CN109973037B - 储层开采激励结构以及页岩气储层的开采方法 - Google Patents
储层开采激励结构以及页岩气储层的开采方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109973037B CN109973037B CN201910427430.4A CN201910427430A CN109973037B CN 109973037 B CN109973037 B CN 109973037B CN 201910427430 A CN201910427430 A CN 201910427430A CN 109973037 B CN109973037 B CN 109973037B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- shale gas
- gas reservoir
- reservoir
- vibrator
- horizontal well
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000005284 excitation Effects 0.000 title claims abstract description 59
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims abstract description 63
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 27
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 25
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 claims description 23
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 16
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 15
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 13
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 32
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 14
- 230000009466 transformation Effects 0.000 abstract description 14
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 9
- 238000003795 desorption Methods 0.000 abstract description 9
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 abstract description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 4
- 230000000191 radiation effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005065 mining Methods 0.000 abstract description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 163
- 206010017076 Fracture Diseases 0.000 description 17
- 208000010392 Bone Fractures Diseases 0.000 description 15
- 238000011161 development Methods 0.000 description 11
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 3
- 238000003911 water pollution Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 208000013201 Stress fracture Diseases 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 230000005428 wave function Effects 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000001464 adherent effect Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 1
- 235000009508 confectionery Nutrition 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000003915 liquefied petroleum gas Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003129 oil well Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B28/00—Vibration generating arrangements for boreholes or wells, e.g. for stimulating production
