[发明专利]一种用于页岩储层改造的压裂方法

权利要求书

1.一种用于页岩储层改造的压裂方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：准备工作；

确定页岩储层（1）的压裂层段和压裂位置；通过压裂管柱（2）将压裂工具（3）下放到井筒中的预定位置，安装压裂井口、连接地面设备；

步骤二：低温氮气循环降温；

使用高压低温氮气（13）对压裂管柱（2）和井筒进行循环处理，以降低井筒及井底温度，同时驱除压裂管柱（2）和井筒内的残余流体；该过程的前期，通过高压低温氮气（13）与高温储层的接触，在储层表面产生巨大的热冲击作用，形成热力裂缝；该过程的后期，通过持续注入的高压低温氮气（13），在井筒周围产生低温冷冻区（18），并使低温冷冻区（18）内储层原有的天然裂缝重新张开，形成二次裂缝；

步骤三：第一次高压低温空气（16）压裂；

向井筒内持续泵注高压低温空气（16），并确保高压低温空气（16）的泵注速率超过地层的漏失速率，使井底压力会不断上升并超过地层破裂压力，促进页岩储层（1）发生破裂并形成主裂缝（17）；该过程中，通过持续的流体压力作用，在高压低温氮气（13）循环降温处理时所产生的热力裂缝和二次裂缝不断延伸，形成复杂裂缝网络；

步骤四：高压低温空气（16）冷冻；

在高压低温空气（16）压裂持续一段时间后，先降低高压低温空气（16）的注入压力到设定范围内，使已经形成的主裂缝（17）处于张开状态但不继续扩展，再通过后续注入在主裂缝（17）内流动的高压低温空气（16），对主裂缝（17）周围地层起到低温冷冻的效果，然后继续不断注入高压低温空气（16），使主裂缝（17）周围地层温度不断降低，并最终形成一个低温冷冻区（18），促使在低温冷冻区内地层原有的天然裂缝重新张开；

步骤五：第二次高压低温空气（16）压裂；

持续泵注高压低温空气（16），继续进行高压低温空气（16）压裂，促进主裂缝（17）和低温冷冻区（18）天然裂缝共同扩展，最终形成复杂的网络裂缝；

步骤六：重复步骤三至五，完成作业层段的高压低温空气（16）压裂作业；

步骤七：关井升温；

预定层段高压低温空气（16）压裂结束后，关闭井口环空阀门（14），利用空气升温产生的高压促使一部分空气进入地层内部，为地层提供额外的能量；

步骤八：放喷；

打开井口环空阀门（14），使井筒及裂缝内的空气在地层压力作用下向地面返排，同时，通过降低井筒内的压力，使储层内甲烷气体流入裂缝并与裂缝内的空气进行混合；监测返排气体的甲烷浓度，待甲烷浓度到达空气中燃烧极限时，关闭井口环空阀门（14）；

步骤九：甲烷燃爆压裂；

对井下空气和甲烷混合气体进行点火，使其在井底条件下燃爆；利用井底、主裂缝（17）以及二次裂缝内甲烷燃爆所产生的高压进一步压裂储层，以在页岩储层内形成人工裂缝和天然裂缝相互交错的复杂裂缝系统（19）；

步骤十：将压裂工具（3）移动到下一层段，重复步骤二至九，直至完成所有页岩气井所有层段的作业。

2.根据权利要求1所述的一种用于页岩储层改造的压裂方法，其特征在于，在步骤二中，低温氮气的温度范围为-100～-50 ℃，循环降温的次数为3～5次。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于页岩储层改造的压裂方法，其特征在于，在步骤三和步骤五中，高压低温空气（16）温度的范围均为-80～-60 ℃，注入压力高于储层破裂压力。

4.根据权利要求3所述的一种用于页岩储层改造的压裂方法，其特征在于，在步骤四中，高压低温空气（16）温度的范围为-80～-60℃，高压低温空气（16）注入压力的设定范围低于裂缝延伸压力并高于裂缝闭合压力。

5.根据权利要求4所述的一种用于页岩储层改造的压裂方法，其特征在于，在步骤七中，关井的时间为0.5～1.0 h，在关井过程中，利用迅速升温膨胀的高压低温空气（16）对裂缝周围以及远井地层产生的气压冲击作用，促进裂缝壁面发生滑移错动，以增强裂缝自支撑能力。

6.根据权利要求5所述的一种用于页岩储层改造的压裂方法，其特征在于，在步骤九中，通过地面点火控制器（9）利用电火花点燃的方式进行点火。