油气井工厂化压裂改造方法
【专利摘要】本发明提供一种油气井工厂化压裂改造方法，包括井场布局、施工准备、压裂施工和排液/抽油测试，覆盖水平井大规模压裂改造的全部阶段，形成一套具有“大规模专业化施工、模块化组织、流水线作业”等时代特点的“工厂化”作业提速模式。为水平井压力改造从施工组织模式、提速提效工艺等方面提供一种高效、快速的工厂化施工模式，使水平井完井工作量大幅度增加。
【专利说明】油气井工厂化压裂改造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于油气井压裂施工工艺模式，特别涉及一种油气井工厂化压裂改造方法。
【背景技术】
[0002]水平井大规模开发已经成为提高单井产量和压裂改造施工作业效率的有效措施。近年来，随着水平井的不断增多，施工工艺的不断改进，应用水平井大量开发低渗透、特低渗油气藏已经成为当今技术发展的新趋势，由于水平井体积压裂施工规模大，液体、支撑剂准备量多，工艺复杂，井控风险高，组织难度大，施工时间长，动用的设备多，关键设备等停时间长，利用率低，不但影响施工进度和质量，同时存在着安全隐患。因此，形成适合长庆油田水平井改造高效、快速的工厂化施工模式，提高施工效率的需要已迫在眉睫。
【发明内容】
[0003]为解决现有的水平井大规模压裂施工中液体、支撑剂准备量多，工艺复杂，井控风险高，组织难度大，施工时间长，动用设备多，关键设备等停时间长、利用率低，总体施工进度缓慢，质量差，且存在较多安全隐患等问题，本发明提供一种油气井工厂化压裂改造方法，覆盖水平井大规模压裂改造的全部阶段，涉及井场布局、施工工序、设备优化组合、施工液体的储备、配置、回收等。形成一套具有“大规模专业化施工、模块化组织、流水线作业”等时代特点的“工厂化”作业提速模式。为水平井压力改造从施工组织模式、提速提效工艺等方面提供一种高效、快速的工厂化施工模式，使水平井完井工作量大幅度增加。
[0004]本发明通过如下技术方案实现:
一种油气井工厂化压裂改造方法，包括如下步骤:
(1)井场布局:将井场划分成不同的施工区域，在相应区域内布置施工所需要的各种设备，不同区域之间相互衔接，协同配合；
(2)施工准备:包括前期的井架安装、管线连接、下施工管柱、洗井试压，以及施工液体、物资的准备；
(3)压裂施工:储液罐给连续混配车供液，进行连续配液，然后将配好的液体注入缓冲罐使液体充分溶胀，再通过供液泵撬输送至混砂车进行混砂，最后通过压裂泵车连续泵入井下对地层进行压裂；
(4)排液测试或抽汲试油:油井压裂后，利用抽杆及带胶皮圈和阀门的抽子通过降低井筒液柱高度，以达到降低井底压力，从而实现诱导油流的目的；气井压裂后，通过调整针阀开启度，利用储层能量将液体带至井筒，进而带至地面，当产量达到稳定时测试合格；油气达标后，即可完井。
[0005]进一步的，步骤(I)所述的井场布局具体可分为储液、储砂、混配、压裂、回收五大功能区；所述五大功能区以井口为基准点依次向外排布，分别为压裂区、混配区、储液区和储砂区，另有回收区横跨压裂区、混配区，返回储液区；其中，压裂区布置有砂罐和混砂车，以及仪表车、泵车组、交联罐和酸化泵车，砂罐和混砂车分别通过管线与泵车组相连，泵车组和交联罐分别通过管线与井口相连；混配区布置有混配车和转注泵，转注泵通过管线与混砂车相连；储液区布置有储液罐；储砂区布置有砂罐；回收区布置有回收装置，并通过管线分别与井口和储液罐连通。
[0006]进一步的，步骤(2)所述的施工准备具体包括:
(1)在井场一次性依次将全部井架安装完毕；
