[0001] 本发明涉及石油开采技术领域，特别是涉及一种水力割缝装置及解堵割缝方法。

[0002] 油井在工程施工过程中常会发生近井污染堵塞现象，近井污染堵塞后，地层能量不能有效释放，会出现单井供液不足的问题，此时需要开展储层解堵改善供液能力，目前常用聚能射孔弹射孔实现近井污染的解堵，改善井周应力提高泄油面积，提高近井带渗透率，但在作业时发现以下问题：1、常规射孔产生的金属射流穿过套管时，会对套管产生了严重的损伤，降低了射孔井的产能，大大减少了套管的使用寿命；2、聚能射孔弹及其配套设备的制造成本和技术复杂度较高，尽管聚能射孔具有较好的穿透力，但在极深井或超硬地层中，射流的能量衰减可能影响穿透效果，限制了其应用范围；3、聚能射孔弹射孔存在射孔深度误差，影响油层的射开程度，甚至误射水层，引起油井水淹，对油田开发造成损害。

[0003] 因此人们亟需一种适用范围广，适用性强的水力割缝装置。

[0024] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0025] 本发明的目的是提供一种水力割缝装置及解堵割缝方法，以解决现有技术存在的问题，利用水力割缝的方式完成解堵，可减少对套管的损伤，且便于控制水力割缝强度，适用性强，且适用范围广。

[0026] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0027] 请参考如图1、图2所示，提供一种水力割缝装置，包括井外供水单元以及井内送水单元，井内送液单元包括依次连接的油管连接头1、扶正器4、用于定位位置信息的数据采集器5以及射孔枪7，油管连接头1、扶正器4以及数据采集器5均中空设置，油管连接头1、扶正器4以及数据采集器5的内腔相连通形成送水通道，送水通道一端的油管连接头1通过油管连接井外供水单元，另一端连接射孔枪7的进水口，射孔枪7的喷嘴10朝送水通道的径向设置，以朝向堵塞位置进行喷射；本装置中利用水流从射孔枪7内喷出的方式实现对堵塞位置的解堵，缓慢匀速的割缝相较于聚能射孔的爆发式割缝能够更好的保护套管11以及水泥环12，不会由于爆发式的冲击造成套管11以及水泥环12的损坏，且可通过控制水压的方式控制其割缝强度，进而控制其割缝深度，避免误射水层，相较于聚能射孔，在油井内具有更强的适用性，且适用于极深井或超硬地层，适用范围广；水力割缝还有其他好处：水力割缝过程中由于水流运动会将残屑和污染物排出割缝并通过油井返排至地面，实现缝内自清洁且无压实带，避免影响出油量；水力割缝相较于聚能射孔所产生的泄油面积大，在小井段内降低底水突进风险；对于侧钻井，可在小井眼内实现深穿透打开油气层，充分释放地层能量；
另外通过扶正器4的扶正作用以及数据采集器5的定位作用，可以更为准确的定位射孔枪7的位置，提高水力割缝的精确度；水力割缝的方式相对于传统的聚能射孔后进行压裂的工艺，整体作业周期短，设备投入少，成本更低。

[0028] 自清洁的原理为：射孔枪7的喷嘴10喷出的磨料射流15依次切割套管11、水泥环12以及岩石13后，在岩石13内形成一个先逐渐扩大再逐渐缩小的孔眼14，磨料射流15在孔眼14末端返程并从孔眼14流出形成回流液16，回流液16从油井井口返排至地面。

[0029] 扶正器4通过其外侧的弹性支腿或刚性支腿，弹性支腿的材质一般为弹簧钢，刚性支腿的材质一般为硬质塑料，支腿与井壁接触产生反作用力，迫使井下送水单元维持在井筒中心位置；本实施例中支腿选用弹性支腿，依靠其自身的弹性，既能适应井眼的不规则形状，又能提供足够的支撑力。

[0030] 油管连接头1与扶正器4之间设置有防喷单流阀2，防喷单流阀2的流道与送水通道相连通，用于当地层压力超过井液液柱压力时，防止地层压力推动井液沿钻柱水眼向上喷出，用来封闭送水通道，防止内喷；本实施例中在油井进口设置有防喷器，用于与防喷单流阀2配套使用。

[0031] 由于井下环境不可预测，因此在防喷单流阀2与扶正器4之间设置有安全丢手3，安全丢手3的内腔与送水通道相连通，安全丢手3可为机械、液压或电气控制，用于遇到异常高压、卡钻等情况时，允许上部设备快速、安全地从井下作业部分脱离，避免设备损坏或井控事故，确保作业安全。

[0032] 为了给水力割缝提供动力，保证其完成割缝作业，在射孔枪7与数据采集器5之间设置有为水流提供动力的动力总成6，本实施例中所选用的动力总成6可参考专利CN112127837A中的液压动力总成。

[0033] 本实施例中在射孔枪7远离数据采集器5的一端依次连接有桥塞坐封工具8以及桥塞9，用于封堵割缝位置下方的地层或管道，以防止油液从该区域泄漏。由于不同堵塞环境中，堵塞层的厚度不同，因此针对厚度较大的堵塞层时，可沿送水通道的送水方向上，设置数据采集器5依次连接有多个射孔枪7，射孔枪7的数量根据实际所需确定。

