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专利号: 2020114234908
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 土层或岩石的钻进;采矿
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种用于页岩储层改造的压裂方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一:准备工作;

确定页岩储层(1)的压裂层段和压裂位置;通过压裂管柱(2)将压裂工具(3)下放到井筒中的预定位置,安装压裂井口、连接地面设备;

步骤二:低温氮气循环降温;

使用高压低温氮气(13)对压裂管柱(2)和井筒进行循环处理,以降低井筒及井底温度,同时驱除压裂管柱(2)和井筒内的残余流体;该过程的前期,通过高压低温氮气(13)与高温储层的接触,在储层表面产生巨大的热冲击作用,形成热力裂缝;该过程的后期,通过持续注入的高压低温氮气(13),在井筒周围产生低温冷冻区(18),并使低温冷冻区(18)内储层原有的天然裂缝重新张开,形成二次裂缝;

步骤三:第一次高压低温空气(16)压裂;

向井筒内持续泵注高压低温空气(16),并确保高压低温空气(16)的泵注速率超过地层的漏失速率,使井底压力会不断上升并超过地层破裂压力,促进页岩储层(1)发生破裂并形成主裂缝(17);该过程中,通过持续的流体压力作用,在高压低温氮气(13)循环降温处理时所产生的热力裂缝和二次裂缝不断延伸,形成复杂裂缝网络;

步骤四:高压低温空气(16)冷冻;

在高压低温空气(16)压裂持续一段时间后,先降低高压低温空气(16)的注入压力到设定范围内,使已经形成的主裂缝(17)处于张开状态但不继续扩展,再通过后续注入在主裂缝(17)内流动的高压低温空气(16),对主裂缝(17)周围地层起到低温冷冻的效果,然后继续不断注入高压低温空气(16),使主裂缝(17)周围地层温度不断降低,并最终形成一个低温冷冻区(18),促使在低温冷冻区内地层原有的天然裂缝重新张开;

步骤五:第二次高压低温空气(16)压裂;

持续泵注高压低温空气(16),继续进行高压低温空气(16)压裂,促进主裂缝(17)和低温冷冻区(18)天然裂缝共同扩展,最终形成复杂的网络裂缝;

步骤六:重复步骤三至五,完成作业层段的高压低温空气(16)压裂作业;

步骤七:关井升温;

预定层段高压低温空气(16)压裂结束后,关闭井口环空阀门(14),利用空气升温产生的高压促使一部分空气进入地层内部,为地层提供额外的能量;

步骤八:放喷;

打开井口环空阀门(14),使井筒及裂缝内的空气在地层压力作用下向地面返排,同时,通过降低井筒内的压力,使储层内甲烷气体流入裂缝并与裂缝内的空气进行混合;监测返排气体的甲烷浓度,待甲烷浓度到达空气中燃烧极限时,关闭井口环空阀门(14);

步骤九:甲烷燃爆压裂;

对井下空气和甲烷混合气体进行点火,使其在井底条件下燃爆;利用井底、主裂缝(17)以及二次裂缝内甲烷燃爆所产生的高压进一步压裂储层,以在页岩储层内形成人工裂缝和天然裂缝相互交错的复杂裂缝系统(19);

步骤十:将压裂工具(3)移动到下一层段,重复步骤二至九,直至完成所有页岩气井所有层段的作业。

2.根据权利要求1所述的一种用于页岩储层改造的压裂方法,其特征在于,在步骤二中,低温氮气的温度范围为‑100~‑50 ℃,循环降温的次数为3~5次。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于页岩储层改造的压裂方法,其特征在于,在步骤三和步骤五中,高压低温空气(16)温度的范围均为‑80~‑60 ℃,注入压力高于储层破裂压力。

4.根据权利要求3所述的一种用于页岩储层改造的压裂方法,其特征在于,在步骤四中,高压低温空气(16)温度的范围为‑80~‑60℃,高压低温空气(16)注入压力的设定范围低于裂缝延伸压力并高于裂缝闭合压力。

5.根据权利要求4所述的一种用于页岩储层改造的压裂方法,其特征在于,在步骤七中,关井的时间为0.5~1.0 h,在关井过程中,利用迅速升温膨胀的高压低温空气(16)对裂缝周围以及远井地层产生的气压冲击作用,促进裂缝壁面发生滑移错动,以增强裂缝自支撑能力。

6.根据权利要求5所述的一种用于页岩储层改造的压裂方法,其特征在于,在步骤九中,通过地面点火控制器(9)利用电火花点燃的方式进行点火。

7.根据权利要求6所述的一种用于页岩储层改造的压裂方法,其特征在于,在步骤一中,在完成安装压裂井口、连接地面设备后,对地面管线和压裂井口进行试压,确保管线、接头以及压裂井口在高压低温状态下不刺不漏。

8.根据权利要求7所述的一种用于页岩储层改造的压裂方法,其特征在于,在步骤一中,地面设备包括空气瓶组(4)、氮气瓶组(5)、空气压缩机(6)、空气增压机(7)、冷浴箱(8)和地面点火控制器(9),所述空气压缩机(6)与空气增压机(7)连接,用于通过输出的低压空气(15)驱动空气增压机(7)工作;所述空气瓶组(4)和氮气瓶组(5)各自通过管路均与冷浴箱(8)的进气口连接,冷浴箱(8)的出气口通过管路与空气增压机(7)的进气口连接,空气增压机(7)的出气口通过管路与压裂管柱(2)的进气端连接;所述冷浴箱(8)中采用液氮作为制冷剂,用于将箱内的气体进行降温;所述地面点火控制器(9)通过设置在压裂管柱(2)内的电缆(10)与安装在压裂工具(3)上的点火电极(11)连接。