一种泡沫-气体复合分段压裂地层方法转让专利
申请号 : CN202110432277.1
文献号 : CN113027407B
文献日 : 2022-04-05
发明人 : 李文达 , 梁卫国 , 阎纪伟 , 武鹏飞 , 姜玉龙
申请人 : 太原理工大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种泡沫—气体复合分段压裂地层方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一)通井处理:使用通径规通井,然后洗井;
步骤二)注液处理:储气罐车经增压泵将液态N2或者空气通过环空注入井筒,驱替出井筒内洗井流体,连续管外为裸眼地层或固井套管,连续管与地层或套管之间的空间为环空;
步骤三)射孔处理:将水与射流磨料混合成水基含砂射孔液,通过连续管向井底输送并喷射水基含砂射孔液,所述水基含砂射孔液卷吸环空气体形成非淹没射流建立沟通储层的射流孔道;
步骤四)泡沫压裂处理:连续管注入流体换为混合液体,经喷嘴射出后与环空气体紊流混合在射流孔道内形成泡沫压裂液,压裂地层形成长直宽的泡沫压裂裂缝,射流增压实现封隔,所述混合液体为水+起泡剂+稳泡剂;
步骤五)支撑处理:微地震监测泡沫压裂裂缝扩展至储层上下界后,加入支撑剂实现泡沫压裂裂缝支撑;
步骤六)分段压裂处理:压裂完一段后,顺次或交错式拖动连续管完成所有段压裂,高粘泡沫压裂液在压裂一段的同时封堵前一段压裂完的压裂裂缝,实现分段压裂;
步骤七)气体压裂处理:起出连续管,向井筒注入液态N2或者空气压裂储层泡沫压裂缝外的区域,气体混入泡沫压裂液形成低粘雾流实现压裂缝的解堵并有利于返排;
步骤八)焖井返排处理:焖井至井筒内CH4含量无变化后缓慢降低井筒压力实现返排,完成作业。
2.根据权利要求1所述的一种泡沫—气体复合分段压裂地层方法,其特征在于,步骤二中所述液态N2或空气替换为液态二氧化碳;
步骤二替换为注液处理:储气罐车经增压泵将液态二氧化碳通过环空注入井筒,驱替出井筒内洗井流体,液态二氧化碳经地层加热后转变为超临界二氧化碳;
步骤七替换为气体压裂处理:起出连续管,向井筒注入液态二氧化碳压裂储层泡沫压裂缝外的区域,通过地层加热转变成超临界二氧化碳SCCO2气体混入泡沫压裂液形成低粘雾流实现压裂缝的解堵,并有利于返排。
3.根据权利要求1或2所述的一种泡沫—气体复合分段压裂地层方法,其特征在于,步骤三、步骤四与步骤五中通过环空注液保持环空液柱压力小于地层起裂扩展压力0.5‑
1Mpa。
4.根据权利要求2所述的一种泡沫—气体复合分段压裂地层方法,其特征在于,步骤七中当超临界二氧化碳注入体积占总注入流体体积的95%以上时,超临界二氧化碳混合之前注入的CO2泡沫液形成低粘度CO2雾流,解堵压裂缝实现泡沫压裂液返排。
5.根据权利要求1或2所述的一种泡沫—气体复合分段压裂地层方法,其特征在于,步骤三中所述磨料加量占混合流体的5‑8%,常用60‑120目的石英砂。
说明书 :
一种泡沫‑气体复合分段压裂地层方法
技术领域
背景技术
裂施工。其中,凝胶等高粘压裂液携砂能力强、易形成长直宽裂缝,然而易对储层渗透率造
成伤害;滑溜水粘度低易形成复杂裂缝,但用水量大,且携砂能力弱;专利CN 108165249A、
CN 109111910A、CN 102766450B等公布了CO2、空气、N2泡沫压裂液的制备方法,未涉及现场
