[发明专利]液氮脉动压裂系统以及压裂方法有效

专利信息
申请号: 202110068295.6 申请日: 2021-01-19
公开(公告)号: CN112878972B 公开(公告)日: 2022-09-20
发明(设计)人: 武晓光;黄中伟;邹文超;李根生;曾溅辉;宋先知;杨睿月;温海涛;顾霄洋 申请(专利权)人: 中国石油大学(北京)
主分类号: E21B43/26 分类号: E21B43/26
代理公司: 北京三友知识产权代理有限公司 11127 代理人: 李雅琪;周达
地址: 102249*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 液氮 脉动 系统 以及 方法
【说明书】:

本说明书提供的液氮脉动压裂系统以及压裂方法,该压裂系统包括:用于产生液氮和氮气的制氮装置;脉动发生装置,与制氮装置相连且用于产生液氮脉动压力;氮气蓄积装置,与制氮装置相连且用于存储氮气;磨料添加装置,用于输出磨料粒子且与氮气蓄积装置相连;压裂作业管柱,包括:套管;隔热压裂管柱;脉冲控制机构;波纹管,波纹管与隔热压裂管柱之间形成第一环空;滑套解锁机构;脉动发生装置与波纹管之间设置有第一流道,磨料添加装置与第一流道之间通过磨料分支管路连通;第一环空与氮气蓄积装置之间设置有第二流道。本申请结合了液氮低温致裂和脉动交变载荷的双重作用机制,有效提升压裂缝网的复杂性和连通性,改善储层的压裂改造效果。

技术领域

本申请涉及石油与天然气工程技术领域,尤其涉及一种液氮脉动压裂系统以及压裂方法。

背景技术

页岩气、致密气和煤层气等非常规天然气资源作为极具潜力的清洁、优质资源,已经成为世界各国能源供应体系的重要组成部分。在优质洁净能源需求日益增长的今天,煤层气有望成为非常规天然气资源开发的主战场。因此,实现煤层气的高效开发利用,对于推动我国能源结构优化升级以及保障国家能源发展安全具有重要意义。

我国煤层气储层普遍呈现低孔、低渗、低含气饱和度的“三低“特性,导致煤层气井产量普遍较低,达不到经济生产的指标,因此针对煤层气储层需要经过压裂增产措施才能进行有效开采。而形成大规模、具有高导流能力的体积缝网,是煤层气储层改造的关键。目前针对煤层气储层进行压裂增产作业的主要方式之一是水力压裂,然而随着煤层气压裂改造措施的不断发展,水力压裂所导致的技术问题频频发生:

(1)水力压裂形成的压裂裂缝网格单一、复杂性差,连通性不足,储层改造效果差;

(2)水力压裂容易导致储层水锁伤害、粘土矿物遇水膨胀、煤层低压特性导致压裂液返排困难等一系列问题还会堵塞煤层气渗流通道,降低渗透率;

(3)大规模压裂作业所需水资源量巨大,造成了对水资源的严重浪费,且压裂液中的化学物质容易造成地下水和地表水资源污染等环境问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术问题,本申请提供了一种液氮脉动压裂系统以及压裂方法,结合了液氮低温致裂和脉动交变载荷的双重作用机制,有效提升压裂缝网的复杂性和连通性,改善储层的压裂改造效果。

为了达到上述目的,本申请提供的技术方案如下所述:

一种液氮脉动压裂系统,所述压裂系统包括:

用于产生液氮和氮气的制氮装置;

脉动发生装置,与所述制氮装置相连且用于产生液氮脉动压力;

氮气蓄积装置,与所述制氮装置相连且用于存储氮气;

磨料添加装置,用于输出磨料粒子且与所述氮气蓄积装置相连;

压裂作业管柱,包括:套管;位于所述套管内部的隔热压裂管柱;设置在所述隔热压裂管柱内的脉冲控制机构;位于所述隔热压裂管柱内部的波纹管,所述波纹管与所述隔热压裂管柱之间形成第一环空;位于所述波纹管出口的滑套解锁机构;

所述脉动发生装置与所述波纹管之间设置有第一流道,所述第一流道上设置有第一阀门,所述磨料添加装置与所述第一流道之间通过磨料分支管路连通,所述磨料分支管路上设置有第二阀门;所述第一环空与所述氮气蓄积装置之间设置有第二流道,所述第二流道上设置有第三阀门。

作为一种优选的实施方式,所述磨料分支管路上设置有混砂容器,在所述第一流道上,所述混砂容器与所述脉动发生装置之间设置有第四阀门。

作为一种优选的实施方式,所述隔热压裂管柱与所述套管之间形成第二环空,所述第二流道上设置有注气分支管路,所述第二环空与所述注气分支管路相连通,所述注气分支管路上设置有第五阀门。

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