[發明專利]一種負壓后退式注入低溫流體分段循環壓裂方法

有效

• 申請號: 202010582492.5
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111894541B
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 翟成;叢鈺洲;孫勇;徐吉釗;唐偉;鄭仰峰;李宇杰;陳振宇;魏澤寧
• 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

1.一種負壓后退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、先從地面鉆井將射孔槍伸入到達水平鉆井內，以水平鉆井的軸線為中心沿垂直于水平鉆井的方向等間距的預制出三個裂縫區，分別為第一裂縫區、第二裂縫區和第三裂縫區；

B、選擇多個低溫流體管首尾相連組成低溫流體通道，低溫流體通道分成水平段和豎直段，在低溫流體通道的水平段裝有三組橡膠封堵裝置，分別為第一橡膠封堵裝置、第二橡膠封堵裝置和第三橡膠封堵裝置，每組橡膠封堵裝置由兩個未充起的橡膠封堵器沿垂直于水平鉆井的方向相互平行組成，水管依次與各個橡膠封堵器固定連接且水管內部分別與各個橡膠封堵器內部的注水通道連通，水管與低溫流體通道平行設置；設置低溫流體排氣管，低溫流體排氣管由排氣段、變徑段和進氣段組成，排氣段一端和進氣段一端分別連接在變徑段的兩端，其中變徑段將部分水管和部分低溫流體通道包裹，進氣段另一端伸入第三橡膠封堵裝置的兩個橡膠封堵器之間；第一橡膠封堵裝置和第二橡膠封堵裝置之間裝有第一流通管，第一流通管一端伸入第一橡膠封堵裝置的兩個橡膠封堵器之間，第一流通管另一端伸入第二橡膠封堵裝置的兩個橡膠封堵器之間；第二橡膠封堵裝置和第三橡膠封堵裝置之間裝有第二流通管，第二流通管一端伸入第二橡膠封堵裝置的兩個橡膠封堵器之間，第二流通管另一端伸入第三橡膠封堵裝置的兩個橡膠封堵器之間，完成壓裂系統的初步組裝；

C、將壓裂系統中低溫流體通道從地面鉆井伸入達到水平鉆井內、且使第一裂縫區處于第一橡膠封堵裝置的兩個橡膠封堵器之間，第二裂縫區處于第二橡膠封堵裝置的兩個橡膠封堵器之間，第三裂縫區處于第三橡膠封堵裝置的兩個橡膠封堵器之間；然后將地面鉆井的井口進行密封，低溫流體排氣管的排氣段另一端伸出地面鉆井、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，水管伸出地面鉆井并與注水泵連接，注水泵裝在儲水車上；低溫流體通道的豎直段伸出地面鉆井并與低溫流體泵連接，低溫流體泵裝在低溫流體車上；在伸出地面鉆井的水管、低溫流體通道和抽氣泵與三通閥之間的管路上均裝有控制閥，從而完成壓裂系統的布設過程；

D、先將水管上的控制閥打開，啟動注水泵將儲水車中的水以一定水壓沿水管注入各個橡膠封堵裝置的橡膠封堵器內，使各個橡膠封堵器受力充起與水平鉆井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；在低溫流體排氣管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和抽氣泵，此時抽氣泵通過低溫流體排氣管對第一密封壓裂室、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、第三密封壓裂室和低溫流體排氣管內處于負壓狀態；同時開啟低溫流體通道上的控制閥及低溫流體泵，低溫流體泵將低溫流體車中的低溫流體以一定壓力沿低溫流體通道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氣體，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，最后通過低溫流體排氣管從抽氣泵排出；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，并關閉低溫流體通道上的控制閥及低溫流體泵，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，氣化的氣體會進入低溫流體排氣管到達安全泄壓閥，當低溫流體排氣管內的氣壓超過設定的開啟閾值，則安全泄壓閥開啟，此時低溫流體排氣管內的氣體從安全泄壓閥排出，從而使低溫流體排氣管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，直至低溫流體排氣管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，最終完成水平鉆井的致裂過程。