CN112922572A - 一种致密储层深部水相圈闭损害解除的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种致密储层深部水相圈闭损害解除的方法及装置，可以有效解除油气钻采过程中水相入侵储层造成的水相圈闭损害。该方法通过在套管内下入多段式电加热棒，并且对套管注入氮气，热量主要通过两个途径进入储层，首先是电加热棒通过热辐射加热套管，套管、水泥环与储层之间通过热传导的方式传递热量；然后是电加热棒通过强制对流传热以及热辐射加热氮气，氮气进入裂缝将热量带入储层，热量进入储层后高温将液态水蒸发为水蒸气，返排阶段利用压力差将水蒸气和氮气从套管导出，该装置主要包括多段式电加热棒、氮气系统。通过上述方法和装置可以高效解除储层深部水相圈闭损害，恢复和改善储层渗透率。
Description
技术领域
本发明涉及一种致密储层深部水相圈闭损害解除的方法及装置，可以提升致密藏气采收率。
背景技术
目前就探明储量和技术实力而言，致密砂岩气藏是我国最具现实勘探开发意义的非常规天然气资源，但是致密砂岩储层，一般不具有自然产能，需要通过水力压裂形成裂缝网络，缩短气体从基质到裂缝的渗流距离、增大泄流面积，实现致密砂岩气藏经济开发。压裂规模大，压裂液用量多，单井压裂液可达(2-4)×104m3，但压裂液返排难度大，返排率往往低于50％。压裂液滞留，再加上在钻完井过程中的其他水相入侵，产生水相圈闭损害，严重影响致密砂岩气的渗流能力。所以迫切需要一种高效、经济、对环境友好的解除水相圈闭损害的方法以及系统性的装置。
现有技术方法中，可以通过一些工程技术措施来减少水相圈闭损害，例如改变钻井技术使用欠平衡钻井，使用一些非润湿相工作液等，当出现水相圈闭损害发生后目前解决技术主要可以分为两个方向：一是通过化学技术可以酸化，可以加入化学活性剂；另外一个方向是物理加热技术，可以火烧储层等。但是这些技术方法有的效率低下，有的解除效果不明显，有的经济成本太高。
相较于中国专利公布号CN202611662 U公开的“井下涡轮发电机电加热稠油短节”该方法的能源来自井下发电机其受限于井下空间所以装置体积小，电能供给十分有限，难以通过电能产生大量的热能。
相较于中国专利公布号CN 102261238 A公开的“一种微波加热地下油页岩开采油气的方法”，该方法主要是对地下油页岩矿层进行造缝，分别生成横向裂缝和纵向裂缝，在生成的纵向裂缝中注入微波强吸收介质；然后通过微波强吸收介质进行直接微波加热，所述油页岩矿层，以及使得生成的油气通过所述横向裂缝导出，该加热方法并没有针对于井下水相圈闭损害问题的解除而且从原理上讲与本发明没有任何关联。
此外，目前还有采用地层热处理的技术，通过专门的注气管道向位于井下储层段的一个气体加热装置进行注气，装置将加热后的气体排出使之进入储层从而解除水相圈闭损害。该方法的特点是热能利用率较高，但是加热效率低下，每次加热需要长时间的预热，时间成本太高。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种致密储层深部水相圈闭损害高效解除的方法及装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：通过在套管内下入多段式电加热棒，下入至储层段，然后对套管注入氮气，利用电加热棒的高温同时加热氮气以及套管，加热一段时间后停止注入氮气，热量主要通过两个途径进入储层，首先是电加热棒通过热辐射加热套管，套管通过热传导加热水泥环，水泥环再通过热传导让热量进入储层，然后是电加热棒通过强制对流换热以及热辐射加热氮气，氮气通过裂缝将热量带入储层，热量进入储层后高温将液态水蒸发为水蒸气，返排阶段通过压力差将水蒸气和氮气从套管导出，从而解除水相圈闭损害。进一步的是：所述电加热棒的发热温度为200℃-500℃，当电加热棒下入至目标储层段通过变频器使得电加热棒开始以500℃的高功率运行，油气井套管一般采用API标准材质，常见材质为N80,J55其均可承受超过600℃的温度。
