一种页岩油气藏氧化热激爆裂改造方法

摘要

本发明公开了一种页岩油气藏氧化热激爆裂改造方法，该方法主要包括以下步骤：(1)对页岩油气藏水平井进行分段水力压裂改造，形成水力压裂缝；(2)关井，促使压裂缝附近页岩基质充分吸水；(3)开井，返排水力压裂缝内压裂水；(4)向页岩油气藏注入氧气或供氧剂及其催化物质，得到氧气与烃类气体混合物；(5)利用井下点火装置，使混合物燃烧、释放热量，利用该热量快速加热页岩基质孔隙内压裂水，液态压裂水快速转换为水蒸气时，页岩基质孔隙在短时间内形成高压蒸汽压，从而使页岩发生爆裂，形成密集的二次改造裂缝。本发明在传统水力压裂基础上，利用孔隙蒸汽压致裂页岩，既提高了页岩油气藏人工裂缝密度，也解除或弱化了水力压裂导致的水相圈闭损害，有利于实现页岩油气低成本高效开发目标。

权利要求

1.一种页岩油气藏氧化热激爆裂改造方法，包括：

a.在页岩油气藏钻取至少一口压裂水平井；

b.对所述至少一口水平井进行分段水力压裂改造，形成水力压裂缝，增加页岩基质孔隙与压裂水的接触面积；

c.关闭水力压裂后页岩油气井，增加页岩基质孔隙的吸水量；

d.所述水力压裂后页岩油气井关井一段时间后，开井返排水力压裂缝内压裂水；

e.当返排过程中压裂水日产出量明显降低时，将氧气或供氧剂及其催化物质注入页岩油气藏，得到氧气与烃类气体混合物；

f.利用井下点火装置，使所述混合物在水力压裂缝内充分燃烧，同时快速关闭井底阀门，防止燃烧释放热量传入井筒；

g.利用所述混合物剧烈燃烧快速加热页岩基质孔隙内压裂水，液态压裂水快速转换为水蒸气时，页岩基质孔隙在短时间内形成高压蒸汽压，从而使页岩发生爆裂，形成密集的二次改造裂缝。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤b中，水力压裂改造所用压裂液为页岩油气藏常用水基压裂液。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤d中，关井时间以页岩基质岩心在模拟地层条件的室内吸水实验与数值模拟计算为确定依据，且该时间需同时满足：1)使页岩基质吸水作用范围不小于30cm；2)使页岩基质吸水作用范围内孔隙水饱和度不低于

32％。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤e中，供氧剂选自过氧化氢、过氧化钠、过氧化钾和过氧乙酸中的至少一种，其配套使用催化物质为过氧化氢酶、二氧化锰和碱性溶液中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将所述供氧剂先溶于少量水中，得到溶液，然后再将溶液注入页岩油气藏，最后将所述催化物质注入页岩油气藏。

说明书

一种页岩油气藏氧化热激爆裂改造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及石油与天然气开采技术领域增产改造新方法，具体涉及利用储层快速升温得到的高压蒸汽压致裂页岩，实现页岩油气藏改造。

背景技术

[0002] 页岩储层普遍具有特低孔、特低渗等特点，通过增产改造手段，形成密集裂缝网络是页岩油气藏有效开发与提高采收率的关键。目前，水平井分段水力压裂是页岩油气藏主要增产改造手段，该技术通过地面高压泵组以高排量、大液量方式将水基压裂液注入页岩油气藏，其中压裂液为压力传递介质，当压裂液注入压力大于储层岩石破裂压力时，即可实现造缝目的。

