[发明专利]一种水力喷射无限级压裂装置及压裂方法

说明书

本发明为一种水力喷射无限级压裂装置及压裂方法；该装置包括两端能与油管连接的圆筒状的喷枪本体，喷枪本体内密封套设有能轴向固定、且能沿喷枪本体的内壁轴向滑动的无限级压裂滑套，喷枪本体的侧壁上设置有能连通无限级压裂滑套的内腔和喷枪本体的外部环空的喷射喷嘴，无限级压裂滑套能轴向滑动封闭喷射喷嘴的一端；无限级压裂滑套的一端设置有能由密封球抵靠密封的球座，喷枪本体内固定设置有能顶抵密封球离开球座、中空的滑套开关器，无限级压裂滑套位于球座一端的端面能顶抵于滑套开关器一端的端面上。该压裂装置集射孔、压裂和隔离于一体，实现了结构简单且操作方便、压裂作业效率高的目的。

技术领域

本发明涉及油气田压裂技术领域，尤其涉及一种用于石油天然气开采过程中增产的水力喷射无限级压裂装置及压裂方法。

背景技术

随着经济的快速发展，常规天然气资源的开发已不能满足经济发展的需要。非常规天然气资源以其储量巨大、分布集中、开发技术日趋进步等特点成为世界石油市场的新宠。中国非常规天然气储量十分丰富，其中页岩气的地质资源量约为134×10¹²m³，可采资源量约为25×10¹²m³，基本与常规天然气相当。煤层气也具有非常可观的勘探开发前景，地质资源量达到了36.8×10¹²m³，可采资源量为10.9×10¹²m³。因此，实现非常规天然气的工业化开采，将对缓解能源供应形势、保障国家能源安全具有重要意义。

水力压裂技术是高效开发非常规天然气和维持其经济开采的必要手段。其中水力喷射分段压裂技术集水力喷砂射孔、压裂、隔离一体化，无需机械封隔即可实现一趟管柱定点压裂多个层段，为解决筛管/衬管完井、套变井、固井质量较差等常规封隔难以实现分段压裂的问题提供了一种可行的技术手段，并可节约新井的射孔成本，是目前国内外油气井增产改造研究的热点之一。但受限于滑套尺寸，该技术仅能完成有限级数的压裂作业，无法满足大规模压裂作业需求。

为了高效的开发非常规天然气，国外公司纷纷研发出各具特色的无限级分段水力压裂系统。现有的无限级分段水力压裂系统主要有：Multistage Unlimited压裂系统、ZoneSelect Monobore压裂系统、TAP压裂系统和OptiPort压裂系统。

(1)Multistage Unlimited压裂系统

Multistage Unlimited压裂系统是由NCS公司研发的，该系统采用连续油管拖动，由可重复座封封隔器与可开关压裂滑套以及水力喷砂射孔器组成的压裂-隔离系统构成。但由于使用连续油管作业，因此不适用于较深地层。同时，使用连续油管无限级压裂必须使用套管完井。这些问题都制约了该技术的应用与发展。

(2)ZoneSelectMonobore压裂系统

Weatherford公司的ZoneSelectMonobore压裂系统，主要由：套管滑套和连续管开关工具等构成。利用连续管将配套的开关工具下入井内滑套安装位置，通过井口开泵循环，工具产生节流压差，开关工具锁块外露，与内滑套台肩配合并锁紧，通过上提下放管柱开启、关闭滑套。停泵后，锁块收回，开关工具与内滑套脱离即可提出管串。但该技术需从完井阶段介入，工艺复杂，周期较长，对于已完井的油气井并不适用。

(3)TAP压裂系统

Schlumberger公司的TAP压裂系统，主要包括：预置套管管柱上的坐封短节和ELEMENTAL可溶解分体式球座2部分。分体式球座由4瓣组成，通过特殊的支撑架将4瓣球座连接、支撑，并与送入坐封工具相连。但该系统也存在TAP阀对井斜角和储层厚度要求较为苛刻，同时对金属球溶解速率要求较高的问题。

(4)OptiPort压裂系统