[发明专利]一种用于油气增产的高压氮气-低温液氮复合致裂方法

说明书

本发明公开了一种用于油气增产的高压氮气‑低温液氮复合致裂方法，采用高压氮气压裂地层岩石，形成大尺度的人工裂缝，然后向主裂缝内注入超低温液氮，利用液氮的超低温特性辅助致裂主裂缝壁面上的岩石，使之产生与主裂缝相互垂直的二次裂缝，提高主裂缝的自支撑能力和储层破裂程度，防止压后主裂缝的闭合，从而实现储层的高效开发。本发明在整个压裂过程中，高温高压氮气和低温液氮多次交替注入，克服了常规压裂中储层主要产生单一主裂缝的弊端，有助于在储层内部形成大体积的网络裂缝，有效提高了油气储层的压裂增产效果。

技术领域

本发明涉及一种无水压裂方法，具体涉及一种用于油气增产的高压氮气-低温液氮复合致裂方法，属于油气增产改造技术领域。

背景技术

当前，页岩气等非常规天然气资源已经成为世界能源供应的重要组成部分。非常规储层的自然产能极低，一般需要经过水力压裂改造后才能实现工业化开采。但是该类储层质量较差，易受到外来流体的伤害。例如，在压裂结束后，水分的滞留以及黏土矿物的遇水膨胀会阻碍气体的流动。非常规天然气的开发还会涉及到水资源过度消耗和污染等问题，如页岩气压裂的单井用水量往往在10,000m³以上，这极大限制了水力压裂技术在干旱缺水地区的推广和大规模应用。另外，压裂液中还含有大量的化学物质，这些物质极容易随着压裂液进入地下水层。返排到地面的液体如果处理不当也会污染地表水。随着人们对水资源和环境保护的重视，水力压裂技术在部分国家和地区也开始受到不同程度的限制，甚至是采用立法的方式进行禁止。在这种情况下，各国的技术人员都在积极研发无水压裂技术，以实现非常规天然气资源的绿色高效开采。

在油气钻采领域，氮气是一种重要的工作流体，在钻井、完井以及提高采收率方面都得到广泛应用。氮气压裂的优势主要有以下几个方面：一是氮气是惰性气体，对储层没有伤害，不存在黏土膨胀、运移以及油水乳化等问题；二是在压后氮气返排迅速，能把对储层渗透率伤害降低到最小程度；三是没有液相入侵到微裂缝中，所以不会对储层的长期生产造成伤害；四是相比其他方式，氮气价格低廉，能够更快收回成本。正是因为上述优势，氮气压裂技术被应用于水敏性较强地层，并取得了较好的效果。

然而，由于氮气的黏度较低，无法携带大量支撑剂，这样压后裂缝容易闭合，产量递减较快，这也是制约氮气压裂技术在现场进行大规模推广应用的关键所在。由此可见，如何防止氮气压裂裂缝的闭合，增强裂缝自身的自支撑能力是提高氮气压裂效果的关键所在。鉴于氮气的低黏特性，无法像水基压裂液那样携带大量的支撑剂进入地层，形成有效的支撑裂缝。因此需要另辟蹊径，探索新型的致裂方法，从而保证氮气压裂的改造效果，使之适用于非常规储层的高效开发。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于油气增产的高压氮气-低温液氮复合致裂方法，能防止压后裂缝的闭合，形成具有自支撑能力的人工裂缝。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种用于油气增产的高压氮气-低温液氮复合致裂方法，包括以下步骤：

1)通过油管将带有封隔器的压裂工具下入到井筒的预定层段，然后安装井口，连接地面设备；所述地面设备包括通过氮气注入管路依次连接的氮气瓶组、气体压缩机、气体增压机、加热器和氮气阀门，以及通过液氮注入管路依次连接的液氮容器、液氮柱塞泵和液氮阀门，所述氮气注入管路、液氮注入管路分别与所述油管连通；

2)利用氮气对地面设备、地面管线、油管和环空进行循环洗井处理，使得井筒和地面管线内充满氮气；

3)打开氮气瓶减压阀和氮气阀门，保持液氮阀门和环空阀门关闭，利用气体压缩机、气体增压机对氮气瓶组流出的氮气进行加压处理，加压后的氮气经加热器加热后，通过油管注入井筒内；

4)待井底封隔器在高温高压氮气作用下膨胀坐封后，继续使用气体增压机对氮气进行增压，直至井底压力达到储层的破裂压力；当储层岩石发生破裂后，继续向井筒内注入高温高压氮气，促进裂缝的扩展延伸；