CN105715245A - 低渗低压煤层气储层氮气饱和水力压裂工艺 - Google Patents

低渗低压煤层气储层氮气饱和水力压裂工艺 Download PDF

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张洋
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Abstract

本发明公开了一种低渗低压煤层气储层氮气饱和水力压裂工艺,属于煤层气开采技术领域。所述方法包括:采用氮气注入油管压裂煤层进行造缝;向具有裂缝的所述煤层内持续挤注氮气以达到氮气饱和;向具有裂缝的所述煤层内注入携砂液,以使得所述裂缝形成导流通道;开启油井进行返排。该方法能够在有效改造煤层的同时大幅降低煤层裂隙水锁因素对解吸的不利影响,有效提高和稳定单井产量。

Description

低渗低压煤层气储层氮气饱和水力压裂工艺
技术领域
本发明涉及煤层气开采技术领域,特别涉及一种低渗低压煤层气储层氮气饱和水力压裂工艺。
背景技术
目前我国进行煤层气开发的煤储层普遍具有渗透率低、孔隙度低、饱和度低等特点,煤层气开发井型主要以直井、丛式定向井为主,这就使得通过地面钻井开采时,只能抽取到井旁周围近距离煤层中的煤层气,导致一旦钻孔附近煤层中的气体排尽后,较远处的气体不能大量补充到井中而造成供气衰竭,从而造成产量急剧下降。
为了提高煤层气井的产量,目前较为常用的煤层气井增产措施主要以大排量大液量的活性水压裂工艺为主。采用活性压裂工艺可以更有效的使水平井井眼的水平段的储气层内地质结构的天然裂缝与井眼连通起来,从而提高煤层气的泄露面积,进而提高采气效率。
现有的活性水压裂工艺虽然具有成本低、煤层伤害小的优点,但是煤层节理发育的特性使得在压裂高压水的作用下,活性水压裂容易形成严重滤失使得造缝效率降低,而最严重的是大量的水被挤注到煤层的微孔隙中无法排出,同时地层压力低也造成压裂液无法有效返排而滞留煤层,从而形成水锁效应,严重影响煤层气的降压和解吸。
发明内容
为了在有效改造煤层的同时大幅降低煤层裂隙水锁因素对解吸的不利影响,本发明实施例提供了一种低渗低压煤层气储层氮气饱和水力压裂工艺。所述技术方案如下:
本发明实施例提供了一种低渗低压煤层气储层氮气饱和水力压裂工艺,所述方法包括:
采用氮气注入油管压裂煤层进行造缝;
向具有裂缝的所述煤层内持续挤注氮气以达到氮气饱和;
向具有裂缝的所述煤层内注入携砂液,以使得所述裂缝形成导流通道;
开启油井进行返排。
优选的,在采用氮气注入油管压裂煤层进行造缝的过程中,所述氮气的排量为500-2000scm3/min,所述氮气的用量为7000-15000scm3
在向具有裂缝的所述煤层内持续挤注氮气的过程中,所述氮气的排量为100-400scm3/min,所述氮气的用量为7000-15000scm3
所述携砂液为清水与20/40目石英砂的混合物,其中所述清水为200m3,所述石英砂为20m3,所述携砂液的排量为5.0-7.0m3/min。
其中,返排过程采用油嘴控制;
当井口压力大于10MPa时,采用3mm油嘴进行返排;
当井口压力为5-10MPa时,采用5mm油嘴进行返排;
当井口压力小于5MPa时,采用8mm油嘴进行返排。
进一步的,在采用氮气注入油管压裂煤层进行造缝之前,所述方法还包括:
对煤层进行射孔,射孔厚度为2-4米,射孔参数为16孔/米,60度相位角。
进一步的,所述方法还包括:
进行氮气反气举作业排除井筒水,所述氮气排量为50-100m3/min。
在向具有裂缝的所述煤层内注入携砂液之前,所述方法还包括:
向具有裂缝的所述煤层内泵注前置液以重新启缝,所述前置液为清水,泵注排量为5.0-7.0m3/min,液量为25m3
在向具有裂缝的所述煤层内注入携砂液之后,所述方法还包括:
注入顶替液顶替井筒容积后停泵以使得裂缝闭合,所述顶替液为清水。
此外,在返排结束后,所述方法还包括:
当井口压力为零后下放油管探砂面,用清水冲砂至人工井底;
下泵装抽排采。
本发明提供的低渗低压煤层气储层氮气饱和水力压裂工艺,通过预先采用氮气压裂和挤注的方式实现了煤层造缝、氮气饱和以及孔隙压力提升,使得清水压裂液滤失体积大幅减少,造缝效率提高,用最小的液量实现了压裂填砂作业,压裂后及时开井控制放喷返排,利用氮气的的膨胀能量将压裂液排出煤层,从而最大限度地降低了对煤层的伤害。该方法有效地解决了煤层孔隙水锁因素对解吸的不利影响,从而能够有效提高和稳定单井产量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种低渗低压煤层气储层氮气饱和水力压裂工艺的流程示意图;
