[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

本發明公開了一種負壓后退式注入低溫流體分段循環壓裂方法，先采用射孔槍預制出三個裂縫區，然后通過水管注水使橡膠封堵器充起，從而形成三個密封壓裂室，通過抽氣泵使三個密封壓裂室內處于負壓狀態，對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，低溫流體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

本發明涉及一種負壓后退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

中國非常規天然氣資源豐富，發展潛力大，其中煤層氣可采資源量約為10.87×10¹²m³,頁巖氣可采資源量為15×10¹²～25×10¹²m³，未來 10～20 年，中國非常規天然氣產量將顯著增長，在彌補常規油氣產量短缺中扮演日益重要的角色。雖然我國非常規天然氣資源儲量雖大，但儲層復雜且致密，儲集空間主體為納米級孔喉系統，局部發育微米～毫米級孔隙。因此，強化增透措施對于開發這類能源至關重要。國外頁巖氣規模開發的成功，離不開水力壓裂增透技術，但同時問題也顯露出來，如：壓裂液泄露污染地下水體、水敏性地層孔隙堵塞、堅硬地層內啟動壓力高、水資源大量浪費等。

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℃純氣體時具有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，本發明提供一種負壓后退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：一種負壓后退式注入低溫流體分段循環壓裂方法，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；