CN102155253B - 基于重复频率冲击波的地面抽采煤层气井改造方法 - Google Patents

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本发明公开了一种基于重复频率冲击波的地面抽采煤层气井改造方法,主要解决现有技术对煤层的伤害、对煤层的压实和不能同时提高煤层渗流和解吸的问题。其作业流程是:(1)起出井下所有管柱;(2)下通井规,以保证下井仪器通行无阻;(3)向煤层气井中持续注入本井或邻井抽排出的地下水到井口高度,将高聚能大功率电脉冲装置的井下设备送到煤层;(4)将煤层分为若干个区段,每个区段为一个作业点;(5)用电脉冲装置的井下设备在每个作业点进行重复频率冲击波处理;(6)对所有作业点处理完毕后,起出井下设备;(7)按要求下生产管柱完井,投入排采。本发明具有不伤害煤层和对煤层进行单点重复频率作业的优点,可用于提高煤层气井的产量和产能。

Description

基于重复频率冲击波的地面抽采煤层气井改造方法
技术领域
本发明属于能源领域,特别是种改造煤层结构的方法,可用于地面抽采煤层气的直井、斜井和裸眼井,也可应用于矿井中水平抽排孔中的煤层改造。
背景技术
煤炭是世界上储量最多、分布最广的常规能源,在一次能源消费中所占比重为29%。我国的煤炭资源十分丰富,煤储量达1万亿吨以上,是世界最大的煤炭生产国和消费国。国内煤炭在能源生产和消费中的比例一直在70%以上,预计到2050年,仍占60%以上。
煤炭生产中的瓦斯(煤层气)灾害是我国煤矿伤亡、损失最大以及发生最频繁的重大恶性事故,严重威胁着矿井的安全生产。煤层气还是造成温室效应、破坏臭氧层等大气环境污染之源,其温室效应是等体积二氧化碳的20~24倍,对大气臭氧层的破坏能力是二氧化碳的7倍。
虽然煤层气是安全生产的罩门,但也是一种高热、洁净、方便的新型能源,其具有其它能源无法比拟的无污染、无油污等多种优点。2006年6月,国务院发布了“国务院办公厅关于加快煤层气(煤矿瓦斯)抽采利用的若干意见”,明确提出了在高瓦斯矿区实施“先采气后采煤”和“采气采煤一体化”以及对煤层气和煤炭资源进行综合勘查评价的规定。
煤层气事业是国家积极扶持的事业,2010年全国规划的煤层气产量100亿m3,其中地面抽排50亿m3,坑道抽排50亿m3。坑道抽排已达到规划产量,由于煤层改造和气井增产措施的限制,地面抽排尚未达到规划产量。
由于80%的煤层气是以吸附状态赋存在煤层中,为了实现煤层气的工业开采和加快矿井中煤层气的抽排速度,需要对煤层进行改造。目前的煤层改造方法基本沿用了油层改造的传统工艺,以水力压裂为主要方法。这些传统的方法存在以下缺点:
首先,由于传统改造油气储层的方法都是或多或少向煤层注入异物,必然会造成对煤层的伤害;其次,因水力压裂的静压力可能使煤层被压实,导致煤层气井不产气;其三,水力压裂仅仅是以提高煤层渗流通道、扩大解吸面积为主,对提高煤层解吸能力、抑制煤层吸附能力没有作用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述传统方法的缺点,根据煤层与油气地层的性质和结构特点,提出一种基于重复频率冲击波的地面抽采煤层气井改造方法,以在不伤害煤层的情况下,提高煤层的渗流能力、解析能力和抑制煤层的再吸附能力,最终提高煤层气井的产量和产能。
实现本发明目的的技术方案是:采用水介质火花开关在煤层的水中进行重复频率高电压脉冲放电,通过液电效应在煤层的水中激起高强冲击波,通过射孔炮眼和套管重复多次作用于煤层,在煤层中创造新的裂缝,解除煤层的堵塞,从而提高煤层的解吸、渗流能力,抑制煤层的再吸附能力,其具体步骤包括如下:
(1)起出井下所有管柱;
(2)下通井规,以保证下井仪器通行无阻;
(3)向煤层气井中持续注入本井或邻井抽排出的地下水到井口高度;
(4)将高聚能大功率电脉冲装置的井下设备送到煤层的射孔段,将煤层射孔段分为若干个区段,每个区段为一个作业点;