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/003—Vibrating earth formations
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/25—Methods for stimulating production
- E21B43/26—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
本申请提供了一种储层开采激励结构以及页岩气储层的开采方法，属于资源开采技术领域。该开采激励结构通过在页岩气储层的上界面和下界面设置第一振动器和第二振动器，第一振动器和第二振动器分别向页岩气储层内释放能量以驱动页岩气储层振动。在声波振动激励作用下，岩石发生损伤，岩石的强度降低，造成页岩储层的破裂压力降低，在后期水力压裂改造时将降低水力压裂的成本，同时页岩气储层应力状态的改变也将利于水力压裂改造过程中缝网的形成，利于页岩气储层的体积改造，将加快页岩气的流动，加快页岩气储层压力的下降，将促进甲烷的解吸，声波辐射效应也能促进甲烷的解吸，提高页岩气井产量，缩短页岩气藏的开采时间，降低开采成本。
Description
技术领域
本申请涉及资源开采技术领域，具体而言，涉及一种储层开采激励结构以及页岩气储层的开采方法。
背景技术
页岩气是指赋存于以富有机质页岩为主的储集岩系中的非常规天然气，主要以游离态和吸附态储层，极少数以溶解状态储存。在相关技术中，压裂技术成为页岩气储层的开采的发展方向，由于页岩气储层通常埋藏较深，埋深一般在3000～6000米，对压裂技术的技术参数要求较高，导致页岩气开采成本高、效益低。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种储层开采激励结构，旨在改善储层开采成本高、效益低的问题。
第一方面，本申请提供了一种储层开采激励结构，用于页岩气储层，页岩气储层具有第一水平井和第二水平井，第一水平井沿页岩气储层的上界面的延伸方向设置，第二水平井沿页岩气储层的下界面的延伸方向设置。
储层开采激励结构包括第一振动组件和第二振动组件。
第一振动组件包括第一套管、第一管柱以及第一振动器。其中，第一套管位于第一水平井内，第一管柱设置于第一套管内；第一振动器安装于第一管柱内，第一振动器用于向页岩气储层内释放能量以驱动页岩气储层振动。
第二振动组件包括第二套管、第二管柱以及第二振动器。其中第二套管位于第二水平井内，第二管柱设置于第二套管内，第二振动器安装于第二管柱内，第二振动器用于向页岩气储层内释放能量以驱动页岩气储层振动。
在本申请中，通过在页岩气储层的上界面和下界面设置第一振动器和第二振动器，第一振动器和第二振动器分别向页岩气储层内释放能量以驱动页岩气储层振动，岩石产生损伤，岩石的破裂压力降低，在振动激励作用下产生微裂缝，将降低后期压裂的成本，同时页岩气储层岩石中裂缝的发育也将利于压裂液的流动，促使缝网的形成，利于页岩气储层的体积改造。体积改造过程中在提高页岩储层的渗流能力的同时，也将加快页岩气的流动，加快页岩气储层压力的下降，将促进甲烷的解吸，提高页岩气井产量，降低开采成本。
结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，储层开采激励结构还包括第一旋转驱动器和第二旋转驱动器，第一旋转驱动器与第一管柱传动连接，第一旋转驱动器用于驱动第一管柱沿其轴向方向转动，第二旋转驱动器与第二管柱传动连接，第二旋转驱动器用于驱动第二管柱沿其轴向方向转动。
在本申请中，通过第一旋转驱动器驱动第一管柱沿其轴线方向转动，安装于第一管柱的第一振动器的位置发生变化，震源也相应发生变化，使得页岩气储层的受力分布改变。同样地，通过第二旋转驱动器驱动第二管柱沿其轴线方向转动，安装于第二管柱的第二振动器的位置发生变化，震源也相应发生变化，使得页岩气储层的受力分布改变。第一振动器和第二振动器旋转后，第一振动器和第二振动器的声波传播方向变化，导致页岩气储层的受力分布改变，从而扩大了振动范围，缩短开采周期。
结合第一方面或第一方面第二种可能的实现方式，在第一方面第三种可能的实现方式中，第一振动器包括第一震波(低频声波)发生器和第一震波(低频声波)的激发源，第一震波发生器和第一震波的激发源信号连接，第一震波的激发源安装于第一管柱。
在本申请中，第一震波发生器和第一震波的激发源的作用为：第一震波发生器和第一震波的激发源工作条件下的激励振动效应促使页岩气储层岩石产生微裂缝，降低岩石强度，将使岩石的破裂压力降低，利于降低水力压裂的成本，也能减少用水量，同时页岩气储层岩石中裂缝的发育也将利于缝网的形成，利于页岩气储层的体积改造。
结合第一方面或第一方面第二种可能的实现方式，在第一方面第四种可能的实现方式中，第二振动器包括第二震波(低频声波)发生器和第二震波(低频声波)的激发源，第二震波发生器和第二震波的激发源信号连接，第二震波的激发源安装于第二管柱。
在本申请中，第二震波发生器和第二震波的激发源的作用为：第二震波发生器和第二震波的激发源工作条件下的振波的激励振动效应促使页岩气储层岩石产生微裂缝，降低岩石强度，将使岩石的破裂压力降低，利于降低水力压裂的成本，也能减少用水量，同时页岩气储层岩石中裂缝的发育也将利于缝网的形成，利于页岩气储层的体积改造。
第二方面，本申请提供一种页岩气储层的开采方法，包括:
在页岩气储层的上界面和下界面对页岩气储层的岩层进行振动激励；
在页岩气储层内形成连通通道，压裂液通过连通通道进入页岩气储层并压裂储层，形成缝网。
