CN110159242A - 一种适合页岩油/气储层的增产方法 - Google Patents

一种适合页岩油/气储层的增产方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种适合页岩油/气储层的增产方法，包括步骤1，设置开采水平井以及与所述开采水平井同向延伸的微波辐射水平井；步骤2，对开采水平井进行分段压裂，进而对页岩油/气储层进行体积改造，并在压裂液中使用具备微波吸收能力的压裂支撑剂；步骤3，在微波辐射水平井中间隔安装有用于向储层压裂改造区域辐射微波的微波发射器；步骤4，开采，同时启动微波发生器。本发明利用微波辐射，对页岩油/气储层进行原位加热，一定程度上使页岩储层中有机质发生热解，生成烃类物质，也将促进页岩中天然气的解吸和原油脱离固体表面，降低气体和原油的黏度，增加其流速，进一步增加储层的渗透率，加快页岩油/气的开采，提高采收率，降低开采成本。

Description

一种适合页岩油/气储层的增产方法
技术领域
本发明涉及油气开采技术领域，尤其涉及一种适合页岩油/气储层的增产方法。
背景技术
随着能源结构的调整和环境问题的日益突出，全球加大了对难以开采能源的投入，当今世界热门的非常规油气资源，特别是页岩油/气资源得到越来越多的国家重视。然而，页岩油/气储层岩石具有致密、低孔、低渗的特征，即使开发过程中采用水平井技术和分段多级压裂技术，页岩油/气资源产量依然较低，且伴随着较高的工业成本。
发明内容
本发明旨在提供一种适合页岩油/气储层的增产方法，在页岩油/气储层压裂基础上，进一步利用微波辐射技术，对页岩油/气储层进行原位加热，加快页岩油/气的开采，提高页岩油/气的采收率，降低页岩油/气的开采成本。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种适合页岩油/气储层的增产方法，包括以下步骤；
步骤1，设置用于开采的开采水平井以及与所述开采水平井同向延伸的微波辐射水平井；
步骤2，对开采水平井进行分段压裂，进而对页岩油/气储层进行体积改造，并在压裂液中使用具备微波吸收能力的压裂支撑剂；
步骤3，在微波辐射水平井中间隔安装有多个用于向压裂改造区域辐射微波的微波发射器，微波发射器连接微波发生器；
步骤4，开采，同时启动微波发生器。
进一步的，一个页岩气井“井工厂”平台，至少有两个开采水平井和一个微波辐射水平井，微波辐射水平井位于两个开采水平井之间，微波辐射水平井、开采水平井的水平段在水平方向错开，微波辐射水平井、开采水平井的水平段在垂直方向错开或者不错开。
进一步优选地，微波辐射水平井的水平段与任一个开采水平井的水平段在垂直方向的间隔距离小于5m，微波辐射水平井的水平段与任一个开采水平井的水平段在水平方向间隔60m-80m。
进一步的，所述步骤4之前，关闭开采水平井并闷井一段时间，让压裂液在页岩地层中扩散。
进一步的，步骤1中，钻开微波辐射水平井的地层后，将微波辐射水平井的水平段填充高密度水泥；
步骤2之后，钻开微波辐射水平井填充有高密度水泥的水平段形成水平段井筒，向水平段井筒中放入管柱，所述微波发射器间隔安装在管柱内。
优选地，开采水平井的每个压裂段对应有至少两个微波发射器，管柱的管壁上对应微波发射器的位置设有微波辐射开口，微波辐射开口朝向储层的压裂改造区域。
进一步优选地，开采水平井的每个压裂段对应4个微波发射器。
进一步的，所述微波辐射开口用防击穿介质块封闭，防击穿介质块为透波材质。
进一步的，步骤4中，对储层中的温度进行监测，当温度升高至预设温度时自动关闭微波发生器；当温度下降至一定温度时自动开启微波发生器。
进一步的，所述微波发生器工作时的微波功率通过实验确定，该实验包括以下步骤；
a，采集该页岩优质油/气储层有代表性的岩样或露头岩样，按照行业标准钻取标准柱塞岩样；
