[发明专利]一种基于超声波空化效应的压裂液强化返排方法

说明书

本发明公开一种基于超声波空化效应的压裂液强化返排方法，该方法采用超声波空化系统，并配合施工钻孔，及配制后置液等步骤，利用超声波空化效应产生高温高压，后置液中的过氧化氢在高温下极不稳定，发生歧化反应生成氧气和水，发生体积膨胀，与超声波空化效应生成的高压共同推动压裂液的返排，弥补压裂液在返排过程中能量不足的现象。反应生成高温与超声波产生的高温共同激发过硫酸铵与聚合物分子发生化学反应，对凝胶残留聚合物分子产生降解作用，使得残液粘度降低。此外，过氧化氢会氧化携砂液中的瓜尔胶原粉，使得水不溶物及残渣较瓜尔胶粉有大幅度降低，从而降低残液的整体粘度。本发明可有效促进压裂液返排，降低储层伤害，提高压裂效果。

技术领域

本发明涉及到瓦斯抽采领域，具体的说是涉及一种基于超声波空化效应的强化压裂液返排方法。

背景技术

煤层气是一种赋存在煤储层中的非常规油气资源，对于补充能源缺口和优化能源结构具有重要意义。与常规油气储层不同，煤储层因其致密结构的原因，普遍具有低渗透性特征，直接采用钻孔或地面井抽采瓦斯效率通常很低。为了提高瓦斯抽采效率，目前国内外广泛使用水力压裂技术，即通过高压水泵向目标地层中注入高压液体，促使目标地层内的天然裂缝张开或者生成新的裂缝，并将携带的支撑剂滞留于裂缝内部，维持裂缝开度，从而提高煤层的渗透性和瓦斯的抽采效率。冻胶压裂液是煤层气开采中常用的压裂液，通常为瓜尔胶、黄原胶等聚合物凝胶，由于具有较高的粘度，因此携砂性和造缝效果较好，但另一方面，粘度较高，导致压裂液粘性残液容易粘附滞留在煤层裂隙表面。

返排是压裂作业的重要步骤，可以冲洗和去除附着在煤壁表面的压裂液残留，但工程经验表明，上万立方米的压裂液在高压下被压入煤储层中，只有不到30％的压裂液可以返排至地面。滞留于煤储层内的压裂液残渣会导致煤中裂隙和孔隙堵塞，阻碍煤层气的运移，最终对煤层气产量产生负面影响。

发明内容

基于上述技术问题，本发明提出一种基于超声波空化效应的压裂液强化返排方法，以提高压裂液返排率，减小压裂液残渣对煤层损害。

本发明所采用的技术解决方案是：

一种基于超声波空化效应的压裂液强化返排方法，包括以下步骤：

(1)配制后置液

选取过氧化氢、碳氢表面活性剂、氟碳表面活性剂、助溶剂和增能剂为原料，配制得到后置液；

(2)施工钻孔

在两个用以煤层气抽采的采气井中间位置施工一个钻孔，并在钻孔处布置超声波空化系统；所述超声波空化系统包括超声波驱动电源、超声波换能器和信号线缆，超声波驱动电源通过信号线缆与超声波换能器连接，超声波换能器置于钻孔中；

(3)压裂

在采气井处布置压裂系统，所述压裂系统包括压裂操作台、高压泵、高压软管和水箱，高压泵的出口与高压软管连接，高压泵的入口通过压裂操作台与水箱连接；

调节高压泵泵压将前置液注入地层，对地层进行破裂，形成一定尺寸的裂缝后，逐渐增高泵压，将携砂液与支撑剂随高压泵泵入煤储层实施压裂；

所述携砂液采用如下原料配制：羟丙基瓜尔、二氯二甲基硅烷、过硫酸铵、氯化钾以及余量的水；

(4)破胶

压裂达到预期效果后将后置液泵入煤层中，同时，打开超声波驱动电源，产生的高频交流电信号经信号线缆传递至超声波换能器，超声波换能器将高频交流电信号转换为超声波信号向水平井周围发射，一定强度的超声波作用于携砂液的粘性残液，残液中会产生大量的空化气泡，这些气泡在超声作用下不断振动，当声压超过阈值时空化气泡会出现剧烈的压缩、膨胀，然后瞬间崩裂，气泡崩裂的瞬间会伴有瞬时的高温和高压，该过程将对破胶起到如下促进作用：