[發明專利]液氮脈動壓裂系統以及壓裂方法

有效

• 申請號: 202110068295.6
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112878972B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 武曉光;黃中偉;鄒文超;李根生;曾濺輝;宋先知;楊睿月;溫海濤;顧霄洋
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 李雅琪;周達

本說明書提供的液氮脈動壓裂系統以及壓裂方法，該壓裂系統包括：用于產生液氮和氮氣的制氮裝置；脈動發生裝置，與制氮裝置相連且用于產生液氮脈動壓力；氮氣蓄積裝置，與制氮裝置相連且用于存儲氮氣；磨料添加裝置，用于輸出磨料粒子且與氮氣蓄積裝置相連；壓裂作業管柱，包括：套管；隔熱壓裂管柱；脈沖控制機構；波紋管，波紋管與隔熱壓裂管柱之間形成第一環空；滑套解鎖機構；脈動發生裝置與波紋管之間設置有第一流道，磨料添加裝置與第一流道之間通過磨料分支管路連通；第一環空與氮氣蓄積裝置之間設置有第二流道。本申請結合了液氮低溫致裂和脈動交變載荷的雙重作用機制，有效提升壓裂縫網的復雜性和連通性，改善儲層的壓裂改造效果。

技術領域

本申請涉及石油與天然氣工程技術領域，尤其涉及一種液氮脈動壓裂系統以及壓裂方法。

背景技術

頁巖氣、致密氣和煤層氣等非常規天然氣資源作為極具潛力的清潔、優質資源，已經成為世界各國能源供應體系的重要組成部分。在優質潔凈能源需求日益增長的今天，煤層氣有望成為非常規天然氣資源開發的主戰場。因此，實現煤層氣的高效開發利用，對于推動我國能源結構優化升級以及保障國家能源發展安全具有重要意義。

我國煤層氣儲層普遍呈現低孔、低滲、低含氣飽和度的“三低“特性，導致煤層氣井產量普遍較低，達不到經濟生產的指標，因此針對煤層氣儲層需要經過壓裂增產措施才能進行有效開采。而形成大規模、具有高導流能力的體積縫網，是煤層氣儲層改造的關鍵。目前針對煤層氣儲層進行壓裂增產作業的主要方式之一是水力壓裂，然而隨著煤層氣壓裂改造措施的不斷發展，水力壓裂所導致的技術問題頻頻發生：

(1)水力壓裂形成的壓裂裂縫網格單一、復雜性差，連通性不足，儲層改造效果差；

(2)水力壓裂容易導致儲層水鎖傷害、粘土礦物遇水膨脹、煤層低壓特性導致壓裂液返排困難等一系列問題還會堵塞煤層氣滲流通道，降低滲透率；

(3)大規模壓裂作業所需水資源量巨大，造成了對水資源的嚴重浪費，且壓裂液中的化學物質容易造成地下水和地表水資源污染等環境問題。

發明內容

為了解決現有技術中存在的技術問題，本申請提供了一種液氮脈動壓裂系統以及壓裂方法，結合了液氮低溫致裂和脈動交變載荷的雙重作用機制，有效提升壓裂縫網的復雜性和連通性，改善儲層的壓裂改造效果。

為了達到上述目的，本申請提供的技術方案如下所述：

一種液氮脈動壓裂系統，所述壓裂系統包括：

用于產生液氮和氮氣的制氮裝置；

脈動發生裝置，與所述制氮裝置相連且用于產生液氮脈動壓力；

氮氣蓄積裝置，與所述制氮裝置相連且用于存儲氮氣；

磨料添加裝置，用于輸出磨料粒子且與所述氮氣蓄積裝置相連；

壓裂作業管柱，包括：套管；位于所述套管內部的隔熱壓裂管柱；設置在所述隔熱壓裂管柱內的脈沖控制機構；位于所述隔熱壓裂管柱內部的波紋管，所述波紋管與所述隔熱壓裂管柱之間形成第一環空；位于所述波紋管出口的滑套解鎖機構；

所述脈動發生裝置與所述波紋管之間設置有第一流道，所述第一流道上設置有第一閥門，所述磨料添加裝置與所述第一流道之間通過磨料分支管路連通，所述磨料分支管路上設置有第二閥門；所述第一環空與所述氮氣蓄積裝置之間設置有第二流道，所述第二流道上設置有第三閥門。

作為一種優選的實施方式，所述磨料分支管路上設置有混砂容器，在所述第一流道上，所述混砂容器與所述脈動發生裝置之間設置有第四閥門。

作為一種優選的實施方式，所述隔熱壓裂管柱與所述套管之間形成第二環空，所述第二流道上設置有注氣分支管路，所述第二環空與所述注氣分支管路相連通，所述注氣分支管路上設置有第五閥門。