[0003] 然而，水力压裂技术仍有以下重大缺陷：(1)页岩纳米孔吸水能力强，潜在水相圈闭损害大。页岩亲水性黏土矿物富集(体积占比大于20％)，且孔隙以纳米孔为主，亲水性纳米孔具有强烈的自发吸水作用。页岩油气井单井用水量上万立方米，但返排水量仅占入井总量的10％～20％，研究表明，纳米孔自发吸水作用是大量压裂液无法返排的主要原因。水进入纳米后，导致油或气渗流能力减弱，从而形成水相圈闭损害。(2)水力压裂缝密度相对较低，不能满足页岩油气快速产出要求。现有水力压裂方法形成的裂缝密度受页岩地层天然(胶结)缝分布影响，主要是形成尺度为数米～数百米的水力裂缝，大部分裂缝的间距不小于数米，较低的裂缝密度造成压裂后油气井产量快速递减。(3)压裂液造缝效率有待大幅提升。现有压裂方法主要利用地面高压泵对压裂液做功，使压裂液被压缩而携带弹性能，压裂液弹性能再转换为岩石破裂时的热能，因此压裂结束后，滞留油气藏的压裂液不再具有造缝能力，造成压裂液极大浪费。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于利用页岩纳米孔内液态水升温相变为水蒸汽时的膨胀压力二次改造页岩油气藏，以提高现有压裂改造方法的造缝效率与裂缝密度，并有效降低水相圈闭损害。本方法将氧气或供氧剂注入水力压裂后页岩油气藏，得到氧气与烃类气体混合物，该混合物燃烧释放热量将快速加热纳米孔内液态水，使其转变为水蒸汽，并形成高压(数MPa～数十MPa)蒸汽压，短时间内孔隙膨胀压力快速上升，将导致页岩发生爆裂，从而实现快速、低成本、无损害的增产改造效果。

[0005] 本发明是通过以下技术方案实现的：

[0006] 一种页岩油气藏氧化热激爆裂改造方法，包括：

[0007] a.在页岩油气藏钻取至少一口压裂水平井；

[0008] b.对所述至少一口水平井进行分段水力压裂改造，形成水力压裂缝，增加页岩基质孔隙与压裂水的接触面积；

[0009] c.关闭水力压裂后页岩油气井，增加页岩基质孔隙的吸水量；

[0010] d.所述水力压裂后页岩油气井关井一段时间后，开井返排水力压裂缝内压裂水；

[0011] e.当返排过程中压裂水日产出量明显降低时，将氧气或供氧剂及其催化物质注入页岩油气藏，得到氧气与烃类气体混合物；

[0012] f.利用井下点火装置，使所述混合物在水力压裂缝内充分燃烧，同时快速关闭井底阀门，防止燃烧释放热量传入井筒；

[0013] g.利用所述混合物剧烈燃烧快速加热页岩基质孔隙内压裂水，液态压裂水快速转换为水蒸气时，页岩基质孔隙在短时间内形成高压蒸汽压，从而使页岩发生爆裂，形成密集的二次改造裂缝。

[0014] 在步骤b中，水力压裂改造所用压裂液为页岩油气藏常用水基压裂液。

[0015] 在步骤d中，关井时间以页岩基质岩心在模拟地层条件的室内吸水实验与数值模拟计算为确定依据，且该时间需同时满足：1)使页岩基质吸水作用范围(深度)不小于30cm；2)使页岩基质吸水作用范围(深度)内孔隙水饱和度不低于32％。

[0016] 在步骤e中，供氧剂选自过氧化氢、过氧化钠、过氧化钾和过氧乙酸中的至少一种，其配套使用催化物质为过氧化氢酶、二氧化锰和碱性溶液中的至少一种。

[0017] 将供氧剂先溶于少量水中，得到溶液，然后再将溶液注入页岩油气藏，最后将所述催化物质注入页岩油气藏。

[0018] 本发明一种页岩油气藏氧化热激爆裂改造方法的机理如下：

[0019] 当含水材料受热时，材料内液态水逐渐相变为水蒸气，如果水蒸气的迁移速率小于生成速率时，则材料孔隙内将形成蒸汽压。对于致密性材料，孔隙连通性差，渗透能力极低，其孔隙内液态水快速受热汽化时，大量水蒸气原位快速积累形成高压蒸汽压(数MPa～数十MPa)，极易引发高强度材料的爆裂，如含水高强度致密混凝土的蒸汽压爆裂现象。页岩孔隙尺度主要处于数纳米～数十纳米范围，基质渗透率普遍小于100纳达西(10-19m2)，其渗透能力小于致密混泥土，当高含水页岩快速升温时，孔隙内极易形成高压蒸汽压，促使页岩爆裂，从而形成密集裂缝。

