[發明專利]一種上向鉆孔負壓前進式注入低溫流體分段循環壓裂方法

有效

• 申請號: 202010581114.5
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111894540B
• 公開（公告）日: 2021-08-06
• 發明（設計）人: 翟成;叢鈺洲;徐吉釗;孫勇;唐偉;鄭仰峰;李宇杰;陳振宇;朱薪宇
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26;E21B43/22
• 代理公司: 北京淮海知識產權代理事務所(普通合伙) 32205
• 代理人: 張旭

1.一種上向鉆孔負壓前進式注入低溫流體分段循環壓裂方法，其特征在于，具體步驟為：

A、先將水射流割縫設備伸入到上向鉆孔內，以上向鉆孔的軸線為中心沿垂直于上向鉆孔的方向等間距的割出三個裂縫區，分別為第一裂縫區、第二裂縫區和第三裂縫區；

B、設置相變氣體排出通道，相變氣體排出通道由進氣段、變徑段和排氣段組成，進氣段一端和排氣段一端分別連接在變徑段的兩端，從排氣段另一端開始在相變氣體排出通道的進氣段上依次裝有三組水壓封堵裝置，分別為第三水壓封堵裝置、第二水壓封堵裝置和第一水壓封堵裝置，且進氣段另一端伸出第三水壓封堵裝置，其中第一水壓封堵裝置和第二水壓封堵裝置均由兩個未充起的水壓封堵器相互平行組成，第三水壓封堵裝置由一個未充起的水壓封堵器組成，注水管依次與各個水壓封堵器固定連接、且注水管內部分別與各個水壓封堵器內部的注水通道連通，注水管與相變氣體排出通道的進氣段平行設置；設置低溫流體注入管，低溫流體注入管一端伸入第一水壓封堵裝置的兩個水壓封堵器之間；相變氣體排出通道的變徑段將部分注水管和部分相變氣體排出通道包裹，第一水壓封堵裝置和第二水壓封堵裝置之間裝有第一流通管，第一流通管一端伸入第一水壓封堵裝置的兩個水壓封堵器之間，第一流通管另一端伸入第二水壓封堵裝置的兩個水壓封堵器之間；第二水壓封堵裝置和第三水壓封堵裝置之間裝有第二流通管，第二流通管一端伸入第二水壓封堵裝置的兩個水壓封堵器之間，第二流通管另一端伸出第三水壓封堵裝置的水壓封堵器，完成壓裂系統的初步組裝；

C、將壓裂系統中相變氣體排出通道伸入上向鉆孔內、且使第一裂縫區處于第一水壓封堵裝置的兩個水壓封堵器之間，第二裂縫區處于第二水壓封堵裝置的兩個水壓封堵器之間，第三裂縫區處于第三水壓封堵裝置的水壓封堵器與上向鉆孔最深處之間；然后將上向鉆孔的孔口進行密封，相變氣體排出通道的排氣段另一端伸出上向鉆孔、且與三通閥其中一個接口連接，三通閥另外兩個接口分別通過管路與安全泄壓閥和抽氣泵連接，注水管伸出上向鉆孔并與注水泵連接，注水泵裝在儲水箱上；低溫流體注入管另一端伸出上向鉆孔并與低溫流體罐連通；在伸出上向鉆孔的注水管、低溫流體注入管和抽氣泵與三通閥之間的管路上均裝有控制閥，所述低溫流體罐上裝有空壓泵，空壓泵通過增壓管與低溫流體罐內部連通，從而完成壓裂系統的布設過程；

D、先將注水管上的控制閥打開，啟動注水泵將儲水箱中的水以一定水壓沿注水管注入各個水壓封堵裝置的水壓封堵器內，使各個水壓封堵器受力充起與上向鉆孔的內壁壓緊密封并保持當前水壓，從而形成第一密封壓裂室、第二密封壓裂室和第三密封壓裂室；在相變氣體排出通道進氣段靠近第三密封壓裂室的位置設置T型熱電偶，用于實時測量該位置的溫度；

E、開啟抽氣泵與三通閥之間的控制閥并開啟抽氣泵，此時抽氣泵通過相變氣體排出通道對第一密封壓裂室、第二密封壓裂室和第三密封壓裂室進行抽氣，使第一密封壓裂室、第二密封壓裂室、第三密封壓裂室和相變氣體排出通道內處于負壓狀態；同時開啟低溫流體注入管上的控制閥及空壓泵，空壓泵將低溫流體罐中的低溫流體以一定壓力沿低溫流體注入管先注入第一密封壓裂室，低溫流體在第一密封壓裂室內受熱部分相變形成相變氣體，相變氣體受負壓作用通過第一流通管進入第二密封壓裂室，然后再經過第二流通管進入第三密封壓裂室，最后通過相變氣體排出通道從抽氣泵排出；隨著低溫流體的持續注入，第一密封壓裂室會先被低溫流體注滿，然后第二密封壓裂室和第三密封壓裂室依次被低溫流體注滿，當T型熱電偶實時測得溫度值降低至低溫流體的沸點溫度時，說明此時三個密封壓裂室均充滿低溫流體，然后關閉抽氣泵與三通閥之間的控制閥和抽氣泵，并關閉低溫流體注入管上的控制閥及空壓泵，設定安全泄壓閥的開啟閾值，進入低溫流體壓裂過程；

F、在低溫流體壓裂過程中，低溫流體首先對三個密封壓裂室進行冷沖擊壓裂，然后隨著低溫流體氣化增壓對三個密封壓裂室進行氣化壓裂，氣化的相變氣體會進入相變氣體排出通道到達安全泄壓閥，當相變氣體排出通道內的氣壓超過設定的開啟閾值，則安全泄壓閥開啟，此時相變氣體排出通道內的相變氣體從安全泄壓閥排出，從而使相變氣體排出通道和各個密封壓裂室內部的氣壓降低，當氣壓低于設定的開啟閾值后安全泄壓閥關閉，此時低溫流體在各個密封壓裂室內繼續氣化膨脹，對各個密封壓裂室周圍煤巖體再次施加氣體膨脹力致裂，直至相變氣體排出通道內的氣壓超過設定的開啟閾值，則安全泄壓閥開啟卸壓，如此循環重復，對各個密封壓裂室多次進行氣體膨脹力致裂，直至低溫流體排氣管內的低溫流體完全氣化后安全泄壓閥不再開啟，完成一次分段式的低溫流體冷沖擊及氣化致裂過程；

G、重復循環步驟E和F多次，從而進行多次分段式的低溫流體冷沖擊及氣化致裂過程，最終完成上向鉆孔的致裂過程。