一種針對頁巖的壓裂造縫的技術和方法
【專利摘要】本發明涉及一種針對頁巖的壓裂造縫的技術和方法，包括以下步驟：步驟一：地面上設有頁巖井和泵組，頁巖井包括井筒、井壁、井底和水平井段，井壁的外側為上覆巖層和目的層，頁巖井中設有輸送管線，輸送管線的另一端連接有封隔器，且水平井段的外壁上設有射孔孔道；步驟二：地面上設有微波發生裝置，頁巖井設有微波傳輸線路，且傳輸線路外側設有管柱，微波傳輸線路一端連接有微波接受裝置；步驟三：地面上設有泵組，頁巖井中設有輸送管線，輸送管線上設有投球滑套結構。本發明解決了壓裂過程中壓裂液成本巨大的問題，同時利用微波加熱并結合液氮冷卻的方法解決了生產壓差過小導致井眼附近液相揮發速度較慢造成水鎖堵塞滲流通道的問題。
【專利說明】
一種針對頁巖的壓裂造縫的技術和方法
技術領域
[0001]本發明涉及石油勘探開發領域領域，特別涉及一種針對頁巖的壓裂造縫的技術和方法。
【背景技術】
[0002]隨著能源行業的發展，石油越來越顯現出重要的作用，常規石油的開采已經無法滿足我們工業發展以及生活的需要，因此，非常規油氣的開采越來越受到重視，尤其是頁巖氣的開采更是受到了前所未有的重視。但是，頁巖底層的滲透率極低，通常是微一納米級孔隙，開采必須通過大型人工儲層造縫(網)才能形成工業生產能力。所以，有效的形成裂縫網絡是頁巖氣開采的關鍵技術。
[0003]國外，特別是美國，在頁巖氣開發方面運用水平井技術、多段壓裂技術、微地震技術以及成功有效的完井技術等較為先進的技術，這些技術使得美國成功的開采了頁巖。
[0004]由于頁巖氣藏的超低滲透率和低孔隙度等特點，頁巖氣水平井需經過多級大規模水力壓裂處理〃才能保證頁巖氣藏經濟生產。國外常用的水力壓裂技術包括泡沫壓裂、多級壓裂、清水壓裂、水力噴射壓裂、重復壓裂、同步壓裂。
[0005]N2泡沫壓裂技術適用于低壓、低滲透水敏儲層壓裂作業，可以減輕壓裂液對地層的傷害，且返排效果好。多級壓裂是利用封堵球或限流技術分隔儲層不同層位進行分段壓裂的技術，是頁巖氣水力壓裂的主要技術。清水壓裂技術采用清水添加適當的減阻劑、黏土穩定劑和表面活性劑等作為壓裂液，可以改善頁巖氣層的滲透率，提高導流性，減小地層損害，該技術適用于致密儲層，也是美國頁巖氣井最主要的增產措施。水力噴射壓裂是用高速和高壓流體攜帶砂體進行射孔打開地層與井筒之間的通道后，提高流體排量，從而在地層中打開裂縫的水力壓裂技術，適用于發育較多的天然裂縫的頁巖儲層。重復壓裂就是在老井中再次進行水力壓裂，直井中的重復壓裂可以在原生產層再次射孔，注入的壓裂液體積至少比其最初的水力壓裂多出25%，可使采收率增加30-80%，水平井的重復壓裂必須設法隔離初始壓裂層位，新的壓裂層位必須是未壓裂過的區域。同步壓裂指對2 口或2 口以上的配對井同時進行壓裂，以促使水力裂縫擴展過程中相互作用，對相鄰且平行的水平井交互作業，增加改造體積，同步壓裂的目的是用更大的壓力和更復雜的網絡裂縫壓裂泥頁巖，從而提尚初始廣量和米收率。
[0006]我國頁巖氣儲層埋藏深，如四川盆地的頁巖氣層埋深在2000-3000m，而美國的頁巖氣層深度在800-2600m，對開發技術提出了更高要求。業界認為開發頁巖氣所采用的技術與裝備，與常規天然氣開采并無大的區別，其中水平鉆井與壓裂增產等關鍵核心技術已在我國常規油氣開采中成功應用，而且國內在鉆機、栗組、井下設備等裝備制造方面也已有較強的技術、生產和配套能力，但成熟度和適用能力還遠遠跟不上需要。栗組的改善或者對其依賴度的降低都有可以將國內的壓裂技術提升。同時，在壓裂過程中，需要大量的甚至上萬方的壓裂液，壓裂液的價格很昂貴，直接影響到我們開采頁巖氣的成本問題;其次，工作液抑制能力不足造成儲層黏土水化膨脹，工作液侵入、工作液殘留、工作流體添加劑殘留、工作液生成生物被膜阻礙氣體流動，生產壓差過小導致井眼附近液相揮發速度較慢造成水鎖堵塞滲流通道。