图2是本发明实施例提供的另一低渗低压煤层气储层氮气饱和水力压裂工艺的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明实施例提供的低渗低压煤层气储层氮气饱和水力压裂工艺,如图1所示,包括:
步骤101、采用氮气注入油管压裂煤层进行造缝。
步骤102、向具有裂缝的煤层内持续挤注氮气以达到氮气饱和。
步骤103、向具有裂缝的煤层内注入携砂液,以使得裂缝形成导流通道。
步骤104、开启油井进行返排。
本发明提供的低渗低压煤层气储层氮气饱和水力压裂工艺,通过预先采用氮气压裂和挤注的方式实现了煤层造缝、氮气饱和以及孔隙压力提升,使得清水压裂液滤失体积大幅减少,造缝效率提高,用最小的液量实现了压裂填砂作业,压裂后及时开井控制放喷返排,利用氮气的的膨胀能量将压裂液排出煤层,从而最大限度地降低了对煤层的伤害。该方法有效地解决了煤层孔隙水锁因素对解吸的不利影响,从而能够有效提高和稳定单井产量。
进一步的,本发明实施例提供的低渗低压煤层气储层氮气饱和水力压裂工艺具体可以如图2所示,包括如下步骤:
步骤201、对煤层进行射孔,射孔厚度为2-4米,射孔参数为16孔/米,60度相位角。
步骤202、进行氮气反气举作业排除井筒水,所述氮气排量为50-100m3/min。
例如,可以下入尺寸为D73mm寸的压裂管柱至煤层顶部2-5米,用氮气泵车进行氮气反气举作业,氮气排量为50-100m3/min,直至井筒水被排除干净。
需要说明的是,在本发明实施例中,氮气来源可以为液氮经氮气泵车气化处理成的常温氮气。
步骤203、采用氮气注入油管压裂煤层进行造缝。
具体的,可以从油套环空大排量泵注氮气,目的是为了依靠高压和高排量压开煤层进行延伸造缝。
其中,氮气的排量可以为500-2000scm3/min,所述氮气的用量可以为7000-15000scm3。具体的,氮气排量和用量根据煤层深度选择,例如,当煤层深度小于500米时,氮气排量可以为500-1000scm3/min,氮气用量为7000scm3;当煤层深度在500—1000米时,氮气排量可以为1000-1500scm3/min,氮气用量为10000scm3;当煤层深度大于1000米时,氮气排量可以为1500-2000scm3/min,氮气用量为15000scm3
步骤204、向具有裂缝的所述煤层内持续挤注氮气以达到氮气饱和。
具体的,可以从油套环空小排量泵注氮气,目的是为了从压开的煤层裂缝内向其周边范围的煤层孔隙高压挤注氮气,达到氮气饱和煤层孔隙、提升孔隙压力的效果。
其中,氮气的排量可以为100-400scm3/min,氮气的用量可以为7000-15000scm3。具体的,氮气排量和用量可以根据煤层深度选择,例如,当煤层深度小于500米时,氮气排量可以为100-200scm3/min,氮气用量为7000scm3;当煤层深度在500—1000米时,氮气排量可以为200-300scm3/min,氮气用量为10000scm3;当煤层深度大于1000米时,氮气排量可以为300-400scm3/min,氮气用量为15000scm3
步骤205、向具有裂缝的所述煤层内泵注前置液以重新启缝,所述前置液为清水,泵注排量为5.0-7.0m3/min,液量为25m3
具体的,可以从油套环空大排量泵注前置液,目的是为了使前期氮气压裂形成的裂缝重新开启并达到一定宽度,为后续填砂做准备。
步骤206、向具有裂缝的煤层内注入携砂液,以使得裂缝形成导流通道。
具体的,可以从油套环空大排量泵注携砂液,目的是为了携带支撑剂充填前置液形成的裂缝,从而形成高导流能力通道。
其中,携砂液可以为清水与20/40目石英砂的混合物,其中清水为200m3,石英砂为20m3,排量为5.0-7.0m3/min。需要注意的是,优选的,泵注程序可以按照先泵注150m3清水和15m3石英砂,砂比10%,然后泵注25m3清水,砂量5m3,砂比20%的次序进行。
步骤207、注入顶替液顶替井筒容积后停泵以使得裂缝闭合,所述顶替液为清水。
在实际操作的过程中,可以从油套环空顶替环空井筒容积后停泵关井半小时以等待裂缝闭合。
步骤208、开启油井进行返排。
进行返排的目的是为了利用氮气的压缩膨胀能量从煤层深部将煤层压裂缝周围的压裂液驱替出来,减少压裂液滞留煤层。
具体的,返排可以采用油嘴控制。当井口压力大于10MPa时,采用3mm油嘴进行返排;当井口压力为5-10MPa时,采用5mm油嘴进行返排;当井口压力为小于5MPa时,采用8mm油嘴返排。返排以井口不出砂为标准,当出砂时更换小级别油嘴处理。
