CN102852509B

CN102852509B - 高阶煤煤层气储层压裂的方法

Info

Publication number: CN102852509B
Application number: CN201210322332.2A
Authority: CN
Inventors: 田炜; 陈洪明; 梅永贵; 秦利锋; 毛生发; 郭军峰
Original assignee: China Petroleum and Natural Gas Co Ltd
Current assignee: China Petroleum and Natural Gas Co Ltd
Priority date: 2012-09-04
Filing date: 2012-09-04
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2032-09-04
Also published as: CN102852509A

Abstract

高阶煤煤层气储层压裂的方法，应用于高阶煤煤层气开发技术领域。特征：通过在煤层中部大孔弹集中射孔、全程加砂、多井同时压裂、变排量大液量施工使压裂裂缝丛向上的控制和横向上的交错延伸即提高了直井压裂改造的效率又扩大了改造范围，有利的保证煤层内形成较大降压面积提高煤层气井单井产气量的目的。效果是：通过在煤层中部大孔弹集中射孔、全程加砂、多井同时压裂、变排量大液量施工使压裂裂缝丛向上的控制和横向上的交错延伸即提高了压裂改造的效率又扩大了改造范围，有利的保证煤层内形成较大降压面积提高煤层气井直井单井产气量的目的。

Description

高阶煤煤层气储层压裂的方法

技术领域

本发明涉及高阶煤煤层气开发技术领域，特别涉及高阶煤煤层气储层压裂的方法。

背景技术

目前，我国煤层气储层具有低孔、低渗的特征，渗透率通常在0.001×10^-3μm²--0.1×10^-3μm²，自然产能低，常常需要采取压裂改造才能获得工业产量，实现经济开采。水力压裂技术是油田开发的常规手段，它是利用液体传导压力的性能，在地面利用高压泵组，将液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中，在井底憋起高压，当此压力大于井壁附近的地应力和储层岩石抗张强度时，地层会产生裂缝，继续注入带有支撑剂的携砂液，裂缝向前延伸并填以支撑剂，关井后裂缝闭合在支撑剂上，从而在井底附近形成具有一定几何尺寸的高导流能力的填砂裂缝，由于裂缝扩大了气水流动通道，改变了流动方式，降低了渗流阻力，达到增产的目的。

目前国内外压裂技术在油井上非常成熟，但在煤层气井上的应用还处于探索阶段，尤其是在高阶煤领域，国际上还没有一套成熟的模式。如今在沁水盆地实施的水力压裂，裂缝会在煤层中长、高和宽三个方向上同时扩展延伸，如果裂缝在纵向上过度延伸，会导致压穿煤层顶底板、有效裂缝在煤层中延伸较短，造成压后煤层气井产气量低、递减快，从而影响压裂效果；而且一旦压穿含水层，将导致煤层气井产出大量水而不产气的结果。更主要的是现有压裂方法在煤层中很难形成体积压裂，无法最大限度的实现网络面积降压。

中国专利公布号:CN102094612A，提供了一种“煤层气井活性水压裂工艺”的专利申请，该专利提供了煤层气井活性水压裂工艺，该工艺采用如下步骤实现的：(1)循环；(2)试压；(3)试挤；(4)压裂；(5)支撑；(6)放压；所述步骤(1)、(3)、(4)、(5)中，压裂液由清水、表面活性剂、杀菌剂配制而成，清水、表面活性剂、杀菌剂的体积比为2000：1：1；所述步骤(4)、(5)中，压裂泵的泵注排量为7m³/min左右；压裂泵向井内注入压裂液时采用套管注入的方式。改善了现有水力压裂技术压裂效果差、无法有效提高煤层气产量的问题，适用于煤层气开采。该发明提高了煤层气井产量，但是无法准确控制水力裂缝高度，提高产气量也存在井间差异较大的情况。

