一种大范围解除致密储层水相圈闭损害的方法与装置

摘要

本发明公开了一种大范围解除致密储层水相圈闭损害的方法与装置。该方法通过对油管改造使油管主体成为高温加热装置从井口向油管注入氮气，氮气通过和油管表面强制对流换热从而被加热，达到储层段时成为高温热干气，然后通过加压注入储层当中。氮气通过两种方式加热水相首先是和岩石接触发生强制对流换热加热岩石，岩石被加热后再加热与之接触的水相，然后是氮气和水相直接接触发生强制对流换热直接加热液态水。高温热氮气可以沿着裂缝进入至储层深部从而实现大范围的储层加热，解除加热区域内的水相圈闭损害，同时还能利用高温改善储层渗透性，并且不会对储层造成二次损害。

说明书

技术领域

本发明涉及一种大范围解除致密储层水相圈闭损害的方法与装置，可以解除储层水相圈闭损害提升致密气藏采收率。

背景技术

我国的致密砂岩气藏开发领域比较广泛，准噶尔、塔里木、渤海湾、松辽、柴达木、鄂尔多斯、四川等十多个盆地区域都存在能够蕴藏致密砂岩气藏的重要条件，远景资源量不可估计。随着我国勘探技术的发展和对于地质认识的不断提高，在鄂尔多斯和四川盆地中的致密砂岩气藏开发工作已经取得了一定的进展，先后发现了鄂尔多斯苏里格、四川盆地须家河组2个万亿立方米级致密气区。就探明储量和技术实力而言，致密砂岩气藏是我国最具现实勘探开发意义的非常规天然气资源。但致密砂岩储层物性差、分布面积广，成岩作用强烈、次生孔隙发育，自生矿物含量丰富，分选差，局部含水饱和度低。一般不具有自然产能，需要通过水力压裂形成裂缝网络进行开发。压裂规模大，压裂液用量多，单井压裂液可达(2-4)×10

目前解除水相圈闭损害的方法很多，如酸化、注入表面活性、，高温蒸发火烧储层等。但这些方法有的效率低，有的经济成本太高，有的实现难度大均不适合现在的工程实际情况。

相较于中国专利公布号CN 102536165 A公开的“一种用于解除低渗透致密砂岩气层水相圈闭损害的方法及装置”，该方法主要是通过井筒里的微波发生装置产生微波，并向储层传递微波，微波使液态水的内部分子共振产生分子热从而加热液态水使其变为水蒸气从而解除水相圈闭损害，与本方法原理不同，而且由于金属套筒的存在使得该方法工程实现难度太大。

相较于中国专利公布号CN 2209692 Y公开的“井下无线缆变频电加热采油装置”其在井下通过加热帮助稠油采收，并不是通过加热解除储层损害，而是通过高温改善稠油的流动性，从而提高稠油的采收率，但是该装置整体较为复杂所以施工难度大不便于操作。

此外还有一些井下电加热解除储层水相圈闭损害的方法，这些方法都有一个共同的特点就是热能利用率很低，经济性差。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种大范围解除致密储层的水相圈闭损害的方法与装置。通过改造油管使得油管可以通电从而变为高温加热装置，从井口对油管注入氮气，氮气和油管内表面进行强制对流换热从而加热氮气，到达井底储层段后对氮气进行加压，氮气通过裂缝将热量带入储层，热量进入储层后高温将液态水蒸发为水蒸气，返排阶段利用压差将水蒸气和氮气从油管导出，达到解除水相圈闭损害的目的。

进一步的是：油管温度达到所需温度后开始对油管注入氮气，当氮气在定压条件下充满油管后，加压泵对油管加压注入氮气，加压后底层的高温热氮气开始逐渐进入储层。

进一步的是：通过传热传质学可以计算出，在目标储层压力下水蒸发为水蒸气的所需温度，根据资料和实验结合可以确定氮气相关热力学参数，建立非稳态的传热模型，预估加热时间。加热时间T通过下式预估：