b，进行微波辐射实验：监测岩样温度，并测试不同微波辐射时间下页岩的孔隙度和渗透率，获取该储层适宜的微波功率。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1，本发明在页岩油/气储层压裂基础上，进一步利用微波辐射技术，对页岩油/气储层进行原位加热，促进页岩气的解吸和页岩油脱离固体表面，降低气体和原油的黏度，促进流速，加快页岩油/气的开采，提高页岩油/气的采收率，降低页岩油/气的开采成本，这对保障我国能源安全、推进能源战略转型具有重要的意义；
2，本发明设置有自动控温系统，当地层温度升高至预设温度时自动关闭微波发生器，防止因为微波工作时间过长导致页岩储层升温过高，进而引起开采过程中出现复杂工况。
附图说明
图1是页岩孔隙度随着微波辐射时间的变化规律图；
图2是页岩渗透率随着微波辐射时间的变化规律图；
图3是本发明中水平井的正视图；
图4是图3中A处的局部放大图；
图5是图3中B处的俯视图；
图6是本发明的流程图；
图中：1-自动控温系统、2-信号接收端、3-微波控制器、4-井口装置、5-电缆线、6-微波发生器、7-二号水平井、8-高密度水泥、9-水平段井筒、10-管柱、11-防击穿介质块、12-微波发射器、13-热电偶、14-一号水平井、15-采油/气管、16-压裂缝、17-压裂支撑剂、18-纳米级微波吸收颗粒、19-钻杆、20-微波同轴传输线与温度信号传输线集成、21-三号水平井。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。
本发明公开的适合页岩油/气储层的增产方法，首先应依据地质、测井和地震资料，确定页岩油/气储层的甜点区域，识别页岩油/气优质储层段，并确定其厚度。
然后，采集该页岩优质油/气储层有代表性的岩样或露头岩样，按照行业标准钻取标准柱塞岩样，然后进行微波辐射实验，监测岩样温度，并测试不同微波辐射时间下页岩的孔隙度和渗透率，从实验角度来优选微波功率。例如，如图1、2所示，以功率为2.5kw、频率为2450MHz的微波对页岩样品进行辐射实验，实验结果表明微波在辐射240s时，页岩的孔隙度达到21.9%，渗透率达到0.49mD，渗透能力大大增强。微波功率、微波辐射时间都会影响温度的变化；微波功率不变时，微波辐射的作用时间越长，温度越高；采用相同的工作时间，微波功率越大，温度越高。通过室内实验，获得图1、图2所示的变化规律图，通过该变化规律图可综合优选出微波功率，以便开采时使用。
随后按以下步骤，并结合附图3、4、5、6进行生产。
步骤1，一个页岩气井“井工厂”平台，至少有两个开采水平井和一个微波辐射水平井。依据井工厂原则，在平台上至少钻三口井，三口井分别为用于开采的一号水平井14、二号水平井7和三号水平井21，其中，一号水平井14和三号水平井21作为开采水平井，二号水平井7作为微波辐射水平井。二号水平井7位于一号水平井14、三号水平井21之间，二号水平井7、水平井的水平段在水平方向错开，三口井水平段间距由水平井水平段的压裂缝16长决定的。相邻两个水平井的水平段在水平方向间隔60m-80m。三个水平井的水平段在垂直方向错开或者不错开，作为优选，相邻两个水平井的水平段在垂直方向的间隔距离小于5m。一号水平井14、三号水平井21的水平段完井所采用的套管为耐高温管材；钻开二号水平井7的地层后，将二号水平井7的水平段填充高密度水泥8。三口井的井口安装有井口装置4。
