CN112377166A - 一种页岩油藏氮气辅助二氧化碳压裂与开发一体化方法 - Google Patents

一种页岩油藏氮气辅助二氧化碳压裂与开发一体化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种页岩油藏氮气辅助二氧化碳压裂与开发一体化方法，包括利用氮气辅助二氧化碳对目标页岩油藏进行压裂操作；压裂操作完成后，向目标页岩油藏中注入二氧化碳气体，后续再向目标页岩油藏中注入氮气气体，用于将二氧化碳气体推入油藏深部；对目标页岩油藏实施焖井作业；焖井结束后，开井实施衰竭生产；第一周期生产后；后续生产过程中，注入气体段塞体积、焖井时间均为上一周期的1.5倍，每个周期重复步骤五‑步骤七的操作。本发明最大化的提高页岩油藏的采收率；这样最大效率地利用二氧化碳气体，使得页岩油藏的开发更加经济、高效；压裂、开发一体化设计，使得现场操作流程化、规范化，不同部门能够建立起更加紧密合作。

Description

一种页岩油藏氮气辅助二氧化碳压裂与开发一体化方法
技术领域
本发明涉及页岩油藏开采技术领域，具体涉及一种页岩油藏氮气辅助二氧化碳压裂与开发一体化方法。
背景技术
我国页岩油储量巨大，这部分原油的高效开发将成为满足我国经济发展能源需求的重要保证。页岩油资源的储量巨大，该类资源的开发利用，是解决我国能源危机的关键。但是由于页岩油藏的渗透率极低，并伴有一定的水敏性影响，使得该类原油利用常规开发方式(注水开发)不适用(注水注不进、注入水伤害地层)。为了提高页岩油开发，目前常用的方式为注气开发，对比不同的注气介质(天然气、氮气、二氧化碳等)，注二氧化碳开发页岩油(吞吐、驱替方式等)能够取得更好的开发效果。为了降低页岩油藏，渗透性极低的储层对注气量的影响，对页岩油层实施压裂，在油层中形成不同方向、长度的裂缝，使得注入的气体能够沿着裂缝向油藏深处传递，接触到油藏深处的原油，达到提高页岩油采收率的目的。
在压裂实施过程中，与水力压裂相比注二氧化碳压裂具有更多优势：(1)注入的二氧化碳气体不会产生水敏影响，减少对地层的伤害；(2)压裂后，注入的二氧化碳气体直接注入到油层中与原油作用，起到提高页岩油采收率的目的；(3)注入的二氧化碳气体与油藏中地层水反应，形成碳酸水，腐蚀附近地层，一定程度上改善了地层渗透率，有利于原油在油藏中的流动；(4)实现二氧化碳气体的地层中的埋存，减小碳足迹。
然而，注二氧化碳压裂存在一定的局限性。一方面，由于二氧化碳气体的捕集过程复杂，捕集大量的二氧化碳气体具有一定的难度；另一方面，由于区域所限，利用罐车运输液态二氧化碳气体时受到距离的影响，成本较高。因此，在保证压裂效果以及开发效果的前提下，减少二氧化碳使用量将是提高经济效益重要因素。
现有技术中，授权公开号为CN205117321U，名称为“一种超临界二氧化碳、氮气、水力复合压裂系统”的中国发明专利文献公开了一种新型的利用超临界二氧化碳、氮气、水为复合介质的压裂系，包括N2罐，CO2罐，CO2罐的出口端通过管线依次连接有加热器、增压泵、搅拌调黏器，N2罐的出口端与加热器的入口端通过管线连接，N2罐入口端与CO2罐入口端之间的管线上依次安装有控制阀、空气分离器，增压泵的另一个入口端通过管线依次连接有水基压裂液罐、液体分离器、页岩气分离器、空气压缩机、冷却器，冷却器的出口端与空气分离器的入口端连通，液体分离器的另一个入口端通过管线连通有固体分离器、卸压泵。该专利详细阐述了压力系统装置，结构紧凑，工艺流程简单；但是其并未涉及如何在页岩油藏中实施压裂操作及氮气辅助二氧化碳压裂的原理、特点、优势等问题。