[0007]為此，我們提出一種針對頁巖的壓裂造縫的技術和方法來解決上述問題。
【發明內容】
[0008]本發明的目的是為了解決【背景技術】而提出的一種針對頁巖的壓裂造縫的技術和方法。
[0009]為了實現上述目的，本發明采用了如下技術方案:
[0010]一種針對頁巖的壓裂造縫的技術和方法，包括以下步驟:
[0011 ]步驟一:地面上設有頁巖井和栗組，頁巖井包括井筒、井壁、井底和水平井段，所述井壁的外側為上覆巖層和目的層，所述目的層位于上覆巖層的下側，且水平井段中位于目的層中，所述頁巖井中設有輸送管線，所述輸送管線的一端連接在栗組上，且輸送管線的另一端連接有封隔器，所述封隔器設置在水平井段中，且水平井段的外壁上設有射孔孔道；
[0012]步驟二:地面上設有微波發生裝置，所述頁巖井設有微波傳輸線路，且傳輸線路外側設有管柱，所述微波傳輸線路的一端連接在微波發生裝置上，且微波傳輸線路的另一端連接有微波接受裝置，所述微波接受裝置位于水平井段中；
[0013]步驟三:地面上設有栗組，所述頁巖井中設有輸送管線，所述輸送管線的一端連接在栗組上，且位于水平井段的輸送管線上設有5個投球滑套結構。
[0014]在上述技術方案的基礎上，可以有以下進一步的技術方案:
[0015]步驟一中所述的栗組可以提供較高的栗壓，能夠將微波高溫加熱發熱材料以及之后的液氮栗入地層，可選用S&S公司的NT-1201-DF栗，功率為1103.25kW，最高工作壓力70.0MPa，最大排量862.24L/min。所述的微波高溫加熱發熱材料是將MoSi2和其它的微波強吸收材料相互復合而制備獲得，MoSi2的使用形式包括粉狀、漿料狀或板塊狀，與之相互復合的其它微波強吸收材料是SiC、AlN、C、Cu0、Fe304中的一種或一種以上的混合物。
[0016]步驟一中所述的輸送管線具有耐高壓高溫的特點，選用耐高溫高壓的鉆柱；同時，出口斷是含有眾多孔道的管柱。
[0017]步驟一中所述的射孔孔道是在鉆水平井之后完成的，要求是射開一些裂縫，能夠使微波高溫加熱發熱材料順利進入目的層。
[0018]步驟一中所述的栗組和微波高溫加熱發熱材料輸送管線相連接，將輸送管線送入水平井段之后，封隔器坐封;將微波高溫加熱發熱材料通過栗組，經輸送管線壓入射孔孔道和目的層。
[0019]步驟二中所述的微波傳輸線路應該具有遠距離傳輸能力，而且微波的損失很小，可以有效的輸送微波至微波接收裝置，且微波接受裝置可以高效接收微波，同時加熱底層較為均勻。
[0020]步驟二中所述的管柱具有耐高溫而且耐高壓的特性，同時應該具有對微波沒有干擾的效果。
[0021]步驟三中所述的輸送管線為液氮輸送管線，液氮輸送管線應具有耐高壓和耐低溫特點，可選用逐級坐封壓裂管柱，所述的液氮輸送管線送入水平井段，再將所述的地面栗組和液氮輸送管線連接；啟動栗組，液氮經栗組、液氮輸送管道進入水平井段，經投球滑套結構對目的層分段進行冷卻。
[0022]本發明通過一種全新的頁巖壓裂造縫的技術和方法解決了壓裂過程中壓裂液成本巨大的問題，同時利用微波加熱并結合液氮冷卻的方法解決了工作液抑制能力不足造成儲層黏土水化膨脹，工作液侵入、工作液殘留、工作流體添加劑殘留、工作液生成物阻礙氣體流動，生產壓差過小導致井眼附近液相揮發速度較慢造成水鎖堵塞滲流通道的問題。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發明提出的一種針對頁巖的壓裂造縫的技術和方法的注入微波高溫加熱發熱材料示意圖；
