CN115199251B - 一种碳酸盐岩地热储层压裂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种碳酸盐岩地热储层压裂方法。该方法包括：碳酸盐岩地热储层径向井完井后，利用连续油管将CO2压裂管柱下入径向井的目标层段，CO2压裂管柱设置有充装有液态CO2的CO2致裂器；在径向井内，利用致裂器的加热器为致裂器内部液态CO2加热，进行目标层段CO2脉冲压裂，沟通径向井近井地带储层裂缝；其中，致裂器内部液态CO2受热相变为超临界态且体积膨胀压力增大，待超临界态CO2压力达到致裂器开启压力后致裂器的泄能通孔打开，致裂器内部的超临界态CO2即刻通过致裂器的泄能通孔后冲击并进入所述目标层段，发生脉冲应力波瞬间冲击所述目标层段形成裂纹后超临界态CO2驱动所述裂纹持续扩展压裂目标层段。
Description
技术领域
本发明属于碳酸盐岩地热储层增产改造技术领域，特别涉及一种酸盐岩地热储层压裂方法。
背景技术
碳酸盐岩裂隙型热储分布广泛，属水热型地热资源，其资源量占比高。但是碳酸盐岩储层基质渗透率低，单井产量受天然裂缝发育影响程度大，严重制约了碳酸盐岩热储的规模化开发，若采用水力压裂或酸化压裂等储层激励技术，目前主要存在以下问题：(1)水力压裂受地应力控制，通常形成垂直于最小水平主应力方向的双翼裂缝，难以形成复杂裂缝以扩大泄流面积；(2)消耗大量水资源，酸化压裂后返排的压裂液污染环境，同时增加处理成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有利于实现沟通碳酸盐岩地热储层天然裂缝大幅提高地热井产量的碳酸盐岩地热储层压裂方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种碳酸盐岩地热储层压裂方法，其中，该方法包括：
碳酸盐岩地热储层径向井完井后，利用连续油管将CO2压裂管柱下入所述径向井的目标层段；其中，所述CO2压裂管柱设置有充装有液态CO2的CO2致裂器；
在径向井内，利用CO2致裂器的加热器为CO2致裂器内部的液态CO2加热，进行目标层段CO2脉冲压裂，从而沟通径向井近井地带储层裂缝；其中，CO2致裂器内部的液态CO2受热相变为超临界态且体积膨胀压力增大，待超临界态CO2压力达到 CO2致裂器开启压力后CO2致裂器的泄能通孔打开，CO2致裂器内部的超临界态CO2即刻通过CO2致裂器的泄能通孔后冲击并进入所述目标层段，发生脉冲应力波瞬间冲击所述目标层段形成裂纹后超临界态CO2驱动所述裂纹持续扩展压裂目标层段。
在本发明提供的技术方案中，利用高能超临界态CO2的瞬时释放产生的脉冲应力波瞬间冲击致裂储层并利用高能超临界CO2的气体驱动力驱动裂纹持续扩展，实现碳酸盐岩地热储所述层压裂。该方法结合了超临界CO2的物性、高压脉冲致裂和径向井立体改造的优势，更有利于实现沟通碳酸盐岩天然裂缝，能够有效形成立体渗流空间、大幅度提高地热井产量，达到立体改造碳酸盐岩地热储层的效果。概括而言，本发明提供的碳酸盐岩地热储层压裂方法针对碳酸盐岩地热储层采用径向井进行高能CO2脉冲压裂，很好的实现碳酸盐岩地热储层立体改造，是一种碳酸盐岩地热储层径向井高能CO2脉冲压裂方法。
在上述压裂方法中，优选地，所述目标层段包括多个(2个及以上)待改造层位，所述CO2压裂管柱对应各改造层位设置多个压裂段，每个压裂段均设置有1个或多个(2个及以上)充装有液态CO2的CO2致裂器；进行目标层段CO2脉冲压裂时，分别使用各压裂段中的CO2致裂器的加热器为CO2致裂器内部的液态CO2加热，在并配合拖动CO2压裂管柱依次对目标层段的各待改造层位进行CO2脉冲压裂；
更优选地，进行目标层段CO2脉冲压裂时，a、利用与埋藏最深的待改造层位对应的压裂段中的CO2致裂器的加热器为该压裂段中的CO2致裂器内部的液态CO2加热，进行埋藏最深的待改造层位CO2脉冲压裂；b、由下往上拖动CO2压裂管柱，利用与埋藏次深的待改造层位对应的压裂段中的CO2致裂器的加热器为该压裂段中的 CO2致裂器内部的液态CO2加热，进行埋藏次深的待改造层位CO2脉冲压裂；c、重复步骤b从而实现由埋藏最深的待改造层位到埋藏最浅的待改造层位的CO2脉冲压裂；
