一种页岩气井助燃剂投放与甲烷原位燃爆压裂方法

摘要

一种页岩气井助燃剂投放与甲烷原位燃爆压裂方法，经连续油管向压裂工具停靠的工作位置泵注高压液氮，进行液氮体积压裂；通过连续油管由压裂工具向分支缝内泵注携带小粒径固态助燃剂的液氮，进行小粒径固态助燃剂与阻燃剂投放；进行小粒径固态助燃剂与阻燃剂的交替泵注；经连续油管由压裂工具向主裂缝内泵注携带中等粒径固态助燃剂的液氮，进行中等粒径固态助燃剂与阻燃剂投放；进行中等粒径固态助燃剂与阻燃剂的交替泵注；利用环境的温度使液氮气化生成氮气，并返排到地面；经连续油管由压裂工具向主裂缝内泵注少量气态助燃剂；进行多尺度燃爆压裂，直至完成整个井筒内的燃爆压裂作业。该方法能实现页岩气资源高效开发、便捷开发的目的。

权利要求

1.一种页岩气井助燃剂投放与甲烷原位燃爆压裂方法，其特征在于，具体包括以下步骤；

步骤一：准备工作；

S11：根据地质和测井数据确定开采页岩储层（5）的压裂层段和压裂位置；

S12：使用连续油管（2）将压裂工具（3）下放工作位置，安装压裂井口、连接地面上的地面注入系统（1）；

步骤二：液氮体积压裂；

开启地面注入系统（1），经连续油管（2）向压裂工具（3）停靠的工作位置泵注高压液氮，利用高压液氮冲击页岩储层（5）产生裂缝，同时，通过液氮（10）与周围页岩储层（5）的接触使页岩储层（5）降温，进而促使页岩储层（5）内部孔隙结构发生破坏，并产生包括主裂缝（7）、分支缝（8）和自支撑微裂缝（9）在内的多尺度裂缝；

步骤三：小粒径固态助燃剂与阻燃剂投放；

S31：在液氮体积压裂形成裂缝后，通过连续油管（2）由压裂工具（3）向已生成的主裂缝（7）内泵注携带小粒径固态助燃剂（11）的液氮（10），使小粒径固态助燃剂（11）随液氮（10）向主裂缝（7）内部扩散，直至小粒径固态助燃剂（11）输送至主裂缝（7）周围的分支缝（8）内，完成小粒径固态助燃剂（11）的一次泵注；

S32：经连续油管（2）由压裂工具（3）向已生成主裂缝（7）内泵注携带小粒径固态阻燃剂（12）的液氮（10），使小粒径固态阻燃剂（12）随着液氮（10）进入主裂缝（7）周围分支缝（8）内，并将先前泵注的小粒径固态助燃剂（11）向分支缝（8）内部推移、压实；

步骤四：进行小粒径固态助燃剂与阻燃剂的交替泵注；

重复步骤三，即重复进行小粒径固态助燃剂（11）与小粒径固态阻燃剂（12）的交替泵注；

步骤五：中等粒径固态助燃剂与阻燃剂投放；

S51：经连续油管（2）由压裂工具（3）向已生成的主裂缝（7）内泵注携带中等粒径固态助燃剂（13）的液氮（10），使中等粒径固态助燃剂（13）随液氮（10）向主裂缝（7）内部扩散、聚集，完成中等粒径固态助燃剂（13）的一次泵注；

S52：经连续油管（2）由压裂工具（3）向已生成主裂缝（7）内泵注携带中等粒径固态阻燃剂（14）的液氮（10），并将先前泵注的中等粒径固态助燃剂（13）向主裂缝（7）内部推移、压实；

步骤六：进行中等粒径固态助燃剂与阻燃剂的交替泵注；

重复步骤五，即重复进行中等粒径固态助燃剂（13）与中等粒径固态阻燃剂（14）的交替泵注；

步骤七：液氮气化返排；

在液氮（10）携带不同粒径固态助燃剂与阻燃剂进入裂缝后，利用环境的温度使液氮（10）气化生成氮气，并使氮气从各级裂缝中扩散到井筒（6）再排到地面，同时，利用留存在各级裂缝内的固态助燃剂与阻燃剂使页岩储层（5）内形成复杂多级支撑裂缝；