进一步的是：当电加热棒通电以后即可开始向套管内注入氮气，当氮气在定压条件下充满套管后，根据目标区域氮气温度对氮气进行加压，加压后底层高温热氮气开始逐渐进入储层。进一步的是：通过传热传质学可以计算出，在目标储层压力下水蒸发为水蒸气的所需温度，根据地质资料和实验结合可以确定岩石相关热力学参数，以及氮气的热力学参数，然后建立非稳态传热模型，从而预测建立不同时间段内储层的温度场模型，当温度场模型建立以后即可通过下式预估加热时间T0：
式中：T0表示预估加热时间；T1表示电加热棒加热储层预测时间；t1表示电加热棒的温度；λ1表示岩石导热系数；cp1表示岩石的定压比热容；ρ1表示岩石密度；T2表示热氮气加热储层预测时间；t2表示进入储层的氮气温度；λ2表示氮气导热系数；cp2表示氮气的定压比热容；ρ2表示氮气密度；r表示加热范围半径；u表示氮气流速；n表示射孔数。
进一步的是：当加热时间到达T0后停止注气随即进入返排阶段，此时利用储层和井筒之间的压力差，水蒸气会和氮气会先进入井筒并返排至地面。进一步的是：通过井口的湿度检测仪检测返排气体的湿度，当湿度不再随时间变化而变化即可认为结束返排。
本发明还提供了一种用于上述方法的装置，具体为：致密储层深部水相圈闭损害解除的装置，包括套管，地面氮气系统，供电系统，井口湿度检测仪，和地下分段式电加热棒与电偶式温度计装置。
进一步的是：所述分段式电加热棒由透明石英玻璃罩以及内部的电阻发热丝组成，石英罩主体为圆柱形，各段电加热棒采用串联连接，每段电加热棒之间通过不锈钢软管采用螺纹连接，并用螺旋式方式进行密封，见附图。
进一步的是：所述氮气系统在地面包括，氮气返排回收处理系统，氮气发生器内含加压泵。进一步的是：所述电偶式温度检测装置安装在井底储层段用于检测进入储层的氮气温度从而调节氮气的注入速度，以及电加热棒的温度。
进一步的是：所述氮气返排回收处理系统包括干湿分离器，杂质分离器，回收储存罐。
本发明优点及有益效果是：
1.可以高效且环境友好的解除致密储层的水相圈闭损害，恢复和改善储层渗透率，不会对储层造成二次损害；
2.可以解除储层深处的水相圈闭损害，提升解除水相圈闭损害的范围；
3.可以将热能集中在井底储层段区域，套管不会因为吸收过多的热量造成热膨胀损坏套管；4.高热能利用率。传统的电加热棒加热储层其沿井筒方向的辐射热损耗很大，本发明通过向套管注入氮气可以将沿套管方向的热量吸收然后加热氮气最后氮气将热量带入储层，从而提高了热能利用率；
5.高热能利用率可以在同等电功率的情况下将储层加热至更高的温度，或者将储层加热至同一个目标温度的情况下更加经济；
6.本发明适用于所有钻完井方式的油气井，几乎不受限于任何条件。
附图说明
图1为本发明在井场施工过程流程图
图中：1表示供电系统，2表示氮气发生器，3表示加压泵，4表示氮气回收系统，5表示氮气存储罐，6表示井口湿度检测仪，7表示油管，8表示高压线缆，9表示电加热棒组，10表示射孔裂缝，11表示电偶式温度计。
图2为电加热棒的主体结构示意图以及连接密封结构示意图
图中：12供电电极，13表示透明石英玻璃罩，14表示电阻丝，15表示不锈钢软管。
图3为氮气返排回收处理系统示意图