式中：T表示热氮气加热储层预测时间；t表示进入储层的氮气温度；λ表示氮气导热系数；c

进一步的是：当加压注入氮气时间到达T后，停止注入氮气，随后进入返排阶段，通过在油管口的湿度检测装置判断返排阶段的结束时刻，当油管口的返排气体湿度不再随时间变化而变化即认为返排结束，水相圈闭损害解除。

本发明还提供了一种用于上述方法的装置，具体为解除致密储层水相圈闭损害的装置，装置包括检测系统、供电系统、氮气系统、套管环空封隔器以及改造油管。

进一步的是：所述改造油管是在油管两端加装通电控制装置使得油管本身变为导体然后对其通电产热，通过改变对油管加载的电压改变油管的发热温度，油管材质一般为N80Q、J55等，通电后均能满足氮气加热所需温度(API标准石油管道材质均能承受600℃以上的高温)。

进一步的是：所述改造油管外装有隔热绝缘层。

进一步的是：所述套管环空封隔器安装在油管和套管之间处于储层区域的上边界部分，用于阻止高温氮气经套管环空向上逸散。

进一步的是：所述测系统包括安装在地下储层段的温度检测装置用于检测进入储层的氮气温度，以及安装在井口的湿度检测装置用于测量返排气体的湿度。

进一步的是：所述氮气系统包括氮气发生器内含加压泵以及氮气回收处理设备三者之间通过管道相连

进一步的是：所述氮气回收处理设备包括干湿分离器，杂质分离器，二者串联连接并通过管道接于氮气储罐。

本发明优点及有益效果是：

1.可以安全可靠，环境友好的解除致密砂岩储层的水相圈闭损害，恢复储层的渗透率，并且不会对储层造成二次损害；

2.可以大范围解除储层的水相圈闭损害，因为热量是通过气体被带入储层，气体可以随着裂缝一直沿进，所以该方法解除水相圈闭损害的范围不仅仅局限于近井地带；

3.热能利用率高，该方法在热量交换的过程中仅发生了油管对氮气的换热，热量高效的被氮气带入了储层热量损失小，经济性高；

4.实现难度小，原理可靠，避免像其他井下加热方式因为高温对套管等完井措施造成破坏；

5.局限性小，该方法可以适用于任何钻完井方式，使用上不受任何局限。

附图说明

图1为本发明在井场施工过程流程图

图中：1表示供电系统，2表示氮气发生器，3表示氮气回收处理设备，4表示氮气存储罐，5表示隔热绝缘层，6表示套管，7表示套管环空封隔器，8表示油管，9表示储层段射孔裂缝，10表示电偶式温度计，11表示湿度检测装置。

图2为油管系统主体结构示意图以及封隔器密封示意图

图中：12表示通电控制装置，13表示高压线缆。

图3为氮气系统内部示意图

图中：14表示加压泵，15表示干湿分离器，16表示杂质分离器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

参看图1图2图3。

所述油管8下口处装有电偶式温度计10，加热时油管8外接氮气发生器2，通过供电系统1进行供电，并且通过通电控制装置12进行电压的变频调节，返排时油管外接氮气回收处理设备3，在储层段区域油管8外和套管6之间还有套管环空封隔器7。

氮气发生器2内还含有加压泵14，氮气回收处理设备3内有干湿分离器15，杂质分离器16。油管8通电达到目标温度后，氮气发生器2开始对油管8注入氮气，当氮气在定压条件下充满油管8后，根据目标区域电偶温度计10所测氮气温度调整氮气压力通过加压泵14对氮气进行加压注入。

通过下式预估加热时间T：

式中：T表示热氮气加热储层预测时间；t表示进入储层的氮气温度；λ表示氮气导热系数；c

到达预估加热时间T后，停止氮气发生器2，随即进入返排阶段，返排出来的混合气体(天然气，氮气，水蒸气等)进入氮气回收处理设备3后，先经过干湿分离器15，再经过杂质分离器16，最后为纯氮气进入存储罐4存储备用。

通过井口湿度检测装置11，检测返排气体的湿度，当湿度不再随时间变化而变化即认为结束返排，整个水相圈闭损害解除过程结束。