本发明公开了一种连续油管机械式压裂工作方法及系统，涉及一种井下压裂钻完井技术领域；包括步骤：对关键储层参数进行评价，完成管串机械参数设计；对机械式压裂工作管串进行组装，下入机械式压裂工作管串，并调整钻具位置，开始钻头钻进；利用MWD系统实时监测井下工程参数，并通过地面终端控制钻头前进；钻头钻进到需要压裂的井段时，停止钻进，定位装置调整钻具位置使机械压裂装置对准压裂点，转向装置调整钻具至压裂方位点，进行压裂施工；压裂工作完成后，封隔工具投入可溶性球进行封隔，连续油管钻井车调整钻具位置继续钻进；本发明克服了压裂工作耗水量大、压裂效果差等问题，大大降低了工作成本。
1.一种连续油管机械式压裂工作方法，其特征在于：它包括以下步骤：
S1：关键储层参数评价，根据油气埋藏深度、储层厚度、地层倾角、热能参数、传热参数设计出井眼轨迹、井眼间距、井身结构参数、钻井压裂管串参数，根据岩层物性参数、岩石可钻性完成机械参数设计；
S2：地面组装好钻井压裂管串，下入钻井压裂管串，并调整钻头（12）至施工位置；
S3：定位装置（7）调整初始方向，钻头（12）开始钻进；
S4：钻进过程中，利用MWD系统（6）实时监测井下工程参数，并利用通过泥浆脉冲传送到地面终端（2），地面终端（2）控制钻头（12）钻进；
S5：钻头（12）钻进到需要压裂的井段时，停止钻进，定位装置（7）根据储层参数机械式压裂装置（9）对准压裂点，转向装置（8）旋转机械式压裂装置（9）至压裂方位；
S6：二位四通电磁阀（17）工作控制机械式压裂装置（9）的进液和出液，进行压裂施工；
S7：压裂工作完成后，连续油管钻井车（1）调整钻头（12）位置继续钻进；
所述的一种连续油管机械式压裂工作方法，在步骤S5中转向装置旋转机械式压裂装置至压裂方位后，封隔工具（11）进行投可溶性球进行封隔；
所述的一种连续油管机械式压裂工作方法，在步骤S5中定位装置（7）根据储层参数在选定位置后，牵引器（10）利用重入工具（10）将机械式压裂装置（9）送到指定位置；
所述的一种连续油管机械式压裂方法，泥浆压力波信号通过单片机（15）进行放大和滤波处理后，由信号控制器（13）转换成电磁信号来控制二位四通电磁阀（17），进而控制机械式压裂装置（9）工作；
进行压裂施工时，压力传感器（18）采集到流道（21）内低压力信号，并传输信号至单片机（15），单片机（15）发出信号控制开关阀（20）阀门关闭，使流道（21）内压力增大，增大到机械式压裂装置（9）所需压差势能，再经由压差传感器（19）传输到单片机（15），单片机（15）发出信号经由信号控制器（13）控制二位四通电磁阀（17）对机械式压裂装置（9）进行输液或出液，完成压裂施工；
所述的一种连续油管机械式压裂工作方法，转向装置（8）由MWD系统（6）根据储层参数和测得的井下工程参数来进行转向控制；
所述的一种连续油管机械式压裂方法，由MWD系统（6）控制牵引器（10）对转向装置（8）的销钉（801）施加固定的力从而促进销钉在螺旋槽（802）中移动，而带动机械式压裂装置（9）的转动。
2.根据权利要求1所述的一种连续油管机械式压裂工作方法，其特征在于：在步骤S4中所述的机械式压裂装置（9），根据工作需要可包含30～50个柱塞体（905）。
3.根据权利要求1所述的一种连续油管机械式压裂工作方法，其特征在于：在步骤S4中所述的机械式压裂装置（9），柱塞体（905）连着顶盖（901）把其中多个柱塞体（905）连接起来，使压裂过程中岩壁受力均匀。
4.根据权利要求1所述的一种连续油管机械式压裂工作方法，其特征在于：在步骤S6中由钻井液在流道（21）和环空（22）中的压力势能为机械式压裂装置（9）提供动力。
