[發(fā)明專利]一種用于頁(yè)巖儲(chǔ)層改造的壓裂方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011423490.8
• 申請(qǐng)日: 2020-12-08
• 公開（公告）號(hào): CN112523735B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡承政;陶志祥;高峰;劉江峰;翟成;羅寧;封胤镕;任科達(dá)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): E21B43/26
• 分類號(hào): E21B43/26;E21B34/02;E21B33/06
• 代理公司: 北京淮海知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32205
• 代理人: 劉振祥

1.一種用于頁(yè)巖儲(chǔ)層改造的壓裂方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：準(zhǔn)備工作；

確定頁(yè)巖儲(chǔ)層（1）的壓裂層段和壓裂位置；通過壓裂管柱（2）將壓裂工具（3）下放到井筒中的預(yù)定位置，安裝壓裂井口、連接地面設(shè)備；

步驟二：低溫氮?dú)庋h(huán)降溫；

使用高壓低溫氮?dú)猓?3）對(duì)壓裂管柱（2）和井筒進(jìn)行循環(huán)處理，以降低井筒及井底溫度，同時(shí)驅(qū)除壓裂管柱（2）和井筒內(nèi)的殘余流體；該過程的前期，通過高壓低溫氮?dú)猓?3）與高溫儲(chǔ)層的接觸，在儲(chǔ)層表面產(chǎn)生巨大的熱沖擊作用，形成熱力裂縫；該過程的后期，通過持續(xù)注入的高壓低溫氮?dú)猓?3），在井筒周圍產(chǎn)生低溫冷凍區(qū)（18），并使低溫冷凍區(qū)（18）內(nèi)儲(chǔ)層原有的天然裂縫重新張開，形成二次裂縫；

步驟三：第一次高壓低溫空氣（16）壓裂；

向井筒內(nèi)持續(xù)泵注高壓低溫空氣（16），并確保高壓低溫空氣（16）的泵注速率超過地層的漏失速率，使井底壓力會(huì)不斷上升并超過地層破裂壓力，促進(jìn)頁(yè)巖儲(chǔ)層（1）發(fā)生破裂并形成主裂縫（17）；該過程中，通過持續(xù)的流體壓力作用，在高壓低溫氮?dú)猓?3）循環(huán)降溫處理時(shí)所產(chǎn)生的熱力裂縫和二次裂縫不斷延伸，形成復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)；

步驟四：高壓低溫空氣（16）冷凍；

在高壓低溫空氣（16）壓裂持續(xù)一段時(shí)間后，先降低高壓低溫空氣（16）的注入壓力到設(shè)定范圍內(nèi)，使已經(jīng)形成的主裂縫（17）處于張開狀態(tài)但不繼續(xù)擴(kuò)展，再通過后續(xù)注入在主裂縫（17）內(nèi)流動(dòng)的高壓低溫空氣（16），對(duì)主裂縫（17）周圍地層起到低溫冷凍的效果，然后繼續(xù)不斷注入高壓低溫空氣（16），使主裂縫（17）周圍地層溫度不斷降低，并最終形成一個(gè)低溫冷凍區(qū)（18），促使在低溫冷凍區(qū)內(nèi)地層原有的天然裂縫重新張開；

步驟五：第二次高壓低溫空氣（16）壓裂；

持續(xù)泵注高壓低溫空氣（16），繼續(xù)進(jìn)行高壓低溫空氣（16）壓裂，促進(jìn)主裂縫（17）和低溫冷凍區(qū)（18）天然裂縫共同擴(kuò)展，最終形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)裂縫；

步驟六：重復(fù)步驟三至五，完成作業(yè)層段的高壓低溫空氣（16）壓裂作業(yè)；

步驟七：關(guān)井升溫；

預(yù)定層段高壓低溫空氣（16）壓裂結(jié)束后，關(guān)閉井口環(huán)空閥門（14），利用空氣升溫產(chǎn)生的高壓促使一部分空氣進(jìn)入地層內(nèi)部，為地層提供額外的能量；

步驟八：放噴；

打開井口環(huán)空閥門（14），使井筒及裂縫內(nèi)的空氣在地層壓力作用下向地面返排，同時(shí)，通過降低井筒內(nèi)的壓力，使儲(chǔ)層內(nèi)甲烷氣體流入裂縫并與裂縫內(nèi)的空氣進(jìn)行混合；監(jiān)測(cè)返排氣體的甲烷濃度，待甲烷濃度到達(dá)空氣中燃燒極限時(shí)，關(guān)閉井口環(huán)空閥門（14）；

步驟九：甲烷燃爆壓裂；

對(duì)井下空氣和甲烷混合氣體進(jìn)行點(diǎn)火，使其在井底條件下燃爆；利用井底、主裂縫（17）以及二次裂縫內(nèi)甲烷燃爆所產(chǎn)生的高壓進(jìn)一步壓裂儲(chǔ)層，以在頁(yè)巖儲(chǔ)層內(nèi)形成人工裂縫和天然裂縫相互交錯(cuò)的復(fù)雜裂縫系統(tǒng)（19）；

步驟十：將壓裂工具（3）移動(dòng)到下一層段，重復(fù)步驟二至九，直至完成所有頁(yè)巖氣井所有層段的作業(yè)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于頁(yè)巖儲(chǔ)層改造的壓裂方法，其特征在于，在步驟二中，低溫氮?dú)獾臏囟确秶鸀?100～-50 ℃，循環(huán)降溫的次數(shù)為3～5次。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于頁(yè)巖儲(chǔ)層改造的壓裂方法，其特征在于，在步驟三和步驟五中，高壓低溫空氣（16）溫度的范圍均為-80～-60 ℃，注入壓力高于儲(chǔ)層破裂壓力。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于頁(yè)巖儲(chǔ)層改造的壓裂方法，其特征在于，在步驟四中，高壓低溫空氣（16）溫度的范圍為-80～-60℃，高壓低溫空氣（16）注入壓力的設(shè)定范圍低于裂縫延伸壓力并高于裂縫閉合壓力。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于頁(yè)巖儲(chǔ)層改造的壓裂方法，其特征在于，在步驟七中，關(guān)井的時(shí)間為0.5～1.0 h，在關(guān)井過程中，利用迅速升溫膨脹的高壓低溫空氣（16）對(duì)裂縫周圍以及遠(yuǎn)井地層產(chǎn)生的氣壓沖擊作用，促進(jìn)裂縫壁面發(fā)生滑移錯(cuò)動(dòng)，以增強(qiáng)裂縫自支撐能力。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于頁(yè)巖儲(chǔ)層改造的壓裂方法，其特征在于，在步驟九中，通過地面點(diǎn)火控制器（9）利用電火花點(diǎn)燃的方式進(jìn)行點(diǎn)火。