CN112412424B - 超临界co2结合微纳米支撑剂应用于页岩气储层开采的方法 - Google Patents

超临界co2结合微纳米支撑剂应用于页岩气储层开采的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种将超临界CO2结合微纳米支撑剂应用于页岩气储层开采的方法，所述方法是先泵超临界CO2前置液，在泵入采用超临界CO2为压裂液、粉煤灰为微纳米支撑剂组成的携砂液I，把微纳米支撑剂充填到微裂缝或天然裂隙中；再泵入采用添加稠化剂的超临界CO2作为压裂液、陶粒作为支撑剂组成的携砂液II，将陶粒支撑剂充填进入尺寸较大裂缝中；最后泵入采用超临界CO2的替挤液，把压裂管柱、地面管汇中的携砂液全部替入裂缝。本发明利用超临界CO2可循环利用、消除部分污染问题、降低对页岩双孔隙介质的渗透性损伤等，以及利用微纳米支撑剂颗粒小、易携带等特性解决以传统支撑剂开采页岩气导致的难以传输问题与开采率较低的问题。

Description

超临界CO2结合微纳米支撑剂应用于页岩气储层开采的方法
技术领域
本发明涉及油气开采技术领域，具体涉及将超临界CO2结合微纳米支撑剂应用于页岩气储层开采中以实现页岩气的更环保、更高效地开采的方法。
背景技术
我国的页岩气分布广泛、储藏丰富，具有普遍的地层饱含气、隐蔽聚集机理等特点，储存方式复杂。目前我国页岩气主要采用水力压裂的方式开采。水力压裂即利用地面高压泵组，以超过地层吸收能力的排量将压裂液泵入井内，在井底憋起高压，当泵注压力克服井壁附近地应力达到岩石抗张强度后，在井底产生裂缝；继续泵入压裂液与支撑剂的混合液体，产生有一定导流能力的填砂裂缝，提供储层流体渗流通道。
水力压裂采用的水基压裂液广泛应用于页岩气储层压裂增透，其易引发黏土矿物膨胀软化以及在微纳孔缝中的水锁效应，进而导致储层渗透性损伤。水基压裂液也易形成水资源消耗、水系统污染和地震诱发等危害。而采用超临界CO2无水压裂可以有效解决水基压裂带来的危害。CO2可高效循环使用，消除水资源消耗及污染问题，降低对页岩双孔隙介质的渗透性损伤；低粘度超临界CO2拥有更强穿透性，以更低的起裂压力产生复杂裂隙网络；CO2强竞争吸附能力促进甲烷解吸附，提高页岩气的采收率。
传统支撑剂的主要成分是石英砂、陶粒砂。该支撑剂颗粒大，在介质中沉降速度快，影响其在裂缝中的运移，因此，传统支撑剂在裂缝中的运移一般需要依靠粘度较大的压裂液。超临界CO2具有低粘度、低携砂的特性，采用传统支撑剂容易导致缝网中支撑剂的密度过低或不均等问题，故考虑采用微纳米支撑剂。微纳米支撑剂具有颗粒小、易携带等优点，可以缓解传统支撑剂导致的缝网中支撑剂的密度过低或不均等问题；也更容易进入更小的裂缝中，为其起到支撑作用。另外，采用火力发电废弃物之一的粉煤灰作为微纳米支撑剂，其颗粒较小，在低粘度压裂液中的高传输特性，易于传输至微裂缝中，进而支撑裂缝保证其导流特性，实现变废为宝。
公开号为CN111187609A的专利文献公开了一种作为压裂支撑剂使用的自悬浮石英砂。该文献针对解决传统支撑剂沉降速度快的问题，一定程度上可以改善压裂液的携砂性，但是其没有考虑到石英砂的体积较大，难以运移到较狭小的次生裂缝和天然裂缝，无法解决次生裂缝和天然裂缝填充率低导致页岩气开采率较低的问题。
因此，需要寻找一种更为高效且绿色的页岩气开采方式，以便可以高效、环保地开采页岩气，缓解能源压力，实现可持续发展。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种将超临界CO2结合微纳米支撑剂应用于页岩气储层开采的方法，其目的在于：利用超临界CO2可循环利用、消除部分污染问题、降低对页岩双孔隙介质的渗透性损伤等特性，以及利用微纳米支撑剂颗粒小、易携带等特性，解决以传统支撑剂开采页岩气导致的难以传输问题与开采率较低问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
超临界CO2结合微纳米支撑剂应用于页岩气储层开采的方法，其是在射孔结束后进行压裂作业时，按照以下顺序进行：
步骤一：泵前置液。前置液即用来在地层造成裂缝，并形成一定几何形态裂缝的液体。本发明中前置液为超临界CO2，分不同时长不同排量多次泵入，泵入排量为3～4m3/min，泵入总时间为20～30min。
步骤二：泵入由压裂液与微纳米支撑剂组成的携砂液I。压裂液携带微纳米支撑剂进入地层，把微纳米支撑剂充填到微裂缝或天然裂隙中。本发明中压裂液为超临界CO2，选用粉煤灰为微纳米支撑剂，粉煤灰的粒径选用为300～400目，其砂比设计为5～15％，泵入排量为 3～4m3/min，泵入总时间为30～40min。泵入时选用不同的砂比对应不同的泵入时长多次泵入。