发明内容

本发明的目的是：提供一种高阶煤煤层气储层压裂的方法，在煤层中形成网络裂缝，实现煤层的体积压裂；人为干预裂缝走向，诱导裂缝形态；控制裂缝高度，防止裂缝窜层；提高煤层气井压裂支撑剂的支持效率。

本发明采用的技术方案是：高阶煤煤层气储层压裂的方法，针对高阶煤低渗透的特点形成的一种煤层气直井压裂的新方法。步骤如下：

步骤A、深射孔：选择在同一区域、同一煤层、相互井距350米以内相邻的2～5口直井，在每口井的煤层中部0.8米～1.2米的范围内利用射孔弹按16孔/米集中射孔，射孔深度达到1～1.5米以上，射孔方向垂直于煤层最小主应力方向，使裂缝延伸并与煤层原始割理、裂隙相沟通，形成大的降压面积；

步骤B、多井同时压裂：符合步骤A条件的2～5口直井，在完成射孔后同时进行压裂施工，使压裂区域内应力重新分布，以便形成更多的裂缝，并使井间相互连通;

步骤C、变排量压裂：压裂过程中采用套管内注入方法，变排量并大液量施工，每米煤层平均压裂总用液量180～220m³，其中前置液用量占40％～50％，注入前置液的初期以3～4m³/min造缝，避免裂缝在纵向上过度延伸而压穿顶底板；注入前置液的后期逐步加大排量至8～10m³/min进行扩缝，泵压控制在10～15MPa之间。注前置液结束后，注入携砂液，携砂液的注入排量保持在8～10m³/min，最后注入7～10m³顶替液；

步骤Ｄ、全程加砂：压裂过程中，泵注前置液50～100m³后，观察施工压力，如施工压力低于15MPa的70%，用压裂泵车将支撑剂砂按重量的3～5%比例混入前置液并注入煤层；完成前置液注入后，注入携砂液阶段支撑剂砂的重量比逐步提高到20%，这样既减少煤层漏失、打磨裂缝通道，更主要的是将压裂砂铺入更远的微小裂缝中；

步骤E、测压降：压裂完成后，停泵关闭压裂泵注装置，打开压裂井

口测试阀门进行压降检测，检测时间不少于90分钟；

步骤F、放压：测压降后关井，若48小时内压力未降至0.101MPa，连续放喷,排量不超过1m³/h；

步骤G、当煤层应力基本稳定情况下，即井口压力表显示稳定在0.101MPa后，下入生产管柱，完成高阶煤煤层气储层压裂。

所述步骤B中多井同时压裂，是同时从套管内注入水力加砂压裂；

所述步骤C中，变排量压裂，泵注排量从3m³/min逐步提高到10m³/min，每口井总用液量为每米180～200m³；

所述步骤D中，全程加砂，从前置液初期开始加砂，直到携砂液泵注完成，加入砂的量逐步增加，即含重量比从3%逐步提高到20%，所述的砂为石英砂，每口井用砂体积为50～70m³左右；其中粒径20～40目的中砂为40～50m³，16～20目的粗砂为10～20m³；中砂与粗砂混合均匀。

本发明的有益效果：本发明高阶煤煤层气储层压裂的方法，通过在煤层中部大孔弹集中射孔、全程加砂、多井同时压裂、变排量大液量施工使压裂裂缝丛向上的控制和横向上的交错延伸即提高了压裂改造的效率又扩大了改造范围，有利的保证煤层内形成较大降压面积提高煤层气井单井产气量的目的，采用新的压裂方法单井产量比常规压裂方法提高30%左右。

具体实施方式

实施例1：以某地层的三口直井采用高阶煤煤层气储层压裂的方法进行压裂改造施工过程为例，对本发明进行进一步说明。步骤如下：

(1)在某一区域有A、B、C三口直井，A、B、C三口直井有同一煤层，并且井深613米左右，煤层厚度5.4米。A、B、C三口直井呈三角形分布，井距分别300米、280米、350米。在煤层中部1米的范围内利用SDP44RDX40射孔弹按16孔/米集中射孔，射孔深度达到1米，射孔方向垂直于煤层最小主应力方向，使裂缝延伸与煤层原始割理、裂隙相沟通，形成大的降压面积。

