CN105221129B - 一种水压爆破启裂‑co2携支撑剂压裂的储层增透方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水压爆破启裂‑CO₂携支撑剂压裂的储层增透方法，包括装药、注水封孔、水压爆破和超临界或液态CO₂压裂步骤；其中，在装药步骤前，还包括钻井和固井，以利用生产套管形成钻井；必要时，在表层套管和生产套管之间设置至少一层技术套管；在压裂步骤前，还包括利用混砂泵，将陶粒支撑剂与超临界或液态CO₂按设定配比充分混合，并加入必要的添加剂，形成备用的压裂液；在压裂步骤中，还包括采用微地震监测仪进行裂缝延伸的实时监测，以准确监测裂缝的影响范围。本发明的有益效果是，充分利用两种增透方法的优势，有效改善低渗透性油气储层的渗透特性，大幅度提高油气产量，延长油气井寿命，且安全有效、绿色环保。

Description

一种水压爆破启裂-CO2携支撑剂压裂的储层增透方法

技术领域

本发明涉及一种油气储层增透方法，尤其是一种水压爆破启裂-CO₂携支撑剂压裂的储层增透方法。

背景技术

储层的渗透性是评价储层优劣的主要指标，也是油气开采领域重点研究的课题之一。尤其是低渗透性油气储层，以其储量巨大、分布相对集中、开发潜力巨大而倍受油气工程技术人员瞩目。由于低渗透性油气储层渗透性极低，油气难以自发渗流至井底，勘探开发难度大，资源采出率低，因此必须采取有效措施对低渗透性油气储层实施增透作业。

水力压裂作为一种储层增透技术，广泛应用于油气井增产。通过钻孔向油气储层注入压裂液促使水力劈裂储层，以形成较高导流能力的人工裂缝并进一步在水力作用下扩展、延伸，最终在油气田内形成导流能力稳定的人工裂缝网络。为确保增透效果，通常在裂缝中填入支撑剂以防裂缝闭合，从而有效地提高油气储层裂缝的导流能力。但水力压裂启裂时压力较高，仪器设备耗损严重，水基压裂液体系极易造成水敏，对地层伤害大，影响增透效果，并有可能污染地下水。

爆破压裂是在水压爆破的基础上发展起来的。爆破压裂是利用炸药产生的强烈爆轰波和大量高温高压气体作用于围岩，对形成初始径向裂缝起先导作用，促使围岩在爆轰波和水的综合作用下启裂。水压爆破是一种新型爆破方法，是将炸药置于有限的承压水域内，爆炸时利用水作为介质传递爆轰波。由于水的不可压缩性和高效传递，能使爆轰压力更有效地作用于围岩，使后续压裂作业更顺畅，因此，爆破压裂具有很好的应用前景。

低渗透性油气储层的增透既要求成功启裂并尽可能产生较多裂缝，又要求扩展延伸能达到预定影响范围。常规增透方法虽然能对增透的部分环节起到一定作用，但仍无法达到理想的增透效果。因此有必要取长补短，提供一种工艺优良、安全有效、绿色环保的增透方法。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种水压爆破启裂-CO₂携支撑剂压裂的储层增透方法。该方法将水压爆破和超临界或液态CO₂压裂增透方法相结合，以充分利用两种增透方法的优势，有效提高低渗透性油气储层裂缝的导流能力，大幅度提高油气产量，延长油气井寿命。其工艺优良、安全有效、绿色环保，且增透效果好。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种水压爆破启裂-CO₂携支撑剂压裂的储层增透方法，包括以下步骤：

第一步，装药：将雷管和乳化炸药依次送至钻井的设定深度位置，并将雷管引线接至地面；

第二步，注水封孔：向钻井内注水至爆破要求水压，并对井口进行封闭；

第三步，水压爆破：引爆雷管，利用雷管引爆乳化炸药进行水压爆破，以在爆轰压力作用下，使钻井周边产生径向裂缝；

第四步，压裂：向钻井内注入已混有支撑剂的超临界或液态CO2压裂液，以使爆破产生的裂缝进一步扩展、延伸，并由支撑剂充填裂缝，保持裂缝开度；持续压裂直到裂缝延伸至预定影响范围后停止压裂作业。