步骤2，对页岩油/气储层实施压裂改造:根据甜点段对一号水平井14和三号水平井21的水平段进行分段射孔，分段压裂，进而对页岩油/气储层进行压裂改造，并在压裂液中使用具备微波吸收能力的压裂支撑剂17。压裂支撑剂17本实施方式中压裂支撑剂17选择具备高强度、抗高温、强微波吸收能力，例如Al2O3、SiO2、TiO2等陶瓷颗粒。同时为了增加微波辐射过程中页岩储层温度升温效果，压裂液中混入纳米级微波吸收颗粒18，例如纳米级陶瓷、纤维、碳化硅等微波吸收材料。压裂改造后关闭一号水平井14和三号水平井21，进行闷井，让压裂液在页岩地层中扩散。闷井时间根据需要合理设置。本实施方式中闷井6天-10天。
步骤3，压裂改造完成后，在二号水平井7中间隔安装有用于向压裂改造区域辐射微波的微波发射器12。具体方法为：钻开二号水平井7填充有高密度水泥8的水平段形成规则的水平段井筒9，避免将高密度水泥8钻穿，水平段井筒9的直径大于管柱10的外径。随后，向水平段井筒9中放入管柱10，该管柱10的表面应涂刷耐高温隔热涂料，如有机硅聚合物涂料。
管柱10内事先间隔安装有多个用于向压裂改造区域辐射微波的微波发射器12。本实施方式中，管柱10内的微波发射器12的等间隔分布，开采水平井的每个压裂段对应有至少两个微波发射器。本实施方式中一号水平井14和三号水平井21中分段压裂中每段对应4个微波发射器12。
在管柱10的管壁上对应微波发射器12的位置设有微波辐射开口，由于设置有两口开采井，所以每个微波发射器12的位置设有两个微波辐射开口，两个微波辐射开口的开口方向分别朝向页岩油/气储层的压裂改造区域，每个微波辐射开口的弧长为管柱10周长的1/3，宽度为20cm。微波辐射开口用防击穿介质块11封闭，防击穿介质块11为透波、耐温耐压特种工程塑料，如聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚苯酯等。此外，在生产该管柱10时，在预定微波发射装置之间的中间区域安装外置热电偶13，用于检测地层温度。其中，热电偶可采用镍铬-镍硅（镍铝）热电偶，使用温度范围为50℃-1300℃，高温下性能稳定，长期温度为1000℃。
微波发生器6放置于二号水平井7造斜段处，微波发生器6为大功率微波发生器。微波发生器6的输出频率为2450MHz，功率为2kw-4kw。然后，利用电缆线5连接微波发生器6与信号接收端2，连接信号接收端2与微波控制器3，利用微波同轴传输线连接微波发生器6与微波发射器12，利用温度信号传输线连接热电偶13与信号接收端2，信号接收端2与微波控制器3均连接自动控温系统1。如图1所示，管柱10中，设置有微波同轴传输线与温度信号传输线集成20。
当然的，一号水平井14和三号水平井21中均安装有采油/气管15。井一般都比较长，通过钻杆19将送设备到井下指定位置，后面也可通过钻杆19将设备从井下取出。
步骤4，对页岩油/气储层进行开采作业，通过油管或气管进行油/气的生产。同时，启动微波发生器6，利用微波对地层进行辐射加热，促进页岩气的解吸和页岩油脱离固体表面，降低气体和原油的黏度，促进流速，加快开采。
采用的微波功率按照室内实验结果，如以功率为2.5kw、频率为2450MHz的微波对页岩储层进行辐射加热。通过监测页岩储层中的温度，利用自动控温系统1调节微波控制器3，决定微波发生器6的开启与关闭，当地层温度升高至预设温度时自动关闭微波发生器6，防止因为微波工作时间过长导致页岩油/气储层升温过高。在开采过程中，当地层温度降低到一定程度（如温度下降幅度为20%）时，重新开启微波发生器6。
微波辐射过程中，页岩油/气储层的升高温度不宜超过600°C。页岩油/气储层温度过高，会引起岩石中矿物在高温作用下发生物理化学变化，造成岩石骨架对岩石有效支撑减弱，页岩油/气储层中一号水平井14和三号水平井21的管套将受到挤压从而发生损坏，也会引起页岩油/气地层中岩石颗粒的脱落而造成出砂等复杂工况。同时也会造成骨架和孔隙的压缩，导致页岩油/气储层的渗透率降低。