步骤八：投放气态助燃剂；

先经连续油管（2）由压裂工具（3）向主裂缝（7）内泵注少量气态助燃剂（15），随后往连续油管（2）内泵注氮气，将连续油管（2）内残余气态助燃剂（15）全部从连续油管（2）和压裂工具（3）内顶替到裂缝内，使气态助燃剂（15）与主裂缝（7）内甲烷混合形成气态助燃剂‑甲烷混合物（16）；

步骤九：多尺度燃爆压裂；

S91：在气态助燃剂（15）与裂缝渗透出的甲烷混合后，进行点火作业，以引爆主裂缝（7）内的气态助燃剂‑甲烷混合物（16）；通过气态助燃剂‑甲烷混合物（16）燃烧后产生的高温作用促使主裂缝（7）内中等粒径固态助燃剂（13）分解产生氧气，并与裂缝内甲烷混合再次燃爆，使燃爆向主裂缝（7）周围的分支缝（8）传播；

S92：通过分支缝（8）内燃爆产生的高压作用促使部分氧气进入到微裂缝（9）中，使微裂缝（9）内的甲烷继续发生燃爆，通过原位多级交替燃爆致裂增透的作用于页岩储层（5）内形成复杂裂缝网络（17）；

步骤十：完成整个井筒内多个位置的燃爆压裂作业；

将压裂工具（3）移动到下一工作位置，重复进行步骤二至九，直至完成井筒（6）内所有工作位置的燃爆压裂作业。

2.根据权利要求1所述的一种页岩气井助燃剂投放与甲烷原位燃爆压裂方法，其特征在于，在步骤二中，所述高压液氮的泵注压力不低于60MPa。

3.根据权利要求1或2所述的一种页岩气井助燃剂投放与甲烷原位燃爆压裂方法，其特征在于，在步骤三中，所述小粒径固态助燃剂（11）和小粒径固态阻燃剂（12）的粒径范围为

0.150～0.212mm。

4.根据权利要求3所述的一种页岩气井助燃剂投放与甲烷原位燃爆压裂方法，其特征在于，在步骤五中，所述中等粒径固态助燃剂（13）与中等粒径固态阻燃剂（14）的粒径范围为0.270～0.550mm。

5.根据权利要求4所述的一种页岩气井助燃剂投放与甲烷原位燃爆压裂方法，其特征在于，在步骤三中，所述小粒径固态助燃剂（11）为小粒径高锰酸钾，所述小粒径固态阻燃剂（12）为小粒径氢氧化镁；在步骤五中，所述中等粒径固态助燃剂（13）为中等粒径高锰酸钾，所述中等粒径固态阻燃剂（14）为中等粒径氢氧化镁。

6.根据权利要求5所述的一种页岩气井助燃剂投放与甲烷原位燃爆压裂方法，其特征在于，在步骤四中，小粒径固态助燃剂（11）与小粒径固态阻燃剂（12）重复交替泵注的次数为3～5次；在步骤六中，中等粒径固态助燃剂（13）与中等粒径固态阻燃剂（14）重复交替泵注的次数为3～5次。

7.根据权利要求6所述的一种页岩气井助燃剂投放与甲烷原位燃爆压裂方法，其特征在于，在步骤八中，所述气态助燃剂（15）为氧气或空气。

8.根据权利要求7所述的一种页岩气井助燃剂投放与甲烷原位燃爆压裂方法，其特征在于，在步骤一中，所述连续油管（2）内置有电缆，所述压裂工具（3）中内置有点火电极（4），所述点火电极（4）通过电缆与设置在地面上的地面点火装置连接。

9.根据权利要求8所述的一种页岩气井助燃剂投放与甲烷原位燃爆压裂方法，其特征在于，在步骤九中，采用电火花的方式进行点火作业。

说明书

一种页岩气井助燃剂投放与甲烷原位燃爆压裂方法

技术领域

[0001] 本发明属于非常规油气开采及页岩气储层增产改造技术领域，具体涉及一种页岩气井助燃剂投放与甲烷原位燃爆压裂方法。

背景技术

[0002] 自中国明确提出2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”目标后，天然气消费增速较快。据海关总署统计数据显示，2021年全年中国天然气进口量12135.6万吨，与2020年同期相比增长19.9%，进口金额3601.0亿元人民币，与2020年同期相比增长56.3%。基于我国富煤缺油少气的国情现状下，在自产不足以满足消费的前提下，只能依靠进口资源。目前中国是全球最大的天然气进口国，并有可能继续巩固这一地位。

