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| 申请号 | CN201710013306.4 | 申请日 | 2017-01-09 | 公开(公告)号 | CN106837283A | 公开(公告)日 | 2017-06-13 |
| 申请人 | 胡少斌; | 发明人 | 胡少斌; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及石油、 页岩 气等非常规油气资源开发领域，尤其涉及一种CO2基纳米聚能混相流的压裂驱替高温裂解一体化系统。本系统包括高压二 氧 化 碳 存储器 、第1 阀 门 、第1 增压 泵 、第2阀门、电火花点火装置、第3阀门、第2 增压泵 、第4阀门、纳米聚能 流体 存储器、第1高压管路、 电缆 、第2高压管路、 电磁阀 流量调节器、混相流体发生器和封隔器。本方法包括：①注入燃剂；②停止注入；③引燃燃剂；④评估效果；⑤补充燃剂；⑥裂隙致裂；⑦重复作业。本系统可以充分利用高压二氧化碳和纳米聚能体爆燃产生的高能冲击波，使储层 岩石 产生裂隙，并能根据压裂需求进行调配，该系统采用的反应原料对环境无污染。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种CO2基纳米聚能混相流的压裂驱替高温裂解一体化系统，其特征在于： |
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| 说明书全文 | CO2基纳米聚能混相流的压裂驱替高温裂解一体化系统 技术领域背景技术[0002] 非常规油气资源储量丰富,但非常规油气资源地质条件赋存复杂，岩石渗透率低，不利于非常规油气资源开发。水力压裂、水力割缝和高压水射流是开发致密储层非常规油气资源的重要手段。水力压裂技术经过了近半个世纪的发展，特别是自80年代末以来，水力压裂以及多级压裂、重复压裂等方面取得突破。现在水力压裂、水力割缝和高压水射流技术作为油水井增产技术，已经广泛应用于低渗透油气田的开发中。 [0003] 此外，世界稠油资源极为丰富，其储量是常规原油储量的十几倍，具有替代常规石油能源的战略地位。全球石油可采储量4582亿吨，其中53％为稠油。中国石油可采储量212亿吨，其中40％为稠油，主要分布在辽河、新疆克拉玛依及胜利等油区。作为国内最大的稠油生产基地，辽河油田年稠油产量占总产量的５０％以上。在油田开发过程中，考虑到稠油具有粘度高和流动性差等特性，通常采用注蒸汽热力开采。 [0004] 目前开发主要采用的水力压裂、水力割缝和高压水射流法，在中国许多地下深部储层非常规油气资源开发也并不具备水力化条件，二氧化碳压裂技术得到重视，美国和加拿大是最早应用二氧化碳增产技术的国家，特别是在特低渗、低压油藏的改造方面，二氧化碳增产技术显示出更加优越的特点。当温度超过31.1摄氏度，压力超过7.38兆帕，二氧化碳气体就变成超临界态。超临界流体既不同于气体也不同于液体，具有许多独特物理化学性——密度接近于水，能够为井下马达提供足够扭矩、溶剂化能力强；黏度非常低，接近于气体，易流动、摩阻系数低；扩散系数大于液体，传热、传质性能良好；表面张力接近于零，可进入到任何大于超临界流体分子的空间。 [0005] 对于水力压裂工艺，专利主要集中在高压水射流、脉动水力压裂和水力割缝方面。也有相关专利是采用固体或乳化炸药爆炸产生高温高压气流，达到射流或致裂的目的。也有相关专利使用了二氧化碳特性和膨胀相变原理，然而采用的相变原理同本发明具有显著区别。同以往利用二氧化碳物理膨胀相变原理不同，本发明专利采用纳米聚能流体与二氧化碳氧化还原反应（化学过程）释放的热量，一方面使得二氧化碳高温膨胀和相变，产生高压膨胀的特点；另一方面，激烈的化学反应转化为爆炸冲击波，进一步增强了流体压力，具有炸药爆炸的特点。从而形成爆炸冲击波和二氧化碳快速膨胀和相变的高压射流动静组合荷载，在原理和结构上均具有明显创新。并且采用分开装填、存储、运输的方式，能够保障储运和使用过程的本质安全，符合国家提倡的去产能、节能减排、产业升级和环境友好的发展理念。 [0006] 最为关键的是，除了具备二氧化碳压裂、驱替等常规功能外，本发明的另外一个特点，就是纳米聚能混相流体能够进入主裂缝、分支裂缝，甚至是岩石孔隙内，在电控精确控制下产生激烈的化学反应，从而在地层形成极高的温度和压力，进一步促进了裂纹扩展，以及促进了稠油的高温裂解，从而也明显提高石油采收率。 发明内容[0007] 本发明的目的就在于提供一种CO2基纳米聚能混相流的压裂驱替高温裂解一体化系统。采用本质安全型设计，具备现场调配、现场充注使用的特点，从而保证了存储、运输方便、安全、高效，产品本身绿色环保。 [0008] 本发明目的是这么实现的：通过地面增压泵将二氧化碳和纳米聚能流体分别注入地层，经电磁阀流量调节器和混相流体发生器，从而产生不同级配和功能的CO2基纳米聚能混相泡沫，并通过封隔器将混相泡沫封装在水平井内，接通电火花点火装置，瞬间产生高温高压并致裂岩体，生成主裂缝和分支裂缝；CO2基纳米聚能混相泡沫进入主裂缝、分支裂缝和基岩孔隙，通过多次点火可促进裂缝扩展和延伸；同时进入分支裂缝和岩石孔隙内的CO 2基纳米聚能混相流爆燃产生高温高压环境，有利于原储层原油的高温裂解，从而达到压裂、驱替和高温裂解的目的。 [0009] 具体地说：一、CO2基纳米聚能混相流的压裂驱替高温裂解一体化系统（简称系统）本系统包括高压二氧化碳存储器、第1阀门、第1增压泵、第2阀门、电火花点火装置、第3阀门、第2增压泵、第4阀门、纳米聚能流体存储器、第1高压管路、电缆、第2高压管路、电磁阀流量调节器、混相流体发生器和封隔器； 其位置和连接关系是： 在地面上设置有高压二氧化碳存储器和纳米聚能流体存储器以及电火花点火装置； 在地底下开挖有竖直井和水平井，竖直井和水平井连通； 高压二氧化碳存储器、第1阀门、第1增压泵、第2阀门和第1高压管依次连通；纳米聚能流体存储器、第4阀门、第2增压泵、第3阀门和第1高压管依次连通；第1高压管路、第2高压管路、电磁阀流量调节器和混相流体发生器依次连通，在混相流体发生器内得到二氧化碳基纳米聚能混相泡沫； 在水平井C中设置有多点封隔器，形成多段分隔的燃烧室，二氧化碳基纳米聚能混相泡沫分别充满多个燃烧室； 电火花点火装置、电缆和燃烧室依次连接，引燃二氧化碳基纳米聚能混相泡沫在燃烧室内爆炸。 [0010] 二、CO2基纳米聚能混相流的压裂驱替高温裂解一体化方法（简称方法）本方法包括以下步骤： ①注入燃剂 打开第1阀门和第2阀门，开启第1增压泵，将高压二氧化碳由高压二氧化碳存储器经第 1高压管路注入地层岩体，并至预定压力；同时打开第3阀门和第4阀门，开启第2增压泵，将纳米聚能流体经纳米聚能流体存储器经第2高压管路注入地层岩体，并至预定压力；并通过电脑控制电磁阀流量调节器，调节高压二氧化碳和纳米聚能流体的流量，并以一定的比例混合进入混相流体发生器，从而产生特定功能的二氧化碳基纳米聚能混相泡沫，并经过封隔器进入水平井C的燃烧室； ②停止注入 当二氧化碳基纳米聚能混相泡沫的压力值升高至预定值，关闭电磁流量调节器； ③引燃燃剂 启动电火花点火装置，电信号经过电缆起爆二氧化碳基纳米聚能混相泡沫； ④评估效果 爆破完成后，关闭电火花点火装置，评估效果； ⑤补充燃剂 开启电磁流量调节器，重新注入高压二氧化碳和纳米聚能流体，从而产生二氧化碳基纳米聚能混相泡沫，并经过封隔器进入水平井的燃烧室； ⑥裂隙致裂 控制二氧化碳基纳米聚能混相泡沫的压力和流量，直到二氧化碳基纳米聚能混相泡沫进入上一次压裂的主裂缝、分支裂缝以及孔隙内，待压力接近平衡后，关门电磁流量调节器；启动电火花点火装置，电信号经过电缆起爆二氧化碳基纳米聚能混相泡沫，进一步促进裂缝的扩展和裂缝网络的形成，同时二氧化碳基纳米聚能混相泡沫在主裂缝、分支裂缝及孔隙内燃烧，在地下储层空间形成高温高压环境； ⑦重复作业 重复步骤①-⑥，直至压裂效果和高温条件满足预定要求。 [0011] 本发明具有下列优点和积极效果：①利用二氧化碳冲压相变爆燃产生的冲击波和二氧化碳相变膨胀压力，形成动静组合荷载； ②采用本质安全型设计，具备现场调配现场充注使用的特点，从而保证了存储、运输方便、安全、高效，产品本身绿色环保； ③生产、制作工业简单，价格经济，操作方便。 [0012] ④使用的是工业废料，例如二氧化碳等原材料，有利于节能减排。 [0013] ⑤本发明的另外一个特点，就是二氧化碳基纳米聚能混相泡沫16能够进入主裂缝、分支裂缝，甚至是孔隙内，在电火花点火装置5精确控制下产生激烈的化学反应，从而在地层形成极高的温度和压力，进一步促进了裂纹扩展，以及促进了稠油的高温裂解，从而也明显提高石油采收率。 [0015] 图1是本系统的结构示意图。 [0016] 图中：1—高压二氧化碳存储器； 2—第1阀门； 3—第1增压泵； 4—第2阀门； 5—电火花点火装置； 6—第阀门3； 7—第2增压泵； 8—第4阀门； 9—纳米聚能流体存储器； 10—第1高压管； 11—电缆； 12—第2高压管路； 13—电磁阀流量调节器； 14—混相流体发生器； 15—封隔器； 16—二氧化碳基纳米聚能混相泡沫； 17—主裂缝； 18—分支裂缝； 19—空隙； 20—地层岩体。 [0017] A—地面；B—竖直井； C—水平井； D—燃烧室。 具体实施方式[0018] 下面结合附图和实施例详细说明：一、系统 1、总体 本系统包括高压二氧化碳存储器1、第1阀门2、第1增压泵3、第2阀门4、电火花点火装置 5、第3阀门6、第2增压泵7、第4阀门8、纳米聚能流体存储器9、第1高压管路10、电缆11、第2高压管路12、电磁阀流量调节器13、混相流体发生器14和封隔器15； 其位置和连接关系是： 在地面A上设置有高压二氧化碳存储器1和纳米聚能流体存储器9以及电火花点火装置 5； 在地底下开挖有竖直井B和水平井C，竖直井B和水平井C连通； 高压二氧化碳存储器1、第1阀门2、第1增压泵3、第2阀门4和第1高压管10依次连通；纳米聚能流体存储器9、第4阀门8、第2增压泵7、第3阀门6和第1高压管10依次连通；第1高压管路10、第2高压管路12、电磁阀流量调节器13和混相流体发生器14依次连通，在混相流体发生器14内得到二氧化碳基纳米聚能混相泡沫16； 在水平井C中设置有多点封隔器15，形成多段分隔的燃烧室D，二氧化碳基纳米聚能混相泡沫16分别充满多个燃烧室D； 电火花点火装置5、电缆11和燃烧室D依次连接，引燃二氧化碳基纳米聚能混相泡沫16在燃烧室D内爆炸。 [0022] 4）电火花点火装置5是一种常用高能电火花点火器； 其功能点燃高压二氧化碳和纳米聚能流体等的混合物，且能在地面安全方便控制。 [0023] 5）纳米聚能流体存储器9是一种常用的不锈钢密封罐体； 其功能是封装纳米聚能流体。 [0024] 6）第1、2高压管路10、12均是一种常用的耐高压、耐腐蚀的流体管，其功能是输送高压二氧化碳或纳米聚能流体。 [0025] 7）电缆11是一种用的常用的通电电缆； 将电火花点火装置5的信号传递到燃烧室D。 [0026] 8）电磁阀流量调节器13是一种能调节阀门开闭大小的阀门； 其功能是控制流体的流量大小。 [0027] 9）混相流体发生器14是一种管道混合器； 其功能是将二氧化碳与微细颗粒充分混合。 [0028] 10）封隔器15是一种石油钻井中常用的封隔器； 其功能是将钻进按段密封以致能形成密闭的爆燃气室。 [0029] 11）二氧化碳基纳米聚能混相泡沫16是高压二氧化碳和纳米聚能流体经混相流体发生器14混合而产生的泡沫状混合物； 其功能是作为本系统的氧化还原反应原料。 [0030] 3、反应原料1）高压二氧化碳 本系统所采用的高压二氧化碳为高压或超临界高纯度的二氧化碳。 [0031] 2）纳米聚能体本系统所采用的聚能剂为ZL：2016102345373（CN：105884562 A）所公布的一种二氧化碳基强活性聚能剂，其制备方法均在其专利有详细说明；在聚能剂中添加分散剂、表面活性剂和二氧化碳增稠剂，经过超声波震荡或机械搅拌最终形成纳米聚能体。 [0032] 4、工作原理本发明通过地面增压泵将高压二氧化碳和纳米聚能体分别注入地层，经电磁阀流量调节器13和混相流体发生器14，从而产生不同级配和功能的CO2基纳米聚能混相泡沫16，并通过封隔器15将混相泡沫16封装在水平井内，接通电火花点火装置5，瞬间产生高温高压并致裂岩体，生成主裂缝17和分支裂缝18；CO2基纳米聚能混相泡沫 16进入主裂缝17、分支裂缝18和孔隙19，通过多次点火可促进裂缝扩展和延伸；同时进入分支裂缝18和孔隙19内的CO2基纳米聚能混相流16爆燃产生高温高压环境，有利于原储层原油的高温裂解，从而达到压裂、驱替和高温裂解的目的。 |
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