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专利号: 2021100225467
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:

1.一种基于甲烷多级燃爆的页岩储层压裂方法,其特征在于,包括以下步骤:

1)准备工作:A、使用CO2流体对井筒进行反循环洗井处理,在洗井过程中,CO2流体驱替井筒残余流体,并使得整个井筒充满CO2流体;B、通过连续油管将压裂工具下放到预定位置,然后连接地面设备,所述地面设备包括空气注入系统、超临界CO2注入系统、连续油管系统和地面点火装置,所述压裂工具内置点火电极,连续油管内置电缆,地面点火装置和点火电极通过所述电缆相连接;

2)超临界CO2‑空气混合压裂:开启地面空气注入系统,经连续油管向井底泵注高压空气,同时开启超临界CO2注入系统,由环空向井底泵注超临界CO2流体,高压空气和超临界CO2在井底混合形成空气‑超临界CO2混合流体;随着混合流体的持续注入,井底压力不断升高,当井底的压力超过储层破裂压力时,储层被压裂并产生裂缝,在超临界CO2‑空气混合压裂过程中,超临界CO2的初始注入流量为空气流量的30%~40%;

3)超临界CO2阶梯注入:当页岩储层破裂形成裂缝后,超临界CO2的注入流量呈阶梯式降低,通过上述方式,空气的体积分数沿裂缝延伸方向亦呈阶梯式降低;

4)页岩储层甲烷解吸:当预定体积的空气和超临界CO2注入完毕后,对储层进行关井处理,在关井期间,由于超临界CO2对页岩的吸附能力强于甲烷,此时超临界CO2与页岩基质内甲烷分子发生置换,从而将吸附状态的甲烷变成游离态,并经孔隙裂隙流入压裂裂缝;由于裂缝内超临界CO2的体积分数沿裂缝延伸方向呈阶梯式递增,则置换出的甲烷量也会沿裂缝延伸方向递增,此时裂缝内的流体为超临界CO2‑空气‑甲烷混合流体,而且甲烷/空气的体积比沿裂缝延伸方向呈阶梯式递增;

5)甲烷多级燃爆压裂:在井筒内对井底及裂缝内的混合流体进行电击点火,使其发生燃烧爆炸,由于裂缝内不同位置甲烷/空气体积比之间的差异,在甲烷燃烧传播过程中裂缝内会形成多级燃爆效果,促进裂缝增长;甲烷燃爆时有大量CO2产生,在井底高温高压条件下,CO2处于超临界状态,甲烷燃爆新产生的超临界CO2会继续置换页岩储层内甲烷,从而促进更多甲烷解吸到裂缝内,为缝内燃爆提供燃料;

6)重复步骤2)‑5),不断扩大裂缝整体扩展范围,直至在储层内形成高度复杂的网络裂缝;

7)CO2封存:启动空气注入系统,通过连续油管向井底泵注高压空气,将裂缝内的残余CO2驱替进储层,CO2在储层温压条件下以超临界方式存在,利用超临界CO2对页岩的强吸附性将其束缚在页岩孔隙内部,防止后期生产中CO2随甲烷返排到地面;

8)将压裂工具移动到下一层段,重复步骤2)~7),直至完成页岩气井所有层段的甲烷多级燃爆压裂作业。

2.根据权利要求1所述的一种基于甲烷多级燃爆的页岩储层压裂方法,其特征在于,步骤1)中,洗井用CO2流体为气态CO2、液态CO2、超临界CO2中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种基于甲烷多级燃爆的页岩储层压裂方法,其特征在于,步骤1)中,所述空气注入系统包括空气瓶组、气体压缩机A、气体增压机A,所述超临界CO2注入系统包括CO2瓶组、气体压缩机B、气体增压机B和井口加热装置;所述空气瓶组、气体增压机A依次连接后通过高压管线连接连续油管注入端,所述CO2瓶组、气体增压机B、井口加热装置依次连接后通过高压管线连接井口环空入口,所述气体压缩机A连接气体增压机A,所述气体压缩机B连接气体增压机B。

4.根据权利要求1所述的一种基于甲烷多级燃爆的页岩储层压裂方法,其特征在于,步骤2)中,所述空气的注入压力根据压裂深度进行设计,保证其注入压力不低于40MPa。

5.根据权利要求1所述的一种基于甲烷多级燃爆的页岩储层压裂方法,其特征在于,步骤3)中,所述超临界CO2的注入流量的降低方式为依次降低至初始流量的80%、60%、40%、

20%和0%。

6.根据权利要求1所述的一种基于甲烷多级燃爆的页岩储层压裂方法,其特征在于,步骤4)中,所述关井时间为1小时以上。