CN105625946A - 煤层气水平井超临界co2射流造腔及多段同步爆燃压裂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种煤层气水平井超临界CO2射流造腔及爆燃压裂方法。煤层气水平井完钻后，利用连续油管下入超临界CO2旋转射流破岩装置到井筒最底端，利用井下超临界CO2旋转射流破岩装置对井筒扩孔，使井下形成直径1.0～1.5米、长2～4米的圆柱形孔洞；第一段扩孔完成后，上提旋转射流工具进行第二段扩孔工作，依此类推完成所有井段扩孔工作，段间距为80～100米。扩孔完成后利用连续油管向扩孔腔内投放固体炸药，随后下入筛管。最后通过地面高压CO2泵加压引爆炸药，产生的高能气体混同超临界CO2压裂煤层。该方法能够使煤层产生多而复杂的体积裂缝，扩孔后爆炸压裂有助于煤岩应力卸载，可有效提高煤岩渗透性，从而提高煤层气水平井的产能。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤层气井压裂增产方法，尤其涉及一种煤层气水平井分段压裂方法，属于石油钻探领域。
背景技术
水力压裂技术为当前煤层气增产主要应用技术，常用的压裂液介质为水基压裂液、气体增能(泡沫压裂液)和醇基压裂液。水力压裂技术发展完善，工艺较为成熟，但存在施工周期长，需要排水，设备复杂，费用较高，往往会污染煤层的局限，而且产生的裂缝多为单条主裂缝，难以形成网状裂缝。高能气体压裂也在煤层气开发中得到应用，爆炸冲击波可以使地层产生更多微裂缝，但存在能量较低，裂缝短等局限。
CO2是一种常见气体，将其加温加压至临界点以上(Tc＝31.1℃，Pc＝7.38MPa)时成为超临界CO2流体，在地层温度和压力条件下，一般750m以上便能使CO2达到超临界状态。超临界CO2流体既不同于气体，也不同于液体，它具有接近于气体的低黏度和高扩散性、接近于液体的高密度以及表面张力为零等特性。国内外研究表明，使用超临界CO2作为压裂流体，裂缝起裂压力显著低于常规压裂液起裂压力。煤层为易水敏储层，超临界CO2压裂流体不含水，不仅不会使煤层中黏土膨胀，反而可以使致密的黏土砂层脱水，从根本上避免了水敏伤害的发生，是一种清洁压裂流体。相对于常规压裂液，超临界CO2压裂流体黏度低而扩散能力强，表面张力接近为零，所以渗透能力很强，很容易渗入煤层中的孔隙和微裂缝，从而产生大量的微裂缝网络。超临界CO2溶剂化能力强，能够溶解煤基质中部分有机质，如酯、醚、内酯类、环氧化合物等，从而有效扩增了煤体孔隙、裂隙，提高了煤体渗透性，使得甲烷能够更加顺畅的流出。绝大部分煤层气是以吸附状态赋存在储层中的，需要解吸附才能顺利产出。实验研究表明，CO2分子在煤岩中的吸附能力为甲烷分子的1.5～3倍，利用超临界CO2压裂煤层气藏时，吸附能力更强的CO2会置换出储层中的吸附态甲烷，显著提高煤层气藏采收率。
煤岩渗透率低，应力释放后可增大渗透率，单纯压裂方法难以达到此目的，利用井下扩孔+爆炸+超临界CO2进行煤层压裂，能够在爆炸过程中产生更多微裂缝，同时扩孔有利于煤岩应力释放，超临界CO2可进一步沟通裂缝网络，能取得较好的增产效果。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种煤层气井压裂增产新方法，其是在煤层气水平井完钻后，利用连续油管下入超临界CO2旋转射流破岩装置进行多段扩孔，随后利用连续油管向扩孔腔内投放固体炸药，完毕后下入筛管，最后通过地面高压CO2泵加压引爆炸药，利用产生的高能气体混同超临界CO2压裂煤层。该方法能够使煤层产生多而复杂的体积裂缝，扩孔后爆炸压裂有助于煤岩应力卸载，可有效提高煤岩渗透性，从而提高煤层气水平井的产能。