在本申请中，通过在页岩气储层的上界面和下界面对页岩气储层的岩层进行激励，造成岩层内部损伤甚至形成微裂隙。在页岩气储层内形成有连通通道，压裂液通过连通通道进入页岩气储层，并压开页岩储层，同时也使岩层中的微裂缝拓展延伸，从而利于形成缝网。通过对页岩气储层的岩层进行激励，对岩层的内部造成损伤，以此降低下一阶段的压裂技术参数要求，从而降低了开采成本。
结合第二方面，在第二方面第一种可能的实现方式中，所述在页岩气储层的上界面和下界面对页岩气储层的岩层进行振动激励的具体包括如下步骤：
根据页岩气储层的分布，确定所述页岩气储层的上界面和下界面；
沿所述上界面钻取第一水平井；
向所述第一水平井内放入安装有第一管柱的第一套管，其中，所述第一管柱安装有第一振动器；
沿所述下界面钻取第二水平井；
向所述第二水平井内放入安装有第二管柱的第二套管，其中，所述第二管柱安装有第二振动器；
启动所述第一振动器和所述第二振动器，使得所述页岩气储层在所述第一振动器和所述第二振动器的振动协作下对岩石造成损伤，产生微裂缝。
在本申请中，首先根据页岩气储层的分布，确定页岩气储层的上界面和下界面，并分别在上界面和下界面钻取第一水平井和第二水平井。位于第一水平井内的第一振动器和位于第二水平井内的第二振动器启动工作后向页岩气储层内释放能量以驱动页岩气储层振动，由于两个方向的振动叠加，局部振动加剧。岩石损伤严重，岩石的破裂压力降低，在振动激励作用下产生裂缝，降低后期压裂的成本，同时页岩气储层岩石中微裂缝的发育也将利于缝网的形成，利于页岩气储层的体积改造。在体积改造的同时也提高了页岩气储层的渗流能力，这将加快页岩气的流动，加快页岩气储层压力的下降，也将促使甲烷的解吸，提高页岩气井产量，降低开采成本。
结合第二方面第一种可能的实现方式，在第二方面第二种可能的实现方式中，还包括:
在第一管柱上安装第一旋转驱动器，第一旋转驱动器间歇驱动第一管柱沿其轴向方向转动；
在第二管柱上安装第二旋转驱动器，第二旋转驱动器间歇驱动第二管柱沿其轴向方向转动。
在申请中，通过第一旋转驱动器驱动第一管柱沿其轴线方向转动，安装于第一管柱的第一振动器的位置发生变化，震源也相应发生变化，使得页岩气储层的受力分布改变。同样地，通过第二旋转驱动器驱动第二管柱沿其轴线方向转动，安装于第二管柱的第二振动器的位置发生变化，震源也相应发生变化，使得页岩气储层的受力分布改变。第一振动器和第二振动器旋转后，第一振动器和第二振动器的声波传播方向变化，导致页岩气储层的受力分布改变，从而扩大了振动范围，缩短开采周期。
结合第二方面第二种可能的实现方式，在第二方面第三种可能的实现方式中，第一旋转驱动器和第二旋转驱动器间歇工作。
在本申请中，第一旋转驱动器和第二旋转驱动器间歇工作，使得第一振动器和第二振动器按照旋转、停止、旋转的工作模式工作。第一振动器和第二振动器的声波传播方向随着时间发生变化，从而扩大了振动范围。
结合第二方面第三种可能的实现方式，在第二方面第四种可能的实现方式中，第一旋转驱动器和第二旋转驱动器每次旋转角度小于或等于10°。
在本申请中，每次小角度旋转后再振动激励，可以扩大振动范围的同时保证振动激励的效果，从而提高开采效益，降低开采成本。
结合第二方面第一种或第二种可能的实现方式，在第二方面第五种可能的实现方式中，在页岩气储层内形成连通通道，压裂液通过连通通道进入页岩气储层并压裂储层，形成缝网，包括如下步骤：
在页岩气储层内钻取形成第三水平井，沿第三水平井下第三套管并进行固井作业，保护井眼稳定性；
采用第三套管内的射孔枪向地层射孔形成连通通道，然后利用压裂液通过连通通道进入页岩气储层并压裂储层；
压裂液进入页岩气储层内后，并设定关井、焖井时间，使压裂液在页岩气储层内流动，从而使岩层内的裂缝拓展延伸，进而形成缝网。
在本申请中，振动使页岩气储层岩石因振动的原因而出现微裂缝，从而造成岩石产生损伤，进而降低岩石破裂压力。因岩石中裂缝发育较多，利于形成缝网，利于页岩储层体积改造，这样也利于降低压裂成本。通过关井、焖井让压裂液在页岩地层中流动以使得微裂缝进一步扩展延伸形成缝网。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本申请实施例提供的储层开采激励结构的应用场景示意图；
图2是本申请实施例提供的储层开采激励结构的结构示意图；
图3是本申请实施例提供的储层开采激励结构的结构示意图；
图4是本申请实施例提供的页岩气储层的开采方法的步骤流程图；
图5是图4中s的步骤S100的具体步骤流程图；
图6是图4中的步骤S200的具体步骤流程图。
图标：10-计算机；20-井口装置；30-钻杆；100-页岩气储层；110-第一水平井；111-上界面；130-第二水平井；131-下界面；150-第三水平井；300-储层开采激励结构；310-第一振动组件；311-第一套管；313-第一管柱；315-第一振动器；317-第一旋转驱动器；330-第二振动组件；331-第二套管；333-第二管柱；335-第二振动器；337-第二旋转驱动器；500-第三套管。
具体实施方式
为使本申请实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进二步定义和解释。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系；可以是电性连接，也可以是电气连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。
实施例
页岩气储层是赋存于以富有机质页岩为主的储集岩系中的非常规天然气，主要以游离态和吸附态储集于页岩层内。也正是因为页岩气储层特殊的储集状态，决定了页岩气储层与常规储层的开采方法具有明显差异。相比较而言，页岩气储层的开采需要先进的开采技术作为支撑才能顺利进行，也造成了页岩气储层开采成本居高不下，难以大规模开采。
在相关技术中，水力压裂已被广泛应用于页岩储层体积改造。然而，水力压裂技术存在储层伤害、水资源污染和水资源消耗过高等问题并已逐渐成为被关注的热点。