[0003] 当前页岩气等非常规天然气资源已经成为世界能源供应重要组成部分，中国常规天然气储量排在世界第13位，而页岩气储量却是世界第一。截止到2019年，累计探明储量就已经超过6.5万亿立方米，在天然气新增探明储量中，绝大部分也都是页岩气。拥有如此庞大的页岩气储量，将对于缓解能源供应紧张形势、保障国家能源安全具有重要意义。但相关资料显示中国页岩气藏普遍储层埋藏深（2000～3500 m），储层岩石塑性强、地层水平应力差大，随着新探明储层质量的不断降低，常规的水力压裂方法不能形成大规模的复杂裂缝，难以达到页岩气高效开发的技术要求。中国页岩气资源分布地域地貌多山地、丘陵，井场面积狭窄且交通闭塞，极大影响了水力压裂技术的应用，且常规水力压裂在页岩气开发中常常存在裂缝扩展方向单一，储层体破裂程度不足和对水资源需求巨大等问题。在此现状下，亟需研究开发一种新的破岩致裂工艺以满足对页岩气资源高效、绿色的开采需求。

发明内容

[0004] 针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种页岩气井助燃剂投放与甲烷原位燃爆压裂方法，该方法步骤简单，实施成本低，能解决现有压裂技术对储层体致裂能力有限而使其破裂程度不足、增产效果不佳的问题，能实现页岩气资源高效开发、便捷开发的目的；同时，其环保性能好，能实现页岩气资源的绿色开采。

[0005] 为了实现上述目的，本发明提供一种页岩气井助燃剂投放与甲烷原位燃爆压裂方法，具体包括以下步骤；

[0006] 步骤一：准备工作；

[0007] S11：根据地质和测井数据确定开采页岩储层的压裂层段和压裂位置；

[0008] S12：使用连续油管将压裂工具下放工作位置，安装压裂井口、连接地面上的地面注入系统；

[0009] 步骤二：液氮体积压裂；

[0010] 开启地面注入系统，经连续油管向压裂工具停靠的工作位置泵注高压液氮，利用高压液氮冲击页岩储层产生裂缝，同时，通过液氮与周围页岩储层的接触使页岩储层降温，进而促使页岩储层内部孔隙结构发生破坏，并产生包括主裂缝、分支缝和自支撑微裂缝在内的多尺度裂缝；

[0011] 步骤三：小粒径固态助燃剂与阻燃剂投放；

[0012] S31：在液氮体积压裂形成裂缝后，通过连续油管由压裂工具向已生成的主裂缝内泵注携带小粒径固态助燃剂的液氮，使小粒径固态助燃剂随液氮向主裂缝内部扩散，直至小粒径固态助燃剂输送至主裂缝周围的分支缝内，完成小粒径固态助燃剂的一次泵注；

[0013] S32：经连续油管由压裂工具向已生成主裂缝内泵注携带小粒径固态阻燃剂的液氮，使小粒径固态阻燃剂随着液氮进入主裂缝周围分支缝内，并将先前泵注的小粒径固态助燃剂向分支缝内部推移、压实；

[0014] 步骤四：进行小粒径固态助燃剂与阻燃剂的交替泵注；

[0015] 重复步骤三，即重复进行小粒径固态助燃剂与小粒径固态阻燃剂的交替泵注；

[0016] 步骤五：中等粒径固态助燃剂与阻燃剂投放；

[0017] S51：经连续油管由压裂工具向已生成的主裂缝内泵注携带中等粒径固态助燃剂的液氮，使中等粒径固态助燃剂随液氮向主裂缝内部扩散、聚集，完成中等粒径固态助燃剂的一次泵注；

[0018] S52：经连续油管由压裂工具向已生成主裂缝内泵注携带中等粒径固态阻燃剂的液氮，并将先前泵注的中等粒径固态助燃剂向主裂缝内部推移、压实；

[0019] 步骤六：进行中等粒径固态助燃剂与阻燃剂的交替泵注；

[0020] 重复步骤五，即重复进行中等粒径固态助燃剂与中等粒径固态阻燃剂的交替泵注；

[0021] 步骤七：液氮气化返排；

[0022] 在液氮携带不同粒径固态助燃剂与阻燃剂进入裂缝后，利用环境的温度使液氮气化生成氮气，并使氮气从各级裂缝中扩散到井筒再排到地面，同时，利用留存在各级裂缝内的固态助燃剂与阻燃剂使页岩储层内形成复杂多级支撑裂缝；