(2)试油机组到位前，由独立的作业队伍一次性完成全部油井的通洗井和测三样工作，所述测三样包括测“声波幅度”、“伽马放射性”和“磁定位”;通过压裂泵车一次性完成全部气井的试压工作；
(3)—次性将每口井的施工管柱下至井下预定位置；
(4)将各井口的高低压管线串连后与压裂设备连接，每个井口的高低压管线支路与主管线间通过旋塞阀控制其开合；
(5)每3-5口井连接一套排液测试管汇，每套排液测试管线相互并联后与压裂管线连接。
[0007]进一步的，步骤(3)所述的压裂施工还包括液体添加剂的预混配，根据压裂液的配方，按照一定比例预配液体添加剂，罐装运至井场。
[0008]进一步的，步骤(3)所述的压裂施工所采用的压裂设备实行“2000+1400”型或“2000+ 1050”型压裂车进行主压裂，环空注入车进行套注的设备组合模式。
[0009]进一步的，步骤(3)所述的压裂施工在油井中采用PSK多级水力喷射分段压裂工具和双封单卡管柱组合。
[0010]进一步的，将所述施工液体的使用在整个改造过程分为储、配、供、回四个阶段，具体包括:
(1)液体储备:采用50m3、IOOm3储液罐，及蓄水池储存施工水；
(2)液体配置:采用8mVmin大排量连续混配车进行连续混配施工；
(3)液体供给:采用供液泵撬通过罐间倒液进行井下泵注压裂液，同时通过环空注入清
水；
(4)液体回收:采用压裂返排液沉砂回收罐作为回收装置，对洗井、射孔、冲砂、压裂后的返排液除砂、过滤后回收再利用。
[0011]本发明采用上述技术方案，有机优化整合人力、物力、财力及技术资源，大大提升工作效率，降低劳动强度，有效削减安全风险，形成科学的筹划、组织、配置和施工，使得在水平井改造段数增多。施工规模增大的情况下，能大大缩短施工改造时间及完井周期，有效地提高了水平井作业施工效率及施工效益。对提升施工技术含量、科学组织和人员素质水平起到积极作用。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明的压裂改造方法工序流程图；
图2为本发明中井场布置的平面示意图；
图3为本发明中油井水平井施工方法；
图4为本发明中气井水平井施工方法。【具体实施方式】
[0013]下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
[0014]本发明提供一种油气井工厂化压裂改造方法，如图1所示，包括如下步骤:
(1)井场布局:将井场划分成不同的施工区域，在相应区域内布置施工所需要的各种设备，不同区域之间相互衔接，协同配合；
(2)施工准备:包括前期的井架安装、管线连接、下施工管柱、洗井试压，以及施工液体、物资的准备；
(3)压裂施工:储液罐给连续混配车供液，进行连续配液，然后将配好的液体注入缓冲罐使液体充分溶胀，再通过供液泵撬输送至混砂车进行混砂，最后通过压裂泵车连续泵入井下对地层进行压裂；
(4)排液测试或抽汲试油:油井压裂后，利用抽杆及带胶皮圈和阀门的抽子通过降低井筒液柱高度，以达到降低井底压力，从而实现诱导油流的目的气井关放排液主要是依靠压后弹性能量和地层自身能量，通过阶段性关放，合理调整针阀开启度，利用储层的气流将液体带至井筒，进而依靠地层能量或套管压力将井筒液体带至地面。排液达到入井液量的85%以上就算合格。测试求产，是在气井排液结束并关井至井口压力稳定后，将井口打开一定的开度进行开井生产(井口开度通过井口闸门或分离器针阀控制)，当流动压力下降速率低于0.02MPA/天，产量波动范围低于10%，可视流动压力、井口产量达到基本稳定，测试合格；油气达标后，即可完井。
