[发明专利]一种页岩储层多层次径向水平井甲烷燃爆压裂方法

权利要求书

1.一种页岩储层多层次径向水平井甲烷燃爆压裂方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)确定压裂层段：根据页岩气主井筒的测井数据及所钻遇储层的地质特点，将页岩储层划分成若干个压裂作业层段，每个层段作为一个独立的工作过程；

2)连续油管侧钻径向水平井：采用连续油管侧钻方法在页岩气储层的压裂作业层段内侧钻与主井筒垂直的若干条径向水平井，每个压裂作业层段内径向水平井呈上下两层布置，同一个压裂作业层段内的径向水平井统称为一个施工井组，下层的径向水平井组称为注入井组，上层径向水平井组称为压裂井组；

3)布置井下工具和地面设备：待所有施工井组钻取完毕后，通过连续油管向井底下放压裂工具，并安装连接地面设备；所述压裂工具包括第一级喷射器、第二级喷射器、第一级封隔器、第二级封隔器和第三极封隔器，所述第一级封隔器、第一级喷射器、第二级封隔器、第二级喷射器、第三级封隔器依次连接，所述第一级喷射器、第二级喷射器均安装有可开关滑套，用于开启和关闭喷射器上的流体出口，所述第二级喷射器内部还安装有点火电极；所述地面设备包括流体注入系统、连续油管装备、地面点火装置和可开关滑套控制器，所述连续油管内置电缆，电缆前端分别与点火电极以及可开关滑套的启动装置相连接，电缆末端分别与地面点火装置以及可开关滑套控制器相连接；

在初始阶段，压裂工具首先下放到最下方的压裂作业层段，压裂工具的具体布置方案为：第一级封隔器位于该压裂作业层段的注入井组的下方，第二级封隔器位于注入井组和压裂井组之间，第三级封隔器位于压裂井组上方，第一级喷射器和第二级喷射器的流体出口分别与注入井组和压裂井组的入口处于同一深度；在进行压裂作业之前，喷射器内的可开关滑套均处于关闭状态，此时压裂工具内部空间与井筒不连通；

4)超临界CO₂驱替作业：开启第一级喷射器内可开关滑套，通过地面流体注入系统经连续油管向注入井组内注入超临界CO₂流体，超临界CO₂进入井底后从第一级喷射器上的流体出口流入该压裂作业层段的注入井组内，在第一、二级两个封隔器的密封作用下，封隔器和注入井组的径向水平井眼之间形成一个密闭空间，在流体压力作用下，超临界CO₂会渗透到注入井组的径向水平井周围储层；超临界CO₂在储层内流动时能够置换吸附在页岩上的甲烷，并将其置换成游离态，随着超临界CO₂持续注入，储层内游离态甲烷气体逐渐被驱替至该压裂层段上方的压裂井组周围，并进一步从储层内流入压裂井组；在超临界CO₂的驱替作用下，压裂井组的径向水平井眼内流入大量甲烷气体，并在压裂井组的径向水平井眼周围的储层形成甲烷聚集带，导致压裂井组的径向水平井周围储层的甲烷浓度升高；

5)向压裂井组内泵注空气：关闭第一级喷射器内可开关滑套，然后开启第二级喷射器内可开关滑套，通过地面流体注入系统经连续油管向压裂井组的径向水平井眼内注入空气，注入到压裂井组的空气与径向水平井眼内已存在的甲烷相混合，从而形成甲烷-空气混合流体；

6)甲烷燃爆压裂作业：启动地面点火装置，利用第二级喷射器内的点火电极释放的电火花对压裂井组的径向水平井眼内甲烷-空气混合流体进行点火，使其燃爆，利用甲烷燃爆产生的瞬时冲击波以及高温高压气体冲击致裂储层岩石，从而在径向水平井眼周围形成复杂人工裂缝，实现页岩储层甲烷燃爆压裂；

7)上提压裂工具：通过回收连续油管的方式将主井筒内的压裂工具上提至下一压裂作业层段内，压裂工具的布置方案与步骤3)相同；

8)重复步骤4)～7)，继续进行超临界CO₂驱替和甲烷燃爆压裂作业，直至完成整个主井筒的页岩储层甲烷燃爆压裂。

2.根据权利要求1所述的一种页岩储层多层次径向水平井甲烷燃爆压裂方法，其特征在于，步骤2)中，每个压裂作业层段内每层的径向水平井数量和方位均相同。

3.根据权利要求1所述的一种页岩储层多层次径向水平井甲烷燃爆压裂方法，其特征在于，步骤4)中，超临界CO₂的注入压力高于储层的地层压力，并低于储层破裂压力或裂缝延伸压力。

4.根据权利要求1所述的一种页岩储层多层次径向水平井甲烷燃爆压裂方法，其特征在于，步骤3)中，所述的流体注入系统包括空气瓶组、CO₂瓶组、空气压缩机、气体增压机和加热器，空气瓶组和CO₂瓶组的出气口分别与气体增压机的入口相连接，空气压缩机出口与气体增压机另一入口相连，气体增压机的出口与加热器入口相连接，加热器的出口与连续油管注入端相连接。