致密砂岩油藏的压裂与补充能量一体化装置及应用方法

技术领域

本发明涉及一种油气储层开发技术领域，尤其是致密砂岩油藏的压裂与补充能量一体化装置及应用方法。

背景技术

致密砂岩储层通常具有低孔、特低渗、储量丰度低、天然裂缝发育等特性，油井投产后通常表现为递减快、采收率低的特征，常规的油藏开发方法首先对油井进行水力加砂压裂，然后通过注水井注水补充地层能量（或超前注水），实现油田的长期稳产，提高油田采收率。

因此，常规的油藏开发效果主要取决于注水波及体积，但是通常的注水开发，需要一定的井网部署，对注水井进行单独注水开发；成本较高；同时致密低渗油藏渗透率极低，注水波及体积有限，距离较远无法有限实现能量补充，油田注水开发采收率低，难以实现高效经济开发。

本专利采用一种注水与压裂采油一体化工具，通过一趟管柱施工，实现同一水平井注水和采油，可大幅节约注水井钻井及征地成本，同时可实现超低渗储层近距离注水。提高单井采收率，和单井产量，从而实现该类储层的高效经济开发。

发明内容

本发明的目的是提供一趟管柱施工，实现同一水平井注水和采油的致密砂岩油藏的压裂与补充能量一体化装置及应用方法，它解决了目前其它技术存在的难题，本发明的目的是这样实现的，它包括油管、液压丢手滑套、大通径封隔器、可开关式投球滑套、投球滑套、开关式压差滑套、滑套承接器，在油管上顺序连接有液压丢手滑套、大通径封隔器、可开关式投球滑套、大通径封隔器、投球滑套、大通径封隔器、开关式压差滑套。

所述液压丢手滑套包括上接头、丢手剪钉、丢手芯子、滑套剪钉、滑套芯子、下接头、钢球，所述上接头的上端与油管连接，上接头的下端与下接头的上端连接，下接头的下端与油管连接；所述丢手芯子与上接头由丢手剪钉连接；滑套芯子与下接头由滑套剪钉连接；滑套芯子内有钢球。

所述投球滑套包括注水投球滑套、压裂投球滑套，所述注水投球滑套的上、下端分别与油管连接；注水投球滑套与注水滑套芯子由销钉连接，其注水滑套芯子内有可溶球；所述注水投球滑套的中部设置有注水投球滑套台阶；所述注水投球滑套的外径106mm，内径54mm；注水滑套芯子的外径54 mm、内径40 mm；可溶球的直径41.275 mm。

所述压裂投球滑套的上、下端分别与油管连接；压裂投球滑套与压裂投球滑套芯子由销钉连接，其压裂投球滑套芯子内有压裂投球滑套可溶球；所述压裂投球滑套的中部设置有压裂投球滑套台阶；压裂投球滑套的外径106 mm，内径54 mm；压裂投球滑套芯子的外径54 mm，内径30 mm；压裂投球滑套可溶球的直径32 mm。

所述滑套承接器的上、下端分别与油管连接；滑套承接器内与芯子由剪钉连接，其两者中间由O型圈密封；芯子内有滑套承接器钢球；所述滑套承接器设为最大外径94 mm，内径54 mm；所述芯子的外径54 mm，内径34 mm，滑套承接器钢球直径35 mm；滑套承接器的中部设置有47 mm的台阶。

所述可开关式投球滑套包括可开关式投球滑套上接头、可开关式投球滑套滑套芯子、可开关式投球滑套中接头、弹簧、可开关式投球滑套芯子、导向丝堵、可开关式投球滑套钢球，所述可开关式投球滑套上接头的上端与油管连接，其可开关式投球滑套上接头的下端与可开关式投球滑套中接头的上端连接，可开关式投球滑套中接头的下端与导向丝堵连接；所述可开关式投球滑套芯子与可开关式投球滑套上接头连接，可开关式投球滑套芯子内有可开关式投球滑套钢球；所述可开关式投球滑套芯子与可开关式投球滑套中接头连接，其可开关式投球滑套芯子与可开关式投球滑套中接头中间有弹簧；所书可开关式投球滑套上接头内设有47mm的台阶。

本发明的应用方法是：本发明采用水平井单井开发，对采油目的层进行压裂，注入压裂液及其支撑剂，对目的层两侧注水层注水补充地层能量，最终提高单井采收率的开发方式，实现压裂改造与补充能量一体化。

该方法的具体实施步骤如下：

1.下入注水采油一体化管柱

该工艺适用于5寸半、4寸半固井或者不固井的井况全都适用，以下是5寸半（内径124.26）固井套管压注管柱组合下入（自下而上）：丝堵 + 开关式压差滑套+Φ73mm外加厚倒角油管Y341-114大通径封隔器1+Φ73mm外加厚倒角油管+投球滑套+Φ73mm外加厚倒角油管+Y341-114大通径封隔器2+Φ73mm外加厚倒角油管+可关式投球滑套+Φ73mm外加厚倒角油管+ Y341-114大通径封隔器3+液压丢手滑套+73mm外加厚倒角油管+73mm外加厚油管至井口。