进一步优选地，各压裂段种设置有多个(2个及以上)充装有液态CO2的CO2致裂器；
再优选地，在各待改造层位CO2脉冲压裂过程中，依次或同时利用与该待改造层位对应的压裂段中的各CO2致裂器的加热器为CO2致裂器内部的液态CO2加热。
在上述压裂方法中，优选地，超临界态CO2压力达到CO2致裂器开启压力时，超临界态CO2的体积是所述液态CO2体积的600倍左右。
在上述压裂方法中，优选地，CO2致裂器开启压力为10-100MPa。
在上述压裂方法中，优选地，所述径向井包括但不限于以直井或水平井为主井筒进行侧钻的分支井眼。
在上述压裂方法中，优选地，通过脉冲致裂压力确定CO2致裂器开启压力。
在上述压裂方法中，所述CO2致裂器为CO2脉冲致裂器；优选地，所述CO2致裂器包括中空的壳体、滑动单元和销钉；
所述壳体上部设有CO2注入口(用于充装CO2)、下部设有限位台(用于限制滑动单元向下移动)，CO2注入口与限位台之间的侧壁上设有泄能通孔(用于排出CO2)，其中，所述CO2注入口设有充装阀，所述限位台与所述泄能通孔之间的距离不小于所述滑动单元的高度；
所述滑动单元设置于所述壳体内部并对应封闭所述泄能通孔，所述滑动单元通过所述销钉与所述壳体的侧壁固定连接，所述销钉断裂后(当壳体内部压力超过销钉剪切破坏压力时所述销钉即可发生断裂)所述滑动单元向下滑动至限位台并打开所述泄能通孔；其中，所述壳体内部滑动单元与CO2注入口之间的空腔用于存放CO2，所述滑动单元内设有加热器(用于对壳体内存放的CO2进行加热)；
更优选地，所述壳体为圆柱形，壳体外壁直径小于径向井筒内径，能够更好的确保脉冲致裂器顺利入井；
更优选地，所述壳体内部用于存放CO2的空腔长度依据压裂所需要的液态CO2设计用量进行确定；换言之，所述壳体的CO2注入口与泄能通孔之间的距离依据压裂所需要的液态CO2设计用量进行确定；
更优选地，所述壳体内壁设有与所述销钉匹配的凹槽，便于配合所述销钉固定所述滑动单元；
更优选地，所述滑动单元侧壁设有与所述销钉匹配的凹槽，便于配合所述销钉实现所述滑动单元与所述壳体的侧壁固定；
更优选地，所述充装阀具有单向流动通道，能够实现流体通过充装阀进入壳体，但壳体内流体不能通过充装阀流出；
更优选地，所述限位台与所述泄能通孔之间的所述壳体的内壁围成圆柱形空间，所述滑动单元为圆柱形，所述限位台与所述泄能通孔之间的所述壳体的侧壁围成圆柱形空间的直径与所述滑动单元外壁直径相配合能够实现所述滑动单元在所述圆柱形空间内滑动；进一步优选地，所述限位台成环状，限位台外侧壁与所述壳体的内壁相连，所述限位台的内径小于所述滑动单元的外径；
更优选地，所述滑动单元的外侧壁设有密封圈，用于密封所述滑动单元的外侧壁与所述壳体的侧壁之间的空隙；
更优选地，所述滑动单元顶部设有开孔；
更优选地，所述加热器内部设有远程***的接收装置和加热药卷，能够实现通过远程***发射装置控制起爆，引燃加热药卷为壳体内的CO2加热；在一优选实施方式中，加热药卷引燃后产生的热量通过所述滑动单元顶部的开孔快速传递给壳体内的CO2；
更优选地，依据预设CO2致裂器开启压力确定销钉需要的抗剪切能力，进而根据销钉需要的抗剪切能力选择销钉，从而实现当壳体内部压力达到CO2致裂器开启压力时销钉剪切断裂；
更优选地，所述泄能通孔环布于所述壳体侧壁上(即沿壳体侧壁周向分布)；进一步优选地，所述泄能通孔可分布在壳体的多个截面上，同一截面上的泄能通孔周向均布。
在上述压裂方法中，优选地，所述CO2致裂器内部的液态CO2受热相变为超临界态且体积膨胀压力增大，待超临界态CO2压力达到CO2致裂器开启压力后CO2致裂器的泄能通孔打开通过下述方式实现：
在CO2致裂器内部的加热器的加热下，CO2致裂器内部的液态CO2受热相变为超临界态且体积膨胀压力增大，待超临界态CO2压力达到CO2致裂器开启压力后，所述销钉被剪断，所述滑动单元下滑所述泄能通孔开启。
在上述压裂方法中，优选地，该方法还包括：利用CO2罐车将液态CO2充装至所述CO2致裂器中并检查CO2致裂器密封性。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案具备如下有益效果：