为了达到上述目的，本发明提供了一种煤层气水平井超临界CO2射流造腔及多段同步爆燃压裂方法。
本发明所提供的煤层气水平井超临界CO2射流造腔及多段同步爆燃压裂方法可以包括以下步骤：
连续油管下入超临界CO2旋转射流破岩装置到完钻的水平井井筒最底端；
开启地面CO2高压泵，进行井筒扩孔，要保证从旋转射流破岩装置中喷射出来的CO2为超临界态，确保其高效破岩扩孔，同时扩孔后腔体的直径为1.0～1.5米，长度为2～4米；
第一段扩孔完成后，上提旋转射流工具进行第二段扩孔工作，依此类推完成所有井段扩孔工作，段间距为80～100米；
利用连续油管下入多级炸药，向扩孔腔内分别投放，随后下入筛管，支撑井壁；
通过地面高压CO2泵加压引爆炸药，利用产生的高能气体混同超临界CO2压裂煤层；
闷井，使超临界CO2充分作用煤层，并置换吸附状态的甲烷；
安装井口装置，逐渐开井，正常生产；
所述超临界CO2旋转射流工具通过连续油管下入。在井口通过增压泵注入液态CO2，在一定深度后转变为超临界状态，带动井底工具旋转喷射，造出腔体，并通过向上拖动油管实现多段喷射造腔。
固体炸药为压燃起爆方式，井底压力大于一定值即可起爆，该压力需根据地层破裂压力进行设定，一般设置为低于地层破裂压力0.5～1.0MPa。
本发明具有以下优点：扩孔后爆炸压裂有助于煤岩应力卸载，可有效提高煤岩渗透性；超临界CO2与高能气体一起进入裂缝，产生更为复杂的体积裂缝，有效扩增了煤体孔隙、裂隙，提高了煤体渗透性，使得甲烷能够更加顺畅的流出；CO2分子能有效置换吸附状态的甲烷分子，使其转为游离状态，从而更大限度提高煤层气产量。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。
其中：1-CO2罐车；2-车载式制冷机组；3-液态CO2储罐；4-绝热高压管线；5-高压泵组；6-地面加热器；7-连续油管卷筒；8-连续油管；9-连续油管注入头；10-井口装置；11-环空回压阀；12-地面；13-井筒；14-煤层；15-超临界CO2旋转射流装置；16-圆柱形孔洞；17-炸药；18-筛管；19-裂缝网络
图1为下入连续油管超临界CO2旋转射流喷射示意图；
图2为超临界CO2旋转射流多段喷射造腔示意图；
图3为连续油管投放炸药示意图；
图4为投放炸药进入腔内，并下入筛管示意图；
图5为井口增压引爆炸药压裂示意图；
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益结果有更加清楚的理解，现参照说明书附图对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为本发明可实施范围的限定。
实施例
本发明提供的煤层气水平井超临界CO2射流造腔及多段同步爆燃压裂方法可以包括以下具体步骤：
1、下入旋转射流装置
图1所示为超临界CO2旋转射流装置入井示意图。超临界CO2旋转射流装置15接连续油管8，经过连续油管注入头9，井口装置10和井筒13下入井底。
2、多段扩孔
图2所示为超临界二氧化碳旋转射流多段扩孔示意图。
液态CO2由加装有车载式制冷机组2的CO2罐车1运输，运输压力控制在4～5MPa，温度控制在-10℃～5℃。
CO2储罐3的液态CO2经过绝热高压管线4运输到高压泵组5，将液态CO2增压至所需作业压力，高压泵的数量由所需设计排量确定。
液态CO2经过高压泵组5加压后变为高压液态CO2，经由高压管线4输送到连续油管8，连续油管8依次经过连续油管卷筒7、井口装置10和井筒13将高压液态CO2输送到井下；当液态CO2到达井底一定深度时，便被地层加热到超临界态，当施工地层为异常低温且无法将CO2加热到临界温度时，需要在地面上对高压液态CO2进行加热，可在高压泵组5之后、连续油管8之前设置地面加热器6。液态CO2进入井筒一定深度后便会转变为超临界态。
高压的超临界CO2经过旋转射流工具产生超临界CO2旋转射流，作用在煤层14，破碎近井筒地带煤层，形成直径1.0～1.5米、长2～4米的圆柱形孔洞16；第一段扩孔完成后，通过连续油管8上提旋转射流工具15进行第二段扩孔工作，依此类推完成所有井段扩孔工作，段间距优选为80～100米，如图2所示。
3、投放炸药
井段扩孔完成后，进行炸药投放工作。图3所示为通过连续油管8下入多级炸药17。图4所示为炸药投放入圆柱形孔洞16内，固体炸药放置在腔体内后，其内表面高度不应超出井壁内侧面，防止下入筛管遇阻。投放完成后，水平段下入筛管以支撑井壁，可选择性的在扩孔段所对应的筛管18内安置固体炸药，以增大井下爆炸能量。
4、增压泵加压引爆压裂
如图5所示，连续油管上提至井口，关闭井口环空回压阀11，并通过地面CO2增压泵5加压。大量二氧化碳注入井筒，使井筒内压力迅速升高，引爆炸药17，超临界CO2与爆炸产生的高能气体混合压裂煤层，使煤层产生裂缝网络19。压裂完成后，关闭井口装置10与环空回压阀11，闷井一段时间，一般10～15天即可，随后逐渐开井，并进行CO2返排，返排后便可正常生产。炸药引爆压力根据所需压裂地层的破裂压力确定，一般低于地层破裂压力的0.5～1MPa，以便在引爆炸药前最大限度的提高井筒内超临界CO2压力，提高压裂能量，增强压裂效果。
煤层气水平井超临界CO2射流造腔及多段同步爆燃压裂方法具有以下优点：
1、超临界CO2旋转射流扩孔有助于煤岩应力释放，增大渗透率；
2、超临界CO2与高能气体一起进入裂缝，产生更为复杂的体积裂缝，有效扩增了煤体孔隙、裂隙，提高了煤体渗透性，使得甲烷能够更加顺畅的采出；
3、超临界CO2能够置换出煤层甲烷，有利于甲烷解吸，从而更大限度提高煤层气产量；
以上为本发明最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分为本领域普通技术人员的公知常识。本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本发明的技术启示而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.煤层气水平井超临界CO2射流造腔及多段同步爆燃压裂方法，其特征在于：煤层气水平井完钻后，利用连续油管下入超临界CO2旋转射流破岩装置到井筒最底部，开启地面CO2高压泵进行井筒扩孔，待第一段井筒扩孔完成后，停泵上提旋转射流工具，进行第二段井筒扩孔工作，依此类推完成所有井段扩孔工作，随后利用连续油管向扩孔腔内投放固体炸药，完毕后下入筛管，最后通过地面高压CO2泵加压引爆炸药，利用产生的高能气体混同超临界CO2压裂煤层。
2.如权利要求1所述的方法，开启地面CO2高压泵进行井筒扩孔时，要保证从旋转射流破岩装置中喷射出来的CO2为超临界态，确保其高效破岩扩孔，同时扩孔后腔体的直径为1.0～1.5米，长度为2～4米。
3.如权利要求1所述的方法，扩孔井段间距优选为80～100米。
4.如权利要求1所述的方法，为了增大井下爆炸能量，可选择性的在扩孔段所对应的筛管内安置固体炸药。
5.如权利要求1所述的方法，炸药引爆压力应与煤层破裂压力相当或略低，优选为低于地层破裂压力的0.5～1.0MPa，在井筒加压引爆过程中，当井下压力接近炸药爆炸压力时，提高地面泵排量至最大，使井筒内压力迅速升高，同时引爆井筒内所有炸药，以提高井筒内爆炸能量，增强压裂效果。
6.如权利要求2所述的方法，为了提高井下炸药投放量，可适当增大扩孔腔直径和长度，最大长度不超过5米，防止井壁坍塌。
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