[0023] 步骤八：投放气态助燃剂；

[0024] 先经连续油管由压裂工具向主裂缝内泵注少量气态助燃剂，随后往连续油管内泵注氮气，将连续油管内残余气态助燃剂全部从连续油管和压裂工具内顶替到裂缝内，使气态助燃剂与主裂缝内甲烷混合形成气态助燃剂‑甲烷混合物；

[0025] 步骤九：多尺度燃爆压裂；

[0026] S91：在气态助燃剂与裂缝渗透出的甲烷混合后，进行点火作业，以引爆主裂缝内的气态助燃剂‑甲烷混合物；通过气态助燃剂‑甲烷混合物燃烧后产生的高温作用促使主裂缝内中等粒径固态助燃剂分解产生氧气，并与裂缝内甲烷混合再次燃爆，使燃爆向主裂缝周围的分支缝传播；

[0027] S92：通过分支缝内燃爆产生的高压作用促使部分氧气进入到微裂缝中，使微裂缝内的甲烷继续发生燃爆，通过原位多级交替燃爆致裂增透的作用于页岩储层内形成复杂裂缝网络；

[0028] 步骤十：完成整个井筒内多个位置的燃爆压裂作业；

[0029] 将压裂工具移动到下一工作位置，重复进行步骤二至九，直至完成井筒内所有工作位置的燃爆压裂作业。

[0030] 进一步，为了能够在冲击页岩储层的过程中产生裂缝的效果更好，同时，为了能够更好的破坏内部孔隙结构，以有利于增加裂缝的复杂程度，在步骤二中，所述高压液氮的泵注压力不低于60MPa。

[0031] 进一步，为了确保具有更好的燃爆压裂效果，在步骤三中，所述小粒径固态助燃剂和小粒径固态阻燃剂的粒径范围为0.150～0.212mm。

[0032] 进一步，为了确保具有更好的燃爆压裂效果，在步骤五中，所述中等粒径固态助燃剂与中等粒径固态阻燃剂的粒径范围为0.270～0.550mm。

[0033] 作为一种优选，在步骤三中，所述小粒径固态助燃剂为小粒径高锰酸钾，所述小粒径固态阻燃剂为小粒径氢氧化镁；在步骤五中，所述中等粒径固态助燃剂为中等粒径高锰酸钾，所述中等粒径固态阻燃剂为中等粒径氢氧化镁。

[0034] 进一步，为了能在分支缝内更好的形成小粒径助燃剂与小粒径阻燃剂交错分布的格局，在步骤四中，小粒径固态助燃剂与小粒径固态阻燃剂重复交替泵注的次数为3～5次；为了能主裂缝内更好的形成中等粒径助燃剂与阻燃剂的交错分布的格局，在步骤六中，中等粒径固态助燃剂与中等粒径固态阻燃剂重复交替泵注的次数为3～5次。

