CN104806219B - 油气储层增渗解堵装置及其增渗解堵方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油气储层增渗解堵装置及其增渗解堵方法，增渗解堵装置包括地上装置和井下装置；地上装置包括经高压管线连接的液态二氧化碳容器、地上增压泵、井口装置及采油树；井下装置包括套管、油管、封隔器和连接于油管下端的井下增压泵及冷却射流装置；增渗解堵方法包括对二氧化碳流体的两次增压、冷却射流、焖井及流体携带堵塞物反排出地面等步骤。本发明利用二氧化碳流体物性状态随温度及压力剧烈变化的特性，通过两次增压，并经冷却射流装置后形成高于地层压力且低于地层温度的高压低温二氧化碳射流，对油气储层进行增渗解堵，有效提高了储层近井地带的渗透率，且高效、环保、对储层无伤害。

Description

油气储层增渗解堵装置及其增渗解堵方法

技术领域

本发明涉及油气井增产技术领域，具体涉及一种油气储层增渗解堵装置及应用该油气储层增渗解堵装置对堵塞的油气储层进行增渗解堵的方法。

背景技术

油气储层堵塞是导致老井减产的不可避免的问题，而非常规油气藏储层物性差、经济效益低，因此，储层改造是维持老井产量、提高非常规油气产能的重要技术措施。目前，常用的油气储层改造技术是水力压裂和解堵增渗技术。传统的水力压裂方式成本低，但水基压裂液与地层粘土配伍性差，易引起粘土矿物水化膨胀，因此不适用于水敏性地层，同时压裂液中的固相颗粒及高分子聚合物在裂缝表面形成滤饼从而造成对储层的二次伤害，此外水力压裂需要耗费大量的水资源，对地下水和地表环境有潜在的威胁，环保压力大。化学解堵技术的处理范围广，但各类化学解堵剂性能单一，对地层选择性强，且易对地层造成二次伤害，废液处理压力大，易污染环境。物理法解堵技术虽然对储层伤害小，对不同堵塞类型的地层适应性好，但通常受现场环境制约，处理范围小，部分技术(如冲击波增渗技术)对油管、套管及电缆损伤大。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的第一个技术问题是：提供一种油气储层增渗解堵装置，采用该装置能够同时实现对油气储层的增渗与解堵，有效提高储层近井地带的渗透率，且高效、环保、对储层无伤害。

基于一个总的发明构思，本发明所要解决的第二个技术问题是：提供一种利用油气储层增渗解堵装置对油气储层进行增渗解堵的方法，该方法易于实现，且高效、环保、对储层无伤害。

为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是：油气储层增渗解堵装置，包括地上装置和井下装置；所述地上装置包括液态二氧化碳容器，所述液态二氧化碳容器连接高压管线的一端，所述高压管线上设有地上增压泵，所述高压管线的另一端与井口装置的上端连接，所述井口装置的下端与采油树连接；所述井下装置包括设于井内的套管，所述套管内设有油管，所述套管与所述油管之间设有封隔器，所述油管的下端连接有井下增压泵，所述井下增压泵的下方设有与其连接的冷却射流装置，所述套管的管壁上对应于所述冷却射流装置处设有套管射孔。

作为优选，所述井口装置包括壳体，所述壳体的上端设有用于与所述高压管线连接的上接头，所述壳体的下端设有用于与所述采油树顶部连接的下接头，所述壳体设有贯通所述上接头与所述下接头的轴向通道，所述壳体内靠近所述轴向通道的上端设有上凡尔球座，所述上凡尔球座的下方设有与所述壳体的内壁转动连接的可打开/关闭的阀板装置，所述阀板装置与所述上凡尔球座之间设有凡尔球，所述壳体的外壁设有与所述轴向通道连通的侧向通道。