申请公布号为CN108397171A，名称为“一种氮气辅助二氧化碳吞吐开采致密油的方法”的中国发明专利文献公开了一种氮气辅助二氧化碳吞吐开采致密油的方法：在第一轮二氧化碳吞吐开采后，第二个轮次将氮气与二氧化碳按照一定的比例先后注入致密油藏，注入完成后进行焖井。焖井时，氮气同二氧化碳向深部地层扩散。由于氮气的原油中的溶解度较小，氮气可有维持地层压力，从而增加地层弹性能量。氮气与二氧化碳的协同作用使得一次吞吐后，油井可保持较高的采油量。其虽然能够实现进行多轮次吞吐后，可有效维持地层压力，提高致密油藏采收率；但是其存在二氧化碳消耗大，混合后的氮气一定程度上阻碍二氧化碳向油藏中的扩散效率，难以最大化的提高致密油采收率。
发明内容
本发明主要是克服现有技术中存在的缺点，本发明提供一种页岩油藏氮气辅助二氧化碳压裂与开发一体化方法。
本发明解决上述技术问题，所提供的技术方案是：一种页岩油藏氮气辅助二氧化碳压裂与开发一体化方法，包括：
步骤一、利用氮气辅助二氧化碳对目标页岩油藏进行压裂操作；
步骤二、压裂操作完成后，向目标页岩油藏中注入二氧化碳气体，后续再向目标页岩油藏中注入氮气气体，用于将二氧化碳气体推入油藏深部；
步骤三、对目标页岩油藏实施焖井作业，使页岩油与注入的二氧化碳气体充分融合，使页岩油体积得到膨胀，粘度降低，抽提页岩油轻质组分；
步骤四、焖井结束后，开井实施衰竭生产，待油藏压力衰竭至原始油藏压力的1/2时，结束第一周期生产；
步骤五、第一周期生产后，向目标页岩油藏中注入二氧化碳气体，后续再注入氮气气体，用于将二氧化碳气体推入油藏深部的同时提高油藏压力至接近于原始油藏压力，其中二氧化碳气体和氮气气体的段塞体积为步骤三中的1.5倍；
步骤六、再对目标页岩油藏实施焖井作业，其焖井时间为步骤三中的1.5倍；
步骤七、焖井结束后，开井实施衰竭生产，待油藏压力衰竭至原始油藏压力的1/2时，结束第二周期生产；
步骤八、后续生产过程中，注入气体段塞体积、焖井时间均为上一周期的1.5倍，每个周期重复步骤五-步骤七的操作。
进一步的技术方案是，所述步骤一中的具体压裂操作过程为：
前期注入0.1PV高压二氧化碳段塞，后续注入0.1PV高压氮气；
增加注入气体压力，将井筒中压力提高到大于页岩油破裂压力，实现目标页岩油藏压裂，将支撑剂注入裂缝中，使裂缝不会闭合，有利于后续气体的注入。
进一步的技术方案是，所述步骤二中二氧化碳气体和氮气气体的段塞体积均为0.1-0.2PV。
进一步的技术方案是，所述步骤二中二氧化碳气体和氮气气体的压力均为目标页岩油藏的油藏压力。
进一步的技术方案是，所述步骤三的焖井时间为30-45天。
本发明具有以下有益效果：本发明注入油藏中的二氧化碳气体，在高压下能够与油藏中的页岩油融合，抽提原油中的轻质组分，使原油体积得到膨胀，降低原油粘度；注入油藏中的氮气，一方面将二氧化碳气体推至油藏深部与原油充分接触，提高原油采收率；另一方面起到保持油藏压力的作用，因此可以最大化地提高页岩油藏的采收率；这样最大效率地利用二氧化碳气体，使得页岩油藏的开发更加经济、高效；压裂、开发一体化设计，使得现场操作流程化、规范化，不同部门能够建立起更加紧密合作。
附图说明
图1为页岩油藏完井后井身结构图；