5.根据权利要求1所述的一种连续油管机械式压裂工作方法，其特征在于：在步骤S3～S7所述钻井过程中钻头（12）完成第一分支（24）钻进工作后，机械式压裂装置（9）开始压裂，在完成第一分支（24）压裂工作后，重复S3～S7步骤，直至完成所有工段，整个过程中无需再次起下钻。
6.一种连续油管机械式压裂工作系统，其特征在于：井下参数获取模块（26）：进行井下工程参数的收集，然后上传地面终端（2）进行评价；定位模块（27）：通过步骤S1所收集的关键储层参数，对钻头（12）和机械式压裂装置（9）进行位置定位；封隔模块（30）：由钻井液压差提供动力，通过投入可溶球（25）完成封隔功能；压裂模块（29）：根据压裂需要可含有3～
50个机械式压裂装置（9），利用机械式压裂装置（9）对指定分段进行压裂；辅助功能模块（31）：主体是牵引器（10）利用动力装置（5）提供动力，辅助转向装置（8）进行转向，并且在压裂工作段中控制重入工具（10）对机械式压裂装置（9）位置进行调整；
所述的一种连续油管机械式压裂工作系统，泥浆压力波信号通过单片机（15）进行放大和滤波处理后，由信号控制器（13）转换成电磁信号来控制二位四通电磁阀（17），进而控制机械式压裂装置（9）工作；
进行压裂施工时，压力传感器（18）采集到流道（21）内低压力信号，并传输信号至单片机（15），单片机（15）发出信号控制开关阀（20）阀门关闭，使流道（21）内压力增大，增大到机械式压裂装置（9）所需压差势能，再经由压差传感器（19）传输到单片机（15），单片机（15）发出信号经由信号控制器（13）控制二位四通电磁阀（17）对机械式压裂装置（9）进行输液或出液，完成压裂施工；
所述的一种连续油管机械式压裂工作系统，转向装置（8）由MWD系统（6）根据储层参数和测得的井下工程参数来进行转向控制；
所述的一种连续油管机械式压裂工作系统，由MWD系统（6）控制牵引器（10）对转向装置（8）的销钉（801）施加固定的力从而促进销钉在螺旋槽（802）中移动，而带动机械式压裂装置（9）的转动。
一种连续油管机械式压裂方法及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种井下压裂钻完井技术领域，特别涉及一种连续油管机械式压裂方法及系统。
背景技术
[0002] 据2018年联合国贸易和发展会议报告显示，我国页岩气储量为31 .6万亿立方米，全球排名第一位。2018年我国页岩气产量为108亿方，作为一种典型的非常规天然气资源，我国页岩气开发潜力巨大，走向深层是我国页岩气开发的必由之路。然而由于现有“单井万方水、千方砂”的大排量体积压裂技术，因其需要较高的压裂裂缝内净压克服地应力差异对裂缝扩展形态的控制、压裂规模和能量过高，致使深层页岩气体积压裂面临诸多新的难题：
[0003] 难题一：压裂效果差、难度大。世界上页岩气体积压裂理论及生产应用研究较早的美国，其页岩气埋深较浅（一般800‑3000m），储层沉积稳定、构造平缓，相比之下，四川页岩气储层平均埋深超3000m（部分高达5000m），呈现地质构造复杂、高应力和高强度等特征。我国深层页岩储层所具有的复杂岩石力学特征致使深层页岩起裂后易扩展为单一主裂缝，水力压裂改造效果差，稳产时间短。同时，泵压极高，如焦页87‑3HF井压裂压裂达到140MPa，进一步增加了页岩气开采难度和套损风险。
[0004] 难题二：大规模体积压裂耗水量巨大、成本高。页岩气体积压裂单井需消耗约3万方压裂液，是常规油气井的50～100倍，水资源消耗巨大，持续进行页岩气的大规模开采，势必造成水资源枯竭。特别是四川盆地页岩气主要分布在偏远山区，地表水并不丰富，页岩气的规模化开发给当地生态带来较大的潜在风险，严重威胁当地脆弱的生态系统稳定与平衡。同时，注入地层的压裂液并不能完全地被回收利用，压裂返排液的后处理涉及运输、储存及无害化处理等后续辅助作业，压裂返排液处理成本高、难度大。
