[發明專利]一種用于頁巖儲層改造的壓裂方法

有效

• 申請號: 202011423490.8
• 申請日: 2020-12-08
• 公開（公告）號: CN112523735B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 蔡承政;陶志祥;高峰;劉江峰;翟成;羅寧;封胤镕;任科達
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26;E21B34/02;E21B33/06
• 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: 劉振祥

一種用于頁巖儲層改造的壓裂方法，步驟一：確定壓裂位置并安放井下壓裂工具；步驟二：使用低溫氮氣對壓裂管柱和井筒進行循環降溫處理；步驟三：向井筒內持續泵注低溫空氣進行低溫空氣壓裂；步驟四：先降低注入壓力，再持續注入低溫空氣進行低溫空氣冷凍；步驟五：持續泵注低溫空氣進行低溫空氣壓裂；步驟六：重復步驟三至五，完成作業層段的低溫空氣壓裂作業；步驟七：預定層段壓裂結束后，關井升溫；步驟八：打開井口，使空氣向地面返排；步驟九：對井下空氣和甲烷混合氣體進行點火，使其在井底燃爆；步驟十：將壓裂工具移動到下一層段，重復步驟二至九，直至完成所有層段的壓裂作業。該方法能有效提高儲層裂縫的復雜程度和頁巖氣井的開采效率。

技術領域

本發明屬于非常規油氣開發及頁巖氣儲層壓裂改造技術技術領域，具體涉及一種用于頁巖儲層改造的壓裂方法及裝置。

背景技術

頁巖氣作為一種清潔、高效能源，已經成為世界天然氣的重要增長點。我國頁巖氣資源潛力巨大，地質資源量約為134.42×10¹² m³，可采資源量約為25.08×10¹² m³，實現其規模化開發對于推進國家能源結構調整、保障油氣供應安全具有重大戰略意義。頁巖儲層主要以納米孔隙為儲集空間，滲透率在（0.001-1）×10^-3 mD范圍內，必須經過體積改造后形成高度密集的網狀裂縫才能達到開采要求。受地應力的影響，水力壓裂所產生的人工裂縫主要為沿井眼徑向方向的雙翼縫，高壓流體在縫內的流動主要是促進裂縫長度的增加，而對于增加裂縫體積作用有限，這十分不利于頁巖氣井的后期生產。因此，很多頁巖氣井在經過水力壓裂后也很難獲得理想的增產效果。

在這種情況下，頁巖儲層改造的技術要求要遠高于常規油氣儲層，需要突破現有技術體系框架，研發能夠有效提高儲層裂縫復雜程度，獲得復雜裂縫系統的儲層改造方法，從而實現頁巖氣資源的高效開發。由此可見，如何在壓裂中提高儲層破裂程度，并有效增加裂縫的復雜性是頁巖氣開發的關鍵技術要求。此外，常規水力壓裂技術還面臨儲層傷害與水資源過度消耗等問題，使其在推廣應用中面臨巨大挑戰和爭議。在這種情況下，亟需發展用于構建“人造頁巖氣藏”的新型壓裂工藝，在有效解決儲層傷害和水資源消耗等問題的基礎上，進一步提高裂縫復雜性和儲層破裂體積，從而實現頁巖氣資源的綠色高效開發。

發明內容

針對現有技術存在的一些問題，本發明提供一種用于頁巖儲層改造的壓裂方法，該方法能夠有效提高儲層裂縫的復雜程度，能使裂縫的體積增加到開采要求，同時，能進一步增加人工裂縫的有效作用范圍，可有效提高頁巖氣資源的開采效率。

為了實現上述目的，本發明提供了一種用于頁巖儲層改造的壓裂方法，包括以下步驟：

步驟一：準備工作；

確定頁巖儲層的壓裂層段和壓裂位置；通過壓裂管柱將井下壓裂工具下放到井筒中的預定位置，安裝壓裂井口、連接地面設備；

步驟二：低溫氮氣循環降溫；

使用高壓低溫氮氣對壓裂管柱和井筒進行循環處理，以降低井筒及井底溫度，同時驅除壓裂管柱和井筒內的殘余流體；該過程的前期，通過高壓低溫氮氣與高溫儲層的接觸，在儲層表面產生巨大的熱沖擊作用，形成熱力裂縫；該過程的后期，通過持續注入的高壓低溫氮氣，在井筒周圍產生低溫冷凍區，并使低溫冷凍區內儲層原有的天然裂縫重新張開，形成二次裂縫；

步驟三：第一次低溫空氣壓裂；

向井筒內持續泵注高壓低溫空氣，并確保高壓低溫空氣的泵注速率超過地層的漏失速率，使井底壓力會不斷上升并超過地層破裂壓力，促進頁巖儲層發生破裂并形成主裂縫；該過程中，通過持續的流體壓力作用，在高壓低溫氮氣循環降溫處理時所產生的熱力裂縫和二次裂縫不斷延伸，形成復雜裂縫網絡；

步驟四：低溫空氣冷凍；