CN102852508B - 页岩气井液态co2压裂工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及页岩气开采技术领域，是页岩气井液态CO₂压裂工艺。它在施工时需要配备压裂泵车、密闭混砂车、CO₂增压泵车、仪表车、压裂管汇车、CO₂槽车和CO₂储罐，所述的压裂管汇车配有压管汇和高压管汇,仪表车配有监控仪表，其特征是：按照摆放压裂设备和施工车辆、试压、前置酸处理、液态CO₂压裂施工、压后关井和压后放喷返排六个步骤进行。这种页岩气井液态CO₂压裂工艺，实现了返排快、投产周期短，对页岩气储层基本无伤害。

Description

页岩气井液态CO2压裂工艺

技术领域

本发明涉及页岩气开采技术领域，是页岩气井液态CO₂压裂工艺。 

背景技术

页岩气是指主体上以吸附或游离状态存在于暗色泥岩、高碳泥岩、页岩及粉砂质岩类夹层中的天然气。与常规天然气藏不同，页岩既是天然气生成的源岩，也是聚集和保存天然气的储层和盖层。由于具有低孔、超低渗透的特点，几乎所有的页岩气井都需进行压裂改造才能开采出来。目前页岩气井主要采用大型滑溜水压裂工艺，使用的滑溜水压裂液主要由清水、粘土稳定剂、表面活性剂、杀菌剂、降阻剂等组成，单级压裂用水量在2000方以上，对于水平井多级压裂，用水量则达到上万方。因此，对于页岩气井大型滑溜水压裂工艺，一方面需要消耗大量的水资源，同时压裂后返排的压裂液需要净化处理，对环境有潜在危害；另一方面页岩气储层含有大量的粘土矿物，特别是陆相页岩气储层，粘土矿物含量甚至超过60％，大量水进入储层后会造成粘土矿物膨胀、分散运移，导致渗透率降低、孔隙吼道堵塞，影响到最终的增产改造效果。 

发明内容

本发明的目的是提供一种页岩气井液态CO₂压裂工艺，实现了返排快、投产周期短，对页岩气储层基本无伤害。 

本发明的技术方案是页岩气井液态CO₂压裂工艺，它在施工时需 要配备压裂泵车、密闭混砂车、CO₂增压泵车、仪表车、压裂管汇车、CO₂槽车和CO₂储罐，所述的压裂管汇车配有低压管汇和高压管汇,仪表车配有监控仪表，其特征是：该工艺按照如下的步骤进行： 

步骤1，将若干CO₂槽车和CO₂储罐并联,然后依次与CO₂增压泵车、密闭混砂车、压裂泵车导通，压裂泵车与井口的喷放管线导通，仪表车与上述车辆导通监控工作状态；所有的车辆都通过压裂管汇车配备的低压管汇和高压管汇导通； 

步骤2，试压；对高压管线、井口试泵及低压供液管线试压，试压结果符合要求继续进行下面步骤； 

步骤3，预前置酸处理；采用700型水泥车或一台压裂泵车排挤酸液，浸泡射孔段，关井30分钟； 

步骤4，液态CO₂压裂施工；关井结束后，重新起泵，注入液态CO₂破裂地层、延伸裂缝，然后打开密闭混砂设备注入支撑剂；支撑剂加完后，进行顶替，直到支撑剂刚好完全进入地层，停泵； 

步骤5，压后关井；压裂施工结束后，关井2至24小时； 

步骤6，压后放喷返排，采用3毫米、5毫米以及8毫米的油嘴控制放喷速度，防止CO₂返排过快而吐砂；开井放喷初期依次采用3毫米油嘴放喷4小时、5毫米油嘴放喷2小时、8毫米放喷1小时，然后敞放，采用CO₂监测仪监测出口CO₂浓度变化并随时点火检测是否可燃，当CO₂浓度低于3.0％时，可视为返排完成；返排完成后整个CO₂压裂工艺结束。 