目前，页岩储层体积改造中新型压裂技术的研究主要包括超临界CO2压裂技术、高能气体爆炸压裂技术、液化石油气或低碳烃无水压裂技术、液氮压裂技术等。这些压裂技术因成本问题或处于探索阶段并没有在页岩储层体积改造中得到相应的应用。
本申请提供一种储层开采激励结构300，以降低页岩气储层100开采成本、提高生产效益。
请参阅图1，图1示出了本申请实施例中的储层开采激励结构300的应用场景示意图。为便于理解该储层开采激励结构300的实际应用，图1中还示出了用于操控和观察页岩气储层100开采的计算机10、用于悬挂、支撑、控制、调节等的采油(气)的井口装置20以及用于钻进的钻杆30。
需要说明的是，该储层开采激励结构300应用于页岩气储层100开采，页岩气储层100实质上是一种页岩层，作为沉积岩其层理构造发育，也就是说页岩气储层100具有明显的层理构造，位于页岩气储层100上方和下方的岩层均与页岩气储层100存在明显的界限。其中，页岩气储层100的上界面111也就是页岩气储层100的上层面，页岩气储层100的下界面131也就是页岩气储层100的下层面。此处，上层面和下层面均是指页岩层(页岩气储层100)的岩层层面。一般情况下，受沉积环境的影响，上界面111和下界面131相互平行。
在本实施例中，该页岩气储层100具有第一水平井110和第二水平井130。第一水平井110沿页岩气储层100的上界面111的延伸方向设置，第二水平井130沿页岩气储层100的下界面131的延伸方向设置。在具体实施时，第一水平井110和第二水平井130可以由水平钻井钻进形成，一般水平钻井的钻进方向与页岩气储层100的岩石层面平行。
在一些具体的实施例中，第一水平井110和第二水平井130平行设置。
请参阅图2，图2示出了本申请实施例提供的储层开采激励结构300的结构示意图。该储层开采激励结构300包括第一振动组件310和第二振动组件330。其中，第一振动组件310包括第一套管311、第一管柱313以及第一振动器315。
其中，第一套管311位于第一水平井110内。为了减少第一套管311与第一水平井110之间的空隙，第一套管311的外径可以根据第一水平井110的孔径确定，在满足施工要求的条件下，第一套管311的外径尽可能接近第一水平井110的内径。另外，在第一套管311下井后可以采用水泥固井，使得第一套管311能够与第一水平井110的内壁贴合，第一套管311支撑第一水平井110的井壁，防止井壁坍塌，以保证钻井过程进行和完井后整个(油)气井的正常运行。在一些具体的实施例中，第一套管311可以为钢管。
第一管柱313设置于第一套管311内，第一振动器315安装于第一管柱313内，第一振动器315用于向页岩气储层100内释放能量以驱动页岩气储层100振动。第一振动器315的振动效应和空化作用促使页岩气储层100内的岩石内部损伤，随着损伤累计可能会产生微裂缝，降低了岩石强度，将使岩石的破裂压力降低，利于降低后期压裂的成本，例如，当后期采用水力压裂时能减少用水量，减少水污染，同时页岩气储层100岩石中裂缝的发育也将利于缝网的形成，利于页岩储层的体积改造。
在一些具体的实施例中，该储层开采激励结构300还包括偏心推靠器，偏心推靠器是一种用于油气开采施工中的贴壁装置，偏心推靠器可以通过锁紧管状工具限制管状工具的旋转或者移动，也可以通过松开管状工具，使管状工具自由移动。示例性地，偏心推靠器安装于第一管柱313，且偏心推靠器位于第一套管311内，当需要移动或者旋转第一管柱313时，偏心推靠器松开第一管柱313，当第一振动器315振动时，偏心推靠器锁紧第一管柱313，使得第一管柱313固定于第一套管311。
在一些具体的实施例中，第一振动器315包括第一震波发生器和第一震波的激发源，第一震波发生器和第一震波的激发源信号连接，第一震波的激发源安装于第一管柱313。其中，第一震波发生器和第一震波的激发源信号连接的具体连接方式可以采用电缆连接。第一震波发生器安装于地面上，通过电缆与第一震波的激发源电连接，人员通过操控第一震波发生器控制第一震波的激发源的激励频率。第一震波发生器和第一震波的激发源的作用为：
第一方面，第一震波发生器和第一震波的激发源工作条件下的激励振动效应促使页岩气储层100岩石内部产生损伤，降低岩石强度，将使岩石的破裂压力降低，利于降低水力压裂的成本，也能减少用水量，同时页岩气储层100岩石中裂缝的发育也将利于缝网的形成，利于页岩气储层100的体积改造。
在其他一些具体的实施例中，第一震波发生器可以理解为低频声波发生器，第一震波的激发源也可以是低频声波的激发源。示例性地，低频声波的频率在5-200Hz范围内。本实施例中，声波辐射效应促使页岩中甲烷脱离页岩基质的表面，使甲烷从吸附态转换为游离态，促进甲烷的解吸，体积改造的同时也提高了页岩气储层100的渗流能力，这将加快页岩气的流动，加快页岩气储层100压力的下降，也将促使甲烷的解吸，提高页岩气井产量，降低开采成本。
第二振动组件330包括第二套管331、第二管柱333以及第二振动器335。其中，第二套管331位于第二水平井130内。为了减少第二套管331与第二水平井130之间的空隙，第二套管331的外径可以根据第二水平井130的孔径确定，在满足施工要求的条件下，第二套管331的外径尽可能接近第二水平井130的内径。另外，在第二套管331下井后可以采用水泥固井，使得第二套管331能够与第二水平井130的内壁贴合，第二套管331支撑第二水平井130的井壁，防止井壁坍塌，以保证钻井过程进行和完井后整个(油)气井的正常运行。在一些具体的实施例中，第二套管331可以为钢管。
第二管柱333设置于第二套管331内，第二振动器335安装于第二管柱333内，第二振动器335用于向页岩气储层100内释放能量以驱动页岩气储层100振动。第二振动器335的振动效应促使页岩气储层100内的岩石内部产生损伤，随着岩石损伤的累计会产生微裂缝，降低了岩石强度，将使岩石的破裂压力降低，利于降低后期压裂的成本，例如，当后期采用水力压裂时能减少用水量，减少水染，同时页岩气储层100岩石中裂缝的发育也将利于缝网的形成，利于页岩气储层100的体积改造。
