阅读说明：本技术 致密型储层井下高温超临界二氧化碳增产增注装置与方法 (Device and method for increasing yield and injection of underground high-temperature supercritical carbon dioxide of compact reservoir ) 是由 游利军 王阳 康毅力 唐际锐 陈一健 谢军 于 2021-08-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种致密型储层井下高温超临界二氧化碳增产增注装置与方法。该装置主要包括套管、自限式金属伴热带、自锁式滚轮架、聚热防腐材料、采油树、供电系统以及二氧化碳系统。该方法以自限式金属伴热带为热源,然后利用伴热带将井口注入的二氧化碳气体加热成高温二氧化碳并通过射孔裂缝等途径加压注入储层,在升温加压的过程中二氧化碳转化为超临界状态,运用此方法可以将大量二氧化碳埋注至地层内,解决二氧化碳污染；此外,对于致密型储层,临界状态的二氧化碳因其密度远大于气体状态且比热容较高,所以运用此方法可以高温致裂、高压压裂储层从而改善储层孔隙结构提升渗透率。本发明不但可以增产增渗,同时也对生态环境做出了贡献。(The invention discloses a device and a method for increasing yield and injection of underground high-temperature supercritical carbon dioxide of a compact reservoir. The device mainly comprises a sleeve, a self-limiting metal heat tracing band, a self-locking roller frame, a heat-collecting anti-corrosion material, a Christmas tree, a power supply system and a carbon dioxide system. The method takes a self-limiting metal heat tracing band as a heat source, then heats carbon dioxide gas injected from a wellhead into high-temperature carbon dioxide by using the heat tracing band, pressurizes and injects the high-temperature carbon dioxide into a reservoir through a perforation crack and other ways, and converts the carbon dioxide into a supercritical state in the process of temperature rise and pressurization; in addition, for a compact reservoir, the carbon dioxide in a critical state is far higher in density than a gas state and higher in specific heat capacity, so that the reservoir can be fractured at high temperature and high pressure by using the method, so that the pore structure of the reservoir is improved, and the permeability is improved. The invention not only can increase the production and the infiltration, but also makes a contribution to the ecological environment.)

致密型储层井下高温超临界二氧化碳增产增注装置与方法

技术领域

本发明涉及致密型储层井下高温超临界二氧化碳增产增注装置与方法，可以改善致密型储层的孔隙结构提升储层渗透性，还可以将大量二氧化碳气体埋注至地层内以此保护生态环境。

背景技术

致密型储层主要包括页岩油气储层，致密砂岩油气储层以及煤层气储层是世界公认的三大非常规油气储层。目前，我国已经全面迈入了非常规油气时代。超临界二氧化碳是指二氧化碳温度超过31.1℃，压力超过7.38MPa时流体的一种特殊状态。超临界二氧化碳具有密度大、粘度低和流动性好的特点，不仅如此二氧化碳的比热容还大于氮气等常见气体所以有利于携带热量进入储层，在高温高压下可以实现对储层孔隙结构改善提升渗透率。我国一直以来十分重视生态环保的问题，近年来全球碳排放量逐年上升，如何减碳如何处理或者使用二氧化碳废气成为众多学者励志攻克的难题。综上所述，研发一种致密型储层井下高温超临界二氧化碳增产增注装置与方法显得尤为紧迫和重要。

相较于中国专利公开号CN 109507077A公开的“模拟原位条件下超临界二氧化碳煤岩压裂CT成像和评价装置及其使用方法”，该发明与本发明中都使用了超临界二氧化碳，二者不同的是该发明是利用超临界二氧化碳模拟对煤层气储层进行压裂改造，使用目的是对储层首次压裂改造，本发明是利用超临界二氧化碳携带热量高温致裂、高压二次压裂储层改善储层的孔隙结构，此外本发明还能单独用于将二氧化碳废气埋注至地层内。

相较于中国专利公开号CN 106644871 B公开授权的“超临界二氧化碳压裂液对油气储层渗流影响评价装置与方法”，该发明能够根据不同实验需要来调节实验温度和压力，较为准确地测定超临界二氧化碳压裂液岩心伤害率并研究不同实验条件下超临界二氧化碳压裂液对岩心伤害率的影响，不难看出现有的与油气行业相关的超临界二氧化碳使用都是集中或者围绕在利用超临界二氧化碳作为储层压裂液的方向进行科研，少有提及如何利用油气行业的优势处理二氧化碳废气或者利用高温超临界二氧化碳二次改造致密型储层。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种致密型储层井下高温超临界二氧化碳增产增注装置与方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：通过一种致密型储层井下高温超临界二氧化碳增产增注装置，该装置包括：套管、自限式金属伴热带、自锁式滚轮架、聚热涂装材料、采油树、供电系统以及二氧化碳系统(详见附图1)。

进一步的是：装置其核心部分是二氧化碳系统和自限式金属伴热带，其中自限式金属伴热带由金属表面以及导电聚合物构成，可以根据加热目标的实际温度自动调节发热功率降低综合能耗，其最高发热温度可达650-700℃，并通过自锁式滚轮架安装在套管内部。

