CN113863912A - 一种裂缝气藏复杂缝网创生的氧化致裂方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种裂缝气藏复杂缝网创生的氧化致裂方法，包括：对已经压裂的气藏进行重复改造或裂缝气藏改造时，压裂液采用领液‑氧化液‑隔离液‑诱导液‑驱替液的顺序，以段塞式注入已有裂缝中，利用氧化液产生的氧气与气层裂缝中的甲烷混合，当产生氧气的量达到甲烷爆炸极限范围时，使气层裂缝内发生局部爆裂，形成密集的裂缝。本发明在水力压裂和重复压裂基础上，利用氧化爆裂改造页岩储层，计算工艺所需参数，有利于实现裂缝气藏低成本高效开发目标。

Description

一种裂缝气藏复杂缝网创生的氧化致裂方法

技术领域

本发明涉及石油与天然气开采技术领域增产改造新方法，具体的说，涉及一种裂缝气藏复杂缝网创生的氧化致裂方法。

背景技术

水力压裂常用于致密气藏开发，致密气藏可能发育天然长裂缝。致密气赋存于致密砂岩、致密碳酸盐、页岩等储层中，致密气储层普遍具有低孔、致密、渗流条件差等特点，相对于常规气难于开发利用。目前，水平井分段水力压裂是致密气藏有效增产改造手段，水力压裂破碎岩石基块，同时开启天然裂缝，使得气层内部形成复杂人工裂缝网络，缩短气体从基质到裂缝的渗流距离、增大泄流面积，实现致密气藏经济开发。受储层致密和其他多种因素影响，致密气藏采收率低，气井增产有效期一般为1-3年。仅依靠水平井水力压裂，鄂尔多斯盆地苏里格致密砂岩气藏采收率为26％，低于气藏平均采收率45％-65％，因此致密气藏需要更为有效的增产技术手段。

致密气藏有效开发与提高采收率的关键是形成密集裂缝网络。近年来,已有学者提出了一种新的提高产量和采收率的措施——重复压裂,旨在通过该技术改善致密气井的生产状态,重新激活那些已经被废弃或即将被废弃的致密气井。随着研究的深入和认识的提高，已经形成了一定的理论与技术。据矿场数据表明，重复压裂后的生产特征改善非常明显,气井产量和最终可采资源量(EUR)提高效果显著。

深层气藏基块致密，水力压裂改造效果有限，但可能发育天然裂缝；国内某油田曾在使用过氧化氢对油层解堵时在发生爆炸事故。因此，氧化液解释放的氧气与储层中甲烷混合后具有燃爆潜力；并且氧化液对页岩中有机质、黄铁矿等沉积环境产物具有溶蚀作用。利用氧化溶蚀和混合气体爆炸的复合作用创生裂缝，促使页岩气解吸，增加改造深度，并进一步计算各工作液用量和改造范围。

发明内容

本发明的目的在基于现有重复压裂技术之上，提供一种裂缝气藏复杂缝网创生的氧化致裂方法，以提高现有压裂改造方法的造缝效率与裂缝密度，补充增强现有理论依据。本发明基于对已有裂缝的认识，根据化学热力学性质、重复改造地层物性，考虑氧化致裂产生的高温高压对气层的改造作用，计算合理的压裂液用量和波及范围。

本发明的具体技术方案如下：

一种裂缝气藏复杂缝网创生的氧化致裂方法，包括：

对已经压裂的气藏进行重复改造或裂缝气藏改造时，压裂液采用领液-氧化液-隔离液-诱导液-驱替液的顺序，以段塞式注入已有裂缝中，利用氧化液产生的氧气与气层裂缝中的甲烷混合，当产生氧气的量达到甲烷爆炸极限范围时，使气层裂缝内发生局部爆裂，形成密集的裂缝。