[0034] 数据采集器5包括用于获取位置信息的定位器、获取目标层压力信息的压力传感器、信号发送单元、电池组，定位器、压力传感器以及信号发送单元均与电池组电连接，定位器用于采集位置信息，压力传感器用于采集地下目标层的压力信息，信息发送单元用于将采集信息发送至远程终端。

[0035] 本实施例中定位器为磁性定位器，用于确定钻具在井下的精确位置和方向，得到位置信息，其内置有高灵敏度的磁力传感器，能够检测到地球磁场的方向和强度；其中磁力传感器可为磁阻传感器或磁通门传感器。通过测量三个维度上的磁场分量(北向分量、东向分量及垂直向下分量)，确定钻具在空间中的倾斜角(即井斜角)和工具面角(即磁性方位角)，从而实现所处位置的定位，则定位器采集的位置信息包括井斜角和工具面角。井斜角指钻具偏离垂直方向的角度，工具面角则是钻具朝向与正北方向的偏差角度。在一个具体的示例中，定位器采集到的原始磁场数据经过算法分析，转换成实际的井斜和方位信息。这一算法分析过程中包括校正当地磁场干扰等，即对实际测得的磁场数据进行校正得到去除干扰的磁场数据(包括滤波处理后的实际井斜角和工具面角)，以提高测量精度。

[0036] 井外供水单元包括泵车、混砂撬、水罐以及地面数据处理监控设备，混砂撬与水罐均通过泵车以及油管与油管连接头1连接，地面数据处理监控设备与数据采集器5远程电信号连接，在水力割缝作业过程中，水管内的水通过泵车输送至井下，泵车为割缝作业时提供必要的液体压力，混砂撬用于与泵车协同工作，在水力割缝完成后，通过泵车将混砂撬内的混有一定砂量的携砂液供给至孔眼14位置，用于支撑油层，优化射孔后的产油效果。

[0037] 为了实现混砂撬的连续供应，额外设置加砂罐，加砂罐与混砂撬的进料口相连通，加砂罐用作存储和初步混合支撑剂与砂，支撑剂为是常见材料，如陶粒支撑剂：以铝矾土为原料，通过粉体造粒，烧结而成的球状颗粒。

[0038] 本发明还提供一种应用上述水力割缝装置的解堵割缝方法，包括以下步骤：

[0039] S1：连接井上供水单元以及井下送水单元，具体的将泵车的输出口与油管一端连接，油管另一端与井下送水单元的油管连接头1连接；

[0040] S2：将井下送水单元下入到待解堵位置下方，数据采集器5定位当前位置，具体的，数据采集器5采集的磁场数据(即定位器测得的位置信息)与压力数据传递至地面数据处理监控设备，地面数据处理监控设备对磁场数据受到的地磁场的不均匀性和局部干扰进行去除，在一个具体的示例中，采用卡尔曼滤波算法对定位器实际测得的磁场数据进行校正，原始磁场数据校正的具体过程为：建立系统模型：

[0041] 状态方程：定义系统状态(如井斜角、工具面角及其变化率)随时间演化的数学模型。假设状态变量为[x_k＝[井斜角，工具面角，井斜角变化率，工具面角变化率]^T]，建立表示这些状态变量如何随时间变化的状态方程。

[0042] 观测方程：描述观测值(即实际测得的磁场数据)如何由真实状态和可能的观测噪声构成。观测值通常包括从磁力计和陀螺仪获得的原始数据，通过这些数据计算出的初步井斜和方位角作为观测值。

[0043] 初始化卡尔曼滤波器：设定初态估计值和协方差矩阵，反映对初始状态的不确定度。

[0044] 迭代过程：基于上一时刻的状态估计和系统动态模型，预测下一时刻的状态估计及其协方差矩阵。利用当前时刻的观测数据，结合预测值，通过卡尔曼增益计算出新的状态估计和协方差矩阵。卡尔曼增益反映了观测数据对状态估计的信任程度，随观测噪声和预测误差协方差的变化而变化。

[0045] 应用结果：最终的状态估计值即为经过滤波处理后的实际井斜角和工具面角。这些值将比原始数据更准确，去除了大量的随机噪声和偏差。

[0046] S3：根据步骤S2中所定位的位置信息，进行地面配长或拖动油管调整井下送水单元的位置，使射孔枪7正对待解堵位置，然后打压坐封桥塞9；

[0047] S4：启动井上供水单元的泵车，开始水力割缝作业。

[0048] 如果具有多个待解堵位置，需要从下到上依次完成不同待解堵位置的解堵，在下方待解堵位置解堵完成后，上提连续油管或油管至上方待解堵位置，重复S4操作；当所有待解堵位置解堵完成后，起出连续油管或油管即可。

[0049] 在步骤S4完成后向割出的孔眼14中喷入携砂液，用于支撑裂缝。

[0050] 在步骤S2前，需要检查井口、防喷器等组件，并紧固，且进行稳压测试，稳压测试具体为：启动泵车，进行清水整体试压至防喷器额定工作压力，稳压时间不少于30min，密封部位无渗漏，压降不超过0.5MPa为合格。

[0051] 下入井下送水单元时，过井口及其他缩径部分时以5米/分钟下入，过井口后以20米/分钟下入，下入时以最小排量循环洗井到待解堵位置。

[0052] 根据实际需求而进行的适应性改变均在本发明的保护范围内。

[0053] 需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

[0054] 本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。