CN111980653B - 一种基于冷热交替碎岩控制方向压裂造缝的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于冷热交替碎岩控制方向压裂造缝的方法，属于水力压裂技术领域，该方法通过涡流加热与低温压裂液的注入，达到冷热交替碎岩定向压裂油页岩储层的目的，解决了油页岩原位开采过程中，使用水力压裂技术进行储层改造，无法控制裂缝扩展方向的问题。本发明提出的基于冷热交替碎岩控制方向压裂造缝的方法，实现了冷热交替的方式来弱化油页岩力学性质，更有利于裂缝的产生，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
本发明属于水力压裂技术领域，具体涉及一种基于冷热交替碎岩控制方向压裂造缝的方法。
背景技术
我国油气资源相对匮乏，因此目前主要的石油资源还是依靠于进口，作为世界上第一大能源消耗国与原油进口国，我国面临着极大的挑战。因此找到新的非常规能源是我国目前较为重要的任务。
油页岩作为一种非常规能源，内部含有有机质(即干酪根)，加热后可裂解产生液态的页岩油和可燃的页岩气，是一种储量丰富且分布广泛的新型化石能源，可成为常规油气的重要替代能源。
地下原位开采是目前油页岩最有前景的利用方式，其通过直接在地下原位对油页岩地层进行加热进而获得页岩油气。具有不需将矿体开采至地表，不破坏地层结构，且无残渣堆积，对环境损害小等优点，应用潜力巨大，如：专利文献中提及的“一种利用电磁加热方式开采天然气水合物的方法，详见公告号CN108547600B”，“一种高温气体辅助涡流加热装置及涡流加热方法，公开号CN109736763A”，“一种应对油页岩地层热膨胀特性的油页岩原位加热方法，公开号CN111022021A”，“油页岩原位开采方法，公开号CN108825193A”,“一种冷热脉冲交替注水的采油方法，公告号CN108643874B”，均使用加热的方法对储层进行加热开采，然而，油页岩是渗透性极差的泥质页岩，有机质处在一个低渗、封闭的地下原位体系中。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，大多采用水力压裂技术在储层中造缝。采用水力压裂技术能够在储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，无法形成复杂的缝网系统，且裂缝的产生总是在储层薄弱的地方，无法定向压裂达到所需要的储层之中。如：专利文献“基于钻孔瞬变电磁技术的水力压裂裂隙扩展规律的探测方法，公告号CN106032748B”，“一种水力压裂作用下裂纹扩展可视化分析方法，公告号CN106404548B”，“联合瞬变电磁、盐度检测和微震的压裂影响范围测试方法，公开号CN110424938A”，“基于磁性支撑剂的水力压裂裂缝参数反演系统及方法，公开号CN111058841A”，以上专利都在于对水力裂缝的检测。
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，使用水力压裂技术进行储层改造，无法控制裂缝扩展方向的问题，从而提供一种通过冷热交替的方式来弱化油页岩力学性质，进行定向压裂的方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于冷热交替碎岩控制方向压裂造缝的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤一、在目标油页岩矿区钻取压裂井和生产井，钻至油页岩地层底部，并在油页岩地层进行裸眼钻井，后期油页岩地层不下套管，所述油页岩地层的顶部距离地表至少1000米；
步骤二、压裂井和生产井固井完毕后，在压裂井的油页岩地层层位进行定向射孔，射孔方向指向生产井；
