CN114151059A - 超声波空化效应协同酸化压裂滞留液改造页岩储层的方法 - Google Patents

超声波空化效应协同酸化压裂滞留液改造页岩储层的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超声波空化效应协同酸化压裂滞留液改造页岩储层的方法。该方法首先利用特制酸化压裂液对储层进行压裂，压裂返排完成后将防水超声波发生器置于井下储层段并开启，超声波使储层中滞留的特制酸化压裂液发生空化效应，该效应会产生大量热量，特制酸化压裂液中的过氧化氢在高温作用下会发生歧化反应生成氧气和水，该过程可以提升酸化压裂液和页岩储层之间氧化还原反应的程度增强氧化剂对储层的改造效果，还会使得储层产生高压进一步提升压裂造缝的效果。本发明在页岩储层压裂液返排率低的工程基础上通过超声波空化效应利用滞留储层的特制酸化压裂液对储层进行二次升级改造，化堵增渗大幅提升储层渗透率。

Description

超声波空化效应协同酸化压裂滞留液改造页岩储层的方法
技术领域
本发明涉及一种超声波空化效应协同酸化压裂滞留液改造页岩储层的方法，可以利用滞留页岩储层的酸性压裂液在原有氧化和压力的基础上，进一步提升压裂和氧化的效果改造页岩储层提升渗透率。
背景技术
近些年来，非常规油气资源开发利用取得了重要进展。目前，非常规油气资源包括重油、油砂油、致密油、页岩油、致密气、页岩气、煤层气和天然气水合物等。页岩气是指赋存于富有机质页岩或泥页岩及其夹层中，以吸附或游离状态为主要存在方式的非常规天然气，成分以甲烷为主，是一种资源潜力极为巨大的非常规油气资源，成藏过程中基本无运移，是典型的“自生自储”型天然气藏。且页岩是淤泥沉积形成的岩石，质地坚硬，开采难度很高。长期以来受技术、经济等多种因素的影响，开发进程一直比较缓慢，随着水平钻井和体积水力压裂技术两项关键技术的突破页岩气才进入商业开发阶段。
水力压裂技术，是利用储层的天然或诱导裂缝系统，使用含有各种添加剂的压裂液在高压下注入地层，使储层裂缝网络扩大，并依靠沙粒或陶瓷粒等支撑剂使裂缝在压裂液返回以后不会封闭，从而改善储层的裂缝网络系统，使赋存其中的页岩气持续不断地释放并输送到地表。但是目前页岩储层水力压裂最大的问题在于压裂液返排率低下，多数气井的返排率低于45％，最严重的返排率低至5％，所以如何解决滞留在储层中的压裂液一直是工程界的一大难题。
超声波是一种波长极短的机械波，在空气中波长一般短于2cm，必须依靠介质进行传播，在医学上应用广泛，在工业上多用于探伤以及清洗等方面。空化效应是指当超声波在介质的传播过程中，存在一个正负的交变周期，在正相位时，超声波对介质分子挤压，改变介质原来的密度，使其增大；在负压相位时，使介质分子稀疏，进一步离散，介质的密度减小，当用足够大强度的超声波作用于液体介质时，介质分子间的平均距离会超过使液体介质保持不变的临界分子距离，液体介质就会发生断裂，形成微泡。这些小空洞迅速胀大和闭合，会使液体微粒之间发生猛烈的撞击作用产生巨大的压强以及热量。综上所述，利用超声波空化效应配合特制的酸化压裂液可以有效的将滞留在储层的压裂液二次利用进一步改造储层提升储层渗透率，还有助于压裂液的返排。
中国专利公开号CN 113338883 A公开了“一种基于超声波空化效应的压裂液强化返排方法”，该发明的受用对象是煤层气储层，通过在煤层气井之间单独钻设装置井，将超声波装置安装在装置井中，并且压裂之前提前向储层中注入特制前置液，该种液体可以提升空化效应的强度，在压裂完成后的返排阶段开启超声波装置向储层发射超声波，利用空化效应产生的压强和热量促进压裂液返排提升返排率。与之相比，本发明主要受用对象是页岩气储层，该发明的目的主要是利用超声波空化效应提升压裂液返排率，本发明是利用滞留在储层的特制酸化压裂液配合超声波空化效应对页岩储层进行进一步改造，此外该发明需要单独钻设装置井，本发明则是利用开采井进行实施不需要单独钻井。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种超声波空化效应协同酸化压裂滞留液改造页岩储层的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：通过利用返排失败，滞留在储层的特制酸化压裂液配合超声波空化效应对页岩储层进行二次升级改造。
