CN105201477B - 一种用于油页岩原位体积破碎定向造缝方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种油页岩原位体积破碎定向造缝方法，该方法解决了油页岩原位开采过程中，油页岩原生矿藏层岩石致密、渗透率低，不能为热介质进入油页岩层和裂解油(气)的产出提供足够的流动通道的问题；实现油页岩层体积破碎，在岩层中形成网络状裂缝，更有利于传热介质进入油页岩层和裂解油(气)的产出，对提高油页岩原位开采过程中能量利用率和油(气)开采效率至关重要。
Description
技术领域
本发明涉及一种高压电脉冲定向造缝方法，特别涉及一种油页岩原位体积破碎定向造缝方法。
背景技术
油页岩作为一种非常规能源，其具有储量巨大、开发难度大、资源品位低等特点。在常规油气资源逐渐走向枯竭的形式下，油页岩资源可成为常规油气的重要替代能源。因此，许多世界知名石油公司及实验室都在研究不同加热方式的油页岩原位开采技术。
然而，油页岩是渗透性极差的泥质页岩，是一种有机质未熟化、未成油的固态矿产，有机质以干酪根的形式赋存于油页岩中，这些有机质处在一个低渗、封闭的地下原位体系中。然而在各种油页岩原位开采技术中，不管是传热介质还是原位加热后形成的油(气)都需要有充足的通道才能保证其进入到开采井中。
目前，在全世界比较成熟的油(气)储层改造技术中，大多采用水力压裂、高能气体压裂、爆炸致裂的方法在岩层中造缝。采用水力压裂能够在岩层中产生较好的裂缝，但是产生的裂缝一般以一条主裂缝为主，不能形成岩层的体积破碎。高能气体压裂虽然能够形成比较均匀的裂缝网络，但是方向很难控制。爆炸压裂只能将近井地带很小范围内的岩层破碎，不能形成多裂缝体系。
此外，高压电脉冲应用在了提高煤层气透气性方面，专利“一种利用高能声电复合技术提高煤层透气性的方法”，申请号：201410511073.7，只是在单井小范围内造缝，不能够在两井甚至多口井之间形成长距离的定向贯通裂缝。而专利“一种工作面通过火成岩侵入区的方法”，申请号：201410739877.2，只是利用高压电脉冲在孔壁形成裂纹，再利用溶液与火成岩的作用来软化岩石。而专利“Method of Production Stimulation and EnhancedRecovery of Oil”NO.4084638，是利用电极间高压电脉冲的电气和物理冲击的作用来释放油层中的油(气)，提高油(气)回收率。
在进行油页岩原位开采之前，实现油页岩层体积破碎，在岩层中形成网络状裂缝，更有利于传热介质进入油页岩层和裂解油(气)的产出，对提高油页岩原位开采过程中能量利用率和油(气)开采效率至关重要。
发明内容
本发明的目的是为了解决油页岩原位开采过程中，油页岩原生矿藏层岩石致密、渗透率低，不能为热介质进入油页岩层和裂解油(气)的产出提供足够的流动通道的问题，而提供一种油页岩原位体积破碎定向造缝方法。
本发明方法分为以下步骤：
第一步，钻取不少于两口井，其中一口为压裂井，其他井为目标井，深度均达到油页岩层以下。
第二步，各井分别固井完毕后，在井的油页岩层位进行定向射孔，压裂井射孔方向指向目标井。
第三步，将产生高压电脉冲的高压电脉冲头随高压电缆放到井内的射孔位置，正负电极间距由所需脉冲波大小决定。高压电缆穿过井口封隔装置，然后与高压电脉冲发生装置连接，井口封隔装置包含高压电缆穿过密封接口和压裂液进出阀门。