作为优选的技术方案，所述领液是微乳液或弱凝胶，根据水力压裂主裂缝的几何形态确定所述领液的注入量。

作为优选的技术方案，根据下式计算所述领液的注入量：

V₁＝1.2hlW

式中：V₁为领液体积；h为水力压裂主裂缝高度；l为水力压裂主裂缝长度，m；W为水力压裂主裂缝宽度。

作为优选的技术方案，所述氧化液为浓度10％-20％的过氧化氢溶液。

作为优选的技术方案，建立波及半径与过氧化氢注入质量的方程式：

式中，P_o为原始地层压力；σ为岩石抗张强度；R为理想气体常数；Z_o为氧化致裂前气体压缩因子；Z_m为氧化致裂后气体压缩因子；T_o为原始地层温度，K；φ为气层孔隙度；r为氧化致裂波及半径；m为过氧化氢注入质量；M_H2O2为过氧化氢摩尔质量；M_CH4为甲烷摩尔质量；C为甲烷的比热容；q为产物为气态水时甲烷的热值；

根据给定的过氧化氢注入质量m，得到波及半径r的一元四次方程，计算得到波及半径r。

作为优选的技术方案，所述隔离液是体系粘度10-30mPa·s的高黏度滑溜水，用于将氧化液从井筒挤进地层，防止氧化液中过氧化氢与诱导液中催化分解剂在井筒内反应，注入量大于井筒有效容积。

作为优选的技术方案，所述诱导液为携带催化分解剂的滑溜水，催化分解剂包括但不限于二氧化锰和氢氧化钠。

作为优选的技术方案，所述催化分解剂的注入量为过氧化氢的0.1-0.3倍。

作为优选的技术方案，所述驱替液选用滑溜水，用于将过氧化氢、催化剂驱替至裂缝内部。

作为优选的技术方案，根据下式计算所述驱替液的注入量：

V₅＝1.5(2rhW+2φπr³+V_well)

式中，V₅为驱替液体积；r为氧化致裂波及半径；h为水力压裂主裂缝高度；W为水力压裂主裂缝宽度；φ为气层孔隙度；V_well为井筒有效容积。

有益效果在于：

(1)适用范围广，深层气藏地层压力大，岩石压实作用强，水力压裂造缝能力有限，而氧化致裂利用氧化溶蚀和混合气体爆裂有效改造气藏，既可用于气藏水力压裂后重复压裂增产改造，也可对发育天然长裂缝的气藏进行改造；

(2)利用化学能扩大改造范围，在地层条件下过氧化氢分解放热，增大甲烷爆炸极限范围，促使过氧化氢分解释放的氧气和气藏中甲烷混合后燃爆，释放热量的同时生成大量气体，产生高温高压环境，致裂岩石，进一步提高裂缝深度和缝网密度；

(3)施工快速安全，与现有水力压裂、重复压裂技术相比，氧化致裂基于对已有裂缝认识上，能够使液体快速泵入地层，并初步判断液体注入量和爆裂范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为根据本发明的实施例的致密气藏水平井氧化致裂工作液注入顺序的示意图；

图2为根据本发明的实施例的致密气藏氧化致裂改造的示意图；

图3为根据本发明的实施例的致密气藏氧化致裂波及范围示意图；

图中：a-致密气藏波及范围；b-水力压裂主裂缝或天然裂缝；c-水平井井眼。

图中，a-致密气藏；b-驱替液；c-诱导液；d-隔离液；e-氧化液；f-领液；g-水力压裂主裂缝或天然裂缝；h-桥塞；i-水平井；j-诱导液与氧化液混合物；k-氧化致裂缝；l-致密气藏波及范围；m-水平井井眼。

具体实施方式

下面将对本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的一部分实施例，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。

需要说明的是，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定发明。

现在结合说明书附图对本发明做进一步的说明。

如图1所示，根据本发明采取段塞流方式依次注入领液、氧化液、隔离液、诱导液、驱替液。

如图2所示，根据本发明实施氧化致裂改造，领液暂时封堵水力裂缝的次级裂缝，引导新裂缝起裂和扩展方向，减少压裂液滤失；驱替液将过氧化氢挤入裂缝内部，保护井筒完整性；氧化液和诱导液进入储层后混合，产生的氧气与储层中甲烷形成混合气体，爆燃所产生的高温高压形成新的裂缝。