2.第一段注水打开下步压差滑套，进行注水作业。

工具下到位连接压裂泵车，先打至10MPa稳压5min，再打压到14MPa稳压5min对封隔器进行全部座封（Y34-114大通径封隔器座封压力至12-14MPa），然后继续对压差滑套打压至20-22MPa，打开压差滑套后开始对该段进行打破压，破裂压力23MPa，破压成功后从井口油管环控开始注水，注入量3000方水，排量2方，每天200方注入量，注入时间15天注入完成。当完成第一段注水量后进行第二段施工准备，第二段是压裂产油段。

3.第二段采油层压裂改造，投φ35mm可溶球球到位后打压18-20MPa打开可开关式投球滑套，同时第二段滑套芯子（带O型圈密封槽）下落至第一段注水层关闭压差滑套，进行压裂施工。（投φ35mm可溶球打开可开关式投球滑套，同时关闭第一段注水层压差滑套，进行压裂施工。打开滑套后打破压，破裂压力25MPa-前置液60方-加砂30方-顶替25方（过顶替井筒容积0.5倍，为打开第三个滑套做准备）-第三段施工准备，第二段是生产层该段滑套不需要关闭。

4. 第三段注水，投φ38mm可溶球到位后打压至18-20MPa打开第三段可开关式投球滑套（滑套芯子下落至第三段滑套承接器），进行第三段注水施工。打开滑套后打破压，破裂压力24MPa，从井口油管环控开始注水，注入量3000方水，排量2方，每天200方注入量，注入时间15天注入完成。

5、液压丢手关闭滑套，投φ42mm可溶球，待球到位后打压至16-18MPa继续打压丢手滑套芯子（带O型圈槽）推到第三段注水滑套位置关闭第三个注水滑套，关闭第三段注水滑套时并同时实现从安全接头丢开，待井口油压到0MPa后打开井口上提管柱原悬重基础上过提2-3吨实现完全丢手起出丢手接头的上部管柱（包含丢手接头上接头）。

本发明的有益效果是: 本发明采用水平井排状井网进行开发，各水平井井眼轨迹垂直于地层水平最大主应力方向，利用中间水平井大规模体积压裂注入压裂液及其支撑剂，通过压裂液补充地层能量，支撑剂支撑压裂裂缝，中间水平井压裂投产，两侧水平井射孔投产的开发方式，既考虑了对储层的改造，又有效补充了地层能量，实现了压裂改造与注水补充能量的一体化，在保证水平井单井产量提升的同时，可有效降低产量递减率，提高油田采收率。

附图说明

图1是致密砂岩油藏的压裂与补充能量一体化装置的结构示意图，图中1、油管2、液压丢手滑套 3、大通径封隔器 4、可开关式投球滑套 5、投球滑套 6、开关式压差滑套。

图2为液压丢手滑套的示意图，图中7、上接头 8、丢手剪钉 9、丢手芯子 10、滑套剪钉 11、滑套芯子 12、下接头 13、钢球。

图3为注水投球滑套的示意图，图中14、注水投球滑套 15、注水滑套芯子16、注水投球滑套台阶 17、可溶球。

图4为滑套承接器示意图，图中18、滑套承接器 19、剪钉 20、芯子 21、O型圈22、滑套承接器钢球。

图5为压裂投球滑套的示意图，图中23、压裂投球滑套 24、压裂投球滑套芯子25、压裂投球滑套台阶 26、压裂投球滑套可溶球。

图6为可关式压差滑套示意图，图中27、可关式压差滑套上接头 28、可关式压差滑套芯子 29、可关式压差滑套中接头 30、弹簧 31、可关式压差滑套芯子 32、导向丝堵 33、可关式压差滑套钢球。

具体实施方式

实施例1、本发明包括油管1、液压丢手滑套2、大通径封隔器3、可开关式投球滑套4、投球滑套5、开关式压差滑套6、滑套承接器，在油管1上顺序连接有液压丢手滑套2、大通径封隔器3、可开关式投球滑套4、大通径封隔器3、投球滑套5、大通径封隔器3、开关式压差滑套6。

实施例2、所述液压丢手滑套2包括上接头7、丢手剪钉8、丢手芯子9、滑套剪钉10、滑套芯子11、下接头12、钢球13，所述上接头7的上端与油管1连接，上接头7的下端与下接头12的上端连接，下接头12的下端与油管1连接；所述丢手芯子9与上接头7由丢手剪钉8连接；滑套芯子11与下接头12由滑套剪钉10连接；滑套芯子11内有钢球13。

实施例3、所述投球滑套包括注水投球滑套14、压裂投球滑套23，所述注水投球滑套14的上、下端分别与油管1连接；注水投球滑套14与注水滑套芯子15由销钉连接，其注水滑套芯子15内有可溶球17；所述注水投球滑套14的中部设置有注水投球滑套台阶16；所述注水投球滑套14的外径106mm，内径54 mm；注水滑套芯子15的外径54 mm，内径40 mm；可溶球17的直径41.275 mm。

