[發明專利]一種液氮控溫控壓凍融損傷頁巖實驗裝置及方法

有效

• 申請號: 201710008085.1
• 申請日: 2017-01-05
• 公開（公告）號: CN106840911B
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發明（設計）人: 柳程希;程遠方;韓忠英;李學亮;江龍
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(華東)
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18;G01N3/60;G01N3/02
• 代理公司: 37107 東營雙橋專利代理有限責任公司
• 代理人: 羅文遠

本發明涉及一種液氮控溫控壓凍融損傷頁巖實驗裝置及方法，本發明的自增壓液氮罐通過耐低溫金屬管線與控溫控壓裝置相連，自增壓液氮罐內部裝有超低溫液氮；所述高壓氮氣瓶通過高壓氣體管線分別與控溫控壓裝置和凍融損傷裝置上端連接，高壓氮氣瓶內裝有高壓氮氣；控溫控壓裝置的下部通過耐低溫金屬管線與凍融損傷裝置的下部連接；所述凍融損傷裝置內部設有頁巖巖心，并通過低溫應變片與數據采集系統連接。有益效果是：本發明可進行不同溫度、壓力液氮作用下的頁巖凍融損傷實驗，可調溫度范圍大，能真實模擬地層巖石與液氮接觸后的損傷劣化情況，實驗方法簡單，實驗誤差小，為超低溫流體壓裂技術開發頁巖氣藏提供科學依據和理論基礎。

技術領域

本發明涉及一種石油工程儲層增產改造領域，特別涉及一種液氮控溫控壓凍融損傷頁巖實驗裝置及方法，用于超低溫液氮壓裂技術開采頁巖氣的壓裂方案設計與施工后的儲層產能預測。

背景技術

能源危機和環境問題是當今世界人類發展面臨的最大威脅，而環境問題在很大程度上是由能源消費結構不合理造成的。以煤為主的資源存量，決定了我國以煤為主的能源消費結構，在我國一次能源消費結構中，煤炭占到了69%，比世界平均水平高出約40%；而天然氣僅占5%，遠低于24%的世界平均水平。增加天然氣等清潔能源在能源消費結構中的比例，對于優化我國能源結構，降低國內單位生產總值CO₂排放具有重要意義。近年來，隨著我國社會經濟的持續高速發展，能源的需求屢創新高，加之傳統油氣資源日益枯竭，導致我國石油、天然氣對外依存度不斷攀升。石油對外依存度由1993年的1.2%飆升到2013年的58.1%，天然氣對外依存度也由2006年的0.8%迅速攀升至2013年的31.6%。據預測，到2020年中國天然氣年均消費量將達3000×108m³，而屆時我國天然氣產量僅為2000×108m³左右。因此，加快非常規天然氣資源的勘探開發，對于確保國家能源戰略安全具有重要的意義。

2000年北美地區的頁巖氣年產量僅100×108m³，至2010年該地區頁巖氣年產量達到1500×108m³，10年間增長了15倍。由北美掀起的“頁巖氣革命”極大的撼動了全球傳統能源版圖，激發了各國政府以及油氣/能源公司對頁巖氣資源超乎想象的激情。美國的成功開發經驗告訴我們，只有充分暴露儲層面積，大量釋放吸附氣儲量，溝通整個儲層，才能提高單井產能實現商業化開發，由此萌發了全新的頁巖氣壓裂技術“體積壓裂”。頁巖氣藏體積壓裂是指在水力壓裂的過程中，使天然裂縫不斷擴張，脆性巖石不斷產生剪切滑移，形成天然裂縫與人工裂縫相互交錯的裂縫網絡，從而增加改造體積，提高氣體產量和最終采收率。2005年以來，我國雖然相繼在四川盆地南部古生界、四川盆地北部中生代、鄂爾多斯盆地三疊系等多個地區和多個時代的海相、陸相富有機質頁巖中取得了頁巖氣探勘的突破，但是大量的礦場實踐表明:我國頁巖氣儲層很難進行大規模體積壓裂，儲層改造體積有限，單井產量低，使得這一產業的前景堪憂。對比中美頁巖氣成藏及賦存條件，發現形成這一挑戰的主因如下：①儲層埋深大（美國頁巖埋深一般在200-2000米,而我國絕大部分頁巖埋深超過3000米，部分甚至超過5000米）；②石英等脆性礦物含量低，使得頁巖脆性普遍低于美國典型頁巖儲層；③大埋深導致溫度高、圍壓大，使得頁巖的變形明顯由脆性向延性轉變；層內水平地應力差大，形成縫網的能力低；⑤天然裂縫不發育。這些特征極大地限制了復雜裂縫網絡的形成，嚴重影響著體積壓裂改造效果。針對我國頁巖氣藏這些獨特的儲層地質力學特征，探索提高地層可壓性，形成復雜裂縫網絡的新方法，成為當前頁巖氣藏高效開發亟需解決的關鍵問題。