一种页岩气井CO2及滑溜水混合压裂工艺

摘要

本发明一种页岩井CO2及滑溜水混合压裂工艺涉及页岩气开采技术领域，具体涉及一种利用CO2及滑溜水混合压裂工艺。施工时需要配备压裂车、混砂车、CO2槽车和CO2泵车、仪表车、压裂管汇车、酸罐、支撑剂以及储液罐群，所述的压裂管汇车配有低压管汇和高压管汇，仪表车配有监控仪表，其特征在于：做井场规划、试压、酸液处理、CO2压裂施工、滑溜水压裂施工、压后关井和压后放喷返排七个步骤进行，本发明一种页岩井CO2及滑溜水混合压裂工艺，实现了成本低、相对施工难度变小，对页岩气储层伤害小且高效的一种页岩气开采方法。

说明书

技术领域

 本发明涉及页岩气开采技术领域，具体涉及一种利用CO₂及滑溜水混合压裂工艺。

背景技术

页岩气是指主体上以吸附或游离状态存在于暗色泥岩、高碳泥岩、页岩及粉砂质岩类夹层中的天然气。页岩气与常规天然气藏不同，其既是天然气生成的源岩，也是聚集和保存天然气的储层和盖层，由于具有低孔、低渗等特性，通常所有的页岩气井都需进行压裂改造才能开采出来。

目前页岩气井采用的压裂方式主要是滑溜水大型压裂，滑溜水压裂液体系主要由清水、降阻剂、助排剂、粘土稳定剂、杀菌剂等化学添加剂组成，直井每段压裂用水量一般在1200-2000方之间，水平井由于分级较多，耗水量巨大，一般在15000方以上。滑溜水压裂工艺存在以下两方面的不利影响，首先，页岩储层高粘土含量特点注定了大液量对地层的潜在伤害，大量水进入储层后会造成粘土矿物膨胀、分散运移，导致渗透率降低、孔隙吼道堵塞，影响到最终的增产改造效果；其次，大液量也消耗着大量的水资源，还严重影响压裂液返排速度及返排效率，严重影响压裂改造效果。 

中国发明（CN102852508A）提出了一种液态CO₂压裂工艺，虽然解决了滑溜水压裂工艺对页岩气储层伤害大、返排速度及返排效率低的问题，但利用液态CO₂压裂工艺时，需要配备较为精密的仪器，例如密闭混砂车，相应的成本增加，并且施工过程中难度较大，不适于大范围推广。

发明内容

 本发明提供一种成本低、相对施工难度变小，对页岩气储层伤害小且高效的一种页岩气开采方法。

一种页岩气井CO₂及滑溜水混合压裂工艺，配备压裂车、混砂车、CO₂槽车和CO₂泵车、仪表车、压裂管汇车、酸罐、支撑剂以及储液罐群，所述的压裂管汇车配有低压管汇和高压管汇，仪表车配有监控仪表，按如下步骤进行：

步骤1：做井场规划；

将CO₂槽车与CO₂增压泵车以及压裂车串联与井口导通，将储液罐群、低压管、混砂车、压裂车、高压管汇依次串联与井口导通；酸罐、压裂车与井口相连；井口设有放喷管线；仪表车与上述车辆导通监控工作状态；所有的车辆都通过压裂管汇车配备的低压管汇和高压管汇导通；

步骤2：试压；

连接好压裂管线，并对高压管线及井口试压15分钟，不刺不漏即试压合格；

步骤3：酸液处理；

用一台压裂车挤注10 m³酸液，浸泡射孔段，关井30分钟；

步骤4：CO₂压裂施工；

关井结束后，待压裂管线冷却到零下15度，重新起泵，以1.0-10.0 m³/min的排量泵注入大于60 m³的液态CO₂，初步破裂岩石、延伸裂缝；

步骤5：滑溜水压裂施工；

CO₂泵注结束后，以8.0-12.0 m³/min的排量泵注滑溜水，注入前置液比例为30%-45%，以70-100目的支撑剂打段塞，携砂液阶段采用脉冲式组合加砂方式加砂，砂比先低后高，加砂结束后用滑溜水将携砂液全部顶入地层;