(5)用电脉冲装置在每个作业点进行重复频率高压放电,对煤层的各个区段进行重复频率冲击波处理;
(6)对所有作业点处理完毕后,起出井下设备;
(7)按要求下生产管柱完井,投入排采。
上述地面抽采煤层气井改造方法,其中冲击波的峰值压力大于100Mpa,冲击波脉宽小于0.4ms。
上述地面抽采煤层气井改造方法,其中每个区段的距离为30cm~100cm。
上述的地面抽采煤层气井改造方法,其中冲击波的重复频率为0.05Hz-0.33Hz。
上述地面抽采煤层气井改造方法,其中作业点距煤层顶底板的距离大于50cm。
上所述的地面抽采煤层气井改造方法,其中各个区段进行重复频率冲击波处理的参数为50~200次。
本发明具有如下优点:
1)本发明所采用的电脉冲技术是纯物理方法,利用煤层所产的水作为能量转换和传递的介质,因此不伤害煤层;
2)本发明由于以冲击波作用于煤层,可以避免传统改造方法的静压作用于煤层时可能造成的压实作用。
3)本发明由于所采用的冲击波压力峰值远大于煤层的抗压强度,会在原生煤中造缝和构造煤留痕,产生沟通流体介质的通道,提高煤层的渗流能力。
4)本发明由于所采用的冲击波会在煤层中波阻抗相差较大的介质界面上产生较强的剪切力,剥离煤层孔隙、裂隙、渗流通道中附着在煤岩表面的杂物,起到解除煤层堵塞作用,提高煤层渗流能力。
5)本发明由于对煤层采用多重复频率多次冲击波作用,使煤岩分子与吸附气体的范德化健不仅断裂,而且遭受强烈破坏,加速煤层气的解吸、抑制煤层再吸附能力。
6)本发明由于对煤层进行分段处理,不仅可以对煤层进行精细处理,可以有选择的处理需要处理的区段,而且不伤害煤层的顶底板。
7)本发明由于冲击波以重复频率作用于煤层,可以选择各个作业点上作业的重复频率和作业次数。
附图说明
图1是本发明的作业流程图;
图2是本发明使用的高聚能大功率电脉冲装置井下设备电原理图;
图3是在本发明实施现场不同时刻和角度拍摄的井喷效果图。
具体实施方式
作业前,首先需要收集待作业煤层气井的有关数据,根据所收集的煤岩性质、煤层物性、成井方式、生产和改造历史、区块生产状况这些数据分析降产原因;调整高聚能大功率电脉冲装置的电路参数、工作电压,设计冲击波的幅值、脉冲宽度和重复频率,用电脉冲装置的井下设备对煤层进行重复频率作业。
参照图1,本发明的作业流程如下
步骤一:起出井下所有管柱。
在作业前将井筒中包括水泵、水管、抽水杆全部起出,以使电脉冲装置的井下设备能够下井作业。
步骤二:在井中下通井规。
通常煤层气井套管的直径为139.7mm,电脉冲装置井下设备的直径为102mm,由于煤层气井套管可能有变形等意外情况,所以,在电脉冲装置井下设备下井前,需要用直径102mm、长度7m的钢管作为通井规试下井到煤层位置,以确保电脉冲装置的井下设备能够顺利下井到煤层位置。
步骤三:向煤层气井中持续注入水,并将高聚能大功率电脉冲装置的井下设备送到煤层。
由于电脉冲装置工作时,需要水作为介质,而井下水的矿化度较高,与水质不同的地表水相遇后会产水复杂的化学反应,导致不良的后果,为避免这一问题本发明利用本井或邻井所产的水,在作业前将其注入到井筒,以消除不同水质引起的不良反应。由于井筒中水柱的压力可以压迫电脉冲装置产生的冲击波的能量集中在与装置垂直的方向,更有利于发挥冲击波的作用,为此在作业前要将水注满到井口,再将高聚能大功率电脉冲装置的井下设备送到煤层,在作业过程中一直保持井筒中的水液面在井口位置。
步骤四:将煤层分为若干个区段,每个区段为一个作业点。
由于冲击波在垂直于装置的纵向上有效作用范围为30cm,煤层物性、堵塞情况在纵向厚度上也有变化,因此可以将煤层分成最小30cm到最大100cm的区段,每个区段作为一个作业点,作业点距煤层顶底板的距离设为大于50cm,以保证冲击波不会伤害煤层顶底板。
步骤五:用高聚能大功率电脉冲装置的井下设备,对每个作业点进行重复频率冲击波处理;
5a)设置高聚能大功率电脉冲装置井下设备的技术参数如下:
放电电压:30kV,放电电流:50kA,装置储能:5kJ,
设备外径:102mm,工作温度:<100℃,设备长度:6.5m,
冲击波峰值压力:>100Mpa,冲击波脉宽<0.4ms,
冲击波纵向有效范围:30cm,工作频率:0.05~0.33Hz;
5b)对各个作业点进行相同或者不同重复频率和次数的冲击波处理:
由于原生煤层的抗压强度不大于10MPa,选择冲击波峰值压力大于100MPa时,冲击波通过井筒作用于煤层时就可强力撕裂煤层,为了延伸裂缝,不同作业点只能作业到最大200次,更多的次数会击碎煤层,导致相反的效果,冲击波撕裂煤层的作用可在原生煤中造缝,也可以在构造煤中留痕;冲击波对一个作业点多次作用后会使煤体中产生网状裂缝,造成煤的裂隙型孔隙局部增多,提高煤层的渗流能力;
为了避免冲击波对煤层的压实作用和对井筒套管产生不良影响,限制冲击波的脉冲宽度小于0.4ms;
由于单个作业点的作业次数少于50次和重复频率低于0.05Hz时,冲击波对煤层的改造力度较弱,不足以提高煤层气井的产量,但当冲击波重复频率高于0.33Hz和单个作业点的作业次数大于200次时,会击碎煤层,并对煤层产生压实作用,故冲击波重复频率要控制在0.05Hz~0.33Hz内,对作业点进行重复频率的冲击波次数控制在50~200次以内。
步骤六:在对整个煤层需要处理的各个区段作业完成后,起出电脉冲装置的井下设备。
步骤七:重新组装煤层气井中的水泵、水管和抽水杆,根据作业前对煤层物性参数的分析,结合作业过程中煤层气井的变化,采用强力排采或者缓速排采的工艺投入排采。
参照图2,本发明使用的高聚能大功率电脉冲装置的井下设备,主要由高压直流电源、高聚能储能器、能量控制器和能量转换器组成。其中高压直流电源由中频变压器T和全波整流器D组成;高聚能储能器由电容器C1、C2、C3和C4并联组成;能量控制器由第一高压电极d1和第一低压电极d2组成;能量转换器由第二高压电极d3和第二低压电极d4组成。作业时,从地面输入的1000Hz中频和1000V电源先经高压直流电源中的中频升压变压器升压,再经全波整流后为高聚能储能器充电;当高聚能储能器充电到能量控制器的工作阈值时,能量控制器将高聚能储能器中积蓄的电能瞬间传递给能量转换器;能量转换器以液电效应将高功率电能转换为水中的冲击波P作用于煤层。
图3是采用陕西威迅石油科技有限公司的WXEB30/4.5高聚能大功率电脉冲装置实施本发明的过程中,在煤层气井场不同时刻和从不同方向拍摄的井喷照片,其中图3(a)是在距井口5m处拍摄的结果,图3(b)是在距井口约10m处拍摄的结果。从图3可见,用本发明方法对煤层的改造起到了良好的效果。

Claims (3)

1.一种基于重复频率冲击波的地面抽采煤层气井改造方法,包括如下步骤:
(1)起出井下所有管柱;
(2)下通井规,以保证下井仪器通行无阻;
(3)向煤层气井中持续注入本井或邻井抽排出的地下水到井口高度,并将高聚能大功率电脉冲装置的井下设备送到煤层;
(4)将煤层分为若干个区段,每个区段为一个作业点;
(5)用高聚能大功率电脉冲装置的井下设备对每个作业点进行重复频率冲击波处理;
(6)在所有作业点处理完毕后,起出井下设备;
(7)按要求下生产管柱完井,投入排采;
其特征在于
冲击波的峰值压力设为大于100Mpa,冲击波脉宽小于0.4ms,重复频率为0.05Hz-0.33Hz;
每个区段的距离为30cm~100cm;
作业点距煤层顶底板的距离大于50cm;
各个区段进行重复频率冲击波处理的次数为50~200次。
2.根据权利要求书1所述的地面抽采煤层气井改造方法,其特征在于高聚能大功率电脉冲装置的井下设备的放电电压设为30kV,放电电流设为50kA。
3.根据权利要求书1所述的地面抽采煤层气井改造方法,其特征在于冲击波纵向有效范围为30cm。
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