根据工艺需要，在步骤1和步骤2之间还可以加入预冷支撑剂步 骤，预冷支撑剂是指将支撑剂装入密闭混砂罐中，并注入液态CO₂预冷。 

根据工艺需要，在步骤2和步骤3之间还可以加入低替坐封步骤，低替坐封是指采用机械封隔油管注入，即采用低排量坐封。 

在施工过程中，采用如下压裂管柱实现： 

(1)当井深小于1000米时，采用3.5英寸油管注入； 

(2)当井深大于1000米时，采用4.5英寸或5.5英寸光套管注入；且当井深小于1500米时，使用J55纲级套管；当井深大于1500米且小于3000米时，采用N80钢级套管；当井深大于3000米时，采用P110钢级套管； 

(3)采用5.5英寸套管与2.375英寸油管或5.5英寸套管与2.875英寸油管的油套环空方式注入。 

压裂施工参数如下： 

(1)施工排量：1.0～10.0m³/min，典型排量4.0～8.0m³/min； 

(2)前置液比例：10～50％，典型比例20～30％； 

(3)支撑剂类型：石英砂或陶粒，粒径80/100目、40/70目或20/40目，主要使用40/70目支撑剂； 

(4)加砂浓度：50～500kg/m³，典型浓度100～200kg/m³。 

所述的步骤3中，预前置酸液是3.0至10.0％的HCl、0.5％的助排剂、0.3％的缓蚀剂、0.2％的铁离子稳定剂与余量为水混合配制而成，其中各比例单位均以重量计。 

所述的步骤4中，压裂液是纯液态CO₂。 

车辆设备要求如下： 

(1)压裂泵车：要求单台压裂泵车输出功率在2000HP或2000HP以上； 

(2)CO₂增压泵车：要求单台泵车排量不低于2.0m³/min； 

(3)密闭混砂车：要求耐压2.2MPa以上、容积5.0m³以上、输砂速度500kg/min以上； 

(4)压裂管汇车：要求配备低温低压、低温高压管汇。 

本发明的特点是：1、对页岩气储层基本无伤害，能最大限度地发挥压裂改造效果； 

2、返排快、投产周期短； 

3、无需配制水基压裂液，也不需处理返排液，能最大限度地降低环境污染程度，对水资源缺乏及生态环境脆弱地区有较好的现实意义。 

附图说明

图1是液态CO₂压裂施工井场布置示意图。 

具体实施方式

实施例1 

页岩气井液态CO₂压裂工艺，它在施工时需要配备压裂泵车、密闭混砂车、CO₂增压泵车、仪表车、压裂管汇车、CO₂槽车和CO₂储罐，所述的压裂管汇车配有低压管汇和高压管汇,仪表车配有监控仪表，其特征是：该方法按照如下的步骤进行： 

步骤1，将若干CO₂槽车和CO₂储罐并联,然后依次与CO₂增压泵车、 密闭混砂车、压裂泵车导通，压裂泵车与井口的喷放管线导通，仪表车与上述车辆导通监控工作状态；所有的车辆都通过压裂管汇车配备的低压管汇和高压管汇导通； 

步骤2，预冷支撑剂；将支撑剂装入密闭混砂罐中，并注入液态CO₂预冷； 

步骤3，试压；对高压管线、井口试泵及低压供液管线试压，试压结果符合要求继续进行下面步骤； 

步骤4，低替坐封；对采用机械封隔油管注入，即采用低排量坐封； 

步骤5，预前置酸处理；采用700型水泥车或一台压裂泵车排挤酸液，浸泡射孔段，关井30分钟； 

步骤6，液态CO₂压裂施工；关井结束后，重新起泵，注入液态CO₂破裂地层、延伸裂缝，然后打开密闭混砂设备注入支撑剂；支撑剂加完后，进行顶替，直到支撑剂刚好完全进入地层，停泵； 

步骤7，压后关井；压裂施工结束后，关井2至24小时； 

步骤8，压后放喷返排，采用3毫米、5毫米以及8毫米的油嘴控制放喷速度，防止CO₂返排过快而吐砂；开井放喷初期依次采用3毫米油嘴放喷4小时、5毫米油嘴放喷2小时、8毫米放喷1小时，然后敞放，采用CO₂监测仪监测出口CO₂浓度变化并随时点火检测是否可燃，当CO₂浓度低于3.0％时，可视为返排完成；返排完成后整个CO₂压裂工艺结束。 