进一步的是：所述二氧化碳系统位于地表包括二氧化碳存集池，增压泵，过滤装置，各部分之间均是通过高压防腐管道连接并采用复合式密封。

进一步的是：所述自锁式滚轮架用于安装固定自限式金属伴热带，安装数量为1-3条，材质为金属钛，外形主体为圆环形，圆环内部有三个安装口组成三叉星形状，圆环外部有三个弹簧滚轮，当套管尺寸随着井深加大而不断缩小时，弹簧滚轮可以实现自动锁紧并固定(详见附图2)。

进一步的是：所述供电系统位于地面，包括供电电缆以及电源，可以实现对自限式金属伴热带以及二氧化碳系统供电。

进一步的是：所述采油树安装在井口与二氧化碳系统通过高压防腐管道相连并采用机械密封。进一步的是：所述热防腐材料使用部位为套管内部，作业时直接将其涂刷在套管内部，其作用是将热量更好的聚集在套管内部以及防腐。

本发明还提供了一种致密型储层井下高温超临界二氧化碳增产方法，该方法使用前述任意一项装置实施。

进一步的是：在自锁式滚轮架上安装3条自限式金属伴热带，并将聚热防腐材料涂刷至套管内表面，然后使二氧化碳存集池通过增压泵经采油树向井内注入二氧化碳气体，二氧化碳在井内与自限式金属伴热带发生强制对流换热以及热辐射换热，到达井底被加热成高温二氧化碳。

进一步的是：高温二氧化碳在进入储层过程中随着压力不断升高，二氧化碳由气态转变为超临界状态最后进入储层，当注入压力达到原始储层压力时开始记录，当注入压力达到原始储层压力的1.1倍时停止注气随后开始焖井，焖井时长T与注入压力从原始储层压力达到1.1倍压力的时长成反比。

进一步的是：焖井结束后开始返排，返排气体经采油树进入二氧化碳系统，过滤装置将二氧化碳回收至二氧化碳存集池中，当二氧化碳的返排量达到预设值后即可认为返排结束。本发明还提供了一种致密型储层井下高温超临界二氧化碳增注方法，该方法使用前述任意一项装置并针对废弃油气井实施进一步的是：在自锁式滚轮架上安装1-2条自限式金属伴热带，利用增压泵将二氧化碳废气加压注入井内，二氧化碳在井内与自限式金属伴热带发生强制对流换热以及热辐射换热后被加热，当注入压力达到原始储层压力的1.10-1.15倍时停止注入，最后利用水泥浆倒灌封井。本发明优点及有益效果是：

1.自限式金属伴热带结构简明可靠，可以根据加热目标的实际温度自动调节发热功率降低综合能耗；

2.首次将二氧化碳这一环境有害气体运用于改造致密型油气储层，作业过程中有一部分二氧化碳会永久的滞留在地层之中，可以在油气开发时就为生态环境做出一定贡献；

3.针对废弃的油气井，首次提出利用超临界二氧化碳这一概念将大量二氧化碳废气埋注至地层内；

4.作业方式简单容易，作业成本低且适用性广，可以适用于所有钻完井方式的油气井(裸眼完井等无套管完井方式亦可)。

附图说明

图1为本发明在井场施工过程流程图

图中：1.采油树，2.高压防腐管道，3.增压泵，4.二氧化碳系统，5.二氧化碳存集池，6.过滤装置，7.自限式金属伴热带，8.套管，9.自锁式滚轮架，10.储层段，11.射孔裂缝，12.供电电缆，13.供电电源。

图2为自锁式示滚轮架直观示意图以及俯视图

图中：14.安装口，15.弹簧自锁结构。

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。

针对致密型储层增渗改造时：

(1)加热阶段：在套管内部涂刷聚热防腐材料，将三条自限式金属伴热带7通过自锁式滚轮架9安装在套管8内部，将采油树1安装在井口并与二氧化碳系统4相连，对自限式金属伴热带7通电以后开启二氧化碳系统4，使二氧化碳存集池5通过增压泵3经采油树1向井内注入二氧化碳气体，二氧化碳在井内与自限式金属伴热带7发生强制对流换热以及热辐射换热，到达井底储层段10时被加热成高温二氧化碳，在进入储层过程中随着压力不断升高，二氧化碳由气态转变为超临界状态最后进入储层，当注入压力达到原始储层压力时开始记录时间。

(2)焖井阶段：当注入压力达到原始储层压力的1.1倍时关闭二氧化碳系统4随后开始焖井，焖井时长T与注入压力从原始储层压力达到1.1倍压力的时长成正比，到达时间T以后结束焖井。

(3)返排阶段：返排气体经采油树1进入二氧化碳系统4，过滤装置11分离二氧化碳并回收至二氧化碳存集池5中，当二氧化碳的返排量达到预设值后即可认为返排结束。

针对利用致密型储层的废弃油气井埋注二氧化碳时：

在自锁式滚轮架9上安装一至两条自限式金属伴热带7，利用增压泵3将二氧化碳废气加压注入井内，二氧化碳在井内与自限式金属伴热带7发生强制对流换热以及热辐射换热后被加热，当注入压力达到原始储层压力的1.10-1.15倍时停止注入，最后利用水泥浆倒灌封井。