[0005] 专利CN201310063446 .4采用多级水力喷砂进行压裂，虽然比传统的水力压裂效果好，但在喷砂的过程中仍需要耗费大量水力使喷砂压裂压力足够大才能达到预期的压裂效果。
[0006] 专利CN201810094416.2 采用多级水力喷砂且无工具分隔的压裂，与CN201310063446 .4相比无需多级封隔工具，降低了成本，但仍未克服耗水量大的缺点。
[0007] 专利CN201310129579 .7提供了一种裸眼水平井分段压裂完井一体化管柱及其操作方法，实现了分段压裂一体化的功能，但这套系统仍是采用压裂液进行压裂，具有耗水量大、压裂效果差的缺点。
[0008] 为解决压裂效果差、耗水量大，发明一种新的连续油管机械式压裂方法及系统，对缓解我国能源供需矛盾、促进经济社会科学发展具有重大战略意义。
发明内容
[0009] 有鉴于此，本发明提供了一种连续油管机械式压裂工作方法，以解决压裂时耗水量大、压裂效果差的问题。
[0010] 本发明还提供了一种可应用上述方法连续油管机械式压裂工作系统。
[0011] 为了实现以上目的，所述的一种连续油管机械式压裂工作方法，包括以下主要步骤：
[0012] S1：关键储层参数评价，根据油气埋藏深度、储层厚度、地层倾角、热能参数、传热参数设计出井眼轨迹、井眼间距、井身结构参数、钻井压裂管串参数，根据岩层物性参数、岩石可钻性完成机械参数设计；
[0013] S2：地面组装好钻井压裂管串，下入钻井压裂管串，并调整钻头（12）至施工位置；
[0014] S3：定位装置（7）调整初始方向，钻头（12）开始钻进；
[0015] S4：钻进过程中，利用MWD系统（6）实时监测井下工程参数，并利用通过泥浆脉冲传送到地面终端（2），地面终端（2）控制钻头（12）钻进；
[0016] S5：钻头（12）钻进到需要压裂的井段时，停止钻进，定位装置（7）调整机械压裂装置（9）对准压裂点，转向装置（8）旋转机械压裂装置（9）至压裂方位；
[0017] S6：二位四通电磁阀（17）工作控制机械压裂装置（9）的进液和出液，进行压裂施工；
[0018] S7：压裂工作完成后，封隔工具（11）进行投可溶性球进行封隔，连续油管钻井车（1）调整钻头（12）位置继续钻进。
[0019] 可选的，在步骤S4中所述的机械压裂装置（9），根据工作需要可包含30～50个柱塞体 （905）。
[0020] 可选的，在步骤S4中所述的机械压裂装置（9），柱塞体（905）连着顶盖(901)把其中多个柱塞（905）连接起来，使压裂过程中岩壁受力均匀。
[0021] 可选的，转向装置（8）由MWD系统（6）根据储层参数和测得的井下工程参数来进行转向控制。
[0022] 可选的，在步骤S5中定位装置（7）根据储层参数在选定位置后，牵引器(10)利用重入工具（10）将机械压裂装置（9）送到指定位置。
[0023] 可选的，泥浆压力波信号通过单片机（15）进行放大和滤波处理后，由信号控制器（13） 转换成电磁信号来控制四通电磁阀（17），进而控制机械压裂装置（9）工作。
[0024] 可选的，在步骤S3～S7所述钻井过程中钻头（12）完成第一段钻进工作后，机械式压裂装置（9）开始压裂，在完成第一分支（23）压裂工作后，重复S3～S7步骤，直至完成所有工段，整个过程中无需再次起下钻。
[0025] 一种连续油管机械式压裂工作系统：