实施例4、所述压裂投球滑套23的上、下端分别与油管1连接；压裂投球滑套23与压裂投球滑套芯子24由销钉连接，其压裂投球滑套芯子24内有压裂投球滑套可溶球26；所述压裂投球滑套23的中部设置有压裂投球滑套台阶25；压裂投球滑套23的外径106 mm，内径54 mm；压裂投球滑套芯子24的外径54 mm，内径30 mm；压裂投球滑套可溶球26的直径32mm。

实施例5、所述滑套承接器18的上、下端分别与油管1连接；滑套承接器18内与芯子20由剪钉19连接，其两者中间由O型圈21密封；芯子20内有滑套承接器钢球22；所述滑套承接器18设为最大外径94 mm，内径54 mm；所述芯子20的外径54 mm，内径34 mm，滑套承接器钢球22直径35 mm；滑套承接器18的中部设置有47 mm的台阶。

实施例6、所述可开关式投球滑套包括可开关式投球滑套上接头27、可开关式投球滑套滑套芯子28、可开关式投球滑套中接头29、弹簧30、可开关式投球滑套芯子31、导向丝堵32、可开关式投球滑套钢球33，所述可开关式投球滑套上接头27的上端与油管1连接，其可开关式投球滑套上接头27的下端与可开关式投球滑套中接头29的上端连接，可开关式投球滑套中接头29的下端与导向丝堵32连接；所述可开关式投球滑套芯子31与可开关式投球滑套上接头27连接，可开关式投球滑套芯子31内有可开关式投球滑套钢球33；所述可开关式投球滑套芯子31与可开关式投球滑套中接头29连接，其可开关式投球滑套芯子31与可开关式投球滑套中接头29中间有弹簧30；所书可开关式投球滑套上接头27内设有47mm的台阶。

实施例7、本发明的应用方法是：本发明采用水平井单井开发，对采油目的层进行压裂，注入压裂液及其支撑剂，对目的层两侧注水层注水补充地层能量，最终提高单井采收率的开发方式，实现压裂改造与补充能量一体化。

该方法的具体实施步骤如下：

1.下入注水采油一体化管柱，该工艺适用于5寸半、4寸半固井或者不固井的井况全都适用，以下是5寸半（内径124.26）固井套管压注管柱组合下入（自下而上）：丝堵 + 开关式压差滑套+Φ73mm外加厚倒角油管Y341-114大通径封隔器1+Φ73mm外加厚倒角油管+投球滑套+Φ73mm外加厚倒角油管+Y341-114大通径封隔器2+Φ73mm外加厚倒角油管+可关式投球滑套+Φ73mm外加厚倒角油管+ Y341-114大通径封隔器3+液压丢手滑套+73mm外加厚倒角油管+73mm外加厚油管至井口。

2.第一段注水，打开下步压差滑套，进行注水作业。

工具下到位连接压裂泵车，先打至10MPa稳压5min，再打压到14MPa稳压5min对封隔器进行全部座封（Y34-114大通径封隔器座封压力至12-14MPa），然后继续对压差滑套打压至20-22MPa，打开压差滑套后开始对该段进行打破压，破裂压力23MPa，破压成功后从井口油管环控开始注水，注入量3000方水，排量2方，每天200方注入量，注入时间15天注入完成。当完成第一段注水量后进行第二段施工准备，第二段是压裂产油段；

3.第二段采油层压裂改造，投φ35mm可溶球球到位后打压18-20MPa打开可开关式投球滑套，同时第二段滑套芯子（带O型圈密封槽）下落至第一段注水层关闭压差滑套，进行压裂施工。（投φ35mm可溶球打开可开关式投球滑套，同时关闭第一段注水层压差滑套，进行压裂施工。打开滑套后打破压，破裂压力25MPa-前置液60方-加砂30方-顶替25方（过顶替井筒容积0.5倍，为打开第三个滑套做准备）-第三段施工准备，第二段是生产层该段滑套不需要关闭。

4. 第三段注水，投φ38mm可溶球到位后打压至18-20MPa打开第三段可开关式投球滑套（滑套芯子下落至第三段滑套承接器），进行第三段注水施工。打开滑套后打破压，破裂压力24MPa，从井口油管环控开始注水，注入量3000方水，排量2方，每天200方注入量，注入时间15天注入完成。

5、液压丢手关闭滑套，投φ42mm可溶球，待球到位后打压至16-18MPa继续打压丢手滑套芯子（带O型圈槽）推到第三段注水滑套位置关闭第三个注水滑套，关闭第三段注水滑套时并同时实现从安全接头丢开，待井口油压到0MPa后打开井口上提管柱原悬重基础上过提2-3吨实现完全丢手起出丢手接头的上部管柱（包含丢手接头上接头）。