(2)在完成射孔后，三口井同时实施压裂施工，使压裂区域内应力重新分布，以便形成更多的裂缝，并使井间相互连通。

(3)压裂过程中压裂液由清水和防膨剂配制而成，防膨剂是本领域常用产品，可以从市场采购到该产品，没有特殊要求，防膨剂的重量浓度为1%，采用套管内注入方法，变排量并大液量施工。注入前置液的初期小排量3.5m³/min，能有效控制裂缝的高度，避免裂缝在纵向上过度延伸而压穿顶底板，注入前置液的后期台阶式逐步加大排量至9.4m³/min进行扩缝，前置液用量占总液量的45％，携砂液、顶替液阶段保持9.4m³/min的排量，每米煤层平均压裂用液量200m³，A、B、C三口井单井设计用液量820m³。

(4)压裂过程中当注入60m³前置液后，观察施工压力，压力低于10MPa开始用压裂泵车将粒径20～40目的兰州石英砂按重量的3.5%砂比注入，370m³前置液泵注完成后，加砂10m³左右；携砂液阶段注液量442.5m³，砂的比例逐步提高到20%，完成60m³砂量，其中粒径20～40目的中砂40m³，16～20目的粗砂20m³。

(5)加砂完毕后注入顶替液7.5m³停泵关闭压裂泵注流程，打开压裂井

口测试阀门进行压降检测，检测时间不少于90分钟。

(6)测压后关井，48小时，压力降至0.101MPa，无压后煤层应力基本稳定，井口压力表显示稳定在0.101MPa后，下入生产管柱，完成高阶煤煤层气储层压裂。

实施例2：步骤如下：

(1)在某一区域、同一煤层、井深647米左右、煤层厚度5.8米、井距相邻316米的A、B两口直井，在煤层中部1.2米左右的范围内利用SDP44RDX40射孔弹按16孔/米集中射孔，射孔深度达到1米，射孔方向垂直于煤层最小主应力方向，使裂缝延伸与煤层原始割理、裂隙相沟通，形成大的降压面积。

(2)在完成射孔后，两口井同时压裂施工，使压裂区域内应力重新分布，以便形成更多的裂缝，并使井间相互连通。

(3)压裂过程中压裂液由清水和防膨剂配制而成，防膨剂的重量浓度为1%，采用套管变排量泵注，初期小排量4m³/min，避免裂缝过度延伸而压穿顶底板，后期台阶式逐步加大排量至10m³/min进行扩缝，前置液用量占总液量的50％，携砂液、顶替液阶段保持10m³/min高排量至设计液量，每米煤层平均压裂用液量200m³左右，A、B两口井单井设计用液量1000m³。

(4)压裂过程中当前置液注入100m³后，观察施工压力，压力低于10MPa，用压裂泵车将粒径20/40目的兰州石英砂重量比按3%砂比注入，500m³前置液泵注完成后，加砂12m³左右；携砂液阶段注液量492m³，砂比逐步提高到20%以上，完成88m³砂量，其中粒径20/40目中砂50m³，16/20目粗砂20m³。

(5)加砂完毕后注入顶替液8m³停泵关闭压裂泵注流程，打开压裂井口测试阀门进行压降检测，检测时间不少于90分钟。

(6)测压后关井，48小时后井口压力降至1MPa，连续放喷,排量不超过1m³/h；待达到1个标准大气压后煤层应力基本稳定，下入生产管柱，完成高阶煤煤层气储层压裂。

实施例3：步骤如下：

(1)在同一区域、同一煤层、井深586米左右、煤层厚度4.8米、四边形井网、井距分别相邻307米、300米、284米、338米的A、B、C、D四口直井，在煤层中部0.9米的范围内利用SDP44RDX40射孔弹按16孔/米集中射孔，射孔深度达到1.2米，射孔方向垂直于煤层最小主应力方向，使裂缝延伸与煤层原始割理、裂隙相沟通，形成大的降压面积。