[0035] 作为一种优选，在步骤八中，所述气态助燃剂为氧气或空气。

[0036] 作为一种优选，在步骤一中，所述连续油管内置有电缆，所述压裂工具中内置有点火电极，所述点火电极通过电缆与设置在地面上的地面点火装置连接。

[0037] 作为一种优选，在步骤九中，采用电火花的方式进行点火作业。

[0038] 本发明中，利用高压液氮对页岩气储层进行体积压裂，可以利用高压液气的冲击作用产生裂缝，同时，利用液氮的降温效果对储层内部孔隙结构进行破坏，可以获得主裂缝、分支缝和自支撑微裂缝在内的多尺度裂缝。先将小粒径固态助燃剂泵注到主裂缝周围的分支缝内，再将小粒径固态阻燃剂泵注到主裂缝周围的分支缝内，能够进一步将进入到分支缝内的小粒径固态助燃剂向分支缝的前端推移、压实，通过重复进行小粒径固态助燃剂与阻燃剂的交替泵注，能在分支缝内形成小粒径固态阻燃剂和固态助燃剂相交错分布的布局。先将中等粒径固态助燃剂泵注到主裂缝内，再将中等粒径固态阻燃剂泵注到主裂缝内，能够进一步将进入到主裂缝内的中等粒径固态助燃剂向主裂缝的前端推移、压实，通过重复进行中等粒径固态助燃剂与阻燃剂的交替泵注，能在主裂缝内形成中等粒径固态阻燃剂和固态助燃剂相交错分布的布局。泵注助燃剂和阻燃剂的过程中以液氮为载体，能在泵注结束后通过环境温度的升高气化成氮气，并能通过气化返排的作用外排到地面，这样，便可以利用留存在各级裂缝内的固态助燃剂与阻燃剂使页岩储层内形成复杂多级支撑裂缝，从而能确保后续注入的气态助燃剂能够顺利的进入到裂缝中；通过气态助燃剂的泵注，能便于与裂缝中的甲烷混合形成气态助燃剂‑甲烷混合物，这样，能通过点火的方式引爆气态助燃剂‑甲烷混合物，进而能利用燃烧产生的高温促进主裂缝内的中等粒径固态助燃剂分解并产生氧气，生成的氧气会与裂缝内甲烷混合再次燃爆，并使燃爆向周围的分支缝传播。此外，在分支缝内燃爆产生的高压作用会促使部分氧气进入微裂缝，从而使微裂缝内甲烷继续发生燃爆。由于每级裂缝内的助燃剂与阻燃剂均交错的分布，这样，燃爆过程会从主裂缝到分支缝再到微裂缝逐次进行，进而主裂缝、分支缝和微裂缝内甲烷交替燃爆，能达到原位多级交替燃爆致裂增透的效果，进而能在页岩储层内形成复杂裂缝网络，有利于实现低渗、超低渗页岩储层的体积压裂，并有助于构造出具有高导流能力的立体裂缝。

[0039] 本发明在常规的液氮体积压裂方式的基础上，进一步利用生成的多尺度裂缝为工作空间，在裂缝内充填助燃剂并与裂缝内甲烷混合后进行点火燃爆，依靠甲烷燃爆产生的高温高压冲击致裂作用压裂储层，从而能在储层内产生更加复杂和范围更为广阔的裂缝系统。采用本发明所提出的页岩储层压裂方法不仅可以解决页岩压裂存在的破岩能力差、致裂范围有限和裂缝复杂性不足等问题，还可以克服常规水力压裂方式对水资源的过度消耗，有效保护了水资源和生态环境。此外，压裂中使用的原材料方便获得，成本较低，所用的甲烷气体为页岩储层内原始待开采资源，无需制备和运输，从而降低施工成本和工作难度。综上所述，本发明所提出的方法是一项节能高效、环保而又低成本的压裂工艺，能极大提高页岩储层的致裂增产效果。

[0040] 对于页岩储层而言，常规气体体积压裂或水力压裂的主要作用是改善页岩储层的渗透性，增强甲烷从储层内流到井筒的能力。水力或气体压裂所产生的裂缝体系主要受地应力控制，裂缝一般沿着最大水平地应力方向扩展，且随着储层埋深增加，其地应力增大，产生的裂缝闭合更快，因此更不易产生复杂裂缝网络，所以增产能力有限。而本发明提出的方法将液氮体积压裂与甲烷燃爆致裂两种作业方式结合，首先利用高压液氮在目标储层内形成多尺度裂缝，然后利用裂缝内已经渗出的甲烷进行燃爆的方式对储层进行二次改造。甲烷在裂缝内燃爆时，在短时间内释放大量热量和高压气体，通过大量研究表明，燃爆压裂能够有效克服地应力对裂缝扩展方向的限制，可在原有裂缝的基础上再形成多条放射状裂缝，极大提高裂缝复杂程度。因此，采用液氮体积压裂和甲烷燃爆的联合压裂方式，能够有效克服地应力对裂缝扩展的制约，提高破岩能力，增大裂缝范围和裂缝复杂性，从而达到页岩储层增透增产改造的目的。