图中：16表示杂质分离器，17表示干湿分离器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
参看图1图2图3。
所述高压电缆8，连接电加热棒9，电加热棒之间通过不锈钢软管15连接，内有电阻丝14，主体为透明石英玻璃罩13。
将电加热棒组9穿过油管7下放至储层深度区域，电加热棒组9通过供电系统1进行供电。电加热棒组9通电运行以后，地面氮气发生器2开始向井内定压注入氮气，当定压条件下氮气充满套管后，根据目标区域电偶温度计11所测氮气温度调整氮气压力通过加压泵3对氮气进行加压注入。
通过下式预估加热时间T0：
式中：T0表示预估加热时间；T1表示电加热棒加热储层预测时间；t1表示电加热棒的温度；λ1表示岩石导热系数；cp1表示岩石的定压比热容；ρ1表示岩石密度；T2表示热氮气加热储层预测时间；t2表示进入储层的氮气温度；λ2表示氮气导热系数；cp2表示氮气的定压比热容；ρ2表示氮气密度；r表示加热范围半径；u表示氮气流速；n表示射孔数。
到达预估加热时间后，停止氮气发生器2，停止加压泵3，随即进入返排阶段，返排出来的混合气体进入氮气回收处理系统4。
返排氮气从套管出来后,进入氮气回收处理系统4，先经过杂质分离器16，再经过干湿分离器17，最后进入氮气回收罐5中存储备用。
通过井口湿度检测仪6，检测返排气体的湿度，当湿度不再随时间变化而变化即认为结束返排。
Claims (7)
1.一种致密储层深部水相圈闭损害的解除方法及装置，其特征在于，通过在套管内下入多段式电加热棒至储层段，通过井口经套管注入氮气，利用电加热棒的高温加热氮气及近井储层，当井底氮气温度到达所需温度后，注入氮气压力提高至储层孔隙压力以上，使高温气体沿着孔隙、裂缝或射孔孔眼进入储层深部，加热一段时间后停止注入氮气，返排阶段利用压差将水蒸气和氮气从套管排出，从而解除水相圈闭损害。
2.如权利要求1所述的致密储层深部水相圈闭损害的解除方法，其特征在于，所述电加热棒发热温度在200℃-500℃通过变频调节。
3.如权利要求1所述的致密储层深部水相圈闭损害的解除方法，其特征在于，加热时间为T0且通过下式预估：
式中：T0表示预估加热时间；T1表示电加热棒加热储层预测时间；t1表示电加热棒的温度；λ1表示岩石导热系数；cp1表示岩石的定压比热容；ρ1表示岩石密度；T2表示热氮气加热储层预测时间；t2表示进入储层的氮气温度；λ2表示氮气导热系数；cp2表示氮气的定压比热容；ρ2表示氮气密度；r表示加热范围半径；u表示氮气流速；n表示射孔数。
4.如权利要求1所述的致密储层深部水相圈闭损害的解除方法，其特征在于，停止注氮气后随即进入返排阶段，通过井口湿度检测装置，检测返排气体的湿度，当湿度不再随时间变化而变化即认为结束返排。
5.致密储层深部水相圈闭损害解除的装置，包括套管，其特征在于，装置包含两个部分，地面部分包括氮气系统通过管道与井口相连，供电系统通过电线对井下电加热棒供电，井口安装有湿度检测仪，地下部分主要由分段式电加热棒以及安装在储层段套管上的电偶式温度计构成。
6.如权利要求1和5所述的致密储层深部水相圈闭损害的解除装置，其特征在于，所述多段式电加热棒每一段都由透明石英玻璃罩以及内部的电阻发热丝组成，石英罩的主体为圆柱形，上下两端为圆锥形。
7.如权利要求1和5所述的致密储层深部水相圈闭损害的解除装置，其特征在于，所述多段式电加热棒采用串联连接，每段电加热棒之间通过不锈钢软管采用螺纹连接，并采用螺旋式进行密封。
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