一种基于地热能的页岩气层高温高压致裂方法

本发明涉及一种基于地热能的页岩气层高温高压致裂方法，属于能源与环境。

背景技术：

1、页岩富含黏土矿物和有机质，具有基块致密和非均质性强等特征。工程上采用大位移水平井和大液量水力压裂实现页岩气藏高效开发。页岩储层水力压裂施工时间长、压裂液返排率低，导致大量压裂液渗吸滞留在页岩储层中难以返排。滞留压裂液可诱发水相圈闭损害和水敏损害，严重制约水力压裂施工的增产改造效果。如何提高水力压裂增产改造效率和页岩气井高产稳产时间是页岩气藏开发过程中值得特别关注的问题。

2、水力压裂技术可建立页岩气层与页岩气井的高导流能力通道。在水力裂缝网络基础上，通过热激作用，可导致有机质分解并生烃增压、页岩多种矿物组分差异热膨胀和微米-纳米级孔隙压力仓形成。现有的研究表明：运用热激方法对含滞留压裂液的页岩气层进行高温热处理改造，可在缓解水相圈闭损害和水敏损害的同时形成热致裂缝，增强页岩气沿储层基块-天然裂缝-水力裂缝网络的多尺度传质能力。

3、美国专利us2015/0300327al提供了一种提取深部地层能量并传输至目的产层的方法。该方法通过向位于深部地层的井筒注入工作流体，工作流体随深部地层中的裂缝运移至目的产层，实现传递深部地层能量至目的产层。深部地层压裂后的裂缝形态受地应力场、地层岩石性质的非均质性和各向异性影响，难以形成由深部地层至目的产层的定向裂缝通道。因此，该方法虽然运行成本低，但地层能量输运效率有限，且对地层和岩石性质要求较高，适用范围具有一定的局限性。由此可见，在实际施工过程中，亟待一种安全、高效、可靠的页岩储层致裂增产方法，在缓解已有储层损害的基础上，进一步提高水力压裂增产改造效率，最终实现页岩气井增产稳产。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于地热能的页岩气层高温高压致裂方法，可在缓解已有储层损害的基础上，进一步提高水力压裂增产改造效率。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种基于地热能的页岩气层高温高压致裂方法，包括如下主要步骤：

4、a.钻取一口双分支水平井，分别在直井段、深部地热层井段和页岩气层井段安装封隔器；

5、b.在页岩气层井段开展水力压裂，形成水力裂缝网络，提高页岩气由储层向井筒的输运能力；

6、c.控制封隔器封隔页岩气层井段，向深部地热层井段泵入热能传输介质；

7、d.热能传输介质在地热能作用下达到设定温度和压力条件；

8、e.控制封隔器封隔直井段，连通深部地热层井段和页岩气层井段，使热能传输介质将深部地热层的能量传输至页岩气层；

9、f.热能传输介质在温差作用和压差作用下高温高压冲击页岩气层，使页岩基块中产生热致裂缝和冲击诱导裂缝。

10、在步骤a中，所述的直井段是指从钻开地面至形成分支井段前的所有井段；所述的页岩气层井段是指从形成分支井段处到页岩气层的所有井段；所述的深部地热层井段是指从形成分支井段处到深部地热层的所有井段。

11、所述的热能传输介质为氮气、二氧化碳、水中的至少一种。

12、所述的深部地热层是指地层温度不小于200℃、地层破裂压力不小于120mpa的致密地层。

13、本发明一种基于地热能的页岩气层高温高压致裂方法的机理如下：

14、热能传输介质通过与深部地热层接触并吸收地热能升温增压，而后通过双分支井运移至页岩气层。热能传输介质在温差作用下产生热激效应，进一步产生页岩矿物组分热激差异性膨胀作用和微米-纳米级孔隙压力仓作用，使页岩萌生扩展热致裂缝。热能传输介质在压差作用下产生应力冲击效应，使页岩萌生扩展冲击诱导裂缝。此外，热能传输介质携运滞留压裂液至远井地带运移，降低近井地带的含水饱和度，缓解水相圈闭损害和水敏损害。最终，通过所述的一种基于地热能的页岩气层高温高压致裂方法，可促进页岩气层水力裂缝网络扩展延伸，进一步提高页岩气层水力压裂增产改造效率。

15、本发明提供的一种基于地热能的页岩气层高温高压致裂方法，具有以下优点：

16、(1)经济环保，以地热能作为主要的升温增压能量来源。cn108505971a提供了一种通过注入热流体的储层加热装置，通过地面供能加热流体并注入储层，消耗能量大。本发明提供的一种基于地热能的页岩气层高温高压致裂方法，通过地热能提高热能传输介质的温度和压力，仅需地面提供少量能量控制各封隔器开合状态，实施过程能量消耗少，经济环保。

17、(2)高效输能，以双分支井作为主要的能量传输通道。美国专利us2015/0300327al提供了一种提取深部地层能量并传输至目的产层的方法，该方法通过地层裂缝将工作流体从地热层输运至产层，能量传输效率受裂缝发育形态影响，而裂缝发育形态受地应力场、地层岩石性质的非均质性和各向异性影响，难以自发形成由深部地层至目的产层的定向裂缝通道，导致能量传输效率有限。本发明提供的一种基于地热能的页岩气层高温高压致裂方法以双分支井作为热能传输介质的流动通道，将深部地热层的地热能通过高温高压的热能传输介质传递至页岩气层，热能传输介质的输运路线可通过封隔器开合控制，输运速率可通过压差控制，能量输运效率总体较高。

18、(3)强化致裂，以高温高压复合冲击促进裂缝萌生扩展。热能传输介质通过与深部地热层接触并吸收地热能升温增压，然后运移至页岩气层，并在温差作用下产生热激效应，进一步产生页岩矿物组分热激差异性膨胀作用和微米-纳米级孔隙压力仓作用，使页岩萌生扩展热致裂缝，在压差作用下产生应力冲击效应，使页岩萌生扩展冲击诱导裂缝，提高水力裂缝网络的复杂程度。

技术特征：

1.一种基于地热能的页岩气层高温高压致裂方法，包括如下主要步骤：

2.权利要求1中所述的热能传输介质，其特征在于，为氮气、二氧化碳、水中的至少一种。

技术总结
本发明涉及一种基于地热能的页岩气层高温高压致裂方法，该方法主要步骤如下：(1)钻取一口双分支水平井，目的层分别为深部地热层和页岩气层，并在直井段和两个分支井段安装封隔器；(2)在页岩气层井段开展水力压裂并形成水力裂缝网络；(3)向深部地热层井段泵入热能传输介质；(4)运用地热能提高热能传输介质的温度和压力；(5)将达到设定温度压力的热能传输介质输运至页岩气层；(6)热能传输介质高温高压冲击页岩气层，诱导页岩裂缝萌生扩展，并携运滞留压裂液至远井地带，缓解页岩气层水相圈闭损害和水敏损害。本发明可促进页岩气层水力裂缝网络扩展延伸，进一步提高页岩气层水力压裂增产改造效率。

技术研发人员：康毅力,李佩松,陈明君,游利军,曹望坤,侯腾飞,高新平,刘江,邹夜雨,颜茂凌
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13