附图说明

[0041] 图1是本发明方法中井筒结构与压裂工具的配合示意图；

[0042] 图2是本发明方法中液氮体积压裂的示意图；

[0043] 图3是本发明方法中液氮携带小粒径固态助燃剂进入分支缝的示意图；

[0044] 图4是本发明方法中液氮携带小粒径固态阻燃剂进入分支缝的示意图；

[0045] 图5是本发明方法中小粒径固态助燃剂与阻燃剂在分支缝内交错分布的示意图；

[0046] 图6是本发明方法中液氮携带中等粒径固态助燃剂进入主裂缝的示意图；

[0047] 图7是本发明方法中液氮携带中等粒径固态阻燃剂进入主裂缝的示意图；

[0048] 图8是本发明方法中中等粒径固态助燃剂与阻燃剂在主裂缝内交错分布的示意图；

[0049] 图9是本发明方法中投放气态助燃剂的示意图；

[0050] 图10是本发明方法中多尺度燃爆压裂的示意图；

[0051] 图11是本发明方法中整体燃爆压裂效果示意图。

[0052] 图中：1、地面注入系统，2、连续油管，3、压裂工具，4、点火电极，5、页岩储层，6、井筒，7、主裂缝，8、分支缝，9、微裂缝，10、液氮，11、小粒径固态助燃剂，12、小粒径固态阻燃剂，13、中等粒径固态助燃剂，14、中等粒径固态阻燃剂，15、气态助燃剂，16、气态助燃剂‑甲烷混合物，17、复杂裂缝网络。

具体实施方式

[0053] 下面结合附图对本发明作进一步说明。

[0054] 如图1至图11所示，本发明提供了一种页岩气井助燃剂投放与甲烷原位燃爆压裂方法，具体包括以下步骤；

[0055] 步骤一：准备工作，如图1所示；

[0056] S11：根据地质和测井数据确定开采页岩储层5的压裂层段和压裂位置；

[0057] S12：使用连续油管2将压裂工具3下放工作位置，安装压裂井口、连接地面上的地面注入系统1；

[0058] 步骤二：液氮体积压裂；

[0059] 开启地面注入系统1，经连续油管2向压裂工具3停靠的工作位置泵注高压液氮，利用高压液氮冲击页岩储层5产生裂缝，同时，通过液氮10与周围页岩储层的接触使页岩储层降温，进而促使页岩储层5内部孔隙结构发生破坏，并产生包括主裂缝7、分支缝8和自支撑微裂缝9在内的多尺度裂缝，如图2所示；

[0060] 步骤三：小粒径固态助燃剂与阻燃剂投放；

[0061] S31：在液氮体积压裂形成裂缝后，通过连续油管2由压裂工具3向已生成的主裂缝7内泵注携带小粒径固态助燃剂11的液氮10，使小粒径固态助燃剂11随液氮10向主裂缝7内部扩散，如图3所示，随着液氮10的不断泵注，最终小粒径固态助燃剂11输送至主裂缝7周围的分支缝8内，完成小粒径固态助燃剂11的一次泵注；

[0062] S32：经连续油管2由压裂工具3向已生成主裂缝7内泵注携带小粒径固态阻燃剂12的液氮10，如图4所示，使小粒径固态阻燃剂12随着液氮10进入主裂缝7周围分支缝8内，并将先前泵注的小粒径固态助燃剂11向分支缝8内部推移、压实；

[0063] 步骤四：进行小粒径固态助燃剂与阻燃剂的交替泵注；

[0064] 重复步骤三，即重复进行小粒径固态助燃剂11与小粒径固态阻燃剂12的交替泵注，如图5所示，最终在分支缝8内形成小粒径助燃剂11与小粒径阻燃剂12交错分布的格局；

[0065] 步骤五：中等粒径固态助燃剂与阻燃剂投放；

[0066] S51：经连续油管2由压裂工具3向已生成的主裂缝7内泵注携带中等粒径固态助燃剂13的液氮10，如图6所示，使中等粒径固态助燃剂13随液氮10向主裂缝7内部扩散、聚集，完成中等粒径固态助燃剂13的一次泵注；

[0067] S52：经连续油管2由压裂工具3向已生成主裂缝7内泵注携带中等粒径固态阻燃剂14的液氮10，并将先前泵注的中等粒径固态助燃剂13向主裂缝7内部推移、压实，如图7所示；