步骤三、在压裂井和生产井之间等间隔均匀的布置上辅助井，将线圈组置于靠近压裂井的辅助井中，所述线圈组通过高压电缆线与位于地面上的高压交流电箱相连，线圈组用于产生交变磁场，在生产井中安装微地震监测系统，用于监测水力裂缝产生与延伸的方向；
且根据交变磁场的作用范围设定辅助井的深度，以确保交变磁场引起的涡流加热能够作用在下方油页岩地层的水力裂缝产生区域；
步骤四、用高压泵向压裂井内注入携带有金属支撑剂的低温压裂液，所述低温压裂液为温度0℃～5℃的压裂液，压裂液充满整个井筒，保持高压，即保持压力大于或等于当前油页岩地层的破裂压力，压裂井和生产井的井口用封隔器封口，设置在压裂井井口的井口阀门与高压泵之间管道上安装单向阀，同时启动高压交流电箱，线圈组产生交变磁场，在交变磁场的作用下，金属支撑剂的温度上升，加热压裂液，同时加热与压裂液接触的油页岩地层，当位于压裂井井口的压力表指针读数开始下降时，关闭高压交流电箱，打开高压泵，向压裂井的井筒内补充低温压裂液，由于新的压裂液的补充，压裂井井筒内的已有压裂液温度，及与压裂液所接触的油页岩地层温度会下降，由于热胀冷缩效应，导致油页岩地层产生许多微裂缝，压裂液补充结束后，打开高压交流电箱，继续上述操作，由于油页岩地层经冷热交替处理产生了微裂缝，水力裂缝会沿着涡流加热的方向产生和延伸，从而达到定向压裂的目的；
步骤五、通过微地震监测系统，对水力裂缝的延伸进行监测，当检测到水力裂缝延伸距离超出内部设置有线圈组的辅助井垂线距离10米时，视为水力裂缝超出了线圈组产生的交变磁场的最佳作用范围，此时将线圈组移到下一辅助井中，重复步骤四与步骤五，直到水力裂缝延伸至开采井。
其中，相邻两个辅助井间距为10米～20米。
其中，所述低温压裂液采用温度为0℃～5℃的清水或滑溜水。
其中，所述金属支撑剂的材料选用铁镍合金，金属支撑剂为球形，其直径与水力裂缝宽度相匹配，粒径为20目～40目。
作为本发明的一种优选方案，所述高压交流电箱(19)输出250KHz的高频交流电，每次涡流加热时间至少30分钟。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：
1、本发明提出的基于冷热交替碎岩控制方向压裂造缝的方法，该方法通过涡流加热与低温压裂液的注入，达到冷热交替碎岩定向压裂油页岩储层的目的，解决了油页岩原位开采过程中，使用水力压裂技术进行储层改造，无法控制裂缝扩展方向的问题。
2、本发明提出的基于冷热交替碎岩控制方向压裂造缝的方法，实现了冷热交替的方式来弱化油页岩力学性质，更有利于裂缝的产生，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。
3、本发明的涡流加热方法操作简单，能量利用率高，见效快，提高了加热效率。
4、本发明不仅适用于压裂油页岩储层，同时适用于其他需要进行储层改造开发的能源，如干热岩。
进一步的有益效果为，本发明在压裂过程中，压裂液采用清水或滑溜水即可满足压裂要求，不污染环境，减少对油页岩地层的伤害。
附图说明
此处的附图说明用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明申请的一部分，本发明示意性实施例及其说明用于理解本发明，并不构成本发明的不当限定，在附图中：
图1本发明实施例中基于冷热交替碎岩控制方向压裂造缝的方法的实施图一；
图2为本发明实施例中基于冷热交替碎岩控制方向压裂造缝的方法的实施图二。
图中各标记如下：1-压裂井；2-生产井；3-第一固井水泥环；4-第二固井水泥环；5-封隔器；6-压力表；7-井口阀门；8-单向阀；9-高压泵；10-压裂液罐；11-上覆地层；12-油页岩地层；13-下伏地层；14-水力裂缝；15-线圈组；16-交变磁场；17-辅助井一；18-辅助井二；19-高压交流电箱；20-微地震监测系统；21-金属支撑剂。
具体实施方式
