[发明专利]液氮压裂工艺方法

说明书

本发明公开了一种液氮压裂工艺方法，包括：将井内积液从压裂管柱顶替至地面；在高于待压裂储层预定距离的位置将环空封隔为上部环空和下部环空；将压裂管柱的底部与井底封堵，同时压裂管柱与下部环空相连通；打开上部环空进行泄压，获取压裂管柱内压力，在确认上部环空和下部环空实现封隔后，再打开压裂管柱进行泄压；将压裂管柱的底部进行封堵；在压裂管柱敞开的情况下，从压裂管柱内下入导流管，通过导流管向压裂管柱内泵注液氮，直至压裂管柱内充满液氮，对压裂管柱实现预冷；将液氮注入设备与压裂管柱联通，泵注液氮；当压裂管柱与射孔段相连通时，提高排量，进行压裂。本发明能够保证低温液氮具有较高的输送效率和较佳的保温效果。

技术领域

本发明涉及油气储层压裂改造技术领域，尤其涉及一种液氮压裂工艺方法。

背景技术

本部分的描述仅提供与本发明公开相关的背景信息，而不构成现有技术。

中国非常规油气资源体量巨大，其中致密气可采资源量超过7×8¹²M³，页岩气可采资源量达2.5×8¹³M³，致密油资源总量达124.5×8⁷T。而非常规油气储层普遍存在岩性致密、起裂压力高、改造难度大等特点，绝大部分储层需经过大规模压裂改造才能有效投产。在传统水力压裂技术的基础上，发展新的储层压裂改造技术体系，降低储层渗透率损害程度，提高储层压裂改造规模是高效开发非常规油气资源的重要发展方向。

液氮压裂技术是一种利用超低温液氮(常压下沸点-196℃)作为压裂工质，辅助致裂深部致密、高温储层的新型压裂技术。低温液氮与深部高温储层温差大，液氮与储层岩石接触后可在岩石内部形成热应力，诱导形成裂缝并促使裂缝扩展，从而降低储层起裂压力，提高储层整体压裂改造效果。

二十世纪九十年代，液氮压裂技术已在北美地区开展数井次现场压裂施工作业。施工采用玻璃纤维钢管注低温液氮，环空补注常温氮气的压裂方式，以防止套管和水泥环受冷冲击损伤。施工井压后生产情况表明，储层增产改造效果不理想，后续也未发现有其他液氮现场压裂施工的相关文献或报道。

近年来，随着非常规储层压裂改造需求的提升，液氮压裂技术再次成为国内外研究热点。大量数值模拟和室内实验结果表明：采用超低温液氮作为压裂工质，可有效提高致裂效果。但是，采用超低温液氮进行压裂时，现场施工结果却并不理想。

申请人对液氮压裂现场施工工艺流程开展深入分析后发现施工效果不理想的主要原因包括：超低温液氮在压裂管柱内输送效率低，保温效果差。压裂管柱本身热容对管内流体温度分布存在显著影响，低温液氮到达井底之前，压裂管柱本身需冷却至一定程度。具体的，压裂管柱下入井内之后可以视为与地层温度一致，液氮作为压裂液在地面温度是-196℃，两者之间存在温差，会进行换热。所以只有压裂管柱冷却后，液氮在压裂管柱中运移到井底才能保持低温状态。

而环空补注常温氮气的压裂工艺直接影响着井底流体的温度。环空补注常温氮气是以前现场实施液氮压裂采用的方式，目的是防止套管和水泥环因低温造成损伤，影响井筒完整性。经过研究后发现，压裂过程中井内压力很高，环空注常温氮气会增加环空流体与压裂管柱外壁面和套管内壁面的换热速率，不仅无法维持套管温度，还会为压裂管柱持续提供热量，使液氮持续吸热，运移到井底后温度很高。因此，可以说以前采用的压裂方式，低温液氮的输送效率低，液氮输送至井底后温度过高，无法产生低温致裂作用。

因此，有必要提出一种能够满足现场使用需要的液氮压裂工艺方法，保证在实施过程中，低温液氮具有较高的输送效率和较佳的保温效果，进而实现超低温压裂。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容