1、本发明提供的技术方案结合了超临界CO2的物性、高压脉冲致裂和径向井立体改造的优势；径向井中具有极强流动性的超临界CO2高压脉冲致裂，有助于沟通储层天然裂缝，有助于扩大储层的改造范围，能够形成立体渗流空间大幅提升产量。
2、本发明提供的技术方案，进入碳酸盐岩地热储层的超临界CO2溶于水形成酸性环境有助于进一步增加碳酸盐岩地热储层的渗透率，在提高产量的同时实现CO2的地质封存。
3、本发明提供的技术方案，脉冲致裂压力可控，避免了***压裂在近井周围形成压实区，且不受地应力控制，形成径向复杂裂缝，结合径向井的延伸导向作用，可实现碳酸盐岩储层的立体改造。
4、本发明提供的技术方案作为一种无水压裂技术，节约了水资源。
附图说明
图1为本发明一实施例使用的CO2致裂器的结构示意图。
图2为本发明一实施例使用的CO2致裂器使用后的结构示意图。
附图标记说明：
1壳体；2滑动单元；3销钉；11充装阀；12限位台；13泄能通孔； 21加热器；22密封圈。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述。显然，所描述的实施例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它实施例，都属于本发明的保护范围。
本实施例提供了一种碳酸盐岩地热储层压裂方法，该方法包括：
步骤1：碳酸盐岩地热储层径向井完井后，利用连续油管将CO2压裂管柱下入所述径向井的目标层段；其中，所述CO2压裂管柱设置有充装有液态CO2的CO2致裂器；
步骤2：在径向井内，利用CO2致裂器的加热器为CO2致裂器内部的液态CO2加热，进行目标层段CO2脉冲压裂，从而沟通径向井近井地带储层裂缝；其中，对于各CO2致裂器，CO2致裂器内部的液态CO2受热相变为超临界态且体积膨胀压力增大，待超临界态CO2压力达到CO2致裂器开启压力后CO2致裂器的泄能通孔打开， CO2致裂器内部的超临界态CO2即刻通过CO2致裂器的泄能通孔后冲击并进入所述目标层段，发生脉冲应力波瞬间冲击所述目标层段形成裂纹后超临界态CO2驱动所述裂纹持续扩展，实现压裂目标层段。
在本发明一个可选的例子中，目标层段包括多个(2个及以上)待改造层位，所述CO2压裂管柱对应各改造层位设置多个压裂段，每个压裂段均设置有1个或多个 (2个及以上)充装有液态CO2的CO2致裂器；进行目标层段CO2脉冲压裂时，分别使用各压裂段中的CO2致裂器的加热器为CO2致裂器内部的液态CO2加热，在并配合拖动CO2压裂管柱依次对目标层段的各待改造层位进行CO2脉冲压裂；
进一步地，进行目标层段CO2脉冲压裂时，a、利用与埋藏最深的待改造层位对应的压裂段中的CO2致裂器的加热器为该压裂段中的CO2致裂器内部的液态CO2加热，进行埋藏最深的待改造层位CO2脉冲压裂；b、由下往上拖动CO2压裂管柱，利用与埋藏次深的待改造层位对应的压裂段中的CO2致裂器的加热器为该压裂段中的 CO2致裂器内部的液态CO2加热，进行埋藏次深的待改造层位CO2脉冲压裂；c、重复步骤b从而实现由埋藏最深的待改造层位到埋藏最浅的待改造层位的CO2脉冲压裂；
进一步地，各压裂段种设置有多个(2个及以上)充装有液态CO2的CO2致裂器；
进一步地，在各待改造层位CO2脉冲压裂过程中，依次或同时利用与该待改造层位对应的压裂段中的各CO2致裂器的加热器为CO2致裂器内部的液态CO2加热。
如图1、图2所示，CO2致裂器为CO2脉冲致裂器，包括中空的壳体1、滑动单元2和销钉3；
壳体上部设有CO2注入口(用于充装CO2)、下部设有限位台12(用于限制滑动单元向下移动)，CO2注入口与限位台12之间的侧壁上设有泄能通孔13(用于排出 CO2)，其中，CO2注入口设有充装阀11，限位台12与泄能通孔13之间的距离不小于滑动单元2的高度；
滑动单元2设置于壳体1内部并对应封闭泄能通孔13，滑动单元2通过销钉3 与壳体1的侧壁固定连接，销钉3断裂后滑动单元2向下滑动至限位台12并打开泄能通孔13；其中，壳体1内部滑动单元2与CO2注入口之间的空腔用于存放CO2，滑动单元2内设有加热器21(用于对壳体内存放的CO2进行加热)；
在本发明一个可选的例子中，壳体1为圆柱形，壳体外壁直径小于径向井筒内径，能够更好的确保脉冲致裂器顺利入井.