下面结合图1和图2对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明保护主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有进行详尽的说明。
所述油页岩地层12位于上覆地层11和下伏地层13之间。
油页岩地层12埋藏深度在1000米以上，即所述油页岩地层12的顶部距离地表至少1000米；此时由于上覆地层11压力较大，水力裂缝14的产生只会在水平方向进行延伸，而不会在垂直方向压穿油页岩地层12。
本实施例采用两口辅助井进行说明，为了方便描述，两口辅助井，分别以辅助井一17和辅助井二18的方式命名。
基于冷热交替碎岩控制方向压裂造缝的方法，包括以下步骤：
步骤一、在目标油页岩矿区钻取两口井，其中一口井作为压裂井1，另外一口井作为生产井2，深度均达到油页岩地层12底部；在油页岩地层12进行裸眼钻井，不下入套管，只在上覆地层11中下入护壁套管；
步骤二、两口井固井完毕后，分别形成第一固井水泥环3和第二固井水泥环4，在压裂井1的油页岩地层12层位进行定向射孔，产生水力裂缝14，压裂井1射孔方向指向生产井2；
步骤三、在压裂井1与生产井2之间均匀的布置上辅助井一17和辅助井二18，辅助井一17和辅助井二18的间距为20米，如图1所述，将线圈组15放入辅助井一17中，线圈组15通过高压电缆线与位于地面上的高压交流电箱19相连，高压交流电通过线圈组15产生交变磁场16，用于对交变磁场16内的金属进行加热，根据交变磁场16的最佳范围来设计辅助井一17和辅助井二18的深度，使得辅助井中产生的交变磁场16可以作用在下方油页岩地层12水力裂缝14产生的区域，在生产井2中安装微地震监测系统20，来监测水力裂缝14产生与延伸的方向；
步骤四、用高压泵9将携带金属支撑剂21的低温压裂液从压裂液罐10中注入到压裂井1内，所述低温压裂液为温度范围在0℃～5℃的压裂液，压裂液充满整个井筒，保持高压，即保持压力大于或等于当前油页岩地层12的破裂压力，压裂井1和生产井2的井口设置有封隔器5封口，防止井喷事故，设置在压裂井1井口的井口阀门7与高压泵9之间的管道上安装单向阀8，保证压裂液只能向压裂井1内注入，同时启动高压交流电箱19，辅助井一17中的线圈组15产生交变磁场16，由于低温压裂液中含有金属支撑剂21，在交变磁场16的作用下，金属支撑剂21的温度短时间内会急速上升，加热压裂液，同时加热与压裂液接触的油页岩地层12。由于热胀性压裂井1内压力会上升，当位于压裂井1井口的压力表6指针读数开始下降时，说明油页岩地层12产生了裂缝，此时关闭高压交流电箱19，打开高压泵9，向压裂井1的井筒内补充低温压裂液。由于新的压裂液的补充，压裂井1井筒内的已有压裂液温度，及与压裂液所接触的油页岩地层12温度会下降，由于热胀冷缩效应，油页岩内部矿物收缩系数不一致，导致油页岩地层12产生许多微裂缝，力学性质下降。压裂液补充结束后，打开高压交流电箱19，继续上述操作，由于油页岩地层12冷热交替处理产生了微裂缝，力学性质产生了弱化，水力裂缝14的产生总是在岩性较弱的地方产生，因此水力裂缝14会沿着涡流加热的方向产生和延伸，从而达到定向压裂的目的；
步骤五、通过微地震监测系统20，对水力裂缝14的延伸进行监测，当检测到水力裂缝14延伸距离超出放入有线圈组15的辅助井垂线距离10米时，视为水力裂缝14超出了线圈组15产生的交变磁场16的最佳作用范围，此时将线圈组15移到下一辅助井中，即辅助井二18，重复步骤四与步骤五，直到水力裂缝14延伸至开采井2。
所述低温压裂液采用温度为0℃～5℃的清水或滑溜水，在高温下压裂液不会失效。
所述金属支撑剂21的材料选用铁镍合金，铁镍合金具有良好的导磁性，涡流加热效率高；金属支撑剂21为球形，其直径与水力裂缝14宽度相匹配，粒径为20目～40目。
