[发明专利]连续油管水平井页岩油定向压裂装置及方法

权利要求书

1.一种连续油管水平井页岩油定向压裂装置，其特征在于包括从上至下依次连接在一起的连接器、马达头总成、扶正器、脉冲发生装置、自调节定向器、喷枪和引鞋，自调节定向器包括上接头、上外筒、下外筒、轨道管、导向球和下接头，上接头上端与脉冲发生装置下端固定安装在一起，上接头下部外侧与上外筒上部内侧密封固定安装在一起，上外筒下部内侧与下外筒上部外侧固定安装在一起，对应上接头下端位置的上外筒内侧套装有下端密封穿过下外筒后位于下外筒下方的轨道管，轨道管上端外侧与上外筒上部内侧密封接触，轨道管内有上下贯通且上部呈上大下小的锥形节流通道，对应下外筒上方位置的轨道管上部外侧设有外环槽，外环槽内安装有导向球，轨道管上部外侧沿圆周间隔均布有至少一个螺旋形导向槽，每个导向槽下端均与外环槽上端连通，对应外环槽下侧和下外筒上端之间位置的轨道管外侧固定有外环台，下外筒上端内侧设有与导向槽下端相对应且开口向内的弧形限位槽，对应下外筒下方位置的轨道管下端外侧与下接头上部内侧固定安装在一起，下接头下端与喷枪上端固定连接，喷枪外侧间隔均布有至少一个喷嘴；脉冲发生装置包括盖板、内芯和管体，管体上端内侧与扶正器下端外侧固定安装在一起，管体下端与上接头上端固定安装在一起，管体中央有上下贯通的主流道，管体中部外侧沿圆周间隔均布有若干个开口向外的安装槽，每个安装槽的底壁上均设有开口向外的射流槽，每个安装槽内均固定安装有盖板，每个盖板和对应位置的射流槽内壁均形成射流腔，对应每个射流槽上方位置的安装槽上部均设有径向贯通的进液口，位于进液口下侧的主流道直径小于位于进液口上侧的主流道直径，每个射流槽上部和对应位置的进液口下部均通过竖向设置的汇流槽连通，汇流槽的宽度小于进液口的直径，对应每个盖板位置的管体下部内侧均间隔设有若干个与射流腔连通的出液口，每个射流腔内均固定有能够使得射流腔内的流体流出出液口时具有脉冲效果的内芯，位于前方的内芯包括左导流块、右导流块和分流块，左导流块前侧、右导流块前侧和分流块前侧均与盖板后侧接触，左导流块和右导流块左右对称固定于射流槽左部和右部，左导流块上侧、左导流块左侧与射流槽左部内壁形成倒置L形左回流槽，右导流块上侧、右导流块右侧与射流槽右部内壁形成与左回流槽对称的右回流槽，左回流槽拐角处和右回流槽拐角处均圆弧过渡，左导流块右侧和右导流块左侧形成上窄下宽的脉冲发生槽，脉冲发生槽包括由上至下依次连通的分流槽和涡流槽，分流槽呈上窄下宽的八字形，涡流槽呈矩形，涡流槽下部固定有从上至下逐渐变宽的分流块，分流块上端左侧和上端右侧圆弧过渡，位于其它位置的内芯和前方的内芯结构相同；分流块包括从上至下依次固定在一起且逐渐变宽的第一分流块、第二分流块和第三分流块，第一分流块上端固定有截面为等腰三角形的分流锥，分流锥上端两侧圆弧过渡，第一分流块下端左侧和第二分流块左部上侧之间以及第一分流块下端右侧和第二分流块右部上侧之间均形成有第一圆弧过渡面，第二分流块下端左侧和第三分流块左部上侧之间以及第二分流块下端右侧和第三分流块右部上侧之间均形成有第二圆弧过渡面；第三分流块下端左侧和左回流槽下端左侧之间以及第三分流块下端右侧和右回流槽下端右侧之间均形成有第三圆弧过渡面，左导流块下端左右两侧和右导流块下端左右两侧均圆弧过渡；对应第二分流块上侧和下侧位置的管体下部内侧均左右对称设置有圆形出液口，位于上方的出液口投影与对应位置的第一圆弧过渡面内相切，位于下方的出液口投影与对应位置的第二圆弧过渡面内相切；盖板外侧面呈与管体相匹配的弧面。

