CN102352747A - 煤层气井控压注入增产的方法 - Google Patents

Abstract

煤层气井控压注入增产的方法，根据煤岩压裂后的产气量、煤层厚度以及吨煤含气量测算水力压裂后人工裂缝的压力波及的半径；确定增产方法的注入液量。井下作业冲砂至煤层下10m，套管注入；将两罐压裂液并联接入柱塞泵入口；柱塞泵出口连接采气树套管阀门，井口安装压力表；将施工井生产期间累计产水量最大排量注入煤层，以充填采出部分的体积，控压注入液体，每天注入量根据不同的压力小排量稳压注入5～20MPa。直至地层饱和不能注入液体为止。3～5天井口无压力。当地层饱和，在5～7天压力没能降落至5MPa，该井施工结束。效果是：适合高阶煤煤岩发育特点，增加裂缝导流能力，能抑制煤粉的产生。

Description

煤层气井控压注入增产的方法

技术领域

本发明涉及高阶煤煤层气增产作业中的一种新型增产工艺方法。

背景技术

煤层气的直井开发，压裂是增产的主要措施之一。目前，直井压裂普遍采用水力压裂工艺，施工参数：注入液量400～600m³，注入压力8～22MPa，砂量30～50m³，排量4～9m³/min，压后2小时返排采气生产。据统计，沁水地区煤层气井压裂后有1/3产气量未达到开发开发方案要求。根据室内实验结合现场压裂施工曲线，证明高阶煤煤岩结构差异较大，存在较大的塑性变形，煤岩的产气机理和构造与砂岩油藏存在着显著的区别，单纯的将油井压裂工艺用于煤层气井压裂，不能达到预期的产气效果。其主要表现在以下几点：

1)现有的油井压裂工艺在煤层气井上应用，造成煤岩的应力集中，形成单一裂隙，不能有效沟通煤岩自身割理与裂隙，沟通的压力波及范围较小，影响产气量；

2)现有的压裂方式造成煤岩的破碎、坍塌，致使粉煤灰堆积，影响煤层气井的压裂效果；

3)现有的压裂添加的石英砂支撑剂嵌入煤储层，降低裂缝导流能力，影响压裂效果。

在此状况下，利用柱塞泵，采用小排量、大液量连续泵入的工艺，完成不同结构煤岩的塑性变形，使裂隙不再闭合，提高裂缝波及体积。

中国专利公开号：CN1156785A，提供了“一种开采煤层气的方法”。首先从地面钻井到煤层的围岩中，然后对围岩作改善透气性处理，煤层中的煤层气经围岩后流到井中被抽取。该方法特别适用于我国许多透气性很差的煤层开采煤层气。对围岩作改善透气性处理也比煤层容易。另外，这种方法使煤层与直接接触的岩层有宽大的接触面，可大大提高煤层气的开采量。

发明内容

本发明的目的是：提供一种煤层气井控压注入增产的方法，采用小排量、控压注入方式进行煤层气井压裂，保护煤层结构，确保压裂时煤层有足够的充填液，完成微裂缝的开启并达到塑性变形的状态，扩大煤层气解吸范围，降低投资成本。克服现有压裂方式对煤岩易造成破碎、坍塌及粉煤灰堆积等伤害的缺陷的不足。

本发明采用的技术方案是：煤层气井控压注入增产的方法，采用小排量、不加入支撑剂、控压注入方式进行煤层气井压裂，确保煤层有足够的充填液，完成煤岩由弹性变形到塑性变形的过程。其特征在于：