在一些具体的实施例中，该储层开采激励结构300还包括偏心推靠器。示例性地，偏心推靠器安装于第二管柱333，当需要移动或者旋转第二管柱333时，偏心推靠器松开第二管柱333，当第二振动器335振动时，偏心推靠器锁紧第二管柱333，使得第二管柱333固定于第二套管331。
在一些具体的实施例中，第二振动器335包括第二震波发生器和第二震波的激发源，第二震波发生器和第二震波的激发源信号连接，第二震波的激发源安装于第二管柱333。其中，第二震波发生器和第二震波的激发源信号连接的具体连接方式可以采用电缆连接。第二震波发生器安装于地面上，通过电缆与第二震波的激发源电连接，人员通过操控第二震波发生器控制第二震波的激发源的超声激励的频率。第二震波发生器和第二震波的激发源的作用为：
第一方面，第二震波发生器和第二震波的激发源工作条件下的振动效应促使页岩气储层100岩石内部产生损伤，降低岩石强度，将使岩石的破裂压力降低，利于降低水力压裂的成本，也能减少用水量，同时页岩气储层100岩石中裂缝的发育也将利于缝网的形成，利于页岩气储层100的体积改造。
在其他一些具体的实施例中，第一震波发生器可以理解为低频声波发生器，第一震波的激发源也可以是低频声波的激发源。在本实施例中，声波辐射效应促使页岩中甲烷脱离页岩基质的表面，使甲烷从吸附态转换为游离态，促进甲烷的解吸，体积改造的同时也提高了页岩气储层100的渗流能力，这将加快页岩气的流动，加快页岩气储层100压力的下降，也将促使甲烷的解吸，提高页岩气井产量，降低开采成本。
通过在页岩气储层100的上界面111和下界面131设置第一振动器315和第二振动器335，第一振动器315和第二振动器335分别向页岩气储层100内释放能量以驱动页岩气储层100振动，由于两个方向的振动作用叠加，局部振动加剧。岩石损伤严重，岩石的破裂压力降低，在振动激励作用下岩石内部损伤加剧，大幅降低后期压裂的成本，同时页岩气储层100岩石中裂缝的发育也将利于缝网的形成，利于页岩气储层100的体积改造。在体积改造的同时也提高了页岩气储层100的渗流能力，这将加快页岩气的流动，加快页岩气储层100压力的下降，也将促使甲烷的解吸，提高页岩气井产量，降低开采成本。
在一些具体的实施例中，该储层开采激励结构300还包括第一旋转驱动器317和第二旋转驱动器337，第一旋转驱动器317与第一管柱313传动连接，第一旋转驱动器317用于驱动第一管柱313沿第一管柱313的轴向方向转动，第二旋转驱动器337与第二管柱333传动连接，第二旋转驱动器337用于驱动第二管柱333沿第二管柱333的轴向方向转动。请继续参阅图2，第一旋转驱动器317可以位于第一管柱313的右端，第一旋转驱动器317的动力输出轴与第一管柱313传动连接。第二旋转驱动器337可以位于第二管柱333的右端，第二旋转驱动器337的动力输出轴与第二管柱333传动连接。
通过第一旋转驱动器317驱动第一管柱313沿其轴线方向转动，安装于第一管柱313的第一振动器315的位置发生变化，震源也相应发生变化，使得页岩气储层100的受力分布改变。同样地，通过第二旋转驱动器337驱动第二管柱333沿其轴线方向转动，安装于第二管柱333的第二振动器335的位置发生变化，震源也相应发生变化，使得页岩气储层100的受力分布改变。第一振动器315和第二振动器335旋转后，第一振动器315和第二振动器335的声波传播方向变化，导致页岩气储层100的受力分布改变，从而扩大了振动范围，缩短开采周期。
请参阅图3，通常在振动激励后对页岩气储层100进行开采，此时需要第三套管500、射孔枪以及压裂液，其中，射孔枪位于第三套管500内。页岩气储层100内部钻取有第三水平井150。例如，第三水平井150可以采用水平钻井钻进形成。
在一些具体实施例中，第三水平井150可以位于平行设置的第一水平井110和第二水平井130的中间位置，例如：第三水平井150距位于其上方的第一水平井110为50～60m，第三水平井150距位于其下方的第二水平井130为50～60m。这样可以降低压裂压力参数要求，且在合理压力参数下均能够同时覆盖第三水平以上部分的页岩气储层100和第三水平井150以下部分的页岩气储层100。需要说明的是，“第一水平井”、“第二水平井”以及“第三水平井”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其形成顺序或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
第三套管500位于第三水平井150内。利用射孔枪向第三套管500内射孔，形成地层-水泥环-套管之间的连通通道，再向连通通道内注入压裂液压裂页岩气储层100形成缝网。也就是说在水力压裂改造后页岩气储层100内能够形成缝网。
压裂液通常采用使用掺入化学物质的水。水资源获取容易，价格低，因此，页岩气开采普遍以水作为压裂液的水力压裂方法。水力压裂是利用地面高压泵组，通过井筒向储层挤注压裂液。当注入压裂液的速度超过储层的吸收能力时，则在井底储层上形成很高的压力，当这种压力超过井底附近储层岩石的破裂压力时，储层将被压开并产生裂缝。这时，继续不停地向储层挤注压裂液，裂缝就会继续向储层内部扩张，最终将石油或天然气从岩石缝隙中释放出来，并顺着采气管流到地表的油气开采方法。可以理解，为了将页岩气输送至地面，第三套管500内还设置有采气管，采气管用于输送页岩气。
自1948年美国德克萨斯州第一口压裂井出现以后，水力压裂技术不断发展，技术也不断成熟，美国的油井也多采用水力压裂技术。
储层开采激励结构300的主要作用是在页岩气储层100压裂前预先对页岩气储层100释放能量，使其内部产生微裂缝，以此降低下一阶段的压裂技术参数要求，从而降低开采成本。