压裂施工方法;复合压裂方面,专利CN 105888641A公布了一种交替注入液态CO2与减阻水
压裂液的复合压裂方法,未涉及分段压裂内容;专利CN 110735622A公开了一种先使用
SCCO2后用水基压裂液的复合压裂开采煤层气的方法,并使用封隔桥塞进行分段封隔;专利
CN 104563999A公开了低压低渗透储层煤层气井氮气泡沫压裂方法中在地面压裂管汇中通
过水、起泡剂与N2混合形成N2泡沫压裂液,注入煤层实现泡沫压裂;专利CN 104564000B公开
了煤层气井活性水—氮气泡沫复合压裂增产方法中先使用活性水压裂再使用N2泡沫压裂
液压裂,并且两者顺序不可颠倒。以上泡沫压裂液制备均在地面管线实现,在向地下运输流
动的过程中因粘度较大,连续管内流动摩阻大,导致地面压裂泵施工压力大且压裂效果不
佳。
复压裂已压开裂缝,例如公布号为CN 102536187A、CN 109184651A的专利,上述分段压裂方
法工作效率较低,封堵效果差。
发明内容
工作效率较低的问题,并利用泡沫压裂液高粘特性封堵已压裂裂缝再注入气体的方法实现
裂缝解堵。
为环空;
层的射流孔道;
压裂裂缝,射流增压实现封隔;
成低粘雾流实现压裂缝的解堵,并有利于返排。
压裂液返排。
法免去了连续管内泡沫压裂液管流摩阻,降低了地面施工压力;
裂缝解堵,而现有方法中需要额外使用暂堵剂封堵裂缝的步骤且封堵效果与其用量相关。
其中,地层温度压力条件下的CO(2 或N2、空气)是水注入量的19倍以上,以实现低粘度雾流利
于返排;
佳。
附图说明
压裂裂缝;12—储层;13—超临界二氧化碳(SCCO2);14—混合液体(水+起泡剂+稳泡剂)。
具体实施方式
解释本发明,并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案,但
保护范围不被此限制。
管)之间的空间为环空7,通过环空回压阀控制环空液柱压力,液态二氧化碳经地层加热后
转变为超临界二氧化碳;
60‑120目的石英砂,经过水压裂车1加压后通过连续管6输送到井底喷射压裂工具8,然后通
过喷嘴9喷射水基含砂射孔液,水基含砂射孔液卷吸环空的超临界二氧化碳(SCCO2)13形成
非淹没射流来射穿套管(套管井)或储层形成一定尺寸射流孔道10;相比常规喷射压裂施
工,本发明的环空流体为超临界二氧化碳(SCCO2)13,喷射处为非淹没射流,形成的孔眼深
度及孔径均大于环空为水的淹没射流情况,射孔时间一般为10‑15min;
性水与起泡剂、稳泡剂的混合液体14,该射流经喷嘴9射出后紊流混合环空7中的超临界二
氧化碳(SCCO2)13在射流孔道10内形成泡沫压裂液,压裂储层形成长直宽的泡沫压裂裂缝
11,如图2所示;射流增压实现封隔,相比地面管汇制备泡沫压裂液免去了连续管管流摩阻;
当需要高质量分数的泡沫压裂液时,适当降低连续管6排量,增加环空7液态CO2排量,通过
地层加热液态二氧化碳转变为超临界二氧化碳(SCCO2)13,当地层加热速度不足时有必要
在地面绝热高压管线5后连接加热设备;
过程相比于现有技术不需要SCCO2携砂压裂所用的大排量(5‑9方/分钟)即可避免支撑剂沉
降,支撑剂用量占含砂压裂液总重量的20%,且射孔处理、泡沫压裂处理与支撑处理阶段通
过环空7注CO2保持环空液柱压力小于地层起裂扩展压裂0.5‑1MPa,支撑剂用量为压裂液总
质量的5‑20%,借助高粘特性泡沫液可实现20%的支撑剂运移,使用常规的20‑40目石英砂作