进一步的是：配制特制酸液，通过将特制酸液与常规压裂液按照1∶4.4的质量比进行配制得到特制酸化压裂液，然后利用该特制酸化压裂液对目标储层进行水力压裂以及氧化改造，压裂氧化改造完成后开始返排。
进一步的是：返排施工结束后，通过绞盘和钢缆将超声波装置中的防水超声波发生器下放到井下储层段。
进一步的是：防水超声波发生器放置完成后，开启供电系统，该系统将高频电流通过铠装电缆输送至井下防水超声波发生器，防水超声波发生器将其转换为超声波并向储层区域发射，此外每次供电系统的供电时长为T。
进一步的是：一定强度和频率的超声波传递至储层作用在滞留储层内部的特制酸化压裂液时发生空化产生大量气泡并放热，特制酸化压裂液中的过氧化氢在高温作用下会发生歧化反应生成氧气和水。
进一步的是：空化效应产生气泡以及放出的热量促使过氧化氢发生歧化反应产生氧气和水，其中氧气和热量进一步提升滞留储层内部的特制酸化压裂液对页岩储层的氧化效果，此外歧化反应产生的氧气和水会使得储层内部的压力急剧升高口可以进一步改善水力压裂形成的缝网，最后高压还可以促使未返排的压裂液进行返排沟通渗流通道。
进一步的是：前述特制酸液是由过氧化氢、增能剂、表面活性剂以及清水构成，各组分的质量分数分别为22％、0.9％、2.2％以及74.9％。
进一步的是：前述超声波装置包括包括防水超声波发生器、供电系统、铠装电缆、柔性钢索、绞盘。所述超声波发生器呈圆筒形包括转换器、外壳、6个红外测温计以及6个压力检测器，所述供电系统位于地面，绞盘位于井口，柔性钢索缠绕在绞盘上并与超声波发生器顶部相连，红外测温计以及压力检测器安装在外壳上。
进一步的是：前述供电时长T由近井储层温度和近井储层压力决定，二者分别由前述红外测温计以及压力检测器测得，当近井储层温度或者近井储层压力上升后维持不变或者开始下降即可认为改造结束并停止供电。
本发明优点及有益效果是：
1.相较于其他同类发明本发明只需利用开采井作业施工，无需单独钻设装置井，可以减少作业成本以及施工难度；
2.可以进一步改善酸化压裂液对储层的氧化改造效果，将滞留在储层中的压裂液二次利用，变不利条件为有利因素；
3.可以进一步提升水力压裂的造缝效果，沟通裂缝网络，为气体提更多的渗流通道；
4.可以促进返排失败的压裂液进一步返排，缓解储层水相圈闭损害提升渗透率；
5.适用性广，可以应用于所有钻完井方式以及所有的压裂方式。
附图说明
图1为本发明在井场施工过程流程图
图中：1.采气树，2.检测控制台，3.铠装信号线缆，4.绞盘，5.柔性钢索，6.套管，7.储层段，8.红外测温计，9.压力检测计，10.裂缝，11.防水超声波发生器，12.铠装电缆，13.供电系统。
图2为防水超声波发生器结构视简示图以及俯视图
图中：14.防水外壳，15.超声换能器。
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。
首先配制特制的酸性氧化液，并将该氧化液按照一定比例加入常规压裂液中得到特制酸性压裂液，然后利用该特制酸性压裂液对页岩储层进行水力压裂以及氧化改造，当压裂以及氧化改造完成后开始返排。
返排施工结束后，将防水超声波发生器11通过柔性钢索5利用绞盘4下放至井下储层段7位置处，随后开启供电系统13并通过铠装电缆12对防水超声波发生器11中的超声换能器15进行供电，超声换能器15将输入的电功率转换成超声波向储层段7内的储层区域发射扩散，超声波作用于裂缝10中的滞留压裂液时使其发生空化产生大量气泡并放热，特制酸化压裂液中的过氧化氢在高温作用下会发生歧化反应生成氧气和水。
空化效应产生气泡以及放出的热量促使过氧化氢发生歧化反应产生氧气和水，其中氧气和热量进一步提升滞留储层内部的特制酸化压裂液对页岩储层的氧化效果，此外歧化反应产生的氧气和水会使得储层内部的压力急剧升高口可以进一步改善水力压裂形成的裂缝10，最后高压还可以促使未返排的压裂液进行返排沟通渗流通道。
防水超声波发生器11上的红外测温计8以及压力检测器9将检测信号经过铠装信号线缆3上传至检测控制台2，当近井地带的温度由上升转变为开始下降，或者某点的压力开始下降表明储层改造工程结束，检测控制台2立即关闭供电系统13停止对防水超声波发生器11的供电，然后通过绞盘5以及柔性钢索5收取防水超声波发生器11，收取完成后可以进行压裂液的再次返排回收施工，至此，超声波空化效应协同酸化压裂滞留液改造页岩储层的工程结束。