[0024]圖2是本發明提出的一種針對頁巖的壓裂造縫的技術和方法的微波加熱裝置示意圖；
[0025]圖3是本發明提出的一種針對頁巖的壓裂造縫的技術和方法的液氮冷卻裝置示意圖。
[0026]I栗組、2地面、3輸送管線、4井筒、5井壁、6上覆巖層、7井底、8封隔器、9射孔孔道、10目的層、11水平井段、12微波發生裝置、13微波傳輸線路、14管柱、15微波接受裝置、16投球滑套結構。
【具體實施方式】
[0027]下面結合具體實施例來對本發明進一步說明。
[0028]參照圖1-3，一種針對頁巖的壓裂造縫的技術和方法，包括以下步驟:
[0029]步驟一:地面2上設有頁巖井和栗組I，栗組I可以提供較高的栗壓，能夠將微波高溫加熱發熱材料以及之后的液氮栗入地層，可選用S&S公司的NT-1201-DF栗，功率為1103.25kW，最高工作壓力70.0MPa，最大排量862.24L/min。的微波高溫加熱發熱材料是將MoSi2和其它的微波強吸收材料相互復合而制備獲得，MoSi2的使用形式包括粉狀、漿料狀或板塊狀，與之相互復合的其它微波強吸收材料是SiC、AlN、C、Cu0、Fe304中的一種或一種以上的混合物，頁巖井包括井筒4、井壁5、井底7和水平井段11，井壁5的外側為上覆巖層6和目的層10，目的層10位于上覆巖層6的下側，且水平井段11中位于目的層10中，頁巖井中設有輸送管線3，輸送管線3具有耐高壓高溫的特點，可選用耐高溫高壓的鉆柱；同時，出口斷是含有眾多孔道的管柱14，輸送管線3的一端連接在栗組I上，且輸送管線3的另一端連接有封隔器8，封隔器8設置在水平井段11中，且水平井段11的外壁上設有射孔孔道9，射孔孔道9是在鉆水平井之后完成的，要求是射開一些裂縫，能夠使微波高溫加熱發熱材料順利進入目的層；
[0030]步驟二:地面2上設有微波發生裝置12，頁巖井設有微波傳輸線路13，且傳輸線路13外側設有管柱14，管柱14具有耐高溫而且耐高壓的特性，同時應該具有對微波沒有干擾的效果，微波傳輸線路13的一端連接在微波發生裝置12上，且微波傳輸線路13的另一端連接有微波接受裝置15，微波接受裝置15位于水平井段11中，微波傳輸線路13應該具有遠距離傳輸能力，而且微波的損失很小，可以有效的輸送微波至微波接收裝置15，且微波接受裝置15可以高效接收微波，同時加熱底層較為均勻；
[0031]步驟三:地面2上設有栗組I，頁巖井中設有輸送管線3，輸送管線3為液氮輸送管線3，液氮輸送管線3的一端連接在栗組I上，且位于水平井段11的液氮輸送管線3上設有5個投球滑套結構16，液氮輸送管線3送入水平井段11，再將的地面栗組I和液氮輸送管線3連接；啟動栗組I，液氮經栗組1、液氮輸送管道3進入水平井段11，經投球滑套結構16對目的層10分段進行冷卻。
[0032]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種針對頁巖的壓裂造縫的技術和方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一:地面(2)上設有頁巖井和栗組(I)，頁巖井包括井筒(4)、井壁(5)、井底(7)和水平井段(11)，所述井壁(5)的外側為上覆巖層(6)和目的層(10)，所述目的層(10)位于上覆巖層(6)的下側，且水平井段(11)中位于目的層(10)中，所述頁巖井中設有輸送管線(3)，所述輸送管線(3)的一端連接在栗組(I)上，且輸送管線(3)的另一端連接有封隔器(8)，所述封隔器(8)設置在水平井段(11)中，且水平井段(11)的外壁上設有射孔孔道(9); 