[发明专利]一种水平井高效压裂施工工艺管柱及压裂施工工艺

说明书

技术领域

本发明属于井下作业的水平井压裂工艺技术领域，具体是一种水平井高效压裂施工工艺管柱及压裂施工工艺。

背景技术

当前水平井体积压裂及常规压裂中出现了如下情况，需从工艺技术及管柱结构方面进行改进。

(1)当水平井进行多簇水力喷砂喷射孔时，需用大量的液体及砂量；液体约为600-700方，用砂量约为40-50方，给砂液的分离处理，存储带来了很大的困难，当一口井施工完后，其积存的大量砂子，也给清洁化生产带来了很大的困难。

(2)由于水力喷射的喷枪既要满足喷砂射孔，又要满足正常的压裂，过砂量太大，喷枪的质量不能满足一趟钻压裂完井的需要，喷枪的损坏量大。

(3)为了满足工艺及环保的要求，地面需要有分离装置及大量的存砂装置，要对返出的砂子进行处理，这是生产费用最大的支出。

当前施工管柱及工艺存在问题分析：

1.水力喷枪的问题：

水力喷枪上的喷孔，是采用螺旋排列方式，将4-8个喷孔，分别安装在喷枪的壳体上，每个孔在轴向上最少有5-10mm的距离，每个喷孔的直径约为4.5-6.3mm；由于水力喷射过程中，水和砂的质量比约为1：2.2，砂液在喷孔中的流速要达到170-210m/s；而这个喷射流速的方向是与管柱内流体的方向垂直的；砂液要在第一个喷孔处实现突然的转向，因砂子的质量大于液体质量，液体会从轴向第一个喷孔中喷出，砂子会在其惯性力的作用下，继续向下到最下部的喷孔喷出。因此，当长时间喷射后，会发生水力喷枪下部严重损坏的情况。这种喷孔的排列方式有严重问题。

2.多簇射孔存在问题：

当管柱上有两至三个喷枪，对每一水平段的套管同时喷砂射孔时，称为多簇水力喷砂射孔，每个喷枪之间有7-10米的距离。同理，由于砂子与液体的质量不同，当采用3-5％的砂比喷射时，大量的砂子会进入最下一级喷枪，上部的喷枪基本上只出液体不出砂子，射孔时间长，射孔效果差，下部的喷枪损坏严重；当喷射砂比提高到5-10％时，则下部喷枪的孔眼基本上被高砂比封堵，少量的砂子从上部喷枪中喷出，射孔效果差，上部喷枪损坏严重。

3.喷射流量问题：

由于原管柱上的多级喷枪，要满足水力喷砂射孔，又要通过每个段50-100方的压裂砂，每个喷枪喷孔的孔径设计比较大(5.5-6.3mm)，水力喷射射孔时所需要的流量就要大(2.8-3.2m³/min)，因喷砂效果比较差，所需的喷射时间就达20分钟以上，所用的砂液量达到50-60m³，每个段返出的砂量达到4-5m³,这些砂液需要全部返出套管，来到地面进行砂液分离，再循环利用，给清洁化生产，带来了很大的处理费用。

由于以上原因，水力喷枪本体在施工几个段之后，就被冲蚀损坏，需要进行更换井内工具，又给井控带来了一定的风险。

发明内容

本发明的目的是提高水力喷枪的使用寿命，防止大量砂液返出井外，造成大量的固体费物无法处理，造成环境污染。

为此，本发明提供了一种水平井高效压裂施工工艺管柱及压裂施工工艺，其技术方案是：一种水平井高效压裂施工工艺管柱，包括多簇高效喷枪一、第一级分流器、多簇高效喷枪二、第二级分流器、多簇高效喷枪三、球座一、导压喷砂器、TDY封隔器、球座二、导向眼管，所述多簇高效喷枪一的上端连接通向井口的油管，多簇高效喷枪一的内部连接第一级分流器，多簇高效喷枪一的下端通过油管短节一与多簇高效喷枪二连接，多簇高效喷枪二的内部连接第二级分流器，多簇高效喷枪二通过油管短节二与多簇高效喷枪三连接，多簇高效喷枪三与球座一连接，球座一与导压喷砂器连接，导压喷砂器与TDY封隔器连接，TDY封隔器与球座二连接，球座二与导向眼管连接。

上述多簇高效喷枪一、多簇高效喷枪二以及多簇高效喷枪三各自喷咀的组数为一组或多组；每组喷咀的数量为多个，且每组喷咀沿径向分布在所在喷枪的同一圆周面上。

上述多簇高效喷枪一、多簇高效喷枪二或多簇高效喷枪三的喷咀组数为一组，该组喷咀的数量为4个且沿径向均匀分布在各自的喷枪圆周面上。

上述第一级分流器的分流管直径和多簇高效喷枪一的喷咀直径、或者第二级分流器的分流管直径和多簇高效喷枪二的喷咀直径的计算如下：

(a)分流管直径为d_i

假设有n组喷咀n-1个分流管，则第i级分流管的直径计算公式为：

其中，d_i—分流管直径，单位：mm；

n—喷咀组数，每组有4个喷咀；