作为进一步优选，所述阀板装置包括对称设置的两个挡片，所述挡片铰接于所述壳体的内壁。

作为另一种优选，所述冷却射流装置包括管体，所述管体设有轴向延伸的管体通道，所述管体的上端设有用于与所述井下增压泵连接的管体上接头，所述管体的底端为封闭端，所述封闭端上开设有与所述管体通道连通的底部通道，所述管体通道与所述底部通道的连接处设有下凡尔球座，所述管体通道靠近所述管体上接头处设有节流通道段，位于所述节流通道段下方的所述管体侧壁上设有侧向喷孔。

为解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是：利用油气储层增渗解堵装置对油气储层进行增渗解堵的方法，包括以下步骤

S10、开启地上增压泵，对液态二氧化碳进行第一次增压，增压后的液态二氧化碳经高压管线、井口装置、采油树输送至油管，二氧化碳流体在油管内下行过程中与地层发生热量交换，二氧化碳流体温度逐渐升高至接近于地层温度；

S20、二氧化碳流体流经井下增压泵时，由井下增压泵对其进行第二次增压，第二次增压后的二氧化碳流体压力高于地层压力；

S30、第二次增压后的二氧化碳流体流经冷却射流装置，温度降低，形成低于地层温度且高于地层压力的二氧化碳射流，二氧化碳射流经套管射孔喷出后喷射井壁，在射流冲击压力和温差应力共同作用下，井壁岩石产生裂缝，增加了油气渗流通道；

S40、关闭地上增压泵，停止输送液态二氧化碳，焖井一段时间，位于封隔器下方的由套管、油管及封隔器围成的封闭环形空间内充满了高压的二氧化碳流体，低粘度的二氧化碳流体在压差作用下渗入地层裂缝中，随着压力衰减和温度上升，地层内的二氧化碳流体膨胀做功，进一步扩展地层裂缝及孔道并溶解有机堵塞物和无机堵塞物；

S50、焖井结束，地层中的二氧化碳流体携带近井地层的堵塞物进入冷却射流装置回流至油管内，最终通过井口装置反排出地面。

其中，所述S10步骤中，液态二氧化碳流经井口装置时，凡尔球受压，阀板装置打开，凡尔球随二氧化碳流体下行，用于封死冷却射流装置的底部。

其中，所述S30步骤中，凡尔球随二氧化碳流体下行至下凡尔球座处，将底部通道封死；二氧化碳流体流经节流通道段后，温度降低，低于地层温度，低温高压的二氧化碳射流从侧向喷孔喷出，再经套管射孔喷射井壁。

其中，所述S50步骤中，打开井口装置的侧向通道，地层压力高于油管压力，凡尔球被顶回上凡尔球座内，冷却射流装置的底部通道打开，地层中的二氧化碳流体携带近井地层的堵塞物从冷却射流装置的底部通道回流至油管内，最终通过井口装置的侧向通道反排出地面。

由于采用了上述技术方案，利用本发明的油气储层增渗解堵装置对油气储层进行增渗解堵时，将二氧化碳流体泵送至油管，二氧化碳流体在油管内下行过程中与地层发生热量交换，温度逐渐升高至接近于地层温度；二氧化碳流体经地上增压泵及井下增压泵两次增压后，压力升高；当二氧化碳流体流经冷却射流装置后，温度降低，形成低于地层温度且高于地层压力的高压低温二氧化碳射流，高压低温的二氧化碳射流经套管射孔喷出后喷射井壁，在射流冲击压力和温差应力共同作用下，井壁岩石产生裂缝，增加了油气渗流通道，起到理想的增渗作用；焖井一段时间，封闭环形空间内充满了高压的二氧化碳流体，低粘度的二氧化碳流体在压差作用下渗入地层裂缝中，随着压力衰减和温度上升，达到超临界状态，地层内的二氧化碳流体膨胀做功，进一步扩展了地层裂缝及孔道并溶解石蜡等有机堵塞物和碳酸钙等无机堵塞物，起到理想的解堵作用，进一步提高了地层渗透率。