[0068] 步骤六：进行中等粒径固态助燃剂与阻燃剂的交替泵注；

[0069] 重复步骤五，即重复进行中等粒径固态助燃剂13与中等粒径固态阻燃剂14的交替泵注，如图8所示，最终在主裂缝7内形成中等粒径固态助燃剂13与中等粒径固态阻燃剂14交错分布的格局；

[0070] 步骤七：液氮气化返排；

[0071] 在液氮10携带不同粒径固态助燃剂与阻燃剂进入裂缝后，因环境温度升高气化生成氮气，生成的氮气从各级裂缝中扩散到井筒6再排到地面，固态助燃剂与阻燃剂留存在各级裂缝内，使页岩储层内形成复杂多级支撑裂缝；

[0072] 步骤八：投放气态助燃剂；

[0073] 如图9所示，先经连续油管2由压裂工具3向主裂缝7内泵注少量气态助燃剂15，随后往连续油管2内泵注氮气，将连续油管2内残余气态助燃剂15全部从连续油管2和压裂工具3内顶替到裂缝内，使气态助燃剂15与主裂缝7内甲烷混合形成气态助燃剂‑甲烷混合物16；

[0074] 步骤九：多尺度燃爆压裂；

[0075] S91：在气态助燃剂15与裂缝渗透出的甲烷混合后，进行点火作业，以引爆主裂缝7内的气态助燃剂‑甲烷混合物16；通过气态助燃剂‑甲烷混合物16燃烧后产生的高温作用促使主裂缝7内中等粒径固态助燃剂13分解产生氧气，并与裂缝内甲烷混合再次燃爆，使燃爆向主裂缝7周围的分支缝8传播；

[0076] S92：通过分支缝8内燃爆产生的高压作用促使部分氧气进入到微裂缝9中，使微裂缝9内的甲烷继续发生燃爆，通过原位多级交替燃爆致裂增透的作用于页岩储层内形成复杂裂缝网络17，如图10所示；

[0077] 步骤十：完成整个井筒内多个位置的燃爆压裂作业；

[0078] 将压裂工具3移动到下一工作位置，重复进行步骤二至九，直至完成井筒6内所有工作位置的燃爆压裂作业，最终形成如图11所示的燃爆压裂作业的整体效果。

[0079] 为了能够在冲击页岩储层的过程中产生裂缝的效果更好，同时，为了能够更好的破坏内部孔隙结构，以有利于增加裂缝的复杂程度，在步骤二中，所述高压液氮的泵注压力不低于60MPa。

[0080] 为了确保具有更好的燃爆压裂效果，在步骤三中，所述小粒径固态助燃剂11和小粒径固态阻燃剂12的粒径范围为0.150～0.212mm。

[0081] 为了确保具有更好的燃爆压裂效果，在步骤五中，所述中等粒径固态助燃剂13与中等粒径固态阻燃剂14的粒径范围为0.270～0.550mm。

[0082] 作为一种优选，在步骤三中，所述小粒径固态助燃剂11为小粒径高锰酸钾，所述小粒径固态阻燃剂12为小粒径氢氧化镁；在步骤五中，所述中等粒径固态助燃剂13为中等粒径高锰酸钾，所述中等粒径固态阻燃剂14为中等粒径氢氧化镁。

[0083] 为了能在分支缝内更好的形成小粒径助燃剂与小粒径阻燃剂交错分布的格局，在步骤四中，小粒径固态助燃剂11与小粒径固态阻燃剂12重复交替泵注的次数为3～5次；为了能主裂缝内更好的形成中等粒径助燃剂与阻燃剂的交错分布的格局，在步骤六中，中等粒径固态助燃剂13与中等粒径固态阻燃剂14重复交替泵注的次数为3～5次。