实施例2 

以延页X井为例，目的层段深度1136至1201米，层段为长7段黑色页岩，录井气测显示明显，射孔后无产能。 

该井采用液态CO₂不加砂压裂，压裂管柱为J55钢级的5.5英寸套管。 

压裂前配置3.0至10.0％的HCl、0.5％的助排剂、0.3％的缓蚀剂、0.2％的铁离子稳定剂与余量为水混合，配制成预前置酸处理液10.0m³，以上各比例单位均以重量计。(上述原料市场均有销售) 

这里助排剂采用信号EL-11，缓蚀剂采用N-553，铁离子稳定剂采用IRON-2066A。 

压裂施工按照如下的步骤进行： 

步骤1，如图1所示，准备SS2000型压裂泵车4台、1台密闭混砂车、1台CO₂增压泵车(最大排量4m³/min)、1台仪表车、1台压管汇车、6辆CO₂槽车(容积15m³)和CO₂储罐。 

6辆CO₂槽车和CO₂储罐并联,然后依次与CO₂增压泵车、密闭混砂车、压裂泵车导通，4台压裂泵车与井口的喷放管线导通，仪表车与上述车辆导通监控工作状态；所有的车辆都通过压裂管汇车配备的低压管汇和高压管汇导通。 

步骤2，试压；对高压管线、井口试泵及低压供液管线试压，试压结果符合要求继续进行下面步骤； 

步骤3，预前置酸处理；用一台2000型压裂泵车以2.0m³/min排量注入酸液浸泡射孔段，并顶替13m³活性水后，关井30分钟； 

步骤4，液态CO₂压裂施工；冷却管线后重新起泵，以2.2至 2.8m³/min排量注入纯液态CO₂造缝并延伸裂缝，施工压力平稳，注入80m³液态CO₂后停泵； 

步骤5，压后关井；压裂施工结束后，关井12小时； 

步骤6，压后放喷返排，采用3毫米油嘴放喷6小时，换8毫米油嘴放喷2小时，然后敞放12小时后即点火可燃，火焰高度1至2m。整个压裂施工过程结束。 

实施例3 

以延页Y井为例，目的层段1370至1420米，层段为长7段黑色页岩，录井气测显示明显，射孔后无产能。 

该井采用J55钢级5.5英寸套管完井，采用液态CO₂加砂压裂。 

压裂前配制预前置酸处理液10.0m³，配方为6.0％HCl、0.5％助排剂、0.3％缓蚀剂与0.2％铁离子稳定剂，余量为水，以上各比例单位均以重量计。(上述原料市场均有销售) 

压裂施工按照如下的步骤进行： 

步骤1，准备SS2000型压裂泵车6台、1台密闭混砂泵车、1台密闭混砂车(容积5m³)、2台CO₂增压泵车(单台最大排量4m³/min)、1台仪表车、1台压管汇车、10辆CO₂槽车(单个容积15m³)和3具CO₂储罐(单个容积20m³)。 

10辆CO₂槽车和3具CO₂储罐并联,然后依次与2台CO₂增压泵车、密闭混砂车、6台压裂泵车导通，压裂泵车与井口的喷放管线导通，仪表车与上述车辆导通监控工作状态；所有的车辆都通过压裂管汇车配备的低压管汇和高压管汇导通。 

步骤2，预冷支撑剂；开始往密闭混砂装置中注入液态CO₂预冷40/70目陶粒支撑剂； 

步骤3，试压；对高压管线、井口试泵及低压供液管线试压；试压结果符合要求继续进行下面步骤； 

步骤4，预前置酸处理；用一台2000型压裂泵车以2.0m³/min排量注入酸液浸泡射孔段，并顶替16m³活性水后，关井30分钟； 

步骤5，液态CO₂压裂施工；以4.0至5.0m³/min排量注入纯液态CO₂，前置液40m³，携砂液130m³，加入支撑剂4.0m³，顶替16m³，施工过程压力平稳； 