如图3所示，根据本发明对氧化致裂的参数进行计算，氧化致裂延水力压裂主裂缝或天然裂缝延伸，波及范围是一个半径为r、长为l的圆柱区域，当压力大于岩石的抗张强度时起裂，由此推导出工作液用量与波及范围的计算公式。

以四川盆地龙马溪组某深层页岩气井为例，对工作液用量与波及范围进行计算。具体的各个工作液用量及其作用原理如下：

(1)领液

领液选用微乳液或弱凝胶，用量需考虑水力压裂主裂缝的几何形态，损耗系数取1.2，领液用量可以表示为：

V₁＝1.2hlW

式中：V₁为领液体积，m3；h为水力压裂主裂缝高度，m；l为水力压裂主裂缝长度，m；W为水力压裂主裂缝宽度，m。

水力压裂主裂缝高度为20m，水力压裂主裂缝长度为560m，水力压裂主裂缝宽度为0.03m，计算得领液用量为403m。

(2)氧化液与波及半径

氧化液选用10％-20％浓度的过氧化氢溶液，氧化致裂后，过氧化氢的注入量影响波及范围，可燃性混合物爆炸时产生的最大爆炸压力可按压力与热力学温度及摩尔数呈正比的关系确定。

整理可得，氧化致裂后最大压力

根据上式，可以得到波及半径r与过氧化氢注入质量m的方程。给定m，得到r的一元四次方程，并通过牛顿迭代法求解。

式中，P_o为原始地层压力，Pa；σ为岩石抗张强度，Pa；R为理想气体常数，8.314J·mol^-1·K^-1；Z_o为氧化致裂前气体压缩因子；Z_m为氧化致裂后气体压缩因子；T_o为原始地层温度，K；φ为气层孔隙度；r为氧化致裂波及半径，m；m为过氧化氢注入质量，g；M_H2O2为过氧化氢摩尔质量，34g/mol；M_CH4为甲烷摩尔质量，16g/mol；C为甲烷的比热容，2.227kJ/(kg·K)；q为产物为气态水时甲烷的热值，50200kJ/kg。

原始地层压力为66.8MPa，经水化作用后岩石抗张强度取6.3MPa，原始地层温度为393K，平均孔隙度为4.17％，氧化致裂前、后气体压缩因子取1.2；当注入过氧化氢10t时，20％过氧化氢溶液体积为50m³，氧化致裂波及半径为5.75m。

(3)隔离液

隔离液选用高黏度滑溜水，体系粘度10-30mPa·s，用于将氧化液从井筒挤进地层，防止氧化液中过氧化氢与诱导液中催化分解剂在井筒内反应，用量比井筒有效容积多8m³。

V₃＝V_well+8

式中，V₃为隔离液体积，m³；V_well为井筒有效容积，m³。

根据套管规格计算井筒有效容积为52m³，隔离液用量为60m³。

(4)诱导液

诱导液为携带催化分解剂的滑溜水，催化分解剂包括但不限于二氧化锰和氢氧化钠，含量为5％；为尽可能使过氧化氢催化分解，催化分解剂注入量为过氧化氢的0.2倍。

式中，V₄为诱导液体积，m3；m为过氧化氢注入质量，kg；ρ为滑溜水密度，kg/m³。

过氧化氢注入质量为10t，滑溜水密度取1000kg/m³，诱导液用量为40m³。

(5)驱替液设计

驱替液选用滑溜水，用于将过氧化氢、催化剂驱替至裂缝内部，避免混合气体爆裂波及井筒，保护井筒完整性，安全系数取1.5。

V₅＝1.5(2rhW+2φπr³+V_well)

