CN113090240B - 一种油气井液态co2溶浸与致裂储层改造一体化设备 - Google Patents

一种油气井液态co2溶浸与致裂储层改造一体化设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种油气井液态CO2溶浸与致裂储层改造一体化设备，包括多支CO2溶浸致裂器、单向阀、筛管、加热器、导线、发爆器；CO2溶浸致裂器由圆筒状的管体、充气头、设有盲孔的圆筒状致裂头；管体右端为设有单向阀的充气头，充气头一端设有导电插座，另一端与管体内部的筛管连接，加热器位于筛管内部，加热器的导线一端与充气头连接，另一端通过导电插头与另一支CO2溶浸致裂器的导电插座串联；管体左端与另一支CO2溶浸致裂器通过设有盲孔的圆筒状致裂头相连，多支CO2溶浸致裂器连接形成一体化的通管结构，并在通管结构的末端设有控压构件。

Description

一种油气井液态CO2溶浸与致裂储层改造一体化设备
技术领域
本发明属于油气井储层改造领域，涉及一种油气井液态CO2溶浸与致裂储层改造一体化设备。
背景技术
目前，油气井储层改造增产技术主要包括，静载、脉冲射流水力化措施、氮气、CO2等气体驱替、活性水+氮气压裂技术措施、控制预裂爆破、CO2相变致裂等强化增透卸压措施。上述技术都在不同程度上改造了某种储层，但是我国储层环境复杂，上述方法均在某些区域受到限制。水力化措施储层成缝单一，不适合水敏性地层；水力割缝、造穴措施不适于坚硬煤层，施工效率低；控制预裂爆破不适应高瓦斯煤层；CO2相变致裂适应性强，但储层改造范围有限，裂缝影响区域小。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明一种油气井液态CO2溶浸与致裂储层改造一体化设备，使用该设备可使得油气井储层在大范围内产生复杂的裂缝网络，提高裂缝的导流能力。该设备可用于常规石油、天然气储层和非常规天然气储层的水平井与垂直井改造。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种油气井液态CO2溶浸与致裂储层改造一体化设备，由多支CO2溶浸致裂器组成，其中CO2溶浸致裂器由圆筒状的管体、充气头、圆筒状致裂头；位于CO2溶浸致裂器右端的充气头一端设有注液态二氧化碳的单向阀和导电插座，另一端设有固定和保护加热器的筛管；位于管体内部的加热器的线路一端与导电插座相连，一端通过导电插头与下一支CO2溶浸致裂器的导电插座串联；位于CO2溶浸致裂器左端的圆筒状致裂头设有盲孔，该盲孔为致裂器的薄弱面，起到致裂煤体和导流液态CO2的功能；多支CO2溶浸致裂器通过设有盲孔的圆筒状致裂头连接形成一体化的通管结构，使得该设备能够大范围内的溶浸与致裂储层；并且通管结构的末端设有控压构件，该构件在液态CO2溶浸过程中处于打开状态，液态CO2致裂过程时，处于关闭状态。
进一步的，所述单向阀，具有避免液态CO2回涌、提高充气效率的作用；为满足大排量注入液态CO2，增加单向阀的个数为3～5个，直径为10～20mm。
进一步的，所述筛管长度为管体长度的1/3～2/3，具有保护加热器和线路的作用，筛管孔密度2-10目。
进一步的，所述盲孔密度为20-40个/米，孔径为12～20mm，增大致裂威力、增加裂缝网络的复杂程度。
进一步的，所述筛管外部设有固定作用的环形垫块，该环形垫块内径与筛管外径相同，并贴合在筒体内径，达到固定筛管和保护加热器的目的。
进一步的，所述环形垫块位于加热器保护套和储液管内壁之间，是由聚乙烯、橡胶材料制成。
进一步的，所述CO2溶浸致裂器串联根数为5～50，适用于石油天然气储层、致密油气储层、页岩油气储层和煤层气储层的直井与垂直井的改造。
技术方案的工作原理：