Claims (4)

1.超声波空化效应协同酸化压裂滞留液改造页岩储层的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)配制特制酸化压裂液进行压裂、氧化及返排
通过将特制酸液与常规压裂液按照1∶4.4的质量比进行配制得到特制酸化压裂液，然后对页岩储层进行水力压裂以及氧化改造，压裂达到预期效果后进行返排；
(2)放置防水超声波发生装置
压裂液返排工程结束后，通过钢缆将超声波装置中的防水超声波发生器放置在井底储层段处；
(3)开启防水超声波发生器
打开电源，供电系统通过铠装电缆将高频交流电输送至防水超声波发生器，该装置将高频电流转换为超声波以井筒为中心向储层发射，每次供电的时长为T；
(4)空化
一定强度和频率的超声波传递至储层作用在滞留储层内部的特制酸化压裂液时发生空化产生大量气泡并放热，特制酸化压裂液中的过氧化氢在高温作用下会发生歧化反应生成氧气和水；
(5)页岩储层改造
空化效应产生气泡以及放出的热量促使过氧化氢发生歧化反应产生氧气和水，其中氧气和热量进一步提升滞留储层内部的特制酸化压裂液对页岩储层的氧化效果，此外歧化反应产生的氧气和水会使得储层内部的压力升高口可以进一步改善水力压裂形成的缝网，最后高压还可以促使未返排的压裂液进行返排沟通渗流通道。
2.如权利要求1所述的超声波空化效应协同酸化压裂滞留液改造页岩储层的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的特制酸液由22％wt过氧化氢、0.9％wt增能剂、2.2％wt表面活性剂以及74.9％清水组成。
3.如权利要求1所述的超声波空化效应协同酸化压裂滞留液改造页岩储层的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的超声波装置包括防水超声波发生器、供电系统、铠装电缆、铠装信号线缆、柔性钢索、绞盘，所述超声波发生器呈圆筒形包括转换器、外壳、6个红外测温计以及6个压力检测器，所述供电系统位于地面，绞盘位于井口，柔性钢索缠绕在绞盘上并与超声波发生器顶部相连，红外测温计以及压力检测器安装在外壳上。
4.如权利要求1所述的超声波空化效应协同酸化压裂滞留液改造页岩储层的方法，其特征在于，所述步骤(3)中供电时长T由近井储层温度和近井储层压力决定，当近井储层温度或者近井储层压力上升后维持不变或者开始下降即可认为改造结束并停止供电。
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