具体工艺步骤如下：

煤层气井控压注入增产的方法，其特征是通过以下步骤实现：

步骤A、采集高阶煤煤岩储层的孔隙度、储层厚度、压力波及半径和煤储层体积参数；

步骤B、根据煤储层体积、煤岩孔隙度及煤储层厚度测算水力压裂后人工裂缝的压力波半径；

$R=\sqrt{\frac{V}{\mathrm{\π\φH}}}$

式中：φ——孔隙度；无量纲；

H——煤储层厚度，单位：m；

R——压力波半径，单位：m；

V——煤储层体积，单位：m³

步骤C、运用MTS真三轴岩石力学性质测试仪测试并确定煤储层中煤岩的杨氏模量、泊松比和抗拉强度参数；

步骤D、运用裂缝扩展实验设备，模拟煤岩压裂裂缝形态，确定人工裂缝体积；

步骤E、依据压力波及的半径，确定注入液量；

Q＝πR²φH

式中：φ——孔隙度，无量纲；

H——煤储层厚度，单位：m；

R——压力波及的半径，单位：m；

Q——注入液量，单位：m³

步骤F、根据步骤E的计算，确定注入液量，进行现场施工：

①将两个压裂液储存罐的出口通过管线并联后连接柱塞泵的入口；在压裂液储存罐到柱塞泵的入口的管线上连接有阀门，柱塞泵的出口通过管线连接一个井口采气树进液阀门，在柱塞泵出口到井口采气树进液阀门之间的管线上连接有流量表和承压35Mpa的压力表；采气树固定在套管顶部的法兰盘上。

②将施工井在该方法实施前生产期间累计产水量以最大排量注入煤层，以充填储层裂缝中采出部分的体积，使储层裂缝完全充填液体。

③控制注入液体的压力低于20Mpa时，保持每小时注入量7～25m³；

④井口压力小于20Mpa时注入液体，井口压力达到或超过20Mpa时停注，关井；等待压力自然下降至5～10MPa时注入液体，最终完成步骤E计算的液体量，或地层饱和不能注入液体为止。

⑤根据区块内压裂后压力自然降落数据统计，3～5天井口无压力。当地层饱和，压力在5～7天没有降落至5MPa，该井施工结束。

⑥施工结束关井，拆除柱塞泵；阀门和流量表5通过管线2连接，压力自然下降为0.11～2MPa后，打开井口采气树进液阀门7开井。

⑦现场施工工人作业，井下管柱与井口采气树连接，安装抽油机进行采气生产。

本发明的有益效果：本发明煤层气井控压注入增产的方法，小排量、压力控制多裂缝产生的工艺方法适合高阶煤煤岩发育特点，可以较好的抑制煤粉的产生，并且避免煤岩应力的集中，达到沟通煤岩自身割理、裂隙，形成多裂缝、沟通的波及范围较大的增产效果。可以解决压裂过程中产生的裂缝波及范围小，产气量低，投资成本高的问题。

附图说明

图1是采用煤层气井控压注入增产的方法时的地面设备连接结构示意图。

图中，1-压裂液储存罐，2-管线，3-阀门，4-柱塞泵，5-流量表，6-压力表，7-井口采气树进液阀门，8-套管，9-法兰盘。

具体实施方式

实施例1：以一个煤层气井控压注入增产的方法为例，对本发明作进一步详细说明。

本发明本发明是利用柱塞泵4在高阶煤煤储层中小排量、不添加支撑剂及控压注入的方式，致使煤岩自身割理裂隙充分连通，扩大解吸面积，提高产气量。

具体实施步骤如下：

步骤A、采集高阶煤煤岩储层的含气量、产气量、计算煤储层气体占体积；吨煤含气量：23m³/t；压裂后产气量44589m³，煤比重1.46t/m³，

已产气所占煤的体积m³：产气量/吨煤含气量/煤比重

即：44589/23/1.46＝1328；

步骤B、孔隙度(φ)＝5％、层厚度(H)＝5.7m；根据煤储层体积、煤岩孔隙度及煤储层厚度测算水力压裂后产气量波及的半径，计算后为38.5m。

煤体积：

$R=\sqrt{\frac{V}{\mathrm{\π\φH}}}$

式中：φ——孔隙度；无量纲；

H——煤储层厚度，单位：m；

R——产气量波及的半径，单位：m；

V——煤储层体积，单位：m³

运用MTS真三轴岩石力学性质测试仪测试全应力-应变曲线反映煤岩为塑性变形。煤岩破裂时破裂面不规则，较粗糙，形成多裂缝状态。

步骤C、裂缝多裂缝状态，高度充满储层，压力波及半径为已经产气量所占半径的2倍，确定注入液量；孔隙度(φ)＝5％、储层厚度(H)＝5.7m，水力压裂后产气量波及的半径38.5m，2倍半径为77m；