第四步，用高压泵将压裂液罐中的压裂液通过井口封隔装置的压裂液进出阀门向井内注入压裂液，压裂液充满整个井筒，压裂液进出阀门与高压泵之间管道上安装单向阀，保证压裂液只能向压裂井内注入，防止压裂井内的压裂液回流以及压裂液的压力脉冲对高压泵的损坏。用高压电脉冲发生装置不断产生高压电脉冲，电能转化为压裂液的机械能，压裂液中会产生压力脉冲，安装在井口的压力表的示数随之波动。高压电脉冲在井内压裂液中产生压力脉冲，使射孔方向的裂缝不断延伸，由于高压电脉冲在压裂液中产生的脉冲压力的压力峰值高，且压力脉冲周期短，能够在极短时间内压裂油页岩，裂纹延伸方向受自然裂隙和原地应力影响小，很容易在短时间内在射孔周围或者已有裂缝附近同时产生多条裂缝，形成油页岩层的体积破碎，并且裂缝会不断向目标井延伸。随着裂缝的不断延伸，井筒内压裂液不断填充产生的新裂缝，压裂井内压裂液不足，不能很好的传递压力脉冲。此时，关闭高压电脉冲发生装置，停止产生高压电脉冲，打开高压泵，向井筒内补充压裂液。补充完毕后，启动高压电脉冲发生装置，继续产生高压电脉冲，目标井的井口压力表示数随着高压电脉冲的产生而不断跳动，直到跳动幅度稳定，说明裂缝已经将压裂井与目标井之间油页岩层贯通，压裂操作结束。
本发明的有益效果：
1、该方法能够在两口以上井之间的油页岩层产生定向裂缝，由于电脉冲产生的能量波是迅速的高能量波，当作用于油页岩时，能够在极短时间内对岩石施加巨大的力，这个力远大于岩层各向应力，因此会使岩石产生各向裂缝，形成体积破碎。而且一次脉冲产生的压裂范围有限，所以可以调整脉冲能量和次数来控制压裂的规模。
2、产生的裂缝网络通道不仅能够满足原位开采过程中传热介质的流动，增加传热介质与油页岩的接触面积，提高传热效率，还能增加干酪根裂解产生油(气)的流通通道，增加油页岩原位开采的产量。
3、相比于水力压裂所需众多大型设备，该方法使用的设备简单，包含高压电脉冲发生装置、高压电缆、高压电脉冲头、高压泵，井口封隔装置。本发明在压裂前期准备，压裂施工过程和压裂后处理等关键环节都具有明显优势，施工过程易于操作。同时能够减少压裂液的使用量，压裂成本会大大降低，更适用于油页岩层这种低品位矿藏的压裂。
4、裂缝延伸范围容易控制，油页岩一般埋藏比较浅，进行水力压裂时裂缝可能会延伸至地表，造成压裂失败，而此方法可以通过调节脉冲能量和脉冲次数来控制裂缝的延伸距离，防止裂缝延伸到其他岩层，导致在进行油页岩原位开采时产生油(气)的损失，或连通其他含水层，影响油页岩原位开采。
5、在压裂过冲中，压裂液采用清水即可满足压力波动的传递，不污染环境，减少对油页岩层的伤害。
附图说明
图1为本发明实施例的高压电脉冲定向造缝方法示意图。
图2为本发明实施例的高压电极及射孔位置示意图。
图3为本发明第二实施例的群井高压电脉冲定向造缝井位布置示意图。
具体实施方式
请参阅图1和图2所示，为本发明的第一实施例，本实施例是钻两口井,压裂井1和目标井2,两口井的深度要穿过油页岩层14。在压裂井1和目标井2中分别下放套管11，进行固井，形成固井水泥环12。对压裂井1中的油页岩层14进行射孔，压裂井射孔15的方向指向目标井2，对目标井2中的油页岩层14进行射孔，目标井射孔17的方向指向压裂井1。将高压电极13通过高压电缆4下放到压裂井1的压裂井射孔15位置，高压电缆穿过井口封隔装置5，上端与高压电脉冲发生装置3连接。压裂液罐8连接到高压泵9，高压泵9出口管路中安装一个单向阀10，单向阀保证压裂液只能向压裂井1内注入，防止压裂井1内的压裂液回流以及压裂液的压力脉冲对高压泵9的损坏，单向阀10后面与井口阀门7连接。在压裂井1井口位置安装压力表6，在目标井2井口位置安装压力表3。启动高压泵9，将压裂井1内注满压裂液。启动高压电脉冲发生装置3，在电极13处产生高压电脉冲，电能转化为压裂液的机械能，高压电脉冲会在压裂液内产生压力脉冲，此压力脉冲峰值大，持续时间短，能够在极短时间内将射孔附近或者已有裂缝尖端附近的油页岩压裂。由于这种压裂方式能够在极短时间内压裂油页岩，因此裂纹延伸方向受自然裂隙和原地应力影响小，因此产生多条裂缝，形成油页岩层的体积破碎，并且裂缝16会不断向目标井2延伸。观察压力表6和压力表3示数变化情况，若压力表3示数没有变化，而压力表6示数跳动幅度减小，说明随着裂缝16的不断延伸，压裂井1内压裂液不断填充产生的新裂缝，压裂井1内压裂液不足，不能很好的传递压力脉冲。此时，关闭高压电脉冲发生装置3，开启高压泵9，再次将压裂井1内注满压裂液。再次启动高压电脉冲发生装置3，直到压力表3压力随着高压电脉冲的产生而不断跳动，并且跳动幅度稳定，说明裂缝16已经将压裂井与目标井之间油页岩层贯通，压裂操作结束。