步骤6：压后关井；

压裂施工结束后，关井3小时；

步骤7：压后放喷返排：压力降至10MPa以下采用5mm油嘴控制放喷，压力降至5MPa以下采用8mm油嘴控制放喷，然后敞放。

优选地，压裂方式如下：

（1）压裂井口选用KQ65-70，水平井则采用1050型页岩气压裂专用井口；

（2）当井深小于2000m时，采用J55钢级套管；

（3）当井深超过2000m时，采用N80或者P110钢级套管；

（4）压裂方式为51/2"光套管注入。

优选地，压裂施工参数如下：

（1）施工排量：CO₂压裂阶段施工排量为1.0-10.0m³/min；滑溜水压裂阶段施工排量为8.0-12.0 m³/min；

（2）液量控制：每级液态CO₂量在大于60m³，直井滑溜水液量在1000-2000 m³，水平井液量大于15000 m³；

（3）支撑剂类型：石英砂或陶粒，粒径20/40目、40/70目或70/100目,水平井完全选用陶粒，采用多粒径组合加砂方式；

（4）加砂浓度：80-350kg/m³。

或者优选地，压裂液体系参数如下：

（1）酸液：5.0% HCl+8%高效降破压剂+0.3%缓蚀剂+0.2%铁离子稳定剂；

（2）压裂液：液态CO₂以及滑溜水压裂液：针对中生界地层，滑溜水成分为：清水+0.05%降阻剂+1.5%粘土稳定剂+0.4%助排剂+ 0.3%气井起泡剂+0.05%杀菌剂+0.2%破乳剂（针对中生界地层）；针对上古生界地层，滑溜水成分为：清水+0.05%降阻剂+1.5%粘土稳定剂+0.4%助排剂+0.3%气井起泡剂+0.05%杀菌剂。

或者优选地，所述压裂设备具体要求如下：

   （1）压裂车：单台压裂车输出功率2000HP或2000HP以上主压车10台；

   （2）CO₂增压泵车：要求单台泵车排量不低于2.0m³/min；

   （3）混砂车：要求输出排量不小于10 m³/min；

   （4）仪表车：监测CO₂增能压裂和滑溜水大型压裂用仪表车各一台；

   （5）压裂管汇车：要求配备满足液态CO₂增能压裂的低温低压管汇、低温高压管汇； 要求配备满足滑溜水大型压裂的常规低压、高压管线、低压、高压管汇；

   （6）酸罐、CO₂槽车、砂罐，液罐。

本发明的技术效果在于：（1）该工艺采用CO₂前置增能，不会影响后续压裂液体性质及压裂加砂规模；（2）与之前单独使用CO₂压裂工艺相比，解决了对施工现场环境以及设备要求过高的问题；（3）CO₂混合压裂工艺可以保证较大改造体积前提下，能够很大程度提高压裂液返排速度及返排率，能最大限度地降低储层伤害，发挥压裂改造效果；（4）CO₂混合压裂施工难度相应降低，适于大规模使用并推广。

附图说明

图1为本发明一种页岩气井CO₂及滑溜水混合压裂工艺施工井场布置示意图。

具体实施方式

实施例1

页岩气井CO₂及滑溜水混合压裂工艺，施工时需要配备压裂车、混砂车、CO₂槽车和CO₂泵车、仪表车、压裂管汇车、酸罐以及储液罐群，所述的压裂管汇车配有低压管汇和高压管汇，仪表车配有监控仪表，其特征在于：按如下步骤进行：

步骤1：做好井场规划；将CO₂槽车与CO₂增压泵车以及压裂车串联与井口导通，将储液罐群、低压管、混砂车、压裂车、高压管汇依次串联与井口导通；酸罐、压裂车与井口相连；井口设有放喷管线；仪表车与上述车辆导通监控工作状态；所有的车辆都通过压裂管汇车配备的低压管汇和高压管汇导通；

步骤2：试压；连接好压裂管线，并对高压管线及井口试压15分钟，不刺不漏即试压合格；

步骤3：酸液处理；用一台压裂车挤注10 m³酸液，浸泡射孔段，关井30分钟；

步骤4：CO₂压裂施工；关井结束后，待压裂管线冷却到零下15度，重新起泵，以1.0-10.0 m³/min的排量泵注入大于60 m³的液态CO₂，初步破裂岩石、延伸裂缝；

步骤5：滑溜水压裂施工；CO₂泵注结束后，以8.0-12.0 m³/min的排量泵注滑溜水，注入前置液比例为30%-45%，以70-100目的支撑剂打段塞，携砂液阶段采用脉冲式组合加砂方式加砂，砂比先低后高，加砂结束后用滑溜水将携砂液全部顶入地层;