步驟二:地面(2)上設有微波發生裝置(12)，所述頁巖井中設有微波傳輸線路(13)，且傳輸線路(13)外側設有管柱(14)，所述微波傳輸線路(13)的一端連接在微波發生裝置(12)上，且微波傳輸線路(13)的另一端連接有微波接受裝置(15)，所述微波接受裝置(15)位于水平井段(11)中； 步驟三:地面(2)上設有栗組(I)，所述頁巖井中設有輸送管線(3)，所述輸送管線(3)的一端連接在栗組(I)上，且位于水平井段(11)的輸送管線(3)上設有投球滑套結構(16)。2.根據權利要求1所述的一種針對頁巖的壓裂造縫的技術和方法，其特征在于:步驟一中所述的栗組(I)可以提供較高的栗壓，能夠將微波高溫加熱發熱材料以及之后的液氮栗入地層，可選用S&S公司的NT-1201-DF栗，功率為1103.25kW，最高工作壓力70.0MPa，最大排量862.24L/min。所述的微波高溫加熱發熱材料是將MoSi2和其它的微波強吸收材料相互復合而制備獲得，MoSi2的使用形式包括粉狀、漿料狀或板塊狀，與之相互復合的其它微波強吸收材料是SiC、AlN、C、Cu0、Fe304中的一種或一種以上的混合物。3.根據權利要求1所述的一種針對頁巖的壓裂造縫的技術和方法，其特征在于:步驟一中所述的輸送管線(3)具有耐高壓高溫的特點，選用耐高溫高壓的鉆柱；同時，出口斷是含有眾多孔道的管柱(14)。4.根據權利要求1所述的一種針對頁巖的壓裂造縫的技術和方法，其特征在于:步驟一中所述的射孔孔道(9)是在鉆水平井之后完成的，要求是射開一些裂縫，能夠使微波高溫加熱發熱材料順利進入目的層(10)。5.根據權利要求1所述的一種針對頁巖的壓裂造縫的技術和方法，其特征在于:步驟一中所述的栗組(I)和微波高溫加熱發熱材料輸送管線(3)相連接，將輸送管線(3)送入水平井段(11)之后，封隔器(8)坐封;將微波高溫加熱發熱材料通過栗組(I)，經輸送管線(3)壓入射孔孔道(9)和目的層(10)。6.根據權利要求1所述的一種針對頁巖的壓裂造縫的技術和方法，其特征在于:步驟二中所述的微波傳輸線路(13)應該具有遠距離傳輸能力，而且微波的損失很小，可以有效的輸送微波至微波接收裝置(15)，且微波接受裝置(15)可以高效接收微波，同時加熱底層較為均勻。7.根據權利要求1所述的一種針對頁巖的壓裂造縫的技術和方法，其特征在于:步驟二中所述的管柱(14)具有耐高溫而且耐高壓的特性，同時應該具有對微波沒有干擾的效果。8.根據權利要求1所述的一種針對頁巖的壓裂造縫的技術和方法，其特征在于:步驟三中所述的輸送管線(3)為液氮輸送管線(3)，液氮輸送管線(3)應具有耐高壓和耐低溫特點，可選用逐級坐封壓裂管柱，所述的液氮輸送管線(3)送入水平井段(11)，再將所述的地面栗組(I)和液氮輸送管線(3)連接；啟動栗組(I)，液氮經栗組(I)、液氮輸送管道(3)進入水平井段(11)，經投球滑套結構(16)對目的層(10)分段進行冷卻。
【文檔編號】E21B43/26GK105822275SQ201610015847
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年1月12日
【發明人】孫致學, 姚軍, 李彥超, 孫海, 楊永飛, 樊冬艷, 聶海峰, 劉繼芹, 曾青冬, 蔡明玉, 黃勇, 徐楊, 孫強, 張明明, 呂抒桓, 董云振, 劉熙遠
【申請人】中國石油大學(華東)