[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

本發明公開了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，先采用水射流割縫設備設置三個裂縫區，通過注水管注水使水壓封堵器充起，從而形成三個密封壓裂室，并使三個密封壓裂室內處于負壓狀態，向三個密封壓裂室內注入低溫流體，低溫流體依次注滿各個密封壓裂室，并對三個密封壓裂室內的裂縫區進行冷沖擊致裂，隨著密封壓裂室內的低溫流體受地熱升溫氣化，低溫流體排氣管內部氣壓超過安全泄壓閥的開啟閾值后，安全泄壓閥開啟使相變氣體排出，從而降低低溫流體排氣管和各個密封壓裂室內部的氣壓，如此重復循環，對各個密封壓裂室多次進行氣體膨脹力致裂。能有效保證低溫流體快速注入及對煤巖體的致裂效果，而且不會對周圍環境造成污染。

技術領域

本發明涉及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，屬于煤巖體增透技術領域。

背景技術

中國煤層氣資源豐富，發展潛力大，可采資源量約為10.87×10¹²m³，未來 10～20年，中國煤層氣產量將顯著增長，在彌補常規油氣產量短缺中扮演日益重要的角色。隨著開采深度的增加，煤層中的煤層氣含量、壓力也逐漸增大，煤層滲透率逐漸減下，煤層氣爆炸、煤與瓦斯突出等瓦斯災害也日趨嚴重，煤層氣抽采必不可少。通過調研發現，目前煤層氣抽采普遍出現抽放濃度低、抽放量小的問題，傳統增透措施多為水力化措施，如水力壓裂、水射流割縫等，無法形成復雜的抽采裂隙網絡且用水量巨大，壓裂液還會造成地下水污染，亟需研發無水化的新型壓裂技術。

低溫流體具有極低的冷沖擊溫度，同時受熱能氣化膨脹，主要包括液氮、液態二氧化碳和液態氧等，以液氮為例，其常壓下溫度為-196℃，與固體接觸時可迅速降低固體的溫度，使固體收縮且沿內部徑向形成熱應力；同時，液氮汽化膨脹為21℃純氮氣時具有696倍的膨脹率，在有限空間內可產生巨大氣壓；若固體內部孔隙中有水，還會導致水冰相變產生約9%的體積膨脹，理論上能夠產生高達207MPa的凍脹力。這些特性若能充分作用于儲層，增透效果將十分明顯。

通過調研發現，現有低溫流體注井工藝，均為帶壓注入，最高注入壓力最大可到20MPa，該壓力將顯著抑制低溫流體與儲層表面的接觸，從而大大削弱因低溫流體與儲層溫差造成的熱應力。如何使得低溫流體充分作用于儲層表面，提高儲層致裂效率，成為目前無水化增透技術研發的關鍵問題。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題，本發明提供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，通過分段式低溫流體注入及循環壓裂過程，不僅能有效保證低溫流體快速注入及對煤巖體的致裂效果，而且不會對周圍環境造成污染。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：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，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；