(1)串联电路：CO2溶浸致裂器的加热器线路一端与导电插座连接，线路另一端通过导电插头与下一支CO2溶浸致裂器的导电插座串联，依次完成多支CO2溶浸致裂器的电路串联。
(2)CO2溶浸与致裂:通过多支CO2溶浸致裂器的充气头注入液态CO2，液态CO2通过控压构件，源源不断的通过致裂系统进入预改造的储层，此过程时间较长，目的是使用CO2溶浸预改造储层；溶浸过程结束后，加大液态CO2注入的流量，通管结构压力上升之后，控压构件关闭，激发加热器，通管结构内部的液态CO2吸收大量热量，冲破盲孔致裂储层。
(3)储层改造原理：
液态CO2溶浸使得储层煤岩软化，强度降低，同时沟通储层原结构弱面，这样导致溶浸区域煤岩的裂缝网络复杂、开度增大；然后在溶浸基础上，进行CO2致裂，致裂作用不但改造已有裂缝，还产生大量的新生裂缝，这样使得裂缝交叉在一起形成复杂的裂缝网络系统，增大储层改造区域，提高储层的导流能力和渗透率，改变储层地应力状态，达到改造储层的技术目的。
通过以上技术方案，本发明取得的有益效果：
(1)致裂头的盲孔设计，方便多支CO2溶浸致裂器电路串联，为液态CO2 溶浸提供通管结构的导液通道。
(2)通管结构的末端设有控压构件，该构件可以满足液态CO2溶浸过程与致裂一体化施工；其在液态CO2溶浸过程处于打开状态，形成导液通道；液态CO2致裂过程，处于关闭状态，形成密闭腔体。
(3)多支CO2溶浸致裂器串联在一起，形成通管结构，可以使得储层钻孔中先充满液态CO2，然后再激发CO2溶浸致裂器管体内部的加热器，使液态CO2致裂储层。
(4)液态CO2溶浸储层达到弱化岩石、沟通原始节理、裂缝的目的；而致裂储层则可以改造已沟通裂缝，还产生大量的新生裂缝，这样使得裂缝交叉在一起形成复杂的裂缝网络系统，增大储层改造区域，提高储层的导流能力和渗透率，改变储层地应力状态。
(5)适用于石油天然气储层、致密油气储层、页岩油气储层和煤层气储层的直井与垂直井的改造。
附图说明
图1为本发明实施例1设备结构示意图；
图2为实施例1CO2溶浸致裂器结构示意图。
具体实施方式
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将结合本发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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。
实施例1
如图1所示，一种油气井液态CO2溶浸与致裂储层改造一体化设备由多支CO2溶浸致裂器连接形成一体化的通管结构，包括发爆器1、导线2、DC插座 3、单向阀4、充气头5、管体6、加热器7、筛管8、环形垫块9、密封垫10、盲孔11、致裂头12、DC插头13和控压构件14。
管体6右端为设有单向阀4的充气头5，充气头5一端设有DC插座3，另一端与管体6内部的筛管8连接，加热器7位于筛管8内部，加热器7的导线一端与致裂头12连接，另一端通过DC插头13与另一支CO2溶浸致裂器的DC 插座3串联；
管体6左端与另一支CO2溶浸致裂器通过设有盲孔11的圆筒状致裂头12 相连，多支CO2溶浸致裂器连接形成一体化的通管结构，并在通管结构的末端设有控压构件14。
每支CO2溶浸致裂器的充气头5设有单向阀4，CO2通过单向阀4往CO2 溶浸致裂器注入，同时还可避免CO2的回涌，大大提高作业效率。
DC插座3和DC插头13：DC插座3设置在CO2溶浸致裂器的充气头5 中央，DC插座3一端通过导线2与发爆器1相连，另一端从致裂头12中引出并接DC插头13，DC插头13与下一支致裂器的充气头5中的DC插座3相连，完成电路的串联。
环形垫块9，是由硅胶材料制成的圆筒状结构，位于加热器7和管体6内壁之间。不仅有保护加热器7的作用，还可以避免管体6和筛管8接触导电事情的发生。