本申请还提供一种页岩气储层的开采方法，请参阅图4，包括如下步骤：
S100：在页岩气储层100的上界面111和下界面131对页岩气储层100的岩层进行振动激励。请参阅图5，具体包括如下步骤：
S110：根据页岩气储层100的分布，确定页岩气储层100的上界面111和下界面131。例如，可以根据地质、地振资料，根据地质-工程甜度评价方法确定页岩气储层100的甜点区域，识别优质页岩气储层100段，确定页岩优质储层的厚度，从而进一步确定页岩优质储层的上界面111和下界面131。
S120：沿上界面111钻取第一水平井110。例如，第一水平井110可以利用水平钻井钻进形成。
S130：向第一水平井110内放入安装有第一管柱313的第一套管311，其中，第一管柱313安装有第一振动器315。如前所述，第一振动器315包括第一震波发生器和第一震波的激发源，第一震波发生器和第一震波的激发源信号连接，第一震波的激发源安装于第一管柱313。为简要描述，在此不予赘述。对页岩地层进行振动激励，激励时间持续6小时。
S140：沿下界面131钻取第二水平井130。例如，第二水平井131可以利用水平钻井钻进形成。
S150：向第二水平井131内放入安装有第二管柱333的第二套管331，其中，第二管柱333安装有第二振动器335。第二振动器335包括第二震波发生器和第二震波的激发源，第二震波发生器和第二震波的激发源信号连接，第二震波的激发源安装于第二管柱333。对页岩气储层100进行振动激励，激励时间持续6小时。为简要描述，在此不予赘述。
S160：在第一管柱313上安装第一旋转驱动器317，第一旋转驱动器317间歇驱动第一管柱333沿其轴向方向转动。
S170：在第二管柱333上安装第二旋转驱动器335，第二旋转驱动器337间歇驱动第二管柱333沿其轴向方向转动。
在工作时，可以操控第一旋转驱动器317和第二旋转驱动器337间歇工作，使得第一旋转驱动器317和第二旋转驱动器337每次旋转角度小于或等于10°。
S180：启动第一振动器315和第二振动器335，使得页岩气储层100在第一振动器315和第二振动器335的振动协作下对岩石造成损伤，产生裂缝。第一旋转驱动器317和第二旋转驱动器317每次旋转后，启动第一振动器315和第二振动器335。这样可以扩大激励振动的范围。
可以理解，在其他一些实施例中，可以不包括步骤S160和S170。
S200：在页岩气储层100内形成连通通道，压裂液通过连通通道进入页岩气储层100并压裂储层，形成缝网。具体包括如下步骤，请参阅图6。
S210：在页岩气储层100内钻取形成第三水平井150，沿第三水平井150下第三套管500并进行固井作业，保护井眼稳定性。
S220：采用第三套管500内的射孔枪向地层射孔形成连通通道，然后利用压裂液通过连通通道进入页岩气储层100并压裂储层。
S230：压裂液进入页岩气储层100内后，并设定关井、焖井时间(例如，关井、焖井6～10天)，使压裂液在页岩气储层100内流动，从而使岩层内的裂缝拓展延伸，进而形成缝网。
在一些具体的实施例中，可以采用分段射孔水力压裂方法，例如在关井、焖井设定时间后，让压裂液在页岩气储层100中流动。并将第一震波的激发源沿第一套管311的长度方向移动预定距离(例如，向前移动1米)，第二震波的激发源沿第二套管331的长度方向移动预定距离。然后重复步骤S100，压裂液进入页岩气储层100中，使页岩储层孔隙中充满较多压裂液，利用声波的振动作用也能进一步加剧岩石中裂缝的起裂和延伸。
以上所述仅为本申请的优选实施方式而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种储层开采激励结构，用于页岩气储层，所述页岩气储层具有第一水平井和第二水平井，所述第一水平井沿所述页岩气储层的上界面的延伸方向设置，所述第二水平井沿所述页岩气储层的下界面的延伸方向设置，其特征在于，所述储层开采激励结构包括第一振动组件和第二振动组件；
所述第一振动组件包括：
第一套管，所述第一套管位于所述第一水平井内；
第一管柱，所述第一管柱设置于所述第一套管内；
第一振动器，所述第一振动器安装于所述第一管柱内，所述第一振动器用于向页岩气储层内释放能量以驱动页岩气储层振动；
所述第二振动组件包括：
第二套管，所述第二套管位于所述第二水平井内；
第二管柱，所述第二管柱设置于所述第二套管内；
第二振动器，所述第二振动器安装于所述第二管柱内，所述第二振动器用于向页岩气储层内释放能量以驱动页岩气储层振动；
所述第一振动器包括第一震波发生器和第一震波的激发源，所述第一震波发生器和所述第一震波的激发源信号连接，所述第一震波的激发源安装于所述第一管柱；
所述第二振动器包括第二震波发生器和第二震波的激发源，所述第二震波发生器和所述第二震波的激发源信号连接，所述第二震波的激发源安装于所述第二管柱。
2.根据权利要求1所述的储层开采激励结构，其特征在于，所述储层开采激励结构还包括第一旋转驱动器和第二旋转驱动器，所述第一旋转驱动器与所述第一管柱传动连接，所述第一旋转驱动器用于驱动所述第一管柱沿其轴向方向转动，所述第二旋转驱动器与所述第二管柱传动连接，所述第二旋转驱动器用于驱动所述第二管柱沿其轴向方向转动。
3.一种页岩气储层的开采方法，其特征在于，包括
在页岩气储层的上界面和下界面对所述页岩气储层的岩层进行振动激励；
在所述页岩气储层内形成连通通道，压裂液通过所述连通通道进入页岩气储层并压裂储层，形成缝网；
所述在页岩气储层的上界面和下界面对页岩气储层的岩层进行振动激励的具体包括如下步骤：
根据页岩气储层的分布，确定所述页岩气储层的上界面和下界面；
沿所述上界面钻取第一水平井；
向所述第一水平井内放入安装有第一管柱的第一套管，其中，所述第一管柱安装有第一振动器；
沿所述下界面钻取第二水平井；
