[发明专利]一种强化页岩基质气体输运能力的超临界水处理方法

说明书

本发明公开一种强化页岩基质气体输运能力的超临界水处理方法，包括以下步骤：在原始地层压力不低于22.1MPa的页岩气储层中钻取至少一口水平井，并实施分段水力压裂；页岩气井水力压裂施工结束后进行焖井然后开井返排水力裂缝和井筒中的残留水；下入井下气体加热装置，向储层段注入压力不低于气藏原始地层压力和温度不低于374℃的气体传热介质，以空气、氧气等氧化性气体为传热介质，以水力裂缝为起点，储层滞留压裂液由近及远逐渐转换为超临界水；然后持续注入上述的气体传热介质，形成氧化溶蚀孔缝。本发明可扩展基质中的气体输运空间，显著缩短基质气体扩散路径和提高扩散速率，从而达到绿色、高效、安全、低成本地提高页岩气藏吸附气采出程度的效果。

技术领域

本发明涉及一种强化页岩基质气体输运能力的超临界水处理方法，属于能源与环境技术领域。

背景技术

我国页岩气分布广、资源量大。与常规天然气藏相比，页岩气藏具有基质孔喉细小且连通性差、黏土矿物含量高、富含有机质和非均质性强等特点。对于富有机质页岩储层，吸附气是页岩气的主要赋存方式之一，占总含气量的20％～85％，吸附气产出主要依赖于纳米孔扩散，因此，页岩基质中的气体扩散效率直接决定了吸附气的有效开采程度，而提高扩散速率和缩短扩散路径则是提升基质气体扩散效率的有效途径。

目前国内外页岩气井普遍面临着稳产期短、产量递减快和采出程度低等问题，尤其是处于开发中后期的页岩气井、深层页岩气井和水力压裂后的常压页岩气井，由于地层能量不足、基质供气能力差等客观原因，导致气井产量仍有较大提升空间。

通过实施水平井分段压裂，可大幅度提高页岩气井产量，实现经济开采。但是当前页岩气采收率仍有较大提升空间，主要表现为：(1)压裂液返排率普遍偏低，滞留压裂液一般位于基质孔隙或闭合裂缝中，不可避免会引发水相圈闭损害，尤其是制约了基质微纳孔缝中的气体输运能力；(2)页岩气产出历经了多种尺度的气体输运过程，在水力压裂形成缝网基础上，如果能够进一步缩短基质气体扩散路径和提高扩散速率，可更为显著提升页岩基质向水力裂缝的供气能力。

水的临界温度为374℃、临界压力为22.1MPa，从我国页岩气有利区的成藏地质条件来看，其地层压力普遍大于水的临界压力。水力压裂页岩气井的超临界水基质增渗方法正是利用储层滞留大量压裂液这一客观条件，通过井下加热的方式，以空气、氧气或其它气体氧化剂为传热介质，将储层中的压裂液温度升至374℃以上，即可将滞留压裂液原地转换为超临界水。超临界水通常具有极强氧化能力、溶解能力、催化能力等特点，其具有类似于液体的密度，以及类似于气体的黏度和扩散系数。因此，在加热滞留压裂液的同时，向储层中持续通入的空气、氧气或其它气体氧化剂又能促使页岩中的有机质和黄铁矿等还原性组分在超临界水中被氧化分解。此外，页岩中的有机质和氧气将在超临界水中实现完全混溶，整个体系为均一相，上述反应速率极快，可在短时间内将页岩中99％以上的还原性组分迅速氧化生成二氧化碳、水及其它无毒无害的产物。而在整个反应过程将瞬时释放大量热能，产生的热应力可进一步诱发微裂缝。

因此，上述方法利用滞留于储层中的压裂液，一方面缓解了水相圈闭损害，另一方面通过氧化分解有机质和黄铁矿等还原组分产生溶蚀孔缝、生热促进吸附气解吸-扩散、生成二氧化碳置换吸附态甲烷、以及诱发热致裂缝，提高了气体扩散效率，对于在水力压裂基础上进一步提高页岩气藏采收率具有重要意。

发明内容

本发明主要是克服现有技术中的不足之处，提出一种强化页岩基质气体输运能力的超临界水处理方法，该方法利用滞留于储层中的大量压裂液，通过原位加热将其转变为超临界水，并以空气、氧气等氧化性气体为传热介质，将页岩中的有机质和黄铁矿等还原性组分氧化分解为二氧化碳、水及其它无毒无害物质，并形成氧化溶蚀孔缝，同时，反应生成的二氧化碳将有利于置换更多的吸附态甲烷，而产生的瞬时热量还可在基质的弱结构面诱发热致裂缝，通过上述物理/化学反应过程，可扩展基质中的气体输运空间，显著缩短基质气体扩散路径和提高扩散速率，从而达到绿色、高效、安全、低成本地提高页岩气藏吸附气采出程度的效果，为高效开采页岩气提供新思路。