[发明专利]CO2基纳米聚能混相流的压裂驱替高温裂解一体化系统

说明书

技术领域

本发明涉及石油、页岩气等非常规油气资源开发领域，尤其涉及一种CO2基纳米聚能混相流的压裂驱替高温裂解一体化系统。

背景技术

非常规油气资源储量丰富,但非常规油气资源地质条件赋存复杂，岩石渗透率低，不利于非常规油气资源开发。水力压裂、水力割缝和高压水射流是开发致密储层非常规油气资源的重要手段。水力压裂技术经过了近半个世纪的发展，特别是自80年代末以来，水力压裂以及多级压裂、重复压裂等方面取得突破。现在水力压裂、水力割缝和高压水射流技术作为油水井增产技术，已经广泛应用于低渗透油气田的开发中。

此外，世界稠油资源极为丰富，其储量是常规原油储量的十几倍，具有替代常规石油能源的战略地位。全球石油可采储量4582亿吨，其中53％为稠油。中国石油可采储量212亿吨，其中40％为稠油，主要分布在辽河、新疆克拉玛依及胜利等油区。作为国内最大的稠油生产基地，辽河油田年稠油产量占总产量的５０％以上。在油田开发过程中，考虑到稠油具有粘度高和流动性差等特性，通常采用注蒸汽热力开采。

目前开发主要采用的水力压裂、水力割缝和高压水射流法，在中国许多地下深部储层非常规油气资源开发也并不具备水力化条件，二氧化碳压裂技术得到重视，美国和加拿大是最早应用二氧化碳增产技术的国家，特别是在特低渗、低压油藏的改造方面，二氧化碳增产技术显示出更加优越的特点。当温度超过31.1摄氏度，压力超过7.38兆帕，二氧化碳气体就变成超临界态。超临界流体既不同于气体也不同于液体，具有许多独特物理化学性——密度接近于水，能够为井下马达提供足够扭矩、溶剂化能力强；黏度非常低，接近于气体，易流动、摩阻系数低；扩散系数大于液体，传热、传质性能良好；表面张力接近于零，可进入到任何大于超临界流体分子的空间。

对于水力压裂工艺，专利主要集中在高压水射流、脉动水力压裂和水力割缝方面。也有相关专利是采用固体或乳化炸药爆炸产生高温高压气流，达到射流或致裂的目的。也有相关专利使用了二氧化碳特性和膨胀相变原理，然而采用的相变原理同本发明具有显著区别。同以往利用二氧化碳物理膨胀相变原理不同，本发明专利采用纳米聚能流体与二氧化碳氧化还原反应（化学过程）释放的热量，一方面使得二氧化碳高温膨胀和相变，产生高压膨胀的特点；另一方面，激烈的化学反应转化为爆炸冲击波，进一步增强了流体压力，具有炸药爆炸的特点。从而形成爆炸冲击波和二氧化碳快速膨胀和相变的高压射流动静组合荷载，在原理和结构上均具有明显创新。并且采用分开装填、存储、运输的方式，能够保障储运和使用过程的本质安全，符合国家提倡的去产能、节能减排、产业升级和环境友好的发展理念。

最为关键的是，除了具备二氧化碳压裂、驱替等常规功能外，本发明的另外一个特点，就是纳米聚能混相流体能够进入主裂缝、分支裂缝，甚至是岩石孔隙内，在电控精确控制下产生激烈的化学反应，从而在地层形成极高的温度和压力，进一步促进了裂纹扩展，以及促进了稠油的高温裂解，从而也明显提高石油采收率。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种CO₂基纳米聚能混相流的压裂驱替高温裂解一体化系统。采用本质安全型设计，具备现场调配、现场充注使用的特点，从而保证了存储、运输方便、安全、高效，产品本身绿色环保。

本发明目的是这么实现的：

通过地面增压泵将二氧化碳和纳米聚能流体分别注入地层，经电磁阀流量调节器和混相流体发生器，从而产生不同级配和功能的CO₂基纳米聚能混相泡沫，并通过封隔器将混相泡沫封装在水平井内，接通电火花点火装置，瞬间产生高温高压并致裂岩体，生成主裂缝和分支裂缝；CO₂基纳米聚能混相泡沫进入主裂缝、分支裂缝和基岩孔隙，通过多次点火可促进裂缝扩展和延伸；同时进入分支裂缝和岩石孔隙内的CO₂基纳米聚能混相流爆燃产生高温高压环境，有利于原储层原油的高温裂解，从而达到压裂、驱替和高温裂解的目的。

具体地说：

一、CO₂基纳米聚能混相流的压裂驱替高温裂解一体化系统（简称系统）

本系统包括高压二氧化碳存储器、第1阀门、第1增压泵、第2阀门、电火花点火装置、第3阀门、第2增压泵、第4阀门、纳米聚能流体存储器、第1高压管路、电缆、第2高压管路、电磁阀流量调节器、混相流体发生器和封隔器；

其位置和连接关系是：

在地面上设置有高压二氧化碳存储器和纳米聚能流体存储器以及电火花点火装置；