[0026] 井下参数获取模块（26）：进行井下工程参数的收集，然后上传地面终端（2）进行评价：定位模块（27）：通过步骤S1所收集的关键储层参数，对钻头（12）和机械压裂装置（9）进行位置定位；压裂模块（28）：根据压裂需要可含有3～50个机械压裂装置（9），利用机械式压裂装置对指定分段进行压裂；封隔模块（29）：由钻井液压差提供动力，通过投入可溶球完成封隔功能；辅助功能模块（30）：主体是牵引器（10）利用动力装置（5）提供动力，辅助转向装置进行转向，并且在压裂工作段中控制重入工具（10）对机械压裂装置位置进行调整。
[0027] 本发明与现有技术相比，具有的优点有：本发明可以在钻头钻进后，立即进行压裂，无需进行起下钻工序，大大降低了人工成本；提供了一种机械式压裂装置，无需大量压裂液，解决了耗水量小的问题；本发明的机械压裂方法，可通过定位装置和牵引器对所需压裂的井段进行准确的定位，压裂效果较好。
附图说明
[0028] 图1是本发明一种连续油管机械式压裂方法流程图；
[0029] 图2是本发明一种连续油管机械式压裂方法的钻井压裂结构示意图；
[0030] 图3为机械压裂装置整体结构图；
[0031] 图4为机器压裂装置缸体图；
[0032] 图5为二位四通电磁阀控制原理图；
[0033] 图6为转向装置结构图；
[0034] 图7为压裂方位90°示意图；
[0035] 图8为压裂方位45°示意图；
[0036] 图9为机械式压裂工作系统管串示意图。
[0037] 图中：1‑连续油管作业车，2‑地面信号收/发装置，3‑连续油管卷筒，4‑钻柱，5‑动力装置，6‑MWD系统，7‑定向装置，8‑转向装置，9‑机械式压裂装置，10‑牵引器及重入工具，11‑封隔工具，12‑钻头，13‑控制信号处理器，14‑电源，15‑单片机，16‑三极管，17‑二位四通电磁阀，18‑压力传感器，19‑压差传感器，20‑开关阀，21‑流道，22‑环空，23‑第一分支，24‑第二分支，26‑井下参数获取模块，27‑定位模块，28‑压裂模块，29‑封隔模块，30‑辅助功能模块，701‑销钉，702‑螺旋槽，901‑缸盖，902‑缸体，903‑进液口，904‑出液口，905‑柱塞。
具体实施方式
[0038] 下面结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。
[0039] 本发明的目的是提供一种连续油管机械式压裂工作方法及系统，以解决上述现有技术存在的问题，通过机械式压裂装置，实施在钻头完成钻进后进行压裂工作。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。
[0040] 本发明提供了一种连续油管机械式压裂工作方法，如图1所示，具体步骤包括：步骤一：关键储层参数评价，根据油气埋藏深度、储层厚度、地层倾角、热能参数、传热参数设计出井眼轨迹、井眼间距、井身结构参数、钻井压裂管串参数，根据岩层物性参数、岩石可钻性完成机械参数设计；步骤二：地面组装好钻井压裂管串，下入钻井压裂管串，并调整钻头（12） 至施工位置；步骤三：定位装置（7）调整初始方向，钻头（12）开始钻进；步骤四：钻进过程中，利用MWD系统（6）实时监测井下工程参数，并利用通过泥浆脉冲传送到地面终端（2）,地面终端（2）控制钻头(12)钻进；步骤五：钻头（12）钻进到需要压裂的井段时，停止钻进，定位装置（7）根据储层参数调整机械压裂装置（9）对准压裂点，转向装置（8）旋转机械压裂装置（9）至压裂方位点；步骤六：二位四通电磁阀（17）工作控制机械压裂装置（9）的进液和出液，进行压裂施工；步骤7：压裂工作完成后，封隔工具（11）进行投可溶性球进行封隔，连续油管钻井车（1）调整钻头（12）位置继续钻进。