盲孔11，位于CO 2溶浸致裂器的致裂头12的外壁上，当激发通管设备管体内的加热器7，液态CO2压力迅速上升超过管体6与盲孔11连接处剪切强度，能量从盲孔11释放，致裂储层。
控压构件14，位于最后一支CO2溶浸致裂器的末端，当CO2注入致裂系统中流量较小时，致裂系统中气体压力较小，此时的控压构件14处于打开状态，CO2将源源不断的通过致裂系统进入改造的储层，此过程时间较长，目的是使用CO2溶浸储层；溶浸过程结束后，加大CO2注入的流量，致裂系统中压力上升之后，控压构件14关闭。
密封垫10，位于每套致裂器的致裂头5和储液管6之间，保证整套设备在溶浸与致裂过程的密封性。
本实施实例所述发爆器1和导线2，提供整个致裂系统的电力，控制起爆时间。
具体的，单向阀有3个，直径为20mm。
具体的，筛管长度为管体长度的1/3，筛管孔密度10目。
具体的，盲孔密度为20个/米，孔径为20mm。
具体的，CO2溶浸致裂器串联根数为50。
具体实施步骤如下：
(1)将加热器7放入筛管8，并将硅胶环形垫块9对称地粘在保护套8上，完成之后一起放入储液管6内；
(2)将密封垫10放入储液管6与致裂头12的接口处，随后将需用到的多支致溶浸裂器各自组装起来，充气头5、储液管6、致裂头12依次相连；
(3)从致裂头12中引出的DC插头13与下一支致裂器充气头5上的DC 插座3相联，之后再将每支致裂器连接；
(4)将发爆器1通过导线2与首套致裂器的充气头5相联接，之后将连接好的致裂系统送进爆破井；
(5)通过三个单向阀4向致裂系统缓慢注入CO2，此时控压构件14打开状态，CO2终将流入储层中，使用CO2溶浸储层，此过程持续1h；
(6)再增大CO2注入的流量，当致裂系统中气体压力达到2MPa时，控压装置处于关闭，打开发爆器1开关，加热器7开始工作，CO2发生相变，产生的能量将从特制螺钉11处喷出，使得储层原有的应力场发生改变，提高储层的渗透率，达到改造储层的目的。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种油气井液态CO2溶浸与致裂储层改造一体化设备，包括多支CO2溶浸致裂器、单向阀、筛管、加热器、导线、发爆器，其特征在于：所述CO2溶浸致裂器由圆筒状的管体、充气头、设有盲孔的圆筒状致裂头组成；
所述管体右端设有单向阀的充气头，充气头一端设有导电插座，另一端与管体内部的筛管连接，加热器位于筛管内部，加热器的导线一端与充气头连接，另一端通过导电插头与另一支CO2溶浸致裂器的导电插座串联；
所述管体左端与另一支CO2溶浸致裂器通过设有盲孔的圆筒状致裂头相连，多支CO2溶浸致裂器连接形成一体化的通管结构，并在通管结构的末端设有控压构件。
2.根据权利要求1所述的一种油气井液态CO2溶浸与致裂储层改造一体化设备，其特征在于：所述单向阀有3～5个，直径为10～20mm。
3.根据权利要求1所述的一种油气井液态CO2溶浸与致裂储层改造一体化设备，其特征在于：所述筛管长度为管体长度的1/3～2/3，筛管孔密度2-10目。
4.根据权利要求1所述的一种油气井液态CO2溶浸与致裂储层改造一体化设备，其特征在于：所述盲孔密度为20-40个/米，孔径为12～20mm。
5.根据权利要求1所述的一种油气井液态CO2溶浸与致裂储层改造一体化设备，其特征在于：所述筛管外部设有固定作用的环形垫块。
6.根据权利要求5所述的一种油气井液态CO2溶浸与致裂储层改造一体化设备，其特征在于：所述环形垫块位于加热器保护套和管体内壁之间，是由聚乙烯、橡胶材料制成，其内径与加热器保护套一致，外径小于圆筒状管体的直径，圆环面设有椭圆孔。
7.根据权利要求1所述的一种油气井液态CO2溶浸与致裂储层改造一体化设备，其特征在于：所述CO2溶浸致裂器串联根数为5～50。
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