在切割、破岩、钻孔等方面都取得了长足进步。如中国专利公开号CN100999989A中，公开了一种高压水射流深穿透射孔及辅助压裂方法及其装置，该申请即为本案申请人的先申请，上述申请的基本原理是在一定粘度的流体中加入一定比例的磨料(常用石英砂)，从而形成磨料射流，由地面泵车加压至30-40MPa，通过油管输送到井下的射孔装置及喷嘴(该装置可以根据需要确定层位和方位)，在地层射出深度为0.78-1.09米、直径20mm左右的清洁孔道；或者移动管柱及喷嘴，在井下实现割缝。该技术的优点主要有：穿透深度大于常规射孔；不会造成象常规射孔那样的油层压实伤害；开孔的孔径较大；可以根据分层和地应力的要求，有选择的定向射孔和割缝。该技术已在现场应用了10多口井，施工效果良好。

中国专利申请第200510072121.8号，公开了一种“水平井压裂方法”，该方法主要的缺陷在于：在水平井段无法控制裂缝起裂位置、不能实现分段压裂。此外，通过阶梯降排量分析孔眼摩阻、由此判断进液孔数，这在现场施工中难以操作，从而导致投入的暂堵剂数量不准，不能有效封堵已经压开的裂缝；再者，封堵剂的工作可靠性也会严重影响对已压开裂缝的封堵效果。

在上述公知技术的基础上，本案申请人提出了一种新的压裂方法和装置，并记载在了中国专利申请第200710179500.6号中，阐述了一种磨料射流井下射孔、割缝分层压裂的方法及装置，该方法是集磨料射孔、水力封隔和压裂一体化的新技术，虽然不用下入机械式封隔器，但每次压裂完成一个层段后，需要移动井下管柱，因此需要反复拆卸、安装井口，施工工序较为繁琐。

而在本案申请人提出的第200910082408.7号中国专利申请中，公开了一种“磨料喷射装置及磨料射流射孔、分层压裂方法”，该磨料喷射装置，具有多级串联连接的喷枪；所述喷枪均为中空柱状体，其侧壁上设有至少两个喷嘴；所述每级喷枪的下部均设一封隔器，所述封隔器的侧壁上设有在高压液体的作用下能够向外部膨胀的密封套；所述喷枪包括设在所述磨料喷射装置下部的第一级底部喷枪，以及位于底部喷枪上部的多级上部喷枪，其中各上部喷枪内均设有能够封闭该级喷枪喷嘴及密封套的滑套，且所述滑套在外力作用下能够滑移至所述密封套的下部，打开所述喷嘴和密封套。该公知技术中，封隔器和滑套联动，在销钉剪断之前处于收缩状态，一旦钢球达到滑套端部的密封座，销钉剪断、滑套移动，和封隔器弹性套相连的活塞柱和高压液体接触，此时封隔器弹性套在活塞柱的推动下带动封隔密封套膨胀，从而密封喷枪和套管之间的环空、防止流体通过。当前层位压裂完成后，投入直径稍大的球、打开上一级滑套，同时封堵高压流体不能再通过该级喷枪向下流动。虽然该公知技术通过采用多级喷枪串联、并设置多级滑套，实现了下入一次管柱就能在多个预定位置实施水力封隔和机械封隔相结合的分层压裂。但仍然存在结构复杂、喷枪易于损坏的缺陷。

发明内容