[0015]本发明的压裂改造方法所涉及的井场布局，可分为储液、储砂、混配、压裂、回收五大功能区，如图2所示。所述五大功能区以井口为基准点依次向外排布，分别为压裂区、混配区、储液区和储砂区，另有回收区横跨压裂区、混配区，返回储液区；其中，压裂区布置有砂罐和混砂车，以及仪表车、泵车组、交联罐和酸化泵车，砂罐和混砂车分别通过管线与泵车组相连，泵车组和交联罐分别通过管线与井口相连；混配区布置有混配车和转注泵，转注泵通过管线与混砂车相连；储液区布置有储液罐；储砂区布置有砂罐；回收区布置有回收装置，并通过管线分别与井口和储液罐连通。
[0016]优化后的井场布局形成连续供水、连续供砂、连续配液、连续泵注四大系统，保证在施工的过程中能够连续的供水、供砂、配液、以及泵注压裂液和支撑剂(砂)。
[0017]连续供水是指把合格的压裂水连续送到现场，连续供砂是指把支撑剂(砂)连续送到混配车的蚊龙中，连续配液是指用现场的水连续生产压裂液，连续泵注是指把压裂液和支撑剂(砂)连续泵入地层中。
[0018]施工前期会将液体通过供液区的储液罐储水，将砂子通过井场储砂区的砂罐储备，施工开始后在混配区通过储液区的储液罐向混配车供水，再加入浓缩化工料进行配液，在压裂区将配好的液体和储存的砂子一起通过混砂车和砂罐将砂子和液体混在一起，最后通过泵车组向井内泵注施工。
[0019]另外，本发明的压裂改造方法所涉及的施工准备具体包括:
(1)在井场一次性依次将全部井架安装完毕；
(2)试油机组到位前，由独立的作业队伍一次性完成全部油井的通洗井和测三样工作，所述测三样包括测“声波幅度”、“伽马放射性”和“磁定位”;通过压裂泵车一次性完成全部气井的试压工作；
(3)—次性将每口井的施工管柱下至井下预定位置；
(4)将各井口的高低压管线串连后与压裂设备连接，每个井口的高低压管线支路与主管线间通过旋塞阀控制其开合；
(5)每3-5口井连接一套排液测试管汇，每套排液测试管线相互并联后与压裂管线连接。
[0020]通过上述施工准备，有机优化整合人力、物力、财力及技术资源，大大提升工作效率，降低劳动强度，有效削减安全风险，形成科学的筹划、组织、配置和施工，形成“6个一”的作业模式:井丛安装井架一趟过；通洗井、试压一趟过；下施工管柱一趟过；压裂、放喷管线连接一趟过；压裂施工一趟过；排液测试完井一趟过。在施工规模增大的情况下，能大大缩短施工改造时间及完井周期，有效地提高了水平井作业施工效率及施工效益。
[0021]实施例1
一种油井水平井工厂化压裂改造方法，如图3所示，采用水力喷射分段压裂或PSK多级水力喷射压裂工艺施工。井场布局采用工厂化模式的井场布局，按照储液、储砂、混配、压裂、回收五大功能区进行布置。
[0022]施工准备阶段在试油机组到位前由独立的作业队伍利用250修井机一次性完成全部油井的通洗井和测三样工序，所述的测三样包括测“声波幅度”、“伽马放射性”和“磁定位”。设计方案到位后，搬迁试油机组进行施工。
[0023]针对施工材料的配送，采用井场设立物资存储点，胍胶粉、液体添加剂、陶粒、石英砂等物资实现厂家配送、大包装直达供料的模式，减少倒配的中间环节，节约了后勤保障时间。
[0024]生产水的供应采用多家供水队联合拉水，井场附近有河流的，就近组织打水，水源较远的井，在井场打水井的模式。
[0025]同时，压裂施工阶段采用的压裂设备实行“ 2000+1400 ”型或“ 2000+1050 ”型压裂
车进行主压裂，环空注入车进行套注的设备组合模式。能够节约I台2000型压裂车和I台混配车，使压裂设备利用率提高20-30%。
