[发明专利]用于天然气水合物储层的液态二氧化碳压裂改造的方法

说明书

本发明提供了一种用于天然气水合物储层的液态二氧化碳压裂改造的方法，有效利用液氮对地层的冷却作用，实施压裂前对井筒附近地层进行降温预处理，增加天然气水合物储层的脆性，降低地层的起裂压力；再利用液态二氧化碳其独特的物理性质，在压裂过程中，压裂液进入地层中后与后者进行热量交换，液态二氧化碳受热其相态发生变化，转化为超临界态二氧化碳和气态二氧化碳，超临界二氧化碳具有气体的流动性和液体的密度，能够流动到渗透率较低的天然气水合物储层深部，对其进行压裂改造，体积大幅度增加；同时当液态二氧化碳、超临界态二氧化碳相变为气态二氧化碳时，体积迅速增加压力上升，提高压裂形成裂缝的复杂程度。

技术领域

本发明涉及天然气水合物开采技术领域，具体涉及一种用于天然气水合物储层的液态二氧化碳压裂改造的方法。

背景技术

天然气水合物俗称“可燃冰”，它是由天然气和水分子在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。天然气水合物大都存在于大陆边缘的深水海域和高纬度永久冻土带。目前，全球在多个勘探点位发现了天然气水合物。天然气水合物具有资源量大、分布范围广、埋藏深度浅、清洁无污染等特点。将全球天然气水合物中所蕴含的天然气资源量折算成有机碳含量，其量值约为现有地球化石燃料(石油、天然气和煤)含碳量总和的两倍，在油气领域被认为是最有具有开发前景的新型能源。出于能源战略的角度考虑，天然气水合物的开发逐渐被很多国家和地区所重视。

我国南海海域蕴含大量天然气水合物，我国石油界对天然气水合物的研究也提上了日程。目前研究已提出的水合物开采方法有降压分解法、热分解法、注入抑制剂法、CO₂置换法以及这些方法之间的联合开采方法。降压分解法中天然气水合物的生产速率、持续时间均由地层的渗透性决定；热分解法中由于热流方向和产出的流体共用同一渗流通道，能量效率较低；注入抑制剂法与CO₂置换法由于水合物储层渗透性差没有为反应提供较大的接触面积，严重制约了生产效率。为此需要提出新的储层改造方法，来增加地层与井筒的沟通能力，使后续的开采方法具有可持续性、并大幅提高单井产能。

水力压裂技术在低渗油气藏、页岩气开采等领域得到广泛应用，是一项应用于油气井增产的重要措施。将压裂技术与天然气水合物开采方式相结合，一方面能够在其压裂后形成裂缝网络增加地层渗透率，提高生产效率；另一方面，在近井筒附近可以起到防砂的作用解决开采过程中出现砂堵的问题。但由于我国南海海域天然气水合物储层主要为泥质粉砂岩储层，具有成岩差、弱胶结、渗透率低等特点。传统的水力压裂在此类储层难以起裂，或起裂后裂缝迅速闭合，达不到预期的压裂效果，因此，需要一种能够满足我国南海海域天然气水合物增产的压裂技术。

发明内容

基于上述背景，本发明提供了一种用于天然气水合物储层的液态二氧化碳压裂改造的方法。

本发明采用以下的技术方案：

一种用于天然气水合物储层的液态二氧化碳压裂改造的方法，基于用于天然气水合物储层的液态二氧化碳压裂改造的装置实施，所述装置包括井筒、压力传感器、液氮供应单元、液态二氧化碳供应单元、含有支撑剂的液态二氧化碳供应单元和压裂泵组，井筒穿过储层上覆岩层到达位于储层上覆岩层和储层下覆岩层之间的天然气水合物储层，井筒包括绝热压裂管柱和套管，绝热压裂管柱设置在套管内，固井作业后套管外形成有水泥环；压裂泵组与绝热压裂管柱相连，压力传感器设置在绝热压裂管柱上，液氮供应单元、液态二氧化碳供应单元和含有支撑剂的液态二氧化碳供应单元分别与压裂泵组相连；

包括以下步骤：

(1)液氮降温预处理：启动液氮供应单元，通过压裂泵组向绝热压裂管柱内注入液氮，对注入的液氮施加压力后关闭井筒进行焖井或通过绝热压裂管柱在井筒内循环液氮；

上述技术方案步骤(1)中，两种预处理方法的主要作用是使通过井筒注入到地层内的液氮能与地层充分接触冷却地层温度，冻结地层中孔隙水、岩石骨架收缩，从而增加天然气水合物储层的脆性，利于后续压裂作业顺利进行。