向所述第二水平井内放入安装有第二管柱的第二套管，其中，所述第二管柱安装有第二振动器；
启动所述第一振动器和所述第二振动器，使得所述页岩气储层在所述第一振动器和所述第二振动器的振动协作下对岩石造成损伤，产生微裂缝。
4.根据权利要求3所述的页岩气储层的开采方法，其特征在于，还包括
在所述第一管柱上安装第一旋转驱动器，所述第一旋转驱动器间歇驱动所述第一管柱沿其轴向方向转动；
在所述第二管柱上安装第二旋转驱动器，所述第二旋转驱动器间歇驱动所述第二管柱沿其轴向方向转动。
5.根据权利要求4所述的页岩气储层的开采方法，其特征在于，所述第一旋转驱动器和所述第二旋转驱动器间歇工作。
6.根据权利要求5所述的页岩气储层的开采方法，其特征在于，所述第一旋转驱动器和所述第二旋转驱动器每次旋转角度小于或等于10°。
7.根据权利要求3或4所述的页岩气储层的开采方法，其特征在于，所述在所述页岩气储层内形成连通通道，压裂液通过所述连通通道进入页岩气储层并压裂储层，形成缝网，包括如下步骤：
在所述页岩气储层内钻取形成第三水平井，沿第三水平井下第三套管并进行固井作业，保护井眼稳定性；
采用所述第三套管内的射孔枪向地层射孔形成所述连通通道，然后利用压裂液通过所述连通通道进入页岩气储层并压裂储层；
所述压裂液进入页岩气储层内后，并设定关井、焖井时间，使所述压裂液在页岩气储层内流动，从而使所述岩层内的裂缝拓展延伸，进而形成缝网。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910427430.4A CN109973037B (zh) | 2019-05-22 | 2019-05-22 | 储层开采激励结构以及页岩气储层的开采方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910427430.4A CN109973037B (zh) | 2019-05-22 | 2019-05-22 | 储层开采激励结构以及页岩气储层的开采方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109973037A CN109973037A (zh) | 2019-07-05 |
| CN109973037B true CN109973037B (zh) | 2021-06-25 |
Family
ID=67073915
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910427430.4A Active CN109973037B (zh) | 2019-05-22 | 2019-05-22 | 储层开采激励结构以及页岩气储层的开采方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109973037B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112576215B (zh) * | 2020-12-09 | 2021-10-01 | 河海大学 | 一种用于油页岩分段水力压裂的超声波装置及施工方法 |
| CN112922577B (zh) * | 2021-02-03 | 2022-06-07 | 中国矿业大学 | 一种页岩储层多层次径向水平井甲烷燃爆压裂方法 |
| CN117252127B (zh) * | 2023-11-15 | 2024-01-23 | 西南石油大学 | 一种页岩气井合理焖井时间的确定方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2475823Y (zh) * | 2000-12-12 | 2002-02-06 | 辽河石油勘探局工程技术研究院 | 油井低频波共振采油装置 |
| US20140216727A1 (en) * | 2013-02-05 | 2014-08-07 | Dmitry A. Kasyanov | Hydraulic drillstring sound generator |
| CN103987912A (zh) * | 2011-12-21 | 2014-08-13 | 韦尔泰克有限公司 | 增产方法 |
| CN105971660A (zh) * | 2016-05-05 | 2016-09-28 | 中国矿业大学 | 超声波空化与水力压裂联合激励煤层气抽采方法 |
| CN107816340A (zh) * | 2017-09-22 | 2018-03-20 | 中国石油大学(华东) | 利用大功率超声波结合分支水平井热采页岩气的工艺方法 |
-
2019
- 2019-05-22 CN CN201910427430.4A patent/CN109973037B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2475823Y (zh) * | 2000-12-12 | 2002-02-06 | 辽河石油勘探局工程技术研究院 | 油井低频波共振采油装置 |
| CN103987912A (zh) * | 2011-12-21 | 2014-08-13 | 韦尔泰克有限公司 | 增产方法 |
| US20140216727A1 (en) * | 2013-02-05 | 2014-08-07 | Dmitry A. Kasyanov | Hydraulic drillstring sound generator |
| CN105971660A (zh) * | 2016-05-05 | 2016-09-28 | 中国矿业大学 | 超声波空化与水力压裂联合激励煤层气抽采方法 |