步骤三：泵入由压裂液与传统支撑剂组成的携砂液II。压裂液将传统支撑剂充填进入尺寸较大裂缝中。本发明中压裂液为添加稠化剂的超临界CO2，稠化剂可选用胍胶等，用以增加CO2的黏度。所用传统支撑剂选用粒径为20～140目的陶粒支撑剂，陶粒支撑剂的砂比设计为20～30％，泵入排量为3～4m3/min，泵入总时间为40～50min。泵入时，陶粒支撑剂粒径选用不同的目数对应的泵入时长多次泵入。
步骤四：泵入替挤液。替挤液即把压裂管柱、地面管汇中的携砂液全部替入裂缝，以避免压裂管柱砂卡、砂堵的液体。其组成仍为超临界CO2。泵入排量为3～4m3/min，泵入时间为 2～3min。
上述方案中优选的是，所述步骤一中前置液的泵入排量依次为3、4和3m3/min，对应的泵入时间分别为1min、1min和25min。
上述方案中优选的是，所述步骤二中粉煤灰的砂比依次为5％、10％和15％，对应的泵入时间分别为7、10和15min，泵入排量均为3m3/min。
进一步，所述步骤二中粉煤灰为325目，且其球度和圆度均大于0.8。
上述方案中优选的是，所述步骤三中陶粒支撑剂的粒径依次选用70～140目、40～70目和 20～40目，与粒径分别对应的泵入时间为20、15和5min，泵入排量均为3m3/min。
进一步，所述步骤三中稠化剂为0.3～0.5％胍胶。陶粒支撑剂的球度和圆度均大于0.8。陶粒支撑剂的砂比均为30％。
上述方案中优选的是，所述步骤四中替挤液为超临界CO2，泵入排量为3m3/min，泵入时间为2min。
本发明所述的方法与现有方法相比，主要具有以下优点：
1.利用超临界CO2进行压裂，其中CO2可高效循环使用，可以消除水资源消耗及污染问题，降低对页岩双孔隙介质的渗透性损伤。
2.低粘度的超临界CO2拥有更强穿透性，以更低的起裂压力产生复杂裂隙网络。
3.超临界CO2强竞争吸附能力促进甲烷解吸附，提高页岩气的采收率。
4.采用的微纳米支撑剂具有颗粒小、易携带等优点，可以解决传统支撑剂导致的缝网中支撑剂的密度过低或不均等问题。
5.采用火力发电废弃物之一的粉煤灰作为微纳米支撑剂，可以进行废物利用，实现变废为宝。
因此，本发明可以解决传统的页岩气开采方式导致的开采率低、污染环境等问题，同时利用了火力发电废弃物之一粉煤灰作为支撑剂，实现了变废为宝。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1-含水层；2-页岩气储层；3-钻井；4-压裂裂缝；5-微裂缝；6-超临界CO2压裂液； 7-微纳米支撑剂粉煤灰。
具体实施方式
为了更进一步了解本发明的发明内容，下面将结合图1和具体实施例详细阐述本发明。
实施例1：
参见施工工序表表1，在对页岩气储层射孔结束后，按照以下顺序进行压裂作业：
步骤一：分三次向钻井3内泵入前置液，用来在页岩气储层2中造成压裂裂缝4，并形成一定几何形态的裂缝。
第一次，向钻井泵入超临界CO2，泵入排量为3m3/min，泵入总时间为1min。
第二次，向钻井泵入超临界CO2，泵入排量为4m3/min，泵入总时间为1min。
第三次，向钻井泵入超临界CO2，泵入排量为3m3/min，泵入总时间为25min。
步骤二：分三次泵入超临界CO2压裂液6与粉煤灰7组成的携砂液I，把微纳米支撑剂充填到微裂缝5或天然裂隙中。
第一次，泵入超临界CO2与粉煤灰，泵入粉煤灰为325目，且其球度和圆度均大于0.8，粉煤灰的砂比为5％，泵入排量为3m3/min，泵入总时间为7min。
第二次，泵入超临界CO2与粉煤灰。泵入粉煤灰为325目，且其球度和圆度均大于0.8，粉煤灰的砂比为10％，泵入排量为3m3/min，泵入总时间为10min。
第三次，泵入超临界CO2与粉煤灰，泵入粉煤灰为325目，且其球度和圆度均大于0.8，粉煤灰的砂比为15％，泵入排量为3m3/min，泵入总时间为15min。
步骤三：分三次泵入超临界CO2压裂液6和陶粒组成的携砂液II。
第一次，泵入添加0.3～0.5％胍胶的超临界CO2和陶粒支撑剂。泵入陶粒支撑剂为70～140目，且其球度和圆度均大于0.8，陶粒支撑剂的砂比为30％，泵入排量为3m3/min，泵入总时间为 20min。
第二次，泵入添加0.3～0.5％胍胶的超临界CO2和陶粒支撑剂。泵入陶粒支撑剂为40～70目，且其球度和圆度均大于0.8，陶粒支撑剂的砂比为30％，泵入排量为3m3/min，泵入总时间为 15min。
第三次，泵入添加0.3～0.5％胍胶的超临界CO2和陶粒支撑剂。泵入陶粒支撑剂为20～40目，且其球度和圆度均大于0.8，陶粒支撑剂的砂比为30％，泵入排量为3m3/min，泵入总时间为5min。
步骤四：泵入替挤液超临界CO2，泵入排量为3m3/min，泵入总时间为2min，把压裂管柱、地面管汇中的携砂液全部潜入裂缝，以避免压裂管柱砂卡、砂堵。
以上压裂施工过程即可结束，压裂后即可进行关井等工作。
表1施工工序表
Figure BDA0002785971400000041

Claims (7)

1.一种超临界CO2结合微纳米支撑剂应用于页岩气储层开采的方法，所述方法是在射孔结束后进行压裂作业时，按照以下顺序进行：
步骤一：泵前置液：前置液为超临界CO2，分不同时长不同泵入排量多次泵入，泵入排量为3~4m3/min，泵入总时间为20~30min；
步骤二：泵携砂液I：采用超临界CO2为压裂液，粉煤灰为微纳米支撑剂，使压裂液携带微纳米支撑剂作为携砂液I泵入地层，把微纳米支撑剂充填到微裂缝或天然裂隙中；所述携砂液I的砂比为5~15%，泵入排量为3~4m3/min，泵入总时间为30~40min，所述粉煤灰的粒径为300~400目；泵入时选用不同的砂比对应不同的泵入时长多次泵入；
步骤三：泵携砂液II：采用添加稠化剂的超临界CO2作为压裂液，粒径为20~140目的陶粒作为支撑剂，压裂液携带支撑剂作为携砂液II泵入地层，将陶粒支撑剂充填进入尺寸较大裂缝中；所述携砂液II的砂比设计为20~30%，泵入排量为3~4m3/min，泵入总时间为40~50min；泵入时，陶粒支撑剂粒径选用不同的目数对应不同的泵入时长多次泵入；
步骤四：泵替挤液：采用超临界CO2为替挤液，泵入排量为3~4m3/min，泵入时间为2~3min，把压裂管柱、地面管汇中的携砂液全部替入裂缝。
2.根据权利要求1所述的超临界CO2结合微纳米支撑剂应用于页岩气储层开采的方法，其特征在于，所述步骤一中前置液的泵入排量依次为3 m3/min、4 m3/min和3m3/min，对应的泵入时间分别为1min、1min和25min。
3.根据权利要求1所述的超临界CO2结合微纳米支撑剂应用于页岩气储层开采的方法，其特征在于，所述步骤二中粉煤灰的砂比依次选用为5%、10%和15%，对应的泵入时间分别为7 min、10 min和15min，泵入排量均为3m3/min。
4.根据权利要求3所述的超临界CO2结合微纳米支撑剂应用于页岩气储层开采的方法，其特征在于，所述步骤二中粉煤灰的粒径为325目，且其球度和圆度均大于0.8。
5.根据权利要求1所述的超临界CO2结合微纳米支撑剂应用于页岩气储层开采的方法，其特征在于，所述步骤三中依次选用粒径70~140目、40~70目和20~40目的陶粒支撑剂，分别对应的泵入时间分别为20 min、15 min和5min，泵入排量均为3m3/min。
6.根据权利要求5所述的超临界CO2结合微纳米支撑剂应用于页岩气储层开采的方法，其特征在于，所述步骤三中稠化剂为胍胶，陶粒支撑剂球度和圆度均大于0.8，陶粒支撑剂的砂比均为30%。
7.根据权利要求1所述的超临界CO2结合微纳米支撑剂应用于页岩气储层开采的方法，其特征在于，所述步骤四中替挤液的泵入排量为3m3/min，泵入时间为2min。
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