[0026]所采用的施工材料的配送和生产水的供应，配合组合压裂设备，能够结合水平井不同区块施工规模和施工压力的需求，提高作业效率，减少施工场地占用，保证连续供水、连续配液和连续泵注系统的实现。
[0027]压裂施工还包括液体添加剂的预混配，根据压裂液的配方，按照一定比例预配液体添加剂，罐装运至井场。油井预混配液体添加剂分别为:粘土稳定剂，油井助排剂，杀菌齐U。增加液体添加剂的预混配工作，能够减少倒配的中间环节，节约了后勤保障时间。
[0028]在施工阶段采用PSK多级水力喷射分段压裂工具和双封单卡管柱组合。PSK多级水力喷射分段压裂工具采用一个滑套同时控制喷射器和封隔器。开启时，管柱内投球泵送憋压，剪断滑套剪钉，推动滑套下移，进入坐落接头，封堵管内向下通道，同时开启喷枪和坐封封隔器进行喷射射孔和压裂施工，压完一段后上提至上一段继续施工，可实现了一趟管柱分压6-9段。
[0029]双封单卡管柱组合是在双封选压管柱的基础上，对其外形尺寸进行重新优化设计，采用两级封隔器单卡目的层，通过上提实现所有目的层段的压裂改造，可提高分压段数，工具过砂量达到90m3以上，实现动管柱2-3级封隔连续压裂施工。
[0030]将施工液体在整个改造过程中的使用分为储、配、供、回四个阶段，具体包括:
(I)液体储备:通过罐车拉运备水,采用50m3及IOOm3储液罐，并现场挖蓄水池储存施工水，储液罐可与配液设备连接，并由蓄水池补充。50m3和IOOm3储液罐与30m3储液罐相比分别节约占地面积25%和43%，采用大容积储液罐实现“先蓄水后排污”，以降低现场劳动强度，提高施工效率。
[0031](2)液体配置:压裂施工阶段采用8m3/min大排量连续混配车，配好液体的倒入缓冲罐等待液体溶胀，再通过供液转注泵导入混砂车，同支撑剂一起泵入井口，进行压裂施工，实现边配边注的连续混配施工。相比于传统人工提前批量配液方式，大排量连续混配方式减少了工人劳动强度与余液浪费，大大缩短了施工周期，提高了施工效率。
[0032](3)液体供给:采用供液泵撬通过罐间倒液进行井下泵注压裂液，同时通过环空注入清水。大罐间导液体是需要混砂车完成的，采用供液泵撬替代用于供液和转液的混砂车，这样可以提高设备的利用率，节约占地面积，且不需要改变设备间的连接关系和位置关系，满足施工要求，提高效率。
[0033](4)液体回收:采用压裂返排液沉砂回收罐作为回收装置，对洗井、射孔、冲砂、压后返排液进行除砂、过滤后回收再利用。对施工液体的回收利用不仅节省胍胶和液体，也减少了放喷液体的排放与处理。
[0034]实施例2
一种气井水平井工厂化压裂改造方法，如图4所示，采用水力喷射分段压裂或裸眼封隔器分段压裂工艺施工。井场布局采用工厂化模式的井场布局，按照储液、储砂、混配、压裂、回收五大功能区进行布置。
[0035]施工准备阶段在试油机组到位前由独立的作业队伍利用350修井机一次性完成全部气井的通洗井和试压作业。
[0036]针对施工材料的配送，采用井场设立物资存储点，胍胶粉、液体添加剂、陶粒、石英砂等物资实现厂家配送、大包装直达供料的模式，减少倒配的中间环节，节约了后勤保障时间。
[0037]生产水的供应采用多家供水队联合拉水，井场附近有河流的，就近组织打水，水源较远的井，在井场打水井的模式。
[0038]同时，压裂施工阶段采用的压裂设备实行“ 2000+1400 ”型或“ 2000+1050 ”型压裂
车进行主压裂，环空注入车进行套注的设备组合模式。能够节约I台2000型压裂车和I台混配车，使压裂设备利用率提高20-30%。
