[發明專利]一種水平井低溫流體分級致裂方法

有效

• 申請號: 202010721704.3
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111980651B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 翟成;叢鈺洲;孫勇;徐吉釗;鄭仰峰;唐偉;李宇杰;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;E21B7/04;E21B43/116;E21B33/12;E21F7/00
• 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

1.一種水平井低溫流體分級致裂方法，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割出多圈裂縫形成一個裂縫區，并在水平鉆井的軸線方向上等間距的共預制出三個裂縫區，分別為第一裂縫區、第二裂縫區和第三裂縫區；

B、設置過冷水管，過冷水管分成水平段和豎直段，在過冷水管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水壓封堵器相互平行組成，處于每組橡膠封堵裝置之間的過冷水管上分別開設多個排水孔，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，每組橡膠封堵裝置中的一個水壓封堵器上均安裝排氣管，且每個排氣管上均裝有電控閥和濕度傳感器；設置第一低溫流體注入管、第一低溫流體抽出管、第二低溫流體注入管、第二低溫流體抽出管、第三低溫流體注入管、第三低溫流體抽出管、第一外螺旋換熱管、第一內螺旋換熱管、第二外螺旋換熱管、第二內螺旋換熱管、第三外螺旋換熱管和第三內螺旋換熱管，第一外螺旋換熱管和第一內螺旋換熱管相互交錯設置在第一橡膠封堵裝置內，第二外螺旋換熱管和第二內螺旋換熱管相互交錯設置在第二橡膠封堵裝置內，第三外螺旋換熱管和第三內螺旋換熱管相互交錯設置在第三橡膠封堵裝置內；第一低溫流體注入管套在第一低溫流體抽出管外部，且第一低溫流體注入管一端伸入第一橡膠封堵裝置內與第一外螺旋換熱管一端密封連接，第一低溫流體抽出管一端伸入第一橡膠封堵裝置內與第一內螺旋換熱管一端密封連接；第二低溫流體抽出管和第二低溫流體注入管處于第一橡膠封堵裝置和第二橡膠封堵裝置之間、且第二低溫流體注入管套在第二低溫流體抽出管外部，第二低溫流體注入管一端伸入第一橡膠封堵裝置內與第一外螺旋換熱管另一端密封連接，第二低溫流體抽出管一端伸入第一橡膠封堵裝置內與第一內螺旋換熱管另一端密封連接，第二低溫流體注入管另一端伸入第二橡膠封堵裝置內與第二外螺旋換熱管一端密封連接，第二低溫流體抽出管另一端伸入第二橡膠封堵裝置內與第二內螺旋換熱管一端密封連接；第三低溫流體抽出管和第三低溫流體注入管處于第二橡膠封堵裝置和第三橡膠封堵裝置之間、且第三低溫流體注入管套在第三低溫流體抽出管外部，第三低溫流體注入管一端伸入第二橡膠封堵裝置內與第二外螺旋換熱管另一端密封連接，第三低溫流體抽出管一端伸入第二橡膠封堵裝置內與第二內螺旋換熱管另一端密封連接，第三低溫流體注入管另一端伸入第三橡膠封堵裝置內與第三外螺旋換熱管一端密封連接，第三低溫流體抽出管另一端伸入第三橡膠封堵裝置內與第三內螺旋換熱管一端密封連接；第三外螺旋換熱管另一端和第三內螺旋換熱管另一端密封連接，完成壓裂系統的初步組裝；

C、將壓裂系統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水壓封堵器之間，第二裂縫區處于第二橡膠封堵裝置的兩個水壓封堵器之間，第三裂縫區處于第三橡膠封堵裝置的兩個水壓封堵器之間；然后將地面鉆井的井口進行密封，過冷水管伸出地面鉆井并與注水泵連接，注水泵裝在儲水車上；注水管伸出地面鉆井并與水箱連接；第一低溫流體注入管另一端伸出地面鉆井并與低溫流體注入泵連接，低溫流體注入泵裝在低溫流體存儲車上；第一低溫流體抽出管另一端伸出地面鉆井并與低溫流體抽出泵連接，低溫流體抽出泵裝在低溫流體存儲車上；在伸出地面鉆井的過冷水管、注水管、第一低溫流體注入管和第一低溫流體抽出管上均裝有控制閥，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，將水箱內的水以一定水壓沿注水管注入各個橡膠封堵裝置的水壓封堵器內，使各個水壓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；

E、將三組橡膠封堵裝置的電控閥均開啟，然后開啟過冷水管上的控制閥及注水泵使儲水車內的過冷水以一定水壓沿過冷水管分別注入三個密封壓裂室內，密封壓裂室內的氣體從排氣管排出，直至各個排氣管處裝有的濕度傳感器檢測到有水流出時，使其對應的電控閥關閉；過冷水繼續注入各個密封壓裂室，直至過冷水管內的水壓達到2MPa時停止注水泵工作，并關閉過冷水管上的控制閥，保持過冷水管內的水壓，此時各個壓裂密封室內注滿過冷水，且過冷水對壓裂密封室周圍巖體施加壓力；

F、同時開啟低溫流體注入泵、低溫流體抽出泵、第一低溫流體注入管上的控制閥和第一低溫流體抽出管上的控制閥，此時低溫流體進入第一低溫流體注入管，并依次流經第一外螺旋換熱管、第二低溫流體注入管、第二外螺旋換熱管、第三低溫流體注入管、第三外螺旋換熱管、第三內螺旋換熱管、第三低溫流體抽出管、第二內螺旋換熱管、第二低溫流體抽出管、第一內螺旋換熱管和第一低溫流體抽出管，最后回到低溫流體存儲車進行回收；在低溫流體經過第一外螺旋換熱管和第一內螺旋換熱管時，第一密封壓裂室內的過冷水與低溫流體發生熱交換，此時過冷水的溫度快速下降，使水相變成冰，從而利用其冰脹力對第一密封壓裂室進行壓裂，同時經過熱交換的低溫流體部分相變形成氣體，并隨低溫流體流動；同理，在低溫流體經過第二密封壓裂室和第三密封壓裂室時分別對兩者通過冰脹力進行壓裂；如此持續一定時間后，停止低溫流體注入泵和低溫流體抽出泵，完成一次分段式過冷水冰脹致裂過程；

G、間隔一段時間再重復步驟E至F，如此循環多次，從而進行分段式過冷水冰脹致裂過程，最終完成水平鉆井的致裂過程。