步骤6，压后关井；压裂施工结束后，关井8小时； 

步骤7，压后放喷返排，采用3毫米油嘴放喷6小时，换8毫米油嘴放喷4小时，然后敞放24小时后即点火可燃，火焰高度3至4m。 

所述的支撑剂类型：石英砂或陶粒，粒径80/100目、40/70目或20/40目，主要使用40/70目支撑剂对上述实施例都适用。 

Claims (3)

1.页岩气井液态CO₂压裂工艺，它在施工时需要配备压裂泵车、密闭混砂车、CO₂增压泵车、仪表车、压裂管汇车、CO₂槽车和CO₂储罐，所述的压裂管汇车配有压管汇和高压管汇,仪表车配有监控仪表，其特征是：该工艺按照如下的步骤进行：

步骤1，将若干CO₂槽车和CO₂储罐并联,然后依次与CO₂增压泵车、密闭混砂车、压裂泵车导通，压裂泵车与井口的喷放管线导通，仪表车与上述车辆导通监控工作状态；所有的车辆都通过压裂管汇车配备的低压管汇和高压管汇导通；

步骤2，试压；对高压管线、井口试泵及低压供液管线试压，试压结果符合要求继续进行下面步骤；

步骤3，预前置酸处理；采用700型水泥车或一台压裂泵车排挤酸液，浸泡射孔段，关井30分钟；

步骤4，液态CO₂压裂施工；关井结束后，重新起泵，注入液态CO₂破裂地层、延伸裂缝，然后打开密闭混砂设备注入支撑剂；支撑剂加完后，进行顶替，直到支撑剂刚好完全进入地层，停泵；

步骤5，压后关井；压裂施工结束后，关井2至24小时；

步骤6，压后放喷返排，采用3毫米、5毫米以及8毫米的油嘴控制放喷速度，防止CO₂返排过快而吐砂；开井放喷初期依次采用3毫米油嘴放喷4小时、5毫米油嘴放喷2小时、8毫米放喷1小时，然后敞放，采用CO₂监测仪监测出口CO₂浓度变化并随时点火检测是否可燃，当CO₂浓度低于3.0％时，可视为返排完成；返排完成后整个CO₂压裂工艺结束；

在施工过程中，采用如下压裂管柱实现：

(1)当井深小于1000米时，采用3.5英寸油管注入；

(2)当井深大于1000米时，采用4.5英寸或5.5英寸光套管注入；且当井深小于1500米时，使用J55纲级套管；当井深大于1500米且小于3000米时，采用N80钢级套管；当井深大于3000米时，采用P110钢级套管；

(3)采用5.5英寸套管与2.375英寸油管或5.5英寸套管与2.875英寸油管的油套环空方式注入；

压裂施工参数如下：

(1)施工排量：4.0～8.0m³/min；

(2)前置液比例：20～30％；

(3)支撑剂类型：石英砂或陶粒，粒径为40/70目支撑剂；

(4)加砂浓度：100～200kg/m³；

在步骤1和步骤2之间还加入预冷支撑剂步骤，预冷支撑剂是指将支撑剂装入密闭混砂罐中，并注入液态CO₂预冷；

在步骤2和步骤3之间还加入低替坐封步骤，低替坐封是指采用机械封隔油管注入，即采用低排量坐封；

所述的步骤3中，预前置酸液是3.0至10.0％的HCl、0.5％的助排剂、0.3％的缓蚀剂、0.2％的铁离子稳定剂与余量为水混合配制而成，其中各比例单位均以重量计。

2.根据权利要求1中所述的页岩气井液态CO₂压裂工艺，其特征是：所述的步骤1中，压裂液是纯液态CO₂。

3.根据权利要求1中所述的页岩气井液态CO₂压裂工艺，其特征是：车辆设备要求如下：

(1)压裂泵车：要求单台压裂泵车输出功率在2000HP或2000HP以上；

(2)CO₂增压泵车：要求单台泵车排量不低于2.0m³/min；

(3)密闭混砂车：要求耐压2.2MPa以上、容积5.0m³以上、输砂速度500kg/min以上；

(4)压裂管汇车：要求配备低温低压、低温高压管汇。