二氧化碳流体具有很高的压缩性，本发明利用二氧化碳流体物性状态随温度及压力剧烈变化的特性，通过两次增压，并经冷却射流装置后形成高于地层压力且低于地层温度的高压低温二氧化碳射流，对油气储层进行增渗解堵，与水射流方式相比，二氧化碳射流破岩门限压力低，破岩效果是水射流的3倍以上，从而在短时间内就能形成多条裂缝并渗入地层裂缝中，增渗解堵效率高；且二氧化碳流体无水相，对储层无污染，更加环保，尤其适用于水敏性地层。

附图说明

图1是本发明实施例的油气储层增渗解堵装置结构示意图；

图2是图1中井口装置的结构剖视示意图；

图3是图1中冷却射流装置的结构剖视示意图；

图中：1-液态二氧化碳容器；2-容器阀门；3-高压管线；4-地上增压泵；5-井口装置；51-壳体；511-轴向通道；512-上接头；513-上凡尔球座；514-凡尔球；515-阀板装置；516-侧向通道；517-侧向阀门；518-下接头；6-采油树；7-油管；8-套管；9-井下增压泵；10-冷却射流装置；101-管体；1011-管体上接头；1012-节流通道段；1013-侧向喷孔；1014-下凡尔球座；1015-底部通道；1016-管体通道；11-封隔器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例的油气储层增渗解堵装置包括地上装置和井下装置。

其中，地上装置包括：设于罐车上的液态二氧化碳容器1，液态二氧化碳容器1连接高压管线3的一端，高压管线3上设有地上增压泵4，高压管线3的另一端与井口装置5的上端连接，井口装置5的下端与采油树6连接。

其中，井下装置包括：设于井内的套管8，在套管8内设有与与井口装置5连通的油管7，套管8与油管7之间的环空通道内设有封隔器11，在油管7的下端连接有井下增压泵9，在井下增压泵9的下方设有与其连接的冷却射流装置10，在套管8的管壁上对应于冷却射流装置10处设有套管射孔(图中未具体示出)。

如图2所示，其中，井口装置5包括壳体51，壳体51的上端设有用于与高压管线3连接的上接头512，壳体51的下端设有用于与采油树6顶部连接的下接头518，壳体51内设有贯通上接头与下接头的轴向通道511，在壳体51内靠近轴向通道511的上端设有上凡尔球座513，在上凡尔球座513的下方设有与壳体51的内壁转动连接的可打开/关闭的阀板装置515，阀板装置515与上凡尔球座513之间设有凡尔球514，在壳体51的外壁设有与轴向通道511连通的侧向通道516，侧向通道516上设有侧向阀门517。其中，阀板装置515可采用对称设置的两个挡片，挡片铰接于所述壳体的内壁，挡片优选采用半圆形结构；阀板装置也可以采用本领域的其他常规结构，在此不再详细图示介绍。

如图3所示，其中，冷却射流装置10包括管体101，管体101设有轴向延伸的管体通道1016，管体101的上端设有用于与井下增压泵9连接的管体上接头1011，管体101的底端为封闭端，在该封闭端上开设有与管体通道1016连通的底部通道1015，在管体通道1016与底部通道1015的连接处设有下凡尔球座1014，其中，管体通道1016靠近管体上接头1011处设有变窄的节流通道段1012，位于节流通道段1012下方的管体侧壁上设有若干侧向喷孔1013，侧向喷孔1013的个数根据实际需要确定，侧向喷孔1013上最好安装喷嘴，喷嘴磨损后可以更换。

对油气储层进行增渗解堵时，打开采油树6顶部的采油帽，将油管7-井下增压泵9-冷却射流装置10组成的工具串下入套管8内，在油管7和套管8的环空通道内设置封隔器11，封隔器11的位置依据施工参数及焖井时间确定；在采油树6顶部安装好井口装置5，确定高压管线3已将液态二氧化碳容器1、容器阀门2、地上增压泵4及井口装置5连接好；之后，实施如下步骤：

S10、开启容器阀门2和地上增压泵4，地上增压泵4对流出液态二氧化碳容器1的液态二氧化碳进行第一次增压，并将增压后的液态二氧化碳经高压管线3、井口装置5、采油树6泵送至油管7，二氧化碳流体在油管7内下行过程中与地层发生热量交换，二氧化碳流体温度逐渐升高至接近于地层温度。

