[發明專利]一種提高頁巖氣采收率的方法及其模擬實驗方法

在審

• 申請號: 202010556460.8
• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN113803045A
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發明（設計）人: 倫增珉;趙春鵬;龍勝祥;王海濤;駱銘
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油勘探開發研究院
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26;E21B43/267;E21B43/28;C09K8/80;C09K8/72
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;何嬌

本發明提供一種提高頁巖氣采收率的方法，包括：將FeCl₃按預設比例摻配溶于水力壓裂液中；將摻配FeCl₃的水力壓裂液注入含氣頁巖儲層；通過水力壓裂開采頁巖氣。本發明還提供一種模擬實驗方法。本發明提出的提高頁巖氣采收率的方法，充分利用FeCl₃易于水解的化學特性：水解產物HCl與頁巖中無機礦物反應)，提高頁巖基質孔隙率及頁巖儲層滲透率，進而強化CH₄從高碳泥頁巖中解吸、擴散和流動；水解產物Fe(OH)₃易于95℃條件下發生分解，并生成Fe₂O₃。Fe₂O₃硬度較高，可以作為支撐劑，支撐水力壓裂形成的新鮮裂縫，以促進CH₄的解吸、擴散和流動，顯著提高頁巖儲層中頁巖氣的采收率。

技術領域

本發明涉及頁巖氣采收技術領域，具體涉及一種提高頁巖氣采收率的方法及其模擬實驗方法。

背景技術

頁巖氣(主要組分為CH4)屬于新興非常規天然氣資源。推廣使用頁巖氣對于優化我國現行能源消費結構、緩解天然氣市場供應壓力、推進節能減排和污染防治工作具有重要意義。因此，研發清潔、高效的頁巖氣開采技術具有重要戰略意義。大量研究表明頁巖氣在頁巖儲層中的主要存在形式包括：孔隙和裂縫中的自由壓縮氣體；有機質和無機礦物表面的吸附氣體；瀝青質、干酪根、液態烴和殘留水中的溶解氣體。通常，常規儲層中，氣體主要以自由壓縮氣體形式儲存在孔隙和裂縫中，而頁巖氣主要以吸附態形式賦存于有機質顆粒、粘土礦物顆粒以及孔隙表面(其中吸附氣體占總體積的20％-85％)。

截至目前，頁巖氣開采技術主要包括水平井技術和多層壓裂技術、清水壓裂技術、頁巖氣開發重復壓裂技術及最新的同步壓裂技術。大量研究證實支撐劑的選擇是水力壓裂技術是否成功實施的關鍵因素之一。支撐劑性能的優劣及成本的高低直接影響水力壓裂技術的有效實施。實踐證明：支撐劑伴隨壓裂液進入含氣頁巖儲層并填充于水力壓裂形成的新鮮裂縫中，以避免裂縫受應力釋放而重新閉合，進而提高頁巖氣采收率，延長頁巖氣井服務年限。使用支撐劑壓裂的頁巖氣井的頁巖氣產量可提高30％-50％。成本核算數據顯示：水力壓裂總成本中，支撐劑約占25％。因此，研制低成本支撐劑對于降低頁巖氣開采成本具有重要現實意義。

現有水力壓裂支撐劑主要為石英砂和陶瓷顆粒。對于陶瓷顆粒支撐劑，其以生鋁礬土或輕燒鋁礬土為主要原料，并添加部分稀土精礦制成。專利號為CN101691486A的中國發明專利公開了一種超高強度的陶粒支撐劑及其制造方法，但其密度達到3.50g/cm3，必須使用壓裂液進行壓注和導出，且所用的壓裂液會引發較嚴重的環境污染問題，對工藝及設備要求高，施工難度大。專利號為CN107151554A的中國發明專利提出一種應用于清水壓裂的超輕陶粒支撐劑及其制備方法。使用該方法雖然可以減少壓裂液對生態環境的污染，但支撐劑制備溫度條件高達1500℃，增加了支撐劑的制備能耗。此外，上述兩種支撐劑的制備原料價格較昂貴，且儲量已近枯竭，不易購得，無法批量生產。專利號為RU2235703C1的俄羅斯聯邦專利公開了一種鎂硅酸鹽陶粒支撐劑的生產方法。雖然制備該支撐劑的原料廉價易得，但是部分鎂硅酸鹽在頁巖儲層條件下會發生水合反應，并減弱了支撐劑顆粒的機械耐久性。

對于我國，雖然頁巖氣儲量豐富，但是頁巖氣埋藏深度深、滲透率低的現狀導致我國頁巖氣開采成本遠高于美國和加拿大。因此，為了頁巖氣產業的可持續發展，我國亟需研發既具有低密度、高強度，又對環境友好的水力壓裂支撐劑，以彌補現有頁巖氣開采技術的缺陷。

發明內容