(2)在完成射孔后，四口井同时压裂施工，使压裂区域内应力重新分布，以便形成更多的裂缝，并使井间相互连通。

(3)压裂过程中压裂液由清水和防膨剂配制而成，防膨剂是本领域常用产品，可以从市场采购到该产品，没有特殊要求，防膨剂的浓度重量比为1%，采用套管变排量泵注，初期小排量3.5m³/min，避免裂缝在纵向上过度延伸而压穿顶底板，后期台阶式逐步加大排量至9.5m³/min进行扩缝，前置液用量占总液量的45％，携砂液、顶替液阶段保持9.5m³/min高排量至设计液量，每米煤层平均压裂用液量200m³左右，四口井设计单井用液量860m³。

(4)压裂过程中当前置液注入60m³后，观察施工压力，如压力低于10MPa开始用压裂泵车将粒径20/40目的兰州石英砂按3%砂比注入，387m³前置液泵注完成后，加砂11.6m³左右；携砂液阶段注液量466m³，砂比逐步提高到20%以上，完成60m³砂量，其中粒径20/40目中砂40m³，16/20目粗砂20m³。

(5)加砂完毕后注入顶替液7m³停泵关闭压裂泵注流程，打开压裂井口测试阀门进行压降检测，检测时间不少于90分钟。

(6)测压后关井，48小时，压力降至1.5MPa，连续放喷,排量不超过1m³/h；待达到标准大气压后煤层应力基本稳定，下入生产管柱，完成高阶煤煤层气储层压裂。

Claims

1.一种高阶煤煤层气储层压裂的方法，其特征在于：步骤如下：

步骤A、深射孔：选择在同一区域、同一煤层、相互井距350米以内相邻的2～5口直井，在每口井的煤层中部0.8～1.2米的范围内利用射孔弹按16孔/米集中射孔，射孔深度达到1～1.5米，射孔方向垂直于煤层最小主应力方向，使裂缝延伸并与煤层原始割理、裂隙相沟通，形成大的降压面积；

步骤B、多井同时压裂：符合步骤A条件的2～5口直井，在完成射孔后同时进行压裂施工，使压裂区域内应力重新分布，以便形成更多的裂缝，并使井间相互连通；

步骤C、变排量压裂：压裂过程中采用套管内注入方法，变排量并大液量施工，每米煤层平均压裂总用液量180～220m³，其中前置液用量占40～50％，注入前置液的初期以3～4m³/min造缝，避免裂缝过度延伸而压穿顶底板；注入前置液的后期逐步加大排量至8～10m³/min进行扩缝，泵压控制在10～15MPa之间；注前置液结束后，注入携砂液，携砂液的注入排量保持在8～10m³/min，最后注入7～10m³顶替液；

步骤D、全程加砂：压裂过程中，泵注前置液50～100m³后，观察施工压力，如施工压力低于15MPa的70％，用压裂泵车将支撑剂砂按重量的3～5％比例混入前置液并注入煤层；完成前置液注入后，注入携砂液阶段支撑剂砂的重量比逐步提高到20％，这样既减少煤层漏失、打磨裂缝通道，更主要的是将压裂砂铺入更远的微小裂缝中；

步骤E、测压降：压裂完成后，停泵关闭压裂泵注装置，打开压裂井口测试阀门进行压降检测，检测时间不少于90分钟；

2.根据权利要求1所述的高阶煤煤层气储层压裂的方法，其特征是：

所述步骤D中，全程加砂，从前置液初期开始加砂，直到携砂液泵注完成，加入砂的量逐步增加，即含重量比从3％逐步提高到20％，所述的砂为石英砂，每口井用砂体积为50～70m³；其中粒径20～40目的中砂为40～50m³，16～20目的粗砂为10～20m³。