[0020] 与现有技术相比，本发明具有如下突出特点：

[0021] (1)压裂液造缝效率大幅提升。本发明通过储层氧化燃烧加热水力压裂后滞留压裂液(水)，使绝大部分滞留压裂液(水)转换为水蒸气，并以蒸汽压形式再次发挥造缝作用。

[0022] (2)压裂缝密度大幅提升。本发明通过孔隙蒸汽压促使页岩爆裂，可在微纳米孔隙尺度形成裂缝，与传统水力压裂方法形成的数米裂缝间距相比，改造缝密度得到极大提升。

[0023] (3)快速消除或弱化页岩基质水相圈闭损害。传统水力压裂作业后，大量压裂液(水)通过毛细管渗吸方式进入页岩基质内，该渗吸水严重损害了油气渗流能力，在传统水力压裂过程中，该损害无法避免。本发明通过快速加热使孔隙水汽化，当水蒸气促使岩石爆裂后，大部分孔隙水即可排出。

附图说明

[0024] 图1为根据本发明的实施例的页岩油气藏氧化热激爆裂改造方法的主要步骤流程图。

[0025] 图2为根据本发明的实施例的页岩油气藏水平井分段水力压裂的示意图；

[0026] 图中：1-水力压裂缝；2-压裂水。

[0027] 图3为根据本发明的实施例的水力压裂后返排井筒与裂缝内压裂水的示意图；

[0028] 图中：1-水力压裂缝；2-页岩基质渗吸压裂水区域。

[0029] 图4为根据本发明的实施例的水力压裂后页岩油气藏氧化热激爆裂改造的示意图；

[0030] 图中：1-水力压裂缝；2-热激爆裂形成裂缝；3-页岩基质内残余压裂水。

具体实施方式

[0031] 为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，结合附图对本发明的一个实施例作进一步描述。

[0032] 图1为根据本发明的页岩油气藏氧化热激爆裂改造方法的主要步骤流程图。如图1所示，根据本发明，对页岩油气藏水平井进行分段水力压裂改造，形成水力压裂缝(步骤S1)(如图2所述)，增加页岩基质孔隙与压裂水的接触面积。关闭水力压裂后页岩油气井(步骤S1)，增加页岩基质孔隙的吸水量。当水力裂缝面附近页岩基质吸水作用范围(深度)不小于30cm，且该吸水作用范围(深度)内孔隙水饱和度不低于32％时，开井返排水力压裂缝内压裂水(步骤S2)(如图3所示)。当返排过程中压裂水日产出量明显降低时，将氧气或供氧剂及其催化物质注入页岩油气藏(步骤S3)，得到氧气与烃类气体混合物。利用井下点火装置，使混合物在水力压裂缝内充分燃烧，并快速释放大量热量(步骤S4)，利用燃烧释放热量快速加热页岩基质孔隙内压裂水，液态压裂水快速转换为水蒸气时，页岩基质孔隙在短时间内形成高压蒸汽压，从而使页岩发生爆裂，形成密集的二次改造裂缝(步骤S5)(如图4所示)。

[0033] 根据本发明，利用孔隙水相变产生的高压蒸汽压改造页岩油气藏，该方法建立于已有水力压裂页岩油气井，无需额外钻井，且所需能量来源于储层烃类气体燃烧，省去地面加热设备，降低了页岩油气开采成本。此外，该方法也有利于解除或弱化传统水力压裂造成的水相圈闭损害。

[0034] 以上的具体实施方式已经结合附图和实施例对本发明的效果进行了详细描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，只要在不超出本发明的主旨范围内，可对实验条件及对象进行灵活的变更，这些均属于本发明的保护范围之内。