[发明专利]一种分段压裂裂缝扩展控制装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及油井压裂技术领域，特别涉及一种分段压裂裂缝扩展控制装置及方法。

背景技术

随着纳米材料的快速发展与应用，油酸钠包裹Fe₃O₄纳米粒子后具有表面超疏水和超顺磁性的特点，已经成功应用于提高油井采收率的现场实验中。同样，该特点可以拓展到采用稠化剂包裹Fe₃O₄纳米粒子制备冻胶压裂液，使得压裂液具有超顺磁特性，能够在磁场作用下做定向或转向运动，人为控制裂缝扩展。回看国内分段压裂作业现状，压裂裂缝延伸方向和高度主要依赖于地层应力、微裂缝发育、薄弱地层以及上覆地层垂向应力等自然条件，难以人为干预，从而在压裂过程容易产生以下弊端：

1.压裂串层，裂缝高度过大，储层中的有效裂缝体积减小，甚至串流水层，导致油井水淹。

2.裂缝形态难以人为控制，薄储层、超薄储层有效改造体积小。

发明内容

为解决现有技术的问题，本发明的目的在于提出一种分段压裂裂缝扩展控制装置及方法，在连续油管、电线、固定接头、电磁线圈的相互配合下，通过调节地面直流电输送强度、方向以及地下电磁线圈的放置角度实时控制电磁线圈产生电磁场的方向和强度，引导具有超顺磁性的压裂液定向或转向运动，人为控制裂缝走向、高度。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种分段压裂裂缝扩展控制装置，包括连续油管1，连续油管1通过连接器2下接水力喷射压裂管柱3，水力喷射压裂管柱3以螺纹形式下接固定接头4，固定接头4内部空腔中设置有电动旋转机构5，固定接头4下端径向卡接电磁线圈6；在连续油管1和水力喷射压裂管柱3内壁螺旋上升式缠绕固定电线管7，电线管7在连接器2和固定接头4内直线式穿越；所述的电线管7内包裹两根独立的电线，其中一根单向连接电动旋转机构5，另一根以回路形式缠绕在铁芯上构成所述的电磁线圈6。

一种分段压裂裂缝扩展控制方法，包括以下步骤：

步骤一、根据裂缝走向的预先设计方案，首先在地面通过电脑控制电动旋转机构5设定电磁线圈6在垂直于工作平面方向上的旋转角度，设定为向上或向下0°、30°、60°、90°、120°；其次由右手螺旋定则确定直流电传输方向；

步骤二、根据通电线圈附近空间磁场强度分布计算公式确定不同电流强度下电磁场的空间波及范围和强度，然后根据储层厚度限定电流强度的最大值；

步骤三、在确定直流电电流强度范围、方向以及电磁线圈旋转角度后，即可从地面实时控制压裂裂缝的走向和高度，增加储层的有效改造体积。

本发明具有以下优点：从地面通过调节地面直流电输送强度、方向以及地下电磁线圈的放置角度实时控制电磁线圈产生电磁场的方向和强度，引导具有超顺磁性的压裂液定向或转向运动，从而控制裂缝的延展方向和高度，有效地改造储层，提高油气产能。该发明在油气井生产领域尚属空白，应用后能够人为地控制裂缝形态，有效改造储层，具有十分可观的经济效益及社会效益。

附图说明

图1为压裂时电磁线圈通直流电后在地层中产生稳定持续的电磁场，图1(a)垂直工作平面向上旋转30°；图1(b)垂直工作平面向上旋转90°。

图2为人工裂缝中超顺磁性压裂液在电磁场作用下发生定向或转向运动。

图3为固定接头形状示意图。图3(a)是固定接头的主视图，图3(b)是固定接头的俯视图，图3(c)是固定接头的左视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细叙述。

参照图1，一种分段压裂裂缝扩展控制装置，包括连续油管1，连续油管1通过连接器2下接水力喷射压裂管柱3，水力喷射压裂管柱3以螺纹形式下接固定接头4，参照图3，固定接头4内部空腔中设置有电动旋转机构5，固定接头4下端径向卡接电磁线圈6；在连续油管1和水力喷射压裂管柱3内壁螺旋上升式缠绕固定电线管7，电线管7在连接器2和固定接头4内直线式穿越；所述的电线管7内包裹两根独立的电线，其中一根单向连接电动旋转机构5，另一根以回路形式缠绕在铁芯上构成所述的电磁线圈6。

所述的水力喷射压裂管柱3用于射孔、压裂作业。

所述的固定接头4，用于在水力喷射压裂管柱端头固定电磁线圈。

所述的电动旋转机构5由电动机、网络控制电路、减速器、轴承构成的能够，可参考现有的成熟技术，用于控制电磁线圈在垂直于工作平面(电磁线圈与固定接头轴向方向一致时所在的平面)的方向上能够分别向上或向下120°旋转。