[0039]所采用的施工材料的配送和生产水的供应，配合组合压裂设备，能够结合水平井不同区块施工规模和施工压力的需求，提高作业效率，减少施工场地占用，保证连续供水、连续配液和连续泵注系统的实现。
[0040]压裂施工还包括液体添加剂的预混配，根据压裂液的配方，按照一定比例预配液体添加剂，罐装运至井场。气井预混配液体添加剂分别为:粘土稳定剂，油井助排剂，杀菌齐U、起泡剂。增加液体添加剂的预混配工作，能够减少倒配的中间环节，节约了后勤保障时间。
[0041]将施工液体在整个改造过程中的使用分为储、配、供、回四个阶段，具体包括:(I)液体储备:通过井场打水井备水，采用50m3及IOOm3储液罐，并现场挖蓄水池储存施工水，储液罐可与配液设备连接，并由蓄水池补充。50m3和IOOm3储液罐与30m3储液罐相比分别节约占地面积25%和43%，采用大容积储液罐实现“先蓄水后排污”，以降低现场劳动强度，提高施工效率。
[0042](2)液体配置:压裂施工阶段采用8m3/min大排量连续混配车，配好的液体倒入缓冲罐等待液体溶胀，再通过供液转注泵导入混砂车，同支撑剂一起泵入井口进行压裂施工，实现边配边注的连续混配施工。相比于传统人工提前批量配液方式，大排量连续混配方式减少了工人劳动强度与余液浪费，大大缩短了施工周期，提高了施工效率。
[0043](3)液体供给:采用供液泵撬通过罐间倒液进行井下泵注压裂液，同时通过环空注入清水。气井压裂时需要混砂车由环空注液保证油管与套管间压力平衡，大罐间导液体也是需要混砂车完成的。采用供液泵撬替代用于供液和转液的混砂车，这样可以提高设备的利用率，节约占地面积，且不需要改变设备间的连接关系和位置关系，满足施工要求，提高效率。
[0044](4)液体回收:采用压裂返排液沉砂回收罐作为回收装置，对洗井、射孔、冲砂、压后返排液进行除砂、过滤后回收再利用。对施工液体的回收利用不仅节省胍胶和液体，也减少了放喷液体的排放与处理。
[0045]下面通过具体的井丛案例说明采用本发明的工厂化压裂施工方法后的实际施工情况。
[0046]安平54井组位于陕西定边县境内，井组共部署600至1500余米不同水平段长的油水平井6 口。在宽146米、长185米的井场上，将施工现场分为“储液、储砂、混配、压裂、回收”五大功能区；形成“连续供水、连续供砂、连续配液、连续泵注”四大系统，解决了 “大液量、大排量、大砂量及低伤害、低污染、低成本”的生产难题。提前将混配所需的大袋胍胶粉、预混水剂料直供井场，4台连续混配车边配液边施工。动用2000型主压裂车17台、混砂车4台施工，将各种井口管线一次性连接固定、安装到位，施工“只动工序，不动车辆”，实现了安装、通井、洗井、测井、压裂、排液“六个一趟过”，新投用的12 口水源井通过供水管线向15具50 m3储液罐，30具100 m3储水罐，日供水能力达5000 m3，可满足6姊妹水平井的用水需求，52天内完成6 口井共计56层次的工厂化压裂施工，如表1、表2所示，大幅提高了油水平井的施工效率。
[0047]表1安平54井组工厂化作业施工参数表
【权利要求】
1.油气井工厂化压裂改造方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)井场布局:将井场划分成不同的施工区域，在相应区域内布置施工所需要的各种设备，不同区域之间相互衔接，协同配合； (2)施工准备:包括前期的井架安装、管线连接、下施工管柱、洗井试压，以及施工液体、物资的准备； (3)压裂施工:储液罐给连续混配车供液，进行连续配液，然后将配好的液体注入缓冲罐使液体充分溶胀，再通过供液泵撬输送至混砂车进行混砂，最后通过压裂泵车连续泵入井下对地层进行压裂； (4)排液测试或抽汲试油:油井压裂后，利用抽杆及带胶皮圈和阀门的抽子通过降低井筒液柱高度，以达到降低井底压力，从而实现诱导油流的目的；气井压裂后，通过调整针阀开启度，利用储层能量将液体带至井筒，进而带至地面，当产量达到稳定时测试合格；油气达标后，即可完井。