| CN107816340A (zh) * | 2017-09-22 | 2018-03-20 | 中国石油大学(华东) | 利用大功率超声波结合分支水平井热采页岩气的工艺方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109973037A (zh) | 2019-07-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101057058B (zh) | 用于激励传质过程以增强井采收率的电声方法和装置 | |
| CN109973037B (zh) | 储层开采激励结构以及页岩气储层的开采方法 | |
| US9410388B2 (en) | Acoustic generator and associated methods and well systems | |
| US6227293B1 (en) | Process and apparatus for coupled electromagnetic and acoustic stimulation of crude oil reservoirs using pulsed power electrohydraulic and electromagnetic discharge | |
| US9062545B2 (en) | High strain rate method of producing optimized fracture networks in reservoirs | |
| US9784085B2 (en) | Method for transverse fracturing of a subterranean formation | |
| US6443227B1 (en) | Azimuth control of hydraulic vertical fractures in unconsolidated and weakly cemented soils and sediments | |
| AU2001232892B2 (en) | Coupled electromagnetic and acoustic stimulation of crude oil reservoirs | |
| US7644759B2 (en) | Enhancement of flow rates through porous media | |
| US3923099A (en) | Methods of well completion or workover of fluid containing subsurface formations | |
| US20110139441A1 (en) | System, apparatus and method for stimulating wells and managing a natural resource reservoir | |
| US20200325746A1 (en) | A downhole apparatus and a method at a downhole location | |
| CN110043238A (zh) | 一种页岩油开采方法 | |
| RU2291948C1 (ru) | Способ цементирования нефтяных и газовых скважин и устройство для его осуществления | |
| WO2015112045A1 (ru) | Способ и устройство воздействия на нефтенасыщенные пласты и призабойную зону горизонтальной скважины | |
| US11572766B2 (en) | Waveform energy generation systems and methods of enhancing matrix permeability in a subsurface formation | |
| RU2478780C1 (ru) | Способ добычи редких металлов по технологии подземного скважинного выщелачивания и устройство для его реализации | |
| CN113530515A (zh) | 一种超声波辅助生热剂激励相变压裂液稠油层增产的工艺方法 | |
| US20170254184A1 (en) | Stimulation systems and methods | |
| WO2021236129A1 (en) | Methods for wellbore formation using thermochemicals | |
| Albright et al. | Road Map for a 5000-ft Microborehole | |
| RU2584191C2 (ru) | Способ гидравлического разрыва продуктивного пласта | |
| US11773707B2 (en) | Methods and systems of creating fractures in a subsurface formation | |
| CN112240180A (zh) | 注水管 | |
| RU2291954C2 (ru) | Способ разработки углеводородных залежей с комплексным физическим воздействием на пласт |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |