CN105604534A - 用于煤层气储层增产的水力波及压裂工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于煤层气储层增产的水力波及压裂工艺方法，在目标区域内，以目标井同一煤层间的连接线与地层的最大主应力方向垂直或趋近于垂直为原则选取至少两口井作为目标井进行通井、刮削、洗井、试压、和射孔作业后，多口目标井同时起泵采用首先变排量泵入前置液，然后变密度和粒径泵入不同支撑剂，最后泵入顶替液的水力波及压裂进行压裂作业；采用该工艺方法利用同时启泵压裂产生的缝间应力干扰作用，利用煤岩大量发育的面、端割理系统(或天然裂缝)，达到形成相比于两口或多口煤层气井单独压裂时得到的更大增产改造体积波及范围的效果。

Description

用于煤层气储层增产的水力波及压裂工艺方法

技术领域

本发明涉及煤层气开发技术领域，特别涉及一种用于煤层气储层增产的水力波及压裂工艺方法。

背景技术

水力压裂技术是煤层气藏增产的主要措施之一,其目的是增大煤层气的泄流面积、改变煤层气的渗流方式等，从而达到开采或者增加煤层气产能的目的。而煤层气藏增产措施压裂工艺关键技术就是需要在储层内形成高渗透带裂缝及压力波及面积较广的裂缝网络，增大煤层解吸面积、改善煤层渗流通道、减小煤层渗流阻力。现有的煤层气储层压裂效果各异，均存在着一定的局限性。

目前大多的煤层气储层压裂以单井压裂为主，通过室内实验及矿场压裂微地震监测结果分析发现，形成的压裂裂缝以短宽裂缝为主，并在井筒周围及压裂主缝两侧发育有一定的分支裂缝，当垂直或近垂直于压裂主缝开启的分支裂缝延伸至一定距离后将逐渐转向沿着平行于压裂主缝方向延伸，其增产改造体积相对较小。

国外页岩气水平井利用多井同步压裂或拉链式压裂两压裂主缝之间产生的缝间应力干扰作用，得到了相比于单井压裂时更大的增产改造体积(SRV)，证明了缝间应力干扰作用有利于井间复杂体积缝网的形成。但是，该技术主要应用于两口或多口水平井进行同步或拉链式分段压裂，且应力干扰作用主要发生在相向延伸的两裂缝尖端附近区域，形成的体积缝网规模有限，且压裂施工难以控制。

针对我国煤层气井以低压、低孔、低渗为主的地质特征，在现有技术中，常规的煤层气井单一实施的增产压裂无法有效地避免其裂缝单一、有效缝网不足等弊端，从而影响煤层气增产的效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用缝间应力干扰作用，以增大煤层气储层增产改造体积波及范围为目的的用于煤层气储层增产的水力波及压裂工艺。

为此，本发明技术方案如下：

一种用于煤层气储层增产的水力波及压裂工艺方法，包括如下步骤：

S1、井筒准备工序：在目标区域内，通过对目标区域目标地层进行地应力模拟，并以目标井煤层间的连接线与地层的最大主应力方向垂直或趋近于垂直为原则选取至少两口井作为目标井，并对目标井进行通井、刮削、洗井、试压、和射孔作业；其中，采用该原则进行目标井选择在实施压裂施工时，目标井的最大数目不限，根据不同地区条件不同，目标井的实际数量根据设备和人员供给能力确定；并且相邻目标井之间的距离也无特殊要求。

目标井的选择通过对目标区域目标底层进行地应力模拟来确定。在对目标井进行选择时，目标井煤层间的连接线最好与地层最大主应力方向垂直，而不能平行；如果井的连接线最好与最大主应力方向平行或趋近于平行，那么在应力干扰之后不能在井与井之间形成一个应力相干的区域；在后续压裂施工过程中即主要是利用这个应力相干区域，在煤层中实现在液体波及区域之外的发生压裂改造，并形成缝网；

其中，射孔作业方式为常规孔弹射孔，其它方式射孔，如喷砂射孔。

如压裂施工设计要求下入压裂管柱，则射孔作业后下入压裂管柱；如仅需要套管注入，则不需要此步骤。

S2、压裂施工准备工序：设备进入井场，连接地面管线并对地面管线进行试压，防止在压裂施工过程中出现地面设备问题，如泄漏、刺漏等；

S3、压裂施工工序：

1)泵入前置液：小排量起泵、变排量注入控制缝高，随后中高排量注入形成远井地带多裂缝；

具体地，在泵入过程中采用1～2m³/min起泵，逐渐提升至8～10m³/min，在变排量泵入过程中泵压不超过试压时的最大泵压，当前置液泵入量超过总量2/3时，停止变排量泵入，剩余前置液均以8～10m³/min恒速泵注直至前置液泵入完成；