2.根据权利要求1所述的油气井工厂化压裂改造方法，其特征在于，步骤(1)所述的井场布局具体可分为储液、储砂、混配、压裂、回收五大功能区；所述五大功能区以井口为基准点依次向外排布，分别为压裂区、混配区、储液区和储砂区，另有回收区横跨压裂区、混配区，返回储液区；其中，压裂区布置有砂罐和混砂车，以及仪表车、泵车组、交联罐和酸化泵车，砂罐和混砂车分别通过管线与泵车组相连，泵车组和交联罐分别通过管线与井口相连；混配区布置有混配车和转注泵，转注泵通过管线与混砂车相连；储液区布置有储液罐；储砂区布置有砂罐； 回收区布置有回收装置，并通过管线分别与井口和储液罐连通。
3.根据权利要求2所述的油气井工厂化压裂改造方法，其特征在于，步骤(2)所述的施工准备具体包括: (1)在井场一次性依次将全部井架安装完毕； (2)试油机组到位前，由独立的作业队伍一次性完成全部油井的通洗井和测三样工作，所述测三样包括测“声波幅度”、“伽马放射性”和“磁定位”;通过压裂泵车一次性完成全部气井的试压工作； (3)一次性将每口井的施工管柱下至井下预定位置； (4)将各井口的高低压管线串连后与压裂设备连接，每个井口的高低压管线支路与主管线间通过旋塞阀控制其开合； (5)每3-5口井连接一套排液测试管汇，每套排液测试管线相互并联后与压裂管线连接。
4.根据权利要求3所述的油气井工厂化压裂改造方法，其特征在于，步骤(3)所述的压裂施工还包括液体添加剂的预混配，根据压裂液的配方，按照一定比例预配液体添加剂，罐装运至井场。
5.根据权利要求4所述的油气井工厂化压裂改造方法，其特征在于，步骤(3)所述的压裂施工所采用的压裂设备实行“2000+1400”型或“2000+ 1050”型压裂车进行主压裂，环空注入车进行套注的设备组合模式。
6.根据权利要求5所述的油气井工厂化压裂改造方法，其特征在于，步骤(3)所述的压裂施工在油井中采用PSK多级水力喷射分段压裂工具和双封单卡管柱组合。
7.根据权利要求6所述的油气井工厂化压裂改造方法，其特征在于，将所述施工液体的使用在整个改造过程分为储、配、供、回四个阶段，具体包括: (O液体储备:采用50m3、IOOm3储液罐，及蓄水池储存施工水； (2)液体配置:采用8mVmin大排量连续混配车进行连续混配施工； (3)液体供给:采用供液泵撬通过罐间倒液进行井下泵注压裂液，同时通过环空注入清水； (4)液体回收:采用压裂返排液沉砂回收罐作为回收装置，对洗井、射孔、冲砂、压裂后的返排液除砂 、过滤后回收再利用。
【文档编号】E21B43/26GK103912256SQ201410127307
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年4月1日 优先权日:2014年4月1日
【发明者】周丰, 王祖文, 白明伟, 韩文哲, 费节高, 曹欣, 陈万林, 任斌, 张永红, 池晓明, 刘欢, 郭艳萍, 高红平, 徐俊芳, 宋孝丹 申请人:中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆井下技术作业公司