步骤6：压后关井；压裂施工结束后，关井3小时；

步骤7：压后放喷返排；压力降至10MPa以下采用5mm油嘴控制放喷，压力降至5MPa以下采用8mm油嘴控制放喷，然后敞放。

其中，（1）压裂井口选用KQ65-70，水平井则采用1050型页岩气压裂专用井口；

（2）当井深小于2000m时，采用J55钢级套管；

（3）当井深超过2000m时，采用N80或者P110钢级套管；

（4）压裂方式为51/2"光套管注入。

压裂施工参数如下：

（1）施工排量：CO₂压裂阶段施工排量为1.0-10.0m³/min；滑溜水压裂阶段施工排量为8.0-12.0 m³/min；

（2）液量控制：每级液态CO₂量大于60m³，直井滑溜水液量在1000-2000 m³，水平井液量大于15000 m³；

（3）支撑剂类型：石英砂或陶粒，粒径20/40目、40/70目或70/100目，水平井完全选用陶粒，采用多粒径组合加砂方式；

（4）加砂浓度：80-350kg/m³。

压裂液体系参数如下：

（1）酸液：5.0%HCl+8%高效降破压剂+0.3%缓蚀剂+0.2%铁离子稳定剂；

（2）压裂液：液态CO₂以及滑溜水压裂液：针对中生界地层，滑溜水成分为：清水+0.05%降阻剂+1.5%粘土稳定剂+0.4%助排剂+ 0.3%气井起泡剂+0.05%杀菌剂+0.2%破乳剂（针对中生界地层）；针对上古生界地层，滑溜水成分为：清水+0.05%降阻剂+1.5%粘土稳定剂+0.4%助排剂+0.3%气井起泡剂+0.05%杀菌剂。

压裂设备具体要求如下：

（1）压裂车：单台压裂车输出功率2000HP或2000HP以上主压车10台；

   （2）CO₂增压泵车：要求单台泵车排量不低于2.0m³/min；

   （3）混砂车：要求输出排量不小于10 m³/min；

   （4）仪表车：监测CO₂增能压裂和滑溜水大型压裂用仪表车各一台；

（5）压裂管汇车：要求配备满足液态CO₂增能压裂的低温低压管汇、低温高压管汇； 要求配备满足滑溜水大型压裂的常规低压、高压管线、低压、高压管汇；

 （6）酸罐、CO₂槽车、砂罐，液罐。

实施例2

XX页岩气井，目的层段2440.00-2490.00m，为山西组山1段黑色页岩，录井气测显示明显，综合解释为页岩气层，射孔后无产能。该井采用CO₂及滑溜水混合压裂工艺压裂。

步骤1：如图1连接压裂设备及管线并进行酸液以及压裂液的配备。

采用光套管注入的压裂方式，采用P110钢级套管，套管外径为51/2"；压裂前配制酸液10.0 m³，配方为5.0%HCl+8%高效降破压剂+0.3%缓蚀剂+0.2%铁离子稳定剂，配置滑溜水压裂液2000 m³，配方为清水+0.05%降阻剂+1.5%粘土稳定剂+0.4%助排剂+0.3%气井起泡剂+0.05%杀菌剂。准备SS2000型压裂泵车12台（2台用于CO₂增能压裂）、混砂车1台、仪表车2台、CO₂增压泵车（最小排量2 m³/min，最大排量4 m³/min）1台、1台高压管汇车、1台低压管汇车、低压管汇2套，6辆CO₂槽车(容积15 m³)，砂罐车4台（总容积60-100 m³），。

步骤2：试压：压裂施工开始，对高压管线及井口试压15分钟，不刺不漏即试压合格；

步骤3：酸液处理：用1台SS2000型压裂泵车以1.0-2.0 m³/min排量挤注酸液10 m³，关井30分钟。

步骤4： CO₂压裂施工：平均排量1.5 m³/min，施工压力16.7-20.8MPa，共注液态CO₂量169.4 m³。

步骤5：滑溜水压裂施工：施工排量10 m³/min，加砂量71 m³，滑溜水总量1101.4 m³，施工压力23.0-28.0MPa。

步骤6：压后关井：由于目的层段较深，温度高，液态CO₂气化较快，关井3小时。

步骤7：压后放喷返排：压力降至10Mpa以下采用5mm油嘴控制放喷，压力降至5Mpa以下采用8mm油嘴控制放喷，然后敞放。放喷24小时即可点火，火焰高2-3米。

该井返排速度快，返排率高，自喷返排率达到52%，最终返排率达到87.5%以上，试气周期从平均的45天降至25天。