式中：φ——孔隙度；无量纲；

H——煤储层厚度，单位：m；

R——产气量波及的半径，单位：m；

Q——注入液量，单位：m³

步骤D、根据步骤C的计算，确定注入液量为5305m³。参阅图1。进行现场施工：

①将两个压裂液储存罐1的出口通过管线2并联后连接柱塞泵4的入口；在压裂液储存罐1到柱塞泵4的入口的管线2上连接有阀门3，柱塞泵4的出口通过管线2连接一个井口采气树进液阀门7，在柱塞泵4出口到井口采气树进液阀门7之间的管线2上连接有流量表5和承压35Mpa的压力表6；采气树固定在套管8顶部的法兰盘9上。

②水罐车向两个压裂液储存罐1中备水，打开阀门3和井口采气树进液阀门7，将施工井在该方法实施前生产期间累计产水量以最大排量注入煤层，以充填储层裂缝中采出部分的体积，使储层裂缝完全充填液体。

③控制注入液体的压力低于20Mpa时，以每小时7.2m³的流量向井内煤储层注入液体；

④注入量为36m³时，井口压力上升，近井筒地带饱和，继续以每小时7.2m³的流量注入液体，压力持续上升至14Mpa，注入液量为1600m³，至此压力在13.3～13.9Mpa之间反复波动，井口压力始终小于20Mpa，直至达到注入液量5305m³。该井施工结束，关闭阀门3和井口采气树进液阀门7。

⑤根据该井压裂后压力自然降落数据，5天井口无压力。当地层饱和，压力在7天没有降落至5MPa，该井注入液体施工结束。

⑥施工结束关井，拆除柱塞泵4；阀门3和流量表5通过管线2连接，压力自然下降为0.2MPa后，打开井口采气树进液阀门7开井。

⑦现场施工工人作业，井下管柱与井口采气树连接，安装抽油机进行采气生产。

该井注入增产改造措施前日产气量100m³，增产改造后，经过四个月的排采阶段，日产气量为500m³。

Claims (1)

1.一种煤层气井控压注入增产的方法，其特征是通过以下步骤实现：

步骤A、采集高阶煤煤岩储层的孔隙度、储层厚度、压力波及半径和煤储层体积参数；

步骤B、根据煤储层体积、煤岩孔隙度及煤储层厚度，测算水力压裂后人工裂缝的压力波及的半径；

$R=\sqrt{\frac{V}{\mathrm{\π\φH}}}$

式中：φ——孔隙度；无量纲；

H——煤储层厚度，单位：m；

R——压力波及的半径，单位：m；

V——煤储层体积，单位：m³；

步骤C、依据压力波及的半径，确定注入液量；

Q＝πR²φH

式中：φ——孔隙度；无量纲；

H——煤储层厚度，单位：m；

R——压力波及的半径，单位：m；

Q——注入液量，单位：m³

步骤D、根据步骤C计算的注入液量，进行现场施工：

①将两个压裂液储存罐(1)的出口通过管线(2)并联后连接柱塞泵(4)的入口；在压裂液储存罐(1)到柱塞泵(4)的入口的管线(2)上连接有阀门(3)，柱塞泵4的出口通过管线(2)连接一个井口采气树进液阀门(7)，在柱塞泵(4)出口到井口采气树进液阀门(7)之间的管线(2)上连接有流量表(5)和承压35Mpa的压力表(6)；采气树固定在套管(8)顶部的法兰盘(9)上；

②将施工井在该方法实施前生产期间累计产水量以最大排量注入煤层，以充填储层裂缝中采出部分的体积，使储层裂缝完全充填液体；

③控制注入液体的压力低于20Mpa时，保持每小时注入量7～25m³；

④始终保持井口压力小于20Mpa时注入液体，井口压力达到或超过20Mpa时停注，关井；等待压力自然下降至5～10MPa后，再注入液体，最终完成步骤E计算的液体量，或地层饱和不能注入液体为止；

⑤根据区块内压裂后压力自然降落数据统计，3～5天井口无压力；当地层饱和，压力在5～7天没有降落至5MPa，该井施工结束；

⑥施工结束关井，拆除柱塞泵(4)；阀门(3)和流量表(5)通过管线(2)连接，压力自然下降为0.11～2MPa后，打开井口采气树进液阀门(7)开井；

⑦现场施工工人作业，井下管柱与井口采气树连接，安装抽油机进行采气生产。

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