为支撑剂。;
强、裂缝间排斥力大,可采用先上提压裂第N+1条裂缝、再下放管柱压裂N+2条裂缝实现交错
压裂,以此来降低缝间干扰程度,如图3所示;
入流体(即超临界二氧化碳(SCCO2)13+混合液体(水+起泡剂+稳泡剂)14)体积的95%以上
时,超临界二氧化碳(SCCO2)13混合之前注入的CO2泡沫液形成低粘度CO2雾流,粘度显著降
低有利于压裂液返排。此外,超临界二氧化碳(SCCO2)13进入射流孔道10后,通过泡沫压裂
裂缝11壁面进入储层12未压裂区域,沟通起裂天然裂缝进一步增加储层12改造体积,形成
泡沫‑气体复合压裂方法;
变化很小时说明CO2驱替CH4基本完成,作业完毕。
封垫换为金属密封垫,本发明的环空注入CO2可替换成N2或者空气,而N2、空气压裂过程没有
其要求。本发明的CO2、N2或空气形成的泡沫压裂液粘度高、滤失量低,能形成长直宽裂缝,且
返排能力强储层伤害低,CO2、N2、空气等气体粘度更低,相比滑溜水能沟通起裂更多天然裂
缝,增加储层改造体积,本发明综合泡沫与气体压裂液各自的优势,实现(CO2、N2或空气)高
粘度泡沫压裂液+低粘气体复合压裂储层,能实现更大区域的储层体积改造,并尽可能降低
储层伤害,同时工程实践表明大部分CO2并未返排至地面,实现了CO2地质封存,针对分段压
裂施工方法,现场常采用的射流增压方法不需要桥塞、封隔器等工具实现封隔,显著降低施
工量和封隔失效风险。
裂缝间距较小时,裂缝相互排斥形成弯曲裂缝,使得裂缝非均匀分布,储层改造体积减小。
交错压裂方式,相比只连续上提管柱的次序压裂,交替上提和下放连续管实现大间距的分
段压裂方式,使得泡沫压裂过程尽量形成长直主裂缝,最终实现直裂缝均匀排布。此外,本
发明过程相比纯SCCO2压裂,其连续管内的水基工作液携砂能力强,不易沉砂。支撑剂用量
为压裂液总质量的5‑20%,借助高粘特性泡沫液可实现20%的支撑剂运移,使用常规的20‑40
目石英砂作为支撑剂。
入量为水的19倍以上以形成低粘CO2雾流,不需要额外注入破胶剂破胶实现压裂液的快速
返排。此外,CO(2 或N2、空气)通过泡沫压裂裂缝壁面扩散进入储层未压裂区域,沟通起裂天
然裂缝进一步增加储层改造体积,提高单井产量。当然,当泡沫压裂效果满足施工要求时,
可不采取气体压裂处理这一步。
高,现有分段压裂方法中,连续管与环空流体一致,本发明通过连续管喷嘴高速喷射形成的
紊流,实现连续管水基流体与环空流体的充分混合进而在射流孔道内形成泡沫压裂液,免
去了连续管泡沫压裂液的流动摩阻,地面压裂泵施工压力可显著降低,相比常规的连续管
注入,其摩阻更低且加热效率更高。本发明适用于高滤失的裂缝性储层压裂改造,例如裂缝
性页岩和煤岩等,通过连续管喷射水基工作液,连续管与套管的环空注入CO2、N2或者空气,
实现低管流摩阻、非淹没射流开窗、高粘泡沫液封堵已压裂裂缝与注入气体解堵、泡沫与气
体复合压裂的多重效果。
性能减小下一段压裂过程中的这一段裂缝的压裂液注入损失,但其隔离效果与暂堵液用量
相关,本发明利用高粘度泡沫压裂液实现已压裂缝全部长度的封堵,并在最后注入超临界
CO(2 或N2、空气),进而泡沫液混合注入气体形成低粘雾流,实现封堵裂缝的解堵与复合压裂
施工的高返排效率。当进行单段压裂时,不需要分段压裂处理的步骤。
离本发明的前提下,还可以做出若干简单的推演或替换,都应当视为属于本发明由所提交
的权利要求书确定专利保护范围。