[0084] 作为一种优选，在步骤八中，所述气态助燃剂15为氧气或空气。

[0085] 作为一种优选，在步骤一中，所述连续油管2内置有电缆，所述压裂工具3中内置有点火电极4，所述点火电极4通过电缆与设置在地面上的地面点火装置连接。

[0086] 作为一种优选，在步骤九中，采用电火花的方式进行点火作业。

[0087] 本发明中，利用高压液氮对页岩气储层进行体积压裂，可以利用高压液气的冲击作用产生裂缝，同时，利用液氮的降温效果对储层内部孔隙结构进行破坏，可以获得主裂缝、分支缝和自支撑微裂缝在内的多尺度裂缝。先将小粒径固态助燃剂泵注到主裂缝周围的分支缝内，再将小粒径固态阻燃剂泵注到主裂缝周围的分支缝内，能够进一步将进入到分支缝内的小粒径固态助燃剂向分支缝的前端推移、压实，通过重复进行小粒径固态助燃剂与阻燃剂的交替泵注，能在分支缝内形成小粒径固态阻燃剂和固态助燃剂相交错分布的布局。先将中等粒径固态助燃剂泵注到主裂缝内，再将中等粒径固态阻燃剂泵注到主裂缝内，能够进一步将进入到主裂缝内的中等粒径固态助燃剂向主裂缝的前端推移、压实，通过重复进行中等粒径固态助燃剂与阻燃剂的交替泵注，能在主裂缝内形成中等粒径固态阻燃剂和固态助燃剂相交错分布的布局。泵注助燃剂和阻燃剂的过程中以液氮为载体，能在泵注结束后通过环境温度的升高气化成氮气，并能通过气化返排的作用外排到地面，这样，便可以利用留存在各级裂缝内的固态助燃剂与阻燃剂使页岩储层内形成复杂多级支撑裂缝，从而能确保后续注入的气态助燃剂能够顺利的进入到裂缝中；通过气态助燃剂的泵注，能便于与裂缝中的甲烷混合形成气态助燃剂‑甲烷混合物，这样，能通过点火的方式引爆气态助燃剂‑甲烷混合物，进而能利用燃烧产生的高温促进主裂缝内的中等粒径固态助燃剂分解并产生氧气，生成的氧气会与裂缝内甲烷混合再次燃爆，并使燃爆向周围的分支缝传播。此外，在分支缝内燃爆产生的高压作用会促使部分氧气进入微裂缝，从而使微裂缝内甲烷继续发生燃爆。由于每级裂缝内的助燃剂与阻燃剂均交错的分布，这样，燃爆过程会从主裂缝到分支缝再到微裂缝逐次进行，进而主裂缝、分支缝和微裂缝内甲烷交替燃爆，能达到原位多级交替燃爆致裂增透的效果，进而能在页岩储层内形成复杂裂缝网络。

[0088] 本发明在常规的液氮体积压裂方式的基础上，进一步利用生成的多尺度裂缝为工作空间，在裂缝内充填助燃剂并与裂缝内甲烷混合后进行点火燃爆，依靠甲烷燃爆产生的高温高压冲击致裂作用压裂储层，从而能在储层内产生更加复杂和范围更为广阔的裂缝系统。采用本发明所提出的页岩储层压裂方法不仅可以解决页岩压裂存在的破岩能力差、致裂范围有限和裂缝复杂性不足等问题，还可以克服常规水力压裂方式对水资源的过度消耗，有效保护了水资源和生态环境。此外，压裂中使用的原材料方便获得，成本较低，所用的甲烷气体为页岩储层内原始待开采资源，无需制备和运输，从而降低施工成本和工作难度。综上所述，本发明所提出的方法是一项节能高效、环保而又低成本的压裂工艺，能极大提高页岩储层的致裂增产效果。

[0089] 对于页岩储层而言，常规气体体积压裂或水力压裂的主要作用是改善页岩储层的渗透性，增强甲烷从储层内流到井筒的能力。水力或气体压裂所产生的裂缝体系主要受地应力控制，裂缝一般沿着最大水平地应力方向扩展，且随着储层埋深增加，其地应力增大，产生的裂缝闭合更快，因此更不易产生复杂裂缝网络，所以增产能力有限。而本发明提出的方法将液氮体积压裂与甲烷燃爆致裂两种作业方式结合，首先利用高压液氮在目标储层内形成多尺度裂缝，然后利用裂缝内已经渗出的甲烷进行燃爆的方式对储层进行二次改造。甲烷在裂缝内燃爆时，在短时间内释放大量热量和高压气体，通过大量研究表明，燃爆压裂能够有效克服地应力对裂缝扩展方向的限制，可在原有裂缝的基础上再形成多条放射状裂缝，极大提高裂缝复杂程度。因此，采用液氮体积压裂和甲烷燃爆的联合压裂方式，能够有效克服地应力对裂缝扩展的制约，提高破岩能力，增大裂缝范围和裂缝复杂性，从而达到页岩储层增透增产改造的目的。