[0041] 具体的，在步骤S4中所述的机械压裂装置（9），根据工作需要可包含30～50个柱塞体（905）。
[0042] 具体的，在步骤S4中所述的机械压裂装置（9），柱塞体（905）连着顶盖(901)把其中多个柱塞（905）连接起来，使压裂过程中岩壁受力均匀。
[0043] 具体的，转向装置（8）由MWD系统（6）根据储层参数和测得的井下工程参数来进行转向控制。
[0044] 具体的，在步骤S5中定位装置（7）根据储层参数在选定位置后，牵引器（10）利用重入工具（11）将机械压裂装置（8）送到指定位置。
[0045] 具体的，在步骤S6中由钻井液在流道和环空中的压力势能为机械压裂装置提供动力。
[0046] 如图2所示为连续油管机械式压裂工作钻井结构示意图，具体包括：钻头（12）、牵引器及重入工具（10）、封隔工具（11）、机械式压裂装置（9）、转向装置（8）、定向装置（7）、MWD系统（6）、动力装置（5）；动力装置（5）为钻头（12）和牵引器（10）钻进提供动力支持；封隔工具（11）通过投可溶性（25）球进行封隔；转向装置（8）主要作用是调整压裂方位；机械压裂装置（9）完成压裂的主要工具；定向装置（7）和MWD系统（6）互相配合，完成对井下工况的实时监测和实时调整；牵引器及重入工具（5）负责辅助机械式压裂装置（8）进行压裂。
[0047] 如图3、图4所示的机械压裂装置（9），采用液压系统进行压裂，其中一个压裂装置包含 3～5个柱塞体（905）；柱塞体上端连着顶盖（901）把其中多个柱塞连接起来，使压裂过程中岩壁受力均匀。
[0048] 如图5所示的二位四通电磁阀（17）控制原理图，当需要进行压裂施工时，压力传感器（18）采集到流道（21）内低压力信号，并传输信号至单片机(15)，单片机（15）发出信号控制开关阀（20）阀门关闭，使流道（21）内压力增大，增大到机械压裂装置（9）所需压差势能，再经由压差传感器（19）传输到单片机（15），单片机（15）发出信号经由信号处理器（13）控制二位四通电磁阀（17）对机械压裂装置（9）进行输液或出液，完成压裂施工。
[0049] 如图6所示的转向装置结构图，由MWD系统（6）控制牵引器（10）对转向装置（8） 的销钉（701）施加固定的力从而促进销钉在螺旋槽（702）中移动，而带动机械压裂装置（9）的转动。
[0050] 如图7和图8所示的压裂方位示意图，分别为压裂方位为90°和压裂方位为45°时的示意图。
[0051] 如图9所示本发明实施例还提供了一种连续油管机械式压裂工作系统，其核心点在于，包括：井下参数获取模块（26）：进行井下工程参数的收集，然后上传地面终端（2）进行评价；定位模块（27）：通过步骤S1所收集的关键储层参数，对钻头（12）和机械压裂装置（9）进行位置定位；压裂模块（29）：根据压裂需要可含有3～50个机械压裂装置（9），利用机械式压裂装置（9）对指定分段进行压裂；封隔模块（30）：由钻井液压差提供动力，通过投入可溶球（25）完成封隔功能；辅助功能模块（31）：主体是牵引器（10）利用动力装置（5）提供动力，辅助转向装置（8）进行转向，并且在压裂工作段中控制重入工具（10）对机械压裂装置（9）位置进行调整。
[0052] 本发明相对于现有技术至少具有以下优点：本发明可以在钻头钻进后，立即进行压裂，无需进行起下钻工序，大大降低了人工成本；提供了一种机械式压裂装置，无需大量压裂液，解决了耗水量小的问题；本发明的机械压裂方法，可通过定位装置和牵引器对所需压裂的井段进行准确的定位，压裂效果较好。
[0053] 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。