在本发明一个可选的例子中，壳体1内部用于存放CO2的空腔长度依据压裂所需要的液态CO2设计用量进行确定；换言之，所述壳体的CO2注入口与泄能通孔之间的距离依据压裂所需要的液态CO2设计用量进行确定。
在本发明一个可选的例子中，壳体1内壁设有与销钉3匹配的凹槽，便于配合销钉3固定滑动单元2。
在本发明一个可选的例子中，滑动单元2侧壁设有与销钉3匹配的凹槽，便于配合销钉3实现滑动单元2与壳体1的侧壁固定。
在本发明一个可选的例子中，充装阀11具有单向流动通道，能够实现流体通过充装阀11进入壳体1，但壳体1内流体不能通过充装阀11流出。
在本发明一个可选的例子中，限位台12与泄能通孔13之间的壳体1的内壁围成圆柱形空间，滑动单元2为圆柱形，限位台12与泄能通孔13之间的壳体1的侧壁围成圆柱形空间的直径与滑动单元2外壁直径相配合(限位台12与泄能通孔13之间的壳体1的侧壁围成圆柱形空间的直径略大于滑动单元2外壁直径)能够实现滑动单元在圆柱形空间内滑动；
进一步地，限位台12成环状，限位台12外侧壁与壳体1的内壁相连，限位台 12的内径小于滑动单元2的外径。
在本发明一个可选的例子中，滑动单元2的外侧壁设有密封圈22，用于密封滑动单元2的外侧壁与壳体1的侧壁之间的空隙。
在本发明一个可选的例子中，滑动单元2顶部设有一定数量的开孔。
在本发明一个可选的例子中，加热器21内部设有远程***的接收装置和加热药卷，能够实现通过远程***发射装置控制起爆，引燃加热药卷为壳体1内的CO2加热；
进一步地，加热药卷引燃后产生的热量通过滑动单元2顶部的开孔快速传递给壳体1内的CO2。
在本发明一个可选的例子中，通过脉冲致裂压力确定CO2致裂器开启压力。
在本发明一个可选的例子中，依据预设CO2致裂器开启压力确定销钉3需要的抗剪切能力，进而根据销钉3需要的抗剪切能力选择销钉3，从而实现当壳体1内部压力达到CO2致裂器开启压力时销钉3剪切断裂。
在本发明一个可选的例子中，超临界态CO2压力达到CO2致裂器开启压力时，超临界态CO2的体积是所述液态CO2体积的600倍左右。
在本发明一个可选的例子中，泄能通孔13环布于壳体侧壁上(即沿壳体1侧壁周向分布)；
进一步地，泄能通孔13可以分布在壳体1的多个截面上，同一截面上的泄能通孔13周向均布。
在本发明一个可选的例子中，在CO2致裂器内部的加热器的加热下，CO2致裂器内部的液态CO2受热相变为超临界态且体积膨胀压力增大，待超临界态CO2压力达到CO2致裂器开启压力后，销钉3被剪断，滑动单元2下滑泄能通孔13开启。
在本发明一个可选的例子中，该方法还包括：利用CO2罐车将液态CO2充装至CO2致裂器中并检查CO2致裂器密封性。
在本发明一个可选的例子中，径向井包括但不限于以直井或水平井为主井筒进行侧钻的分支井眼。
以上参照附图描述了本发明的优选实施方式。这些实施方式的许多特征和优点根据该详细的说明书是清楚的，因此权利要求旨在覆盖这些实施方式的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施方式限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。
Claims (11)
1.一种碳酸盐岩地热储层压裂方法，其中，该方法包括：