式中，V₅为驱替液体积，m³。

氧化致裂波及半径为5.75m，水力压裂主裂缝高度为20m，水力压裂主裂缝宽度为0.03m，气藏平均孔隙度为4.17％，井筒有效容积52m³，驱替液用量为163m。

计算领液用量403m³，氧化液用量50m³(过氧化氢10000kg)，隔离液用量60m³，诱导液用量40m³，驱替液用量163m³，总计716m³，氧化致裂波及半径为5.75m。

以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种裂缝气藏复杂缝网创生的氧化致裂方法，其特征在于：包括：

对已经压裂的气藏进行重复改造或裂缝气藏改造时，压裂液采用领液-氧化液-隔离液-诱导液-驱替液的顺序，以段塞式注入已有裂缝中，利用氧化液产生的氧气与气层裂缝中的甲烷混合，当产生氧气的量达到甲烷爆炸极限范围时，使气层裂缝内发生局部爆裂，形成密集的裂缝。

2.根据权利要求1所述的一种裂缝气藏复杂缝网创生的氧化致裂方法，其特征在于：所述领液是微乳液或弱凝胶，根据水力压裂主裂缝的几何形态确定所述领液的注入量。

3.据权利要求1或2所述的一种裂缝气藏复杂缝网创生的氧化致裂方法，其特征在于：根据下式计算所述领液的注入量：

V₁＝1.2hlW

式中：V₁为领液体积；h为水力压裂主裂缝高度；l为水力压裂主裂缝长度，m；W为水力压裂主裂缝宽度。

4.根据权利要求3所述的一种裂缝气藏复杂缝网创生的氧化致裂方法，其特征在于：所述氧化液为浓度10％-20％的过氧化氢溶液。

5.根据权利要求4所述的一种裂缝气藏复杂缝网创生的氧化致裂方法，其特征在于：建立波及半径与过氧化氢注入质量的方程式：

式中，P_o为原始地层压力；σ为岩石抗张强度；R为理想气体常数；Z_o为氧化致裂前气体压缩因子；Z_m为氧化致裂后气体压缩因子；T_o为原始地层温度，K；φ为气层孔隙度；r为氧化致裂波及半径；m为过氧化氢注入质量；M_H2O2为过氧化氢摩尔质量；M_CH4为甲烷摩尔质量；C为甲烷的比热容；q为产物为气态水时甲烷的热值；

根据给定的过氧化氢注入质量m，得到波及半径r的一元四次方程，计算得到波及半径r。

6.根据权利要求1所述的一种裂缝气藏复杂缝网创生的氧化致裂方法，其特征在于：所述隔离液是体系粘度10-30mPa·s的高黏度滑溜水，用于将氧化液从井筒挤进地层，防止氧化液中过氧化氢与诱导液中催化分解剂在井筒内反应，注入量大于井筒有效容积。

7.根据权利要求1所述的一种裂缝气藏复杂缝网创生的氧化致裂方法，其特征在于：所述诱导液为携带催化分解剂的滑溜水，催化分解剂包括但不限于二氧化锰和氢氧化钠。

8.根据权利要求7所述的一种裂缝气藏复杂缝网创生的氧化致裂方法，其特征在于：所述催化分解剂的注入量为过氧化氢的0.1-0.3倍。

9.根据权利要求1所述的一种裂缝气藏复杂缝网创生的氧化致裂方法，其特征在于：所述驱替液选用滑溜水，用于将过氧化氢、催化剂驱替至裂缝内部。

10.根据权利要求1所述的一种裂缝气藏复杂缝网创生的氧化致裂方法，其特征在于：根据下式计算所述驱替液的注入量：

V₅＝1.5(2rhW+2φπr³+V_well)

式中，V₅为驱替液体积；r为氧化致裂波及半径；h为水力压裂主裂缝高度；W为水力压裂主裂缝宽度；φ为气层孔隙度；V_well为井筒有效容积。

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