微波辐射过程中，压裂液中的压裂支撑剂17以及页岩油/气储层中的干酪根、水、黄铁矿、气体等吸波介质的温度将快速升高，而页岩油/气储层中的石英、碳酸盐岩、长石等矿物基本上不吸收微波，在这个过程中这类介质的温度增加缓慢，因此，岩石内部出现温差以及岩石内部不同矿物颗粒之间的热膨胀能力差异，这将在岩石内部产生热应力差，造成岩石出现损伤，甚至破裂，页岩油/气储层出现裂缝，这将有效地增加页岩储层的渗透能力。同时，也将促进页岩气储层中以吸附态存在天然气的解吸和页岩油储层中以吸附态存在的原油脱离固体表面，降低原油和气体的黏度，将加快页岩油气的渗流和扩散速度。
此外，辐射过程中，储层温度升高，一定程度上将使页岩油/气储层中有机质发生热解反应，并产生烃类物质，如原油和天然气，这将使页岩油/气储层中油气资源量得到增加，进一步提高油气的开采量，利于提高开采效益。热解反应的温度一般发生在300°C左右。
本发明利用微波辐射对页岩油/气储层进行原位加热，将加快页岩油/气储层资源的开采进程，提高页岩油/气储层资源的采收率，缩短页岩油/气资源的可开采年限。
当然，本发明还可有其它多种实施方式，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种适合页岩油/气储层的增产方法，其特征在于：包括以下步骤；
步骤1，设置用于开采的开采水平井以及与所述开采水平井同向延伸的微波辐射水平井；
步骤2，对开采水平井进行分段压裂，进而对页岩油/气储层进行体积改造，并在压裂液中使用具备微波吸收能力的压裂支撑剂；
步骤3，在微波辐射水平井中间隔安装有多个用于向压裂改造区域辐射微波的微波发射器，微波发射器连接微波发生器；
步骤4，开采，同时启动微波发生器。
2.根据权利要求1所述的增产方法，其特征在于：一个页岩气井工厂平台至少有两个开采水平井和一个微波辐射水平井，微波辐射水平井位于两个开采水平井之间，微波辐射水平井、开采水平井的水平段在水平方向错开，微波辐射水平井、开采水平井的水平段在垂直方向错开或者不错开。
3.根据权利要求2所述的增产方法，其特征在于：微波辐射水平井的水平段与任一个开采水平井的水平段在垂直方向的间隔距离小于5m，微波辐射水平井的水平段与任一个开采水平井的水平段在水平方向间隔60m-80m。
4.根据权利要求1所述的增产方法，其特征在于：所述步骤4之前，关闭开采水平井并闷井一段时间，让压裂液在页岩地层中扩散。
5.根据权利要求1所述的增产方法，其特征在于：步骤1中，钻开微波辐射水平井的地层后，将微波辐射水平井的水平段填充高密度水泥；
步骤2之后，钻开微波辐射水平井填充有高密度水泥的水平段形成水平段井筒，向水平段井筒中放入管柱，所述微波发射器间隔安装在管柱内。
6.根据权利要求5所述的增产方法，其特征在于：开采水平井的每个压裂段对应有至少两个微波发射器，管柱的管壁上对应微波发射器的位置设有微波辐射开口，微波辐射开口朝向储层的压裂改造区域。
7.根据权利要求6所述的增产方法，其特征在于：开采水平井的每个压裂段对应4个微波发射器。
8.根据权利要求6所述的增产方法，其特征在于：所述微波辐射开口用防击穿介质块封闭，防击穿介质块为透波材质。
9.根据权利要求1、5、6、7或8所述的增产方法，其特征在于：步骤4中，对储层中的温度进行监测，当温度升高至预设温度时自动关闭微波发生器；当温度下降至一定温度时自动开启微波发生器。
10.根据权利要求9所述的增产方法，其特征在于：所述微波发生器工作时的微波功率通过实验确定，该实验包括以下步骤；
a，采集该页岩优质油/气储层有代表性的岩样或露头岩样，按照行业标准钻取标准柱塞岩样；
b，进行微波辐射实验：监测岩样温度，并测试不同微波辐射时间下页岩的孔隙度和渗透率，获取该储层适宜的微波功率。
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