采用前述技术方案的本发明，其关键是利用水压爆破启裂的多裂缝和流体携支撑剂无水压裂的裂缝延伸优势。即先通过水压爆破，在钻孔周边沿径向产生大量放射状爆生裂缝，然后用超临界或液态CO₂作压裂液携带支撑剂，将爆 生裂缝进一步压裂扩展，并利用压裂液内的支撑剂支撑裂缝，直至扩展到预定影响范围。其增透效果更明显，裂缝导流能力更稳定，可大幅度提高油气产量，延长油气井寿命。水爆在高水压条件下进行，既减少了炸药量，又能形成较多初始裂缝。同时，也会使部分钻孔周围的岩体崩落、剥离于围岩，从而有效支撑裂缝，维持裂缝的导流能力，有助于压裂液顺利进入并进一步扩展和延伸裂缝；而超临界或液态CO₂作无水压裂，清理迅速，对地层的伤害较小，并有助于解决CO₂的永久埋存，且水压爆破后钻井内的残余水不需返排，而作为压裂液的前导液，是一种环保、高效的低渗透性油气储层增透方法。

优选的，在所述装药步骤前，还包括钻井和固井，其中：

钻井：用钻机从地面向储层钻孔至设定深度后，下入表层套管，用水泥砂浆充填套管与井壁之间的间隙，直至水泥砂浆返至地面，并建立井口；

固井：将钻机的钻头更换为直径小于表层套管内径的钻头，继续下钻至设计层位，下入生产套管，用水泥砂浆充填生产套管外周间隙，直至水泥砂浆返至地面，并养护72h以上，以利用生产套管形成所述钻井。

从而形成良好的爆破、压裂钻井和井口结构，确保爆破、压裂过程中井口结构牢固可靠，且爆破效果好，同时，便于爆破、压裂操控。其中，钻井深度是根据具体地质条件确定，如钻至表土层以下的基岩，或钻进岩石层具体深度。

进一步优选的，在所述生产套管设置前，还包括在表层套管内，由大到小依次设置至少一层技术套管。以适应钻井深度较深或复杂地质条件的要求，并根据具体深度和地质条件设置一层或一层以上的多层，进一步确保井口部的牢固性和爆破效果。

更进一步优选的，所述技术套管设置包括，更换直径小于紧邻的表层套管或技术套管内径的钻头，置入本层技术套管，并用水泥砂浆充填本层技术套管外 周间隙，直至水泥砂浆返至地面。以进一步确保钻进的牢固度和管壁密封严实。

再进一步优选的，所述技术套管外周间隙由技术套管与钻孔之间的间隙，以及技术套管与表层套管或紧邻的外层技术套管之间的间隙组成。以进一步确保钻进的牢固度和管壁密封的严实性。

更进一步优选的，在所述生产套管设置步骤中，所述更换的钻头直径小于紧邻层技术套管的内径；所述生产套管外周间隙由生产套管与钻孔内壁之间的间隙，以及生产套管与紧邻层的表层套管或技术套管之间的间隙组成。以进一步确保钻进的牢固度和生产套管管壁密封的严实性。

优选的，所述压裂步骤前，还包括在压裂液内混砂：利用混砂泵，将陶粒支撑剂与超临界或液态CO₂按设定配比充分混合，并加入添加剂，形成备用的压裂液。

优选的，在所述压裂步骤中，还包括采用微地震监测仪进行裂缝延伸的实时监测，以准确监测裂缝的影响范围。

本发明的有益效果是：

(1)在低渗透油气储层进行水压爆破启裂和CO2携支撑剂压裂，优化了启裂-扩展工艺，将水压爆破启裂、超临界或液态CO₂压裂扩展有机结合，充分发挥水爆高效启裂的显著优点，使增透效果更明显，从而大幅度提高油气产量，延长油气井寿命。

(2)水压爆破在高水压条件下进行，即减少了炸药量，又使爆炸冲击波传递更有效，有助于钻孔沿径向产生大量放射状爆生裂缝，同时也会使部分钻孔周围的岩体崩落、剥离于围岩，可有效支撑裂缝，维持裂缝的导流能力。

(3)用超临界或液态CO₂作无水压裂，减少了对地层的损害，清理迅速，且大量节约水资源。并有助于解决CO₂的永久埋存，且水压爆破后钻井内的残 余水不需返排，而作为压裂液的前导液，是一种环保、高效的低渗透性油气储层增透方法。

附图说明

图1是本发明方法中钻井的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1，参见图1，一种水压爆破启裂-CO₂携支撑剂压裂的储层增透方法，应用于如下煤层气储层，其倾角14°，平均厚度5m，渗透率分布在0.001～2.398×10^-3μm²之间，平均值0.43×10^-3μm²。采用地面钻井抽采煤层气，设计井型为垂直井井型。采用二开的井身结构方案，具体按以下步骤实施。

一开采用φ311.1mm钻头，钻穿基岩风化带20米后，下入φ244.5mm表层套管4，在表层套管4与φ311.1mm的钻孔之间注入水泥砂浆7，待水泥砂浆7返升至地表面，以封固地表疏松层、砾石层，并建立井口。