图2为注二氧化碳实施页岩油藏压裂造缝井身结构示意图；
图3为注二氧化碳压裂造缝后注氮气保压井身结构示意图；
图4为注气压裂后焖井阶段井身结构示意图；
图5为开井生产阶段井身结构示意图；
图6为压裂页岩长岩心不同气体介质吞吐实验采收率对比图；
图7为压裂页岩长岩心不同气体介质吞吐实验压力对比图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在现有的钻井作业结束后(完井后)，射孔井段位于页岩油储层深部，如图1所示。实施注二氧化碳气体提高采收率操作时，由于页岩储层渗透率极低，导致二氧化碳气体无法高效注入，从而使开发效果不能达到预期。
因此，本发明致力于最大限度地利用氮气及二氧化碳，利用氮气辅助二氧化碳进行最重要的两部分工作：(1)利用氮气辅助二氧化碳对页岩油藏进行压裂；(2)在压裂后的油藏中，利用氮气辅助二氧化碳对页岩油进行开发。
本发明的一种页岩油藏氮气辅助二氧化碳压裂与开发一体化方法，既能充分利用注入气体(氮气、二氧化碳)，又能将压裂与提高采收率有机的结合起来，其具体步骤为：
步骤S100、利用高压二氧化碳气体对页岩油藏实施压裂操作，前期注入0.1PV高压二氧化碳段塞，后续注入0.1PV高压氮气(如图2所示)；
步骤S200、增加注入气体压力，将井筒中压力提高到大于页岩油破裂压力，实现页岩油藏压裂，将设计的支撑剂注入裂缝中，使裂缝不会闭合，有利于后续气体的注入；并且注入的二氧化碳气体通过压裂缝被注入到油藏中，一方面注入的二氧化碳气体在油藏中形成裂缝；另一方面，注入的二氧化碳气体沿着裂缝被送入地层深部，与页岩油充分接触，有效提高页岩油的采收率；
步骤S300、压裂完成后，向油藏中注入油藏压力条件下0.1-0.2PV二氧化碳气体段塞，二氧化碳气体与页岩油藏中的原油接触，发生作用，后续注入相同压力下0.1-0.2PV氮气气体段塞，起到保持地层压力及将二氧化碳气体推至油藏深部的作用，如图3所示；
步骤S400、关闭油井30-45天，对油藏实施焖井，使页岩油与注入的二氧化碳气体充分融合，页岩油体积得到膨胀，粘度降低，抽提页岩油轻质组分，提高原油的流动性，进而提高原油采收率，如图4所示；
步骤S500、焖井结束后，开井实施衰竭生产，由于注入的气体(二氧化碳、氮气)保持了地层的压力，使得油井能够在较高压力的作用下实现衰竭式开发，控制生产井压力衰竭速度，待油藏压力衰竭至原始油藏压力的1/2时，结束第一周期生产，如图5所示；
步骤S600、向油井中注入0.15-0.3PV二氧化碳气体段塞，后续注入相同压力下0.15-0.3PV氮气气体段塞，将二氧化碳气体推入油藏深部的同时提高油藏压力至接近于原始油藏压力；
步骤S700、关闭油井45-60天，对油藏实施焖井作业；
步骤S800、焖井结束后，开井实施衰竭生产，控制生产井压力衰竭速度，待油藏压力衰竭至原始油藏压力的1/2时，结束第二周期生产；
步骤S900、后续生产过程中，注入气体段塞体积、焖井时间为上一周期的1.5倍左右，每个周期重复步骤S600-步骤S800的操作。
本发明使用氮气代替部分二氧化碳气体，利用氮气代替部分二氧化碳的原因是：(1)由于空气中氮气含量远远大于二氧化碳气体，使得氮气制备过程比二氧化碳气体简单；(2)氮气液化压力低于二氧化碳气体，并且在运输过程中，能够实现的运输量更大、更安全；(3)氮气制备过程投入比二氧化碳制备小，使得制气过程更加经济。