2.根据权利要求1所述的连续油管水平井页岩油定向压裂装置，其特征在于下外筒下端外侧固定有内环台，内环台上部内侧与轨道管外侧之间、轨道管上端外侧与上外筒上部内侧之间均上下间隔设有至少一个密封圈，轨道管下部外侧设有位于最下方密封圈下方的剪切孔，对应剪切孔位置的下外筒下部外侧设有径向贯通的剪切螺孔，剪切螺孔内螺接有端部位于剪切孔内的剪切销钉。

3.根据权利要求1或2所述的连续油管水平井页岩油定向压裂装置，其特征在于于对应外环槽位置的上外筒外侧设有径向贯通的安装螺孔，安装螺孔内安装有安装销钉；对应内环台上方位置的下外筒下部内侧沿圆周间隔均布有若干个内外连通的水眼孔。

4.一种使用如权利要求1至3中任意一项所述连续油管水平井页岩油定向压裂装置的连续油管水平井页岩油定向压裂方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，确定定向射孔和定向压裂的方向：判断原始地层压力、裂缝发育及地应力分布特征，根据三轴应力特征，同时结合钻井轨迹贴顶或贴底情况以及地质改造需求，确定定向射孔和定向压裂的方向；

步骤二，储层岩石模态分析：利用测井数据计算储层岩石的岩石力学参数并进行模态分析，得出储层岩石主频率和介质波阻抗，所述岩石力学参数包括岩石密度、杨氏模量和泊松比；

步骤三，优化脉冲发生装置：根据储层岩石模态分析数据，优化设计脉冲发生装置的尺寸参数，使得脉冲发生装置脉冲频率达到储层岩石主频率，并根据不同位置的储层岩石介质波阻抗值优化设计脉冲发生装置出口的脉冲射流排量，所述脉冲发生装置的尺寸参数包括进出口直径比、雷诺数、左回流槽和右回流槽截面积；

步骤四，井筒准备：进行洗井、通井刮削，确保工具串通过性；

步骤五，组装工具串：在连续油管的尾端依次连接连接器、马达头总成、扶正器、脉冲发生装置、自调节定向器、喷枪和引鞋；

步骤六，调节喷枪喷嘴的喷射方向：根据储层地质条件和步骤一中确定的定向射孔和定向压裂方向，调节喷枪喷嘴的喷射方向与自调节定向器基准方位线之间的夹角，使得所述夹角符合井筒内射孔和定向压裂方位角的要求；

步骤七，确定射孔及压裂位置：工具串入井后，定位喷枪喷嘴，确定水力喷射射孔及定向压裂的位置；

自调节定向器进入水平井段后，导向球先在重力作用下滚落至外环槽的最低点，轨道管在轨道管内流体的作用下向远离井口的一端移动，然后导向球在外环槽的作用下滚动至对应位置的限位槽内，轨道管继续移动，导向球移动至对应位置的导向槽内，然后导向球在限位槽的约束下继续在导向槽内相对轨道管移动，由于导向球被限位槽约束，导向球在轨道管的导向槽内相对移动时使得轨道管转动，当导向球移动至导向槽远离外环槽的一端时，导向球和轨道管内流体共同对轨道管作用，对轨道管起到定向作用，也使得和轨道管连接的喷枪和喷嘴发生转动，在水平井段内实现轨道管按设定的角度转动，实现喷枪喷嘴角度的定位；

步骤八，喷砂射孔和定向压裂：确定射孔方位角后，从连续油管泵入射孔液进行喷砂射孔，完成喷射射孔后油套环空同注，根据步骤三中脉冲发生装置出口的脉冲射流排量调整连续油管的排量，在喷嘴的脉冲射流引导下实现定向压裂；

步骤九，本簇压裂施工结束后上提连续油管，至需要进行下一簇射孔和压裂位置，重复步骤六至八，直至施工结束。