2)泵入支撑剂：先泵入低或超低密度、小粒径的支撑剂，再泵入中密度、中粒径的支撑剂，最后泵入高密度、大粒径的支撑剂；

具体地，依次选用40～70目的石英砂或核桃壳作为低或超低密度、小粒径的支撑剂，选用20～40目石英作为中密度、中粒径的支撑剂，选用16～20目石英砂作为高密度、大粒径的支撑剂，与携砂液按照梯度浓度比例混合后依次采用脉冲式泵入方法以8～10m³/min恒速进行泵注；其中，携砂液用量为压裂规模总量的35～48％。

3)泵入顶替液，以8～10m³/min恒速泵注；

4)关闭井口，测压降，测试时间为60～90min，施工结束。

在整个压裂过程中使用活性水压裂液作为单一压裂体系，活性水压裂液优选为2wt％的KCl水溶液，即在整个压裂过程中，洗井液、前置液、携砂液和顶替液均为2wt％的KCl水溶液。其中，前置液用量为压裂规模总量的40～50％；顶替液用量与井筒容积相适应，余量为携砂液。

该工艺方法利用两口或多口煤层气井同时压裂产生的缝间应力干扰作用，减小初始水平地应力差或诱导初始地应力发生反转，致使远场分支裂缝延伸至单井压裂时的应力各向同性点后，转向沿着垂直于应力扰动后的最小水平主应力方向延伸，沟通更多远场面、端割理系统或应力释放缝，进而增加体积缝网与煤岩基质接触面积，增大煤层气藏增产改造体积波及范围。

在进行压裂施工时，所述的两口或多口煤层气井同时压裂，其目的是裂缝面之间的应力干扰作用在远场叠加，增强了两井之间远场应力干扰作用，能在裂缝面之间产生相比于两口或多口井单独压裂时所不能形成的远场复杂缝网，进而增大了增产改造体积波及范围，且压裂施工相比于水平井同步压裂或拉链式压裂更易于控制。

其中，所述的水力波及压裂缝间应力干扰作用，是指其能诱发远场地应力差减小或地应力方向发生反转，迫使远场分支裂缝延伸至单井压裂时的应力各向同性点后，转向沿着垂直于应力扰动后的最小水平主应力方向延伸，沟通更多远场面端割理或应力释放缝，增大远场体积缝网波及范围。由于煤岩强度较低，其自支撑能力较差，形成的体积缝网需要支撑剂支撑才能成为煤层气有效的渗流通道。

与现有技术相比，该用于煤层气储层增产的水力波及压裂工艺方法针对煤层气特殊的储集环境、赋存方式、产气特点及现有增产措施的局限性，提出以目标井煤层间的连接线与地层的最大主应力方向垂直或趋近于垂直为原则选取两口或多口煤层气井同时启泵压裂产生的缝间应力干扰作用，利用煤岩大量发育的面、端割理系统(或天然裂缝)，达到形成相比于两口或多口煤层气井单独压裂时得到的更大增产改造体积波及范围的效果。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。

S1、井筒准备：

1)在某一目标区域内，通过收集的井层参数(包括煤岩杨氏模量、泊松比、煤层厚度、煤岩割理系统发育特征、初始水平地应力差及井间距等，对目标区域目标地层进行地应力模拟，并以目标井煤层间的连接线与地层的最大主应力方向垂直或趋近于垂直为原则选取在该区域内目标井煤层的连接线与地层最大主应力方向趋于垂直的四口井；其中，四口井井深分别为1012米、985米、1008.2米和992米，煤层厚度分别为5米、4.7米、5.2米和5.03米，相邻井之间的井距分别为555.7米、1062.3米、543.7米和858.23米；