碳酸盐岩地热储层径向井完井后，利用连续油管将CO2压裂管柱下入所述径向井的目标层段；其中，所述CO2压裂管柱设置有充装有液态CO2的CO2致裂器，所述径向井包括以直井或水平井为主井筒进行侧钻的分支井眼，所述目标层段包括多个待改造层位，所述CO2压裂管柱对应各改造层位设置多个压裂段，每个压裂段均设置有1个或多个充装有液态CO2的CO2致裂器；其中，所述CO2致裂器包括中空的壳体、滑动单元和销钉；所述壳体上部设有CO2注入口、下部设有限位台，CO2注入口与限位台之间的侧壁上设有泄能通孔，所述CO2注入口设有充装阀，所述限位台与所述泄能通孔之间的距离不小于所述滑动单元的高度；所述滑动单元设置于所述壳体内部并对应封闭所述泄能通孔，所述滑动单元通过所述销钉与所述壳体的侧壁固定连接，所述销钉断裂后所述滑动单元向下滑动至限位台并打开所述泄能通孔，所述壳体内部滑动单元与CO2注入口之间的空腔用于存放CO2，所述滑动单元内设有加热器，加热器内部设有远程***的接收装置和加热药卷，能够实现通过远程***发射装置控制起爆，引燃加热药卷为壳体内的CO2加热；
在径向井内，利用CO2致裂器的加热器为CO2致裂器内部的液态CO2加热，进行目标层段CO2脉冲压裂，从而沟通径向井近井地带储层裂缝；其中，进行目标层段CO2脉冲压裂时，a、利用与埋藏最深的待改造层位对应的压裂段中的CO2致裂器的加热器为该压裂段中的CO2致裂器内部的液态CO2加热，进行埋藏最深的待改造层位CO2脉冲压裂；b、由下往上拖动CO2压裂管柱，利用与埋藏次深的待改造层位对应的压裂段中的CO2致裂器的加热器为该压裂段中的CO2致裂器内部的液态CO2加热，进行埋藏次深的待改造层位CO2脉冲压裂；c、重复步骤b从而实现由埋藏最深的待改造层位到埋藏最浅的待改造层位的CO2脉冲压裂；其中，在CO2致裂器内部的加热器的加热下，CO2致裂器内部的液态CO2受热相变为超临界态且体积膨胀压力增大，待超临界态CO2压力达到CO2致裂器开启压力后，所述销钉被剪断，所述滑动单元下滑所述泄能通孔开启，CO2致裂器内部的超临界态CO2即刻通过CO2致裂器的泄能通孔后冲击并进入所述目标层段，发生脉冲应力波瞬间冲击所述目标层段形成裂纹后超临界态CO2驱动所述裂纹持续扩展压裂目标层段。
2.根据权利要求1所述的压裂方法，其中，各压裂段种设置有多个充装有液态CO2的CO2致裂器；在各待改造层位CO2脉冲压裂过程中，依次或同时利用与该待改造层位对应的压裂段中的各CO2致裂器的加热器为CO2致裂器内部的液态CO2加热。
3.根据权利要求1所述的压裂方法，其中，
所述壳体为圆柱形，壳体外壁直径小于径向井筒内径；
所述限位台与所述泄能通孔之间的所述壳体的内壁围成圆柱形空间，所述滑动单元为圆柱形，所述限位台与所述泄能通孔之间的所述壳体的侧壁围成圆柱形空间的直径与所述滑动单元外壁直径相配合能够实现所述滑动单元在所述圆柱形空间内滑动。
4.根据权利要求3所述的压裂方法，其中，所述限位台成环状，限位台外侧壁与所述壳体的内壁相连，所述限位台的内径小于所述滑动单元的外径。
5.根据权利要求1所述的压裂方法，其中，所述壳体的CO2注入口与泄能通孔之间的距离依据压裂所需要的液态CO2设计用量进行确定。
6.根据权利要求1所述的压裂方法，其中，依据预设CO2致裂器开启压力确定销钉需要的抗剪切能力，进而根据销钉需要的抗剪切能力选择销钉，从而实现当壳体内部压力达到CO2致裂器开启压力时销钉剪切断裂。
7.根据权利要求1所述的压裂方法，其中，
所述壳体内壁设有与所述销钉匹配的凹槽；
所述滑动单元侧壁设有与所述销钉匹配的凹槽。
8.根据权利要求1所述的压裂方法，其中，所述滑动单元的外侧壁设有密封圈，用于密封所述滑动单元的外侧壁与所述壳体的侧壁之间的空隙。
9.根据权利要求1所述的压裂方法，其中，所述滑动单元顶部设有开孔。
10.根据权利要求1所述的压裂方法，其中，
所述充装阀具有单向流动通道，能够实现流体通过充装阀进入壳体，但壳体内流体不能通过充装阀流出。
11.根据权利要求1所述的压裂方法，其中，该方法还包括：利用CO2罐车将液态CO2充装至所述CO2致裂器中并检查CO2致裂器密封性。
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