本发明中所述高压交流电箱19输出250KHz的高频交流电，每次涡流加热时间至少30分钟。
显然，本发明的上述实施方式仅仅是为清楚地解释本发明所作的举例，并非是对本发明实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (5)
1.一种基于冷热交替碎岩控制方向压裂造缝的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤一、在目标油页岩矿区钻取压裂井(1)和生产井(2)，钻至油页岩地层(12)底部，并在油页岩地层(12)进行裸眼钻井，后期油页岩地层(12)不下套管，所述油页岩地层(12)的顶部距离地表至少1000米；
步骤二、压裂井(1)和生产井(2)固井完毕后，在压裂井(1)的油页岩地层(12)层位进行定向射孔，射孔方向指向生产井(2)；
步骤三、在压裂井(1)和生产井(2)之间等间隔均匀的布置上辅助井，将线圈组(15)置于靠近压裂井(1)的辅助井中，所述线圈组(15)通过高压电缆线与位于地面上的高压交流电箱(19)相连，线圈组(15)用于产生交变磁场(16)，在生产井(2)中安装微地震监测系统(20)，用于监测水力裂缝(14)产生与延伸的方向；
且根据交变磁场(16)的作用范围设定辅助井的深度，以确保交变磁场(16)引起的涡流加热能够作用在下方油页岩地层(12)的水力裂缝(14)产生区域；
步骤四、用高压泵(9)向压裂井(1)内注入携带有金属支撑剂(21)的低温压裂液，所述低温压裂液为温度0℃～5℃的压裂液，压裂液充满整个井筒，保持高压，即保持压力大于或等于当前油页岩地层(12)的破裂压力，压裂井(1)和生产井(2)的井口用封隔器(5)封口，设置在压裂井(1)井口的井口阀门(7)与高压泵(9)之间管道上安装单向阀(8)，同时启动高压交流电箱(19)，线圈组(15)产生交变磁场(16)，在交变磁场(16)的作用下，金属支撑剂(21)的温度上升，加热压裂液，同时加热与压裂液接触的油页岩地层(12)，当位于压裂井(1)井口的压力表(6)指针读数开始下降时，关闭高压交流电箱(19)，打开高压泵(9)，向压裂井(1)的井筒内补充低温压裂液，由于新的压裂液的补充，压裂井(1)井筒内的已有压裂液温度，及与压裂液所接触的油页岩地层(12)温度会下降，由于热胀冷缩效应，导致油页岩地层(12)产生许多微裂缝，压裂液补充结束后，打开高压交流电箱(19)，继续上述操作，由于油页岩地层(12)经冷热交替处理产生了微裂缝，水力裂缝(14)会沿着涡流加热的方向产生和延伸，从而达到定向压裂的目的；
步骤五、通过微地震监测系统(20)，对水力裂缝(14)的延伸进行监测，当检测到水力裂缝(14)延伸距离超出内部设置有线圈组(15)的辅助井垂线距离10米时，视为水力裂缝(14)超出了线圈组(15)产生的交变磁场(16)的最佳作用范围，此时将线圈组(15)移到下一辅助井中，重复步骤四与步骤五，直到水力裂缝(14)延伸至开采井(2)。
2.根据权利要求1所述的基于冷热交替碎岩控制方向压裂造缝的方法，其特征在于：相邻两个辅助井间距为10米～20米。
3.根据权利要求1所述的基于冷热交替碎岩控制方向压裂造缝的方法，其特征在于：所述低温压裂液采用温度为0℃～5℃的清水或滑溜水。
4.根据权利要求1所述的基于冷热交替碎岩控制方向压裂造缝的方法，其特征在于：所述金属支撑剂(21)的材料选用铁镍合金，金属支撑剂(21)为球形，其直径与水力裂缝(14)宽度相匹配，粒径为20目～40目。
5.根据权利要求1所述的基于冷热交替碎岩控制方向压裂造缝的方法，其特征在于：所述高压交流电箱(19)输出250KHz的高频交流电，每次涡流加热时间至少30分钟。
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