本步骤中，液态二氧化碳流经井口装置5时，凡尔球514在受压作用下随二氧化碳流体下行，阀板装置515被打开，凡尔球514随二氧化碳流体下行至冷却射流装置10的下凡尔球座1014处，凡尔球514将底部通道1015封死。

S20、二氧化碳流体流经井下增压泵9时，由井下增压泵9对其进行第二次增压，第二次增压后的二氧化碳流体压力高于地层压力。

S30、第二次增压后的二氧化碳流体流入冷却射流装置10，流经节流通道段1012后，由于焦耳-汤姆逊效应，温度降低，温度可降低15℃以上，形成低于地层温度且高于地层压力的二氧化碳流体，高压低温的二氧化碳射流从侧向喷孔1013及套管射孔喷出后喷射井壁，在射流冲击压力和温差应力共同作用下，井壁岩石产生多条裂缝，增加了油气渗流通道。

S40、关闭容器阀门2和地上增压泵4，停止输送液态二氧化碳，焖井4～48小时，位于封隔器11下方的由套管8、油管7及封隔器11围成的封闭环形空间内充满了高压的二氧化碳流体，低粘度的二氧化碳流体在压差作用下渗入地层裂缝中，随着压力衰减和温度上升，达到超临界状态，地层内的二氧化碳流体膨胀做功，进一步扩展地层裂缝及孔道并溶解石蜡等有机堵塞物，二氧化碳溶于地层水形成碳酸从而溶蚀碳酸钙等无机堵塞物。

S50、焖井结束，打开井口装置5的侧向通道516上的侧向阀门517，由于地层压力高于油管压力，凡尔球514被顶回井口装置5的上凡尔球座513内，阀板装置515关闭，冷却射流装置10的底部通道1015打开，地层中的二氧化碳流体携带着近井地层的各种堵塞物从冷却射流装置的底部通道1015及侧向喷孔1013回流至油管7内，最终通过井口装置5的侧向通道516反排出地面。

本发明利用二氧化碳流体物性状态随温度及压力剧烈变化的特性，通过两次增压，并经冷却射流装置后形成高于地层压力且低于地层温度的高压低温二氧化碳射流，对油气储层进行增渗解堵，与水射流方式相比，二氧化碳射流破岩门限压力低，破岩效果是水射流的3倍以上，从而在短时间内就能形成裂缝并渗入地层裂缝中，增渗解堵效率高；且二氧化碳流体无水相，对储层无污染，更加环保，尤其适用于1000米以上的老油田、页岩及致密砂岩等非常规油田的增产增效。

Claims (7)

1.油气储层增渗解堵装置，其特征在于，包括：

地上装置，所述地上装置包括液态二氧化碳容器，所述液态二氧化碳容器连接高压管线的一端，所述高压管线上设有地上增压泵，所述高压管线的另一端与井口装置的上端连接，所述井口装置的下端与采油树连接；以及

井下装置，所述井下装置包括设于井内的套管，所述套管内设有油管，所述套管与所述油管之间设有封隔器，所述油管的下端连接有井下增压泵，所述井下增压泵的下方设有与其连接的冷却射流装置，所述套管的管壁上对应于所述冷却射流装置处设有套管射孔；

所述冷却射流装置包括管体，所述管体设有轴向延伸的管体通道，所述管体的上端设有用于与所述井下增压泵连接的管体上接头，所述管体的底端为封闭端，所述封闭端上开设有与所述管体通道连通的底部通道，所述管体通道与所述底部通道的连接处设有下凡尔球座，所述管体通道靠近所述管体上接头处设有节流通道段，位于所述节流通道段下方的所述管体侧壁上设有侧向喷孔。

2.如权利要求1所述的油气储层增渗解堵装置，其特征在于，所述井口装置包括壳体，所述壳体的上端设有用于与所述高压管线连接的上接头，所述壳体的下端设有用于与所述采油树顶部连接的下接头，所述壳体设有贯通所述上接头与所述下接头的轴向通道，所述壳体内靠近所述轴向通道的上端设有上凡尔球座，所述上凡尔球座的下方设有与所述壳体的内壁转动连接的可打开/关闭的阀板装置，所述阀板装置与所述上凡尔球座之间设有凡尔球，所述壳体的外壁设有与所述轴向通道连通的侧向通道。

