[发明专利]一种液态二氧化碳压裂方法

说明书

本发明提供了一种液态二氧化碳压裂方法，以岩石的拉伸破坏机理为出发点，建立了CO₂压裂井壁起裂压力模型，主要由以下三个部分组成：第一，液态CO₂压裂井筒温度压力耦合模型，根据压裂作业时的井口注入条件，可得到井筒中CO₂的温度、压力以及物性参数剖面；第二，井壁切向计算模型，在该模型中引入了井壁处温度和压力的影响，在此基础上，进一步推导出井壁处的起裂压力模型，进而分析CO₂侵入对井壁起裂压力的影响；第三，井筒增压速率模型，将井筒内的增压速率与压力剖面进行综合分析，考察不同排量下，井底达到起裂压力的时间，在此基础上提出压裂施工最优排量，为压裂现场作业提供合理化建议。

技术领域

本发明属于非常规油气资源储层压裂改造技术领域，具体涉及一种液态二氧化碳压裂方法。

背景技术

我国非常规油气资源具有储层致密、地质结构复杂、粘土矿物含量高等特点，大大增加了我国非常规油气开发的技术难度。实践表明，水平井与水力压裂相结合是非常规油气开发中最为有效的技术手段。然而，传统水力压裂存在耗水量大、储层伤害和返排液污染等问题，影响了储层压裂改造的规模和效果，阻碍了我国非常规油气资源商业化开发的进程。因此，亟需探索一种用水量少、对储层无伤害且易返排的环境友好的新型压裂技术。

CO₂压裂是以CO₂作为压裂液对储层进行压裂改造的工艺技术；CO₂干法加砂压裂由于其无水相、易返排、超临界状态下易形成缝网及经济环保等方面的优势，受到国内学者们的关注，相关研究和实践证实，将CO₂用于储层压裂改造，有利于提高非常规油气资源的开发效率。

现场应用发现，液态CO₂压裂过程中存在起裂快，破裂显示不明显等特点，同时，对施工过程中井底压力的监测也发现，破裂点压力往往低于现有起裂压力模型得出的理论计算结果。这是由于CO₂进入储层后，对岩石产生力学、化学以及热力学等多多种作用，改变岩石的性质，进而对局部地应力产生影响，从而影响井壁处的起裂压力。由于液态CO₂压裂过程中，井底温度、压力改变较大，其对局部地应力的影响不可忽略，因而，传统的起裂压力计算模型不适用于液态CO₂压裂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液态二氧化碳压裂方法，修正了传统起裂压力模型，大大提高了液态CO₂压裂过程中井壁处起裂压力的计算精度。

为此，本发明提供的技术方案如下：

一种液态二氧化碳压裂方法，包括以下步骤：

步骤1)录入作业井的井身结构参数、储层或实验岩心物理力学参数、地层应力以及热力学参数、压裂作业入口条件及作业参数；

步骤2)根据井口压力、入口温度、二氧化碳的流速、密度、摩阻系数以及步骤1)中提供的井身结构参数的井深和井眼直径，利用CO₂在井筒内流动的基本方程组得到不同排量下CO₂压裂过程中井筒温度、压力关系；

步骤3)根据步骤2)中得到的CO₂压裂过程中井筒温度、压力关系，结合CO₂物性参数模型，得到不同排量下CO₂在井筒中的物性参数与井深的关系；

步骤4)根据步骤2)中得到的CO₂压裂过程中井筒温度、压力关系和步骤3)中得到的CO₂在井筒中的物性参数与井深的关系，得到外部径向应力σ_θr、井内压力引起的切向应力σ_θp、孔隙压力引起的切向应力σ_θφ、热效应引起的切向应力σ_θT四种基本载荷叠再将四种基本载荷叠加得到井壁处切向应力σ_θ的关系式；