二开采用φ215.9mm钻头，钻至煤层底板完钻，下入φ139.7mm生产套管5，在生产套管5管壁外周灌注水泥砂浆7封固至地面，以在生产套管5与φ215.9mm的钻孔孔壁间，以及表层套管4内壁之间充满水泥砂浆7，以形成对井身的加固；养护72h以上，以利用生产套管5形成钻井2。

把雷管和乳化炸药1装填在钻井2内，并依次送至钻井2底部，再将雷管引线3接至地面。打开换向阀8，将生产套管5与高压水管9接通，以向钻井2内注水，在钻井2内水压达到设定压力后，关闭换向阀8以形成钻井2的密封。

通过雷管引线3引爆雷管，并由雷管引爆乳化炸药1进行水压爆破，在爆轰压力作用下，钻井2周边径向产生大量爆生裂缝。

打开换向阀8，将生产套管5与压裂液管10接通，注入已混好的压裂液进行压裂，以形成爆生裂缝的扩展、延伸，同时，支撑剂被带入裂缝内；在液态CO₂的持续压裂过程中，用微地震监测仪实时监测爆生裂缝的扩展、延伸实况；在延伸达到设定范围的预期效果后停止压裂，从而有效地提高了煤层气储层的渗透性。其中，在压裂液管10的液态或超临界CO₂的供给路径上设有混砂泵，以由混砂泵将陶粒支撑剂和如交联剂等必要添加剂与超临界或液态CO₂充分混合，以形成携支撑剂的液态或超临界CO₂的压裂液。

实施例2，参见图1，一种水压爆破启裂-CO₂携支撑剂压裂的储层增透方法，应用于如下页岩气藏目的层，采用地面钻井抽采页岩气。选用“牙轮钻头+螺杆”复合钻井技术，设计“三个开次”的井身结构方案，具体按以下步骤实施。

一开采用φ444.5mm钻头，钻进200m，下φ339.7mm表层套管4，采用如实施例1所述的水泥砂浆填充法的内插法固井工艺，使水泥砂浆7返至地面，建立井口。

二开采用φ311.1mm钻头，钻至页岩气层，下φ244.5mm技术套管6，水泥砂浆7返至地面。

三开采用φ215.9mm钻头，进行页岩气储层钻井作业，下入φ139.7mm生产套管5，水泥砂浆7返至地面，并养护72h以上，以利用生产套管5形成钻井2。将雷管和乳化炸药1按次序送入钻井2井底，装药量200g，并将雷管引线3接至地面。通过换向阀8接通生产套管5和高压水管9，向钻井2注水，水压达到设定值后，关闭换向阀8，通过生产套管5密封钻井2。

引爆雷管，并由雷管引爆乳化炸药1进行水压爆破，使钻孔2周边径向产生大量爆生裂缝。

打开换向阀8，将生产套管5与压裂液管10接通，注入已混好的压裂液进 行压裂，以形成爆生裂缝的扩展、延伸，同时，支撑剂被带入裂缝内；在液态CO₂的持续压裂过程中，用微地震监测仪实时监测爆生裂缝的扩展、延伸实况；在延伸达到设定范围的预期效果后停止压裂，完井后投入生产。其中，在压裂液管10的液态或超临界CO₂的供给路径上设有混砂泵，以由混砂泵将陶粒支撑剂和如交联剂等必要添加剂与超临界或液态CO₂充分混合，以形成携支撑剂的液态或超临界CO₂的压裂液。

在前述实施例中，技术套管6还可以是两层及以上的多层，相邻两层技术套管6的内层直径小于外层。

实施例3，参见图1，一种水压爆破启裂-CO₂携支撑剂压裂的储层增透方法，应用于如下原油储层，该油层为低孔、低渗储层，其常规岩心分析孔隙度为7.5％～12.9％，平均为9.54％，渗透率为0.0667×10^-3μm²～1.47×10^-3μm²，平均为0.486×10^-3μm²；压汞分析测得孔隙度为8.3％～13.9％，平均为11.24％，渗透率为0.112×10^-3μm²～7.96×10^-3μm²，平均为0.954×10^-3μm²。设计井深2060m，井身结构设计两开次方案，具体按以下步骤实施。

一开采用φ311.2mm钻头，钻进81m，下φ244.5mm表层套管4，水泥砂浆7返至地面，建立井口。

二开采用φ215.9mm钻头，钻至设计井深，下φ139.7mm生产套管5，水泥砂浆7返至地面，并养护72h以上，以利用生产套管5形成钻井2。将雷管和乳化炸药7按次序送入钻井2井底，装药量250g，并将雷管引线3接至地面。