2)对目标井通井、刮屑作业；

3)使用具有保护煤层作用的2wt％的KCl水溶液作为洗井液充分循环洗井，至进出口液体相同，且无固体碎屑，比如岩屑、煤屑等固体杂质；

4)对井筒进行试压，保证井筒不会出现泄漏，防止施工过程中压裂液泄漏；

5)采用常规射孔方法进行射孔作业；具体射孔方式为：在每口井的煤层整层射孔，采用常规射孔方法，按16孔/米进行射孔，射孔相位角90度；

S2、压裂作业准备：设备进入井场，连接地面管线并对地面管线进行试压，防止在压裂施工过程中出现地面设备问题，如泄漏、刺漏等；

S3、压裂作业：

为充分利用水力波及压裂的缝间应力干扰作用，在进行压裂作业时，四口井同时或接近同时启泵；

在压裂作业中，为保持单一压裂体系，前置液、携砂液和顶替液均为2wt％的KCl水溶液；

1)泵入前置液：每口井的压裂液规模600m³，前置液比例为压裂液规模总量的45％；在压裂过程中采用1m³/min低排量起泵由1m³/min逐渐提升至8m³/min，具体地，采用1m³/min，3m³/min，5m³/min，7m³/min的排量分别泵入20m³，30m³，50m³，90m³液体，变排量过程于开泵后52.9min时结束；后续泵入皆以8m³/min排量进行恒速泵注，直至前置液全部泵入；其中，在压裂过程中有两个小段塞对射孔孔眼及裂缝壁进行打磨；在整个泵入过程中泵压不超过试压时的最大泵压，一般为40～50MPa；

2)泵入支撑剂：

用压裂泵车依次将40～70目的石英砂与携砂液混合配置成3wt％和5wt％的携砂液(I)、20～40目石英与携砂液混合配置成7wt％、9wt％、11wt％、13wt％、15wt％和17wt％的携砂液(II)和16～20目石英砂与携砂液混合配置成19wt％的携砂液(III)进行泵注；具体地，携砂液(I)的泵注速度为8m³/min，泵入量为40m³，携砂液(II)的泵注速度为8m³/min，泵入量为280m³，携砂液(III)的泵注速度为8m³/min，泵入量为40m³；

3)当支撑剂泵注完成后，以8～10m³/min恒速泵入顶替液，根据实际井筒容积，每口井的顶替液泵入量为12～13m³；

4)关闭井口，测压降，测试时间为60～90min，施工结束。所测测压降用于测试地层内压力扩散的速度，来了解地层的渗流能力，为后续施工参考。

两口或多口煤层气井同时压裂，缝间应力干扰作用在远场得到增强，诱导远场地应力差减小或地应力方向发生反转，激活更多的远场面、端割理系统，形成的复杂体积缝网波及范围大于其单独压裂，且存在明显的远场复杂体积缝网；此外，水力波及压裂产生的缝间应力干扰有利于沟通更多远场面、端割理系统及其他应力释放缝，增大了远场体积缝网波及范围。

此外，在压裂过程中还可以进行裂缝监测(如井下或地面微地震监测)，便于后期增产改造体积波及范围的评估与计算。

Claims (5)

1.一种用于煤层气储层增产的水力波及压裂工艺方法，其特征在于，包括下述步骤：

S1、井筒准备：在目标区域内，通过对目标区域目标地层进行地应力模拟，并以目标井同一煤层间的连接线与地层的最大主应力方向垂直或趋近于垂直为原则选取至少两口井作为目标井，并对目标井进行通井、刮削、洗井、试压、和射孔作业；

S2、压裂施工准备：设备进入井场，连接地面管线并对地面管线进行试压；

S3、压裂施工：1)泵入前置液：小排量起泵、变排量注入控制缝高，随后中高排量注入形成远井地带多裂缝；2)泵入支撑剂：先泵入低或超低密度、小粒径的支撑剂，再泵入中密度、中粒径的支撑剂，最后泵入高密度、大粒径的支撑剂；3)泵入顶替液；4)关闭井口，测压降，检测时间为60～90min，施工结束。

2.根据权利要求1所述的用于煤层气储层增产的水力波及压裂工艺方法，其特征在于，步骤S3中前置液的泵入方法为：在泵入过程中采用1～2m³/min起泵，逐渐提升至8～10m³/min，当前置液泵入量为前置液总量超过2/3时，变排量泵入结束，剩余前置液均以8～10m³/min恒速泵注直至前置液全部泵注完成；其中，前置液用量为压裂规模总量的40～50％。

3.根据权利要求1所述的用于煤层气储层增产的水力波及压裂工艺方法，其特征在于，步骤S3中支撑剂的泵入方法为：依次选用40～70目的石英砂或核桃壳作为低或超低密度、小粒径的支撑剂，选用20～40目石英作为中密度、中粒径的支撑剂，选用16～20目石英砂作为高密度、大粒径的支撑剂，与携砂液按照梯度浓度比例混合后依次采用脉冲式泵入方法以8～10m³/min恒速进行泵注。

4.根据权利要求1所述的用于煤层气储层增产的水力波及压裂工艺方法，其特征在于，在步骤S3的整个压裂过程中使用活性水压裂液作为单一压裂体系，活性水压裂液为2wt％的KCl水溶液。

5.根据权利要求1所述的用于煤层气储层增产的水力波及压裂工艺方法，其特征在于，顶替液用量与井筒容积相适应，以8～10m³/min恒速进行泵注。