3.如权利要求2所述的油气储层增渗解堵装置，其特征在于，所述阀板装置包括对称设置的两个挡片，所述挡片铰接于所述壳体的内壁。

4.利用权利要求1所述的油气储层增渗解堵装置对油气储层进行增渗解堵的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10、开启地上增压泵，对液态二氧化碳进行第一次增压，增压后的液态二氧化碳经高压管线、井口装置、采油树输送至油管，二氧化碳流体在油管内下行过程中与地层发生热量交换，二氧化碳流体温度逐渐升高至接近于地层温度；

S20、二氧化碳流体流经井下增压泵时，由井下增压泵对其进行第二次增压，第二次增压后的二氧化碳流体压力高于地层压力；

S30、第二次增压后的二氧化碳流体流经冷却射流装置，温度降低，形成低于地层温度且高于地层压力的二氧化碳射流，二氧化碳射流经套管射孔喷出后喷射井壁，在射流冲击压力和温差应力共同作用下，井壁岩石产生裂缝，增加了油气渗流通道；

S40、关闭地上增压泵，停止输送液态二氧化碳，焖井一段时间，位于封隔器下方的由套管、油管及封隔器围成的封闭环形空间内充满了高压的二氧化碳流体，低粘度的二氧化碳流体在压差作用下渗入地层裂缝中，随着压力衰减和温度上升，地层内的二氧化碳流体膨胀做功，进一步扩展地层裂缝及孔道并溶解有机堵塞物和无机堵塞物；

S50、焖井结束，地层中的二氧化碳流体携带近井地层的堵塞物进入冷却射流装置并回流至油管内，最终通过井口装置反排出地面。

5.如权利要求4所述的对油气储层进行增渗解堵的方法，其特征在于，

所述井口装置包括壳体，所述壳体的上端设有用于与所述高压管线连接的上接头，所述壳体的下端设有用于与所述采油树顶部连接的下接头，所述壳体设有贯通所述上接头与所述下接头的轴向通道，所述壳体内靠近所述轴向通道的上端设有上凡尔球座，所述上凡尔球座的下方设有与所述壳体的内壁转动连接的可打开/关闭的阀板装置，所述阀板装置与所述上凡尔球座之间设有凡尔球，所述壳体的外壁设有与所述轴向通道连通的侧向通道；

所述S10步骤中，液态二氧化碳流经井口装置时，凡尔球受压，阀板装置打开，凡尔球随二氧化碳流体下行，用于封死冷却射流装置的底部。

6.如权利要求5所述的对油气储层进行增渗解堵的方法，其特征在于，

所述冷却射流装置包括管体，所述管体设有轴向延伸的管体通道，所述管体的上端设有用于与所述井下增压泵连接的管体上接头，所述管体的底端为封闭端，所述封闭端上开设有与所述管体通道连通的底部通道，所述管体通道与所述底部通道的连接处设有下凡尔球座，所述管体通道靠近所述管体上接头处设有节流通道段，位于所述节流通道段下方的所述管体侧壁上设有侧向喷孔；

所述S30步骤中，凡尔球随二氧化碳流体下行至下凡尔球座处，将底部通道封死；二氧化碳流体流经节流通道段后，温度降低，低于地层温度，低温高压的二氧化碳射流从侧向喷孔喷出，再经套管射孔喷射井壁。

7.如权利要求6所述的对油气储层进行增渗解堵的方法，其特征在于，所述S50步骤中，打开井口装置的侧向通道，地层压力高于油管压力，凡尔球被顶回上凡尔球座内，冷却射流装置的底部通道打开，地层中的二氧化碳流体携带近井地层的堵塞物从冷却射流装置的底部通道回流至油管内，最终通过井口装置的侧向通道反排出地面。