操作换向阀8，将生产套管5和高压水管9接通，向钻孔2内注入高压水，水压达到设定值后，关闭换向阀8，通过生产套管5密封钻井2。

引爆雷管，并由雷管引爆乳化炸药1进行水压爆破，使钻孔2周边径向产生大量爆生裂缝。

打开换向阀8，将生产套管5与压裂液管10接通，注入已混好的压裂液进行压裂，以形成爆生裂缝的扩展、延伸，同时，支撑剂被带入裂缝内；在液态CO₂的持续压裂过程中，用微地震监测仪实时监测爆生裂缝的扩展、延伸实况；在延伸达到设定范围的预期效果后停止压裂，完井后投入生产。其中，在压裂液管10的液态或超临界CO₂的供给路径上设有混砂泵，以由混砂泵将支撑剂和如交联剂等必要添加剂与超临界或液态CO₂充分混合，以形成携支撑剂的液态或超临界CO₂的压裂液。

以上虽然结合了附图描述了本发明的实施方式，但本领域的普通技术人员也可以意识到对所附权利要求的范围内作出各种变化或修改，这些修改和变化应理解为是在本发明的范围和意图之内的。

Claims (6)

1.一种水压爆破启裂-CO₂携支撑剂压裂的储层增透方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，钻井：用钻机从地面向储层钻孔至设定深度后，下入表层套管（4），用水泥砂浆（7）充填套管与井壁之间的间隙，直至水泥砂浆（7）返至地面，并建立井口；

第二步，固井：

第一小步，将钻机的钻头更换为直径小于表层套管（4）内径的钻头，继续下钻至设计层位；

第二小步，设置技术套管（6），下入技术套管（6），用水泥砂浆（7）充填技术套管（6）外周间隙，直至水泥砂浆（7）返至地面，更换直径小于技术套管（6）内径的钻头，继续下钻至设计层位；执行第三小步或第四小步；

第三小步，增设技术套管（6），置入本层技术套管（6），并用水泥砂浆（7）充填本层技术套管（6）外周间隙，直至水泥砂浆（7）返至地面；更换直径小于本层技术套管（6）内径的钻头，继续下钻至设计层位；重复本步骤或执行第四小步；

第四小步，下生产套管（5）：下入生产套管（5），用水泥砂浆（7）充填生产套管（5）外周间隙，直至水泥砂浆（7）返至地面，并养护72h以上，以利用生产套管（5）形成所述钻井（2）；

第三步，装药：将雷管和乳化炸药（1）依次送至钻井（2）设定深度位置，并将雷管引线（3）接至地面；

第四步，注水封孔：向钻井（2）内注水至爆破要求水压，并对井口进行封闭；

第五步，水压爆破：引爆雷管，利用雷管引爆乳化炸药（1）进行水压爆破，以在爆轰压力作用下，使钻井（2）周边沿产生径向裂缝；

第六步，压裂：向钻井（2）内注入已混有支撑剂的超临界或液态CO₂压裂液，以使爆破产生的裂缝进一步扩展、延伸，并由支撑剂充填裂缝，保持裂缝开度；持续压裂直到裂缝延伸至预定影响范围后停止压裂作业。

2.根据权利要求1所述的水压爆破启裂-CO₂携支撑剂压裂的储层增透方法，其特征在于，所述技术套管（6）外周间隙由技术套管（6）与钻孔之间的间隙，以及技术套管（6）与表层套管（4）或紧邻的外层技术套管（6）之间的间隙组成。

3.根据权利要求1所述的水压爆破启裂-CO₂携支撑剂压裂的储层增透方法，其特征在于，所述生产套管（5）外周间隙由生产套管（5）与钻孔内壁之间的间隙，以及生产套管（5）与紧邻层的表层套管（4）或技术套管（6）之间的间隙组成。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的水压爆破启裂-CO₂携支撑剂压裂的储层增透方法，其特征在于，所述压裂步骤前，还包括在压裂液内混砂：利用混砂泵，将支撑剂与超临界或液态CO₂按设定配比充分混合，并加入添加剂，形成备用的压裂液。

5.根据权利要求4所述的水压爆破启裂-CO₂携支撑剂压裂的储层增透方法，其特征在于，所述的支撑剂为陶粒支撑剂。

6.根据权利要求1～3中任意一项所述的水压爆破启裂-CO₂携支撑剂压裂的储层增透方法，其特征在于，在所述压裂步骤中，还包括采用微地震监测仪进行裂缝延伸的实时监测。