[發明專利]一種基于超臨界二氧化碳前置預壓裂的復合壓裂工藝

在審

• 申請號: 202110216556.4
• 申請日: 2021-02-26
• 公開（公告）號: CN112943185A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 劉衛彬;徐興友;張君峰;劉暢;白靜;陳珊;李耀華;徐銀波;仝立華
• 申請（專利權）人: 中國地質調查局油氣資源調查中心
• 主分類號: E21B43/16
• 分類號: E21B43/16;E21B43/26;E21B43/267;C09K8/68;C09K8/90
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 呂露

本申請實施例提供一種基于超臨界二氧化碳前置預壓裂的復合壓裂工藝，涉及地質資源勘探技術領域。該復合壓裂工藝主要是往地層注入超臨界二氧化碳進行預壓裂用以形成復雜縫網；再依次向縫網注入不同類型的攜帶支撐劑的壓裂液進行水力攜砂壓裂用以擴大、支撐、打磨縫網，在水力攜砂壓裂的過程中，全程拌注液態N₂；然后注入滑溜水進行頂替作業以將壓裂液頂入地層。本申請實施例的基于超臨界二氧化碳前置預壓裂的復合壓裂工藝，實現地層，尤其是頁巖儲層的復雜縫網體積改造、有效支撐縫網、地層增能等效果。

技術領域

本申請涉及地質資源勘探技術領域，具體而言，涉及一種基于超臨界二氧化碳前置預壓裂的復合壓裂工藝。

背景技術

地球的頁巖儲層中的油氣儲量巨大，頁巖儲層具有超低孔隙度和超低滲透率的特點，油氣在頁巖儲層中無法流動，采用常規開發技術很難取得工業產能。因此，在致密頁巖儲層開發領域，能夠形成大規模復雜縫網的體積壓裂工藝是頁巖油氣取得高產的關鍵核心技術。

尤其是我國陸相盆地發育有多套沉積厚度大、分布范圍廣的富有機質頁巖層系，其中的陸相頁油地質資源量約為500億噸，陸相頁巖氣地質資源量約為100000億方，勘探潛力巨大。但是陸相頁巖的黏土礦物含量高，且具有強非均質性，采用常規的大型水力壓裂技術無法形成復雜的裂縫網絡。

關于陸相頁巖地層體積壓裂，前人做過相關探索，其中超臨界二氧化碳干法和泡沫壓裂工藝的研究最熱，該類方法是將比例為100％的液態二氧化碳或比例為50％的液態二氧化碳混合液注入地層，以期達到抗水敏、深穿透、增能量的效果。但是該類方法的使用效果仍不佳，其原因可能為：一是施工排量低，一般為2m³/min，總體用量低，遠達不到水力壓裂體積改造的效果；二是攜砂能力差，幾乎不能攜帶支撐劑，無法有效支撐縫網；三是液態二氧化碳進入地層以后極易與水結合形成碳酸，被地層中的碳酸鹽礦物反應消耗殆盡，消耗率可達95％，達不到增能效果；四是對地面和井下設備要求高，施工風險大、成本高。因此超臨界二氧化碳干法和泡沫壓裂工藝尚未成熟，難以大范圍推廣應用。

因此，針對常壓、強非均質性陸相頁巖儲層的體積壓裂工藝仍是一項卡脖子技術難題，亟需攻關研發陸相頁巖儲層體積壓裂技術。

發明內容

本申請實施例的目的在于提供一種基于超臨界二氧化碳前置預壓裂的復合壓裂工藝，實現地層，尤其是頁巖儲層的復雜縫網體積改造、有效支撐縫網、地層增能等效果。

第一方面，本申請實施例提供了一種基于超臨界二氧化碳前置預壓裂的復合壓裂工藝，其包括以下步驟：

S1、往地層注入超臨界二氧化碳進行預壓裂用以形成縫網；

S2、依次向縫網注入不同類型的攜帶支撐劑的壓裂液進行水力攜砂壓裂用以擴大、支撐、打磨縫網，在水力攜砂壓裂的過程中，全程拌注液態N₂；

S3、注入滑溜水進行頂替作業以將壓裂液頂入地層。

在上述技術方案中，首先對地層進行超臨界二氧化碳前置預壓裂，利用超臨界二氧化碳極強的流動性、擴散性、穿透性，在地層中率先形成復雜的裂縫網絡；然后利用不同類型的壓裂液進行水力攜砂壓裂，進一步擴大前期形成的復雜縫網，并形成有效支撐；在水力壓裂的過程中全程拌注液態N₂，液態N₂進入地層后，隨著溫度升高會變成氣態，體積增加數千倍，而且N₂為惰性氣體，不與地層巖石發生化學反應，因此可以實現地層增能效果；最后注入滑溜水頂替前述的壓裂液，使其全部進入地層，保證效果。

在一種可能的實現方式中，在步驟S2中，全程拌注液態N₂的排量為150～200L/min。

在上述技術方案中，按照一定的排量拌注液態N₂，有助于后期返排時地層增能保壓，同時降低返排液密度，加快返排、提高返排率。