请参阅图1、图2和图3所示，为本发明的第二实施例，本实施例是钻四口井,压裂井1、第一目标井21,第二目标井22,第三目标井23和第四目标井24,四口井的深度要穿过油页岩层14。在压裂井1、第一目标井21、第二目标井22、第三目标井23和第四目标井24中分别下放套管11，进行固井，形成固井水泥环12。对压裂井1中的油页岩层14进行射孔，四个压裂井射孔15的方向分别指向第一目标井21、第二目标井22、第三目标井23和第四目标井24，对第一目标井21、第二目标井22、第三目标井23和第四目标井24中的油页岩层14进行射孔，目标井射孔17的方向指向压裂井1。将高压电极13通过高压电缆4下放到压裂井1的压裂井射孔15位置，高压电缆穿过井口封隔装置5，上端与高压电脉冲发生装置3连接。压裂液罐8连接到高压泵9，高压泵9出口管路中安装一个单向阀10，单向阀保证压裂液只能向压裂井1内注入，防止压裂井1内的压裂液回流以及压裂液的压力脉冲对高压泵9的损坏，单向阀10后面与井口阀门7连接。在压裂井1井口位置安装压力表6，在目标井2井口位置安装压力表3。启动高压泵9，将压裂井1内注满压裂液。启动高压电脉冲发生装置3，在电极13处产生高压电脉冲，电能转化为压裂液的机械能，高压电脉冲会在压裂液内产生压力脉冲，此压力脉冲峰值大，持续时间短，能够在极短时间内将射孔附近或者已有裂缝尖端附近的油页岩压裂。由于这种压裂方式能够在极短时间内压裂油页岩，因此裂纹延伸方向受自然裂隙和原地应力影响小，因此产生多条裂缝，形成油页岩层的体积破碎，并且裂缝16会不断向第一目标井21,第二目标井22,第三目标井23和第四目标井24延伸。观察压力表6和压力表3示数变化情况，若压力表3示数没有变化，而压力表6示数跳动幅度减小，说明随着裂缝16的不断延伸，压裂井1内压裂液不断填充产生的新裂缝，压裂井1内压裂液不足，不能很好的传递压力脉冲。此时，关闭高压电脉冲发生装置3，开启高压泵9，再次将压裂井1内注满压裂液。再次启动高压电脉冲发生装置3，直到压力表3压力随着高压电脉冲的产生而不断跳动，并且跳动幅度稳定，说明裂缝16已经将压裂井与目标井之间油页岩层贯通，压裂操作结束。
Claims (1)
1.一种油页岩原位体积破碎定向造缝方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步，钻取不少于两口井，其中一口为压裂井，其他井为目标井，深度均达到油页岩层以下；
第二步，各井分别固井完毕后，在井的油页岩层位进行定向射孔，压裂井射孔方向指向目标井；
第三步，将产生高压电脉冲的高压点脉冲头随高压电缆放到井内的射孔位置，正负电极间距由所需脉冲波大小决定；高压电缆穿过井口封隔装置，然后与高压电脉冲发生装置连接，井口封隔装置包含高压电缆穿过密封接口和压裂液进出阀门；
第四步，用高压泵将压裂液罐中的压裂液通过井口封隔装置的压裂液进出阀门向井内注入压裂液，压裂液充满整个井筒，压裂液进出阀门与高压泵之间管道上安装单向阀，保证压裂液只能向压裂井内注入；用高压电脉冲发生装置不断产生高压电脉冲，电能转化为压裂液的机械能，压裂液中会产生压力脉冲，安装在井口的压力表的示数随之波动；高压电脉冲在井内压裂液中产生压力脉冲，使射孔方向的裂缝不断延伸，短时间内在射孔周围或者已有裂缝附近同时产生多条裂缝，形成油页岩层的体积破碎，并且裂缝会不断向目标井延伸；随着裂缝的不断延伸，井筒内压裂液不断填充产生的新裂缝；关闭高压电脉冲发生装置，停止产生高压电脉冲，打开高压泵，向井筒内补充压裂液；补充完毕后，启动高压电脉冲发生装置，继续产生高压电脉冲，目标井的井口压力表示数随着高压电脉冲的产生而不断跳动，直到跳动幅度稳定，压裂操作结束。
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