实验例
使用压裂后的页岩长岩心，开展不同气体介质(纯二氧化碳、二氧化碳及氮气)吞吐实验研究。实验一，注入气体为纯二氧化碳，实验二，先注入的气体为二氧化碳气体而后注入氮气进行憋压。
实验过程中，每个吞吐周期内，二氧化碳注入量为0.1倍孔隙体积，焖井时间为10小时，压力衰竭速度为30kPa/min。经过五个周期的吞吐实验，如图6所示，实验一采收率达到28.51％，在氮气的憋压作用下，实验二采收率达到35.83％。如图7所示，就实验一而言，每个轮次注入二氧化碳的体积相同，导致岩心中压力呈逐渐下降的趋势，岩心中压力不能得到保持，驱替能量降低。对于实验二来说，由于后续氮气的注入，使得岩心中的压力得到保持，提高了实验的驱替能量，使得采收率得到提高。
以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已通过上述实施例揭示，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，可利用上述揭示的技术内容作出些变动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种页岩油藏氮气辅助二氧化碳压裂与开发一体化方法，其特征在于，包括：
步骤一、利用氮气辅助二氧化碳对目标页岩油藏进行压裂操作；
步骤二、压裂操作完成后，向目标页岩油藏中注入二氧化碳气体，后续再向目标页岩油藏中注入氮气气体，用于将二氧化碳气体推入油藏深部；
步骤三、对目标页岩油藏实施焖井作业，使页岩油与注入的二氧化碳气体充分融合，使页岩油体积得到膨胀，粘度降低，抽提页岩油轻质组分；
步骤四、焖井结束后，开井实施衰竭生产，待油藏压力衰竭至原始油藏压力的1/2时，结束第一周期生产；
步骤五、第一周期生产后，向目标页岩油藏中注入二氧化碳气体，后续再注入氮气气体，用于将二氧化碳气体推入油藏深部的同时提高油藏压力至接近于原始油藏压力，其中二氧化碳气体和氮气气体的段塞体积为步骤三中的1.5倍；
步骤六、再对目标页岩油藏实施焖井作业，其焖井时间为步骤三中的1.5倍；
步骤七、焖井结束后，开井实施衰竭生产，待油藏压力衰竭至原始油藏压力的1/2时，结束第二周期生产；
步骤八、后续生产过程中，注入气体段塞体积、焖井时间均为上一周期的1.5倍，每个周期重复步骤五-步骤七的操作。
2.根据权利要求1所述的一种页岩油藏氮气辅助二氧化碳压裂与开发一体化方法，其特征在于，所述步骤一中的具体压裂操作过程为：
前期注入0.1PV高压二氧化碳段塞，后续注入0.1PV高压氮气；
增加注入气体压力，将井筒中压力提高到大于页岩油破裂压力，实现目标页岩油藏压裂，将支撑剂注入裂缝中，使裂缝不会闭合，有利于后续气体的注入。
3.根据权利要求2所述的一种页岩油藏氮气辅助二氧化碳压裂与开发一体化方法，其特征在于，所述步骤二中二氧化碳气体和氮气气体的段塞体积均为0.1-0.2PV。
4.根据权利要求3所述的一种页岩油藏氮气辅助二氧化碳压裂与开发一体化方法，其特征在于，所述步骤二中二氧化碳气体和氮气气体的压力均为目标页岩油藏的油藏压力。
5.根据权利要求1所述的一种页岩油藏氮气辅助二氧化碳压裂与开发一体化方法，其特征在于，所述步骤三的焖井时间为30-45天。
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