步骤209、当井口压力为零后下放油管探砂面,用清水冲砂至人工井底。彻底洗井保证进出水一致。
步骤210、下泵装抽排采。
该方法有效地解决了煤层孔隙水锁因素对解吸的不利影响,从而能够有效提高和稳定单井产量。
以下以不同条件的煤层为例,对本发明实施例所提供的低渗低压煤层气储层氮气饱和水力压裂工艺的实际操作过程进行说明。
实施例1
煤层深度600-606米,厚度6米,渗透率0.05md。对于这样一种条件的煤层,实际所采用的低渗低压煤层气储层氮气饱和水力压裂工艺步骤如下:
步骤1:煤层射孔,射孔段601—604米,射孔厚度3米,60度相位角,48孔(采用102射孔枪装填127弹)。
步骤2:下尺寸为D73mm寸的压裂管柱至煤层顶部598米,用氮气泵车进行氮气反气举作业,氮气排量为50-100m3/min,直至井筒水被排除干净。(氮气来源为液氮经氮气泵车气化处理成常温氮气,以下同。)
步骤3:从油套环空泵注氮气,氮气排量为1000scm3/min,氮气用量为10000scm3
步骤4:从油套环空泵注氮气,氮气排量为200scm3/min,氮气用量为10000scm3
步骤5:从油套环空泵注前置液,前置液为清水,泵注排量为6.0m3/min,液量为25m3
步骤6:从油套环空泵注携砂液,携砂液为清水+20/40目石英砂,其中清水为200m3,石英砂为20m3,排量为6.0m3/min。泵注程序要求:先泵注150m3清水和15m3石英砂,砂比10%;然后泵注25m3清水,砂量5m3,砂比20%。
步骤7:从油套环空顶替5.0m3清水后停泵关井半小时。
步骤8:开井放喷返排,采用油嘴控制。当井口压力大于10MPa时,采用3mm油嘴进行返排;当井口压力为5-10MPa时,采用5mm油嘴进行返排;当井口压力为小于5MPa时,采用8mm油嘴返排;返排以井口不出砂为标准,当出砂时更换小级别油嘴处理。
步骤9:当井口压力为零后下放油管探砂面,用清水冲砂至人工井底,彻底洗井保证进出水一致。
步骤10:下泵装抽排采。
实施例2
煤层深度1000-1006米,厚度6米,渗透率0.01md。对于这样一种条件的煤层,实际所采用的低渗低压煤层气储层氮气饱和水力压裂工艺步骤如下:
步骤1:煤层射孔,射孔段1001—1004米,射孔厚度4米,60度相位角,64孔(采用102射孔枪装填127弹)。
步骤2:下尺寸为D73mm寸的压裂管柱至煤层顶部995米,用氮气泵车进行氮气反气举作业,氮气排量为50-100m3/min,直至井筒水被排除干净。(氮气来源为液氮经氮气泵车气化处理成常温氮气,以下同。)
步骤3:从油套环空泵注氮气,氮气排量为1500scm3/min,氮气用量为15000scm3
步骤4:从油套环空泵注氮气,氮气排量为300scm3/min,氮气用量为15000scm3
步骤5:从油套环空泵注前置液,前置液为清水,泵注排量为6.0m3/min,液量为25m3
步骤6:从油套环空泵注携砂液,携砂液为清水+20/40目石英砂,其中清水为200m3,石英砂为20m3,排量为7.0m3/min。泵注程序要求:先泵注150m3清水和15m3石英砂,砂比10%;然后泵注25m3清水,砂量5m3,砂比20%。
步骤7:从油套环空顶替8.0m3清水后停泵关井半小时。
步骤8:开井放喷返排,采用油嘴控制。当井口压力大于10MPa时,采用3mm油嘴进行返排;当井口压力为5-10MPa时,采用5mm油嘴进行返排;当井口压力为小于5MPa时,采用8mm油嘴返排;返排以井口不出砂为标准,当出砂时更换小级别油嘴处理。
步骤9:当井口压力为零后下放油管探砂面,用清水冲砂至人工井底,彻底洗井保证进出水一致。
步骤10:下泵装抽排采。
以上也仅仅是举例说明,应当理解,对于不同的煤层,操作人员可以根据实际条件相应调整各个步骤的参数,本发明在此不一一列举。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低渗低压煤层气储层氮气饱和水力压裂工艺,其特征在于,所述方法包括:
采用氮气注入油管压裂煤层进行造缝;
向具有裂缝的所述煤层内持续挤注氮气以达到氮气饱和;
向具有裂缝的所述煤层内注入携砂液,以使得所述裂缝形成导流通道;
开启油井进行返排。
2.根据权利要求1所述的低渗低压煤层气储层氮气饱和水力压裂工艺,其特征在于,在采用氮气注入油管压裂煤层进行造缝的过程中,所述氮气的排量为500-2000scm3/min,所述氮气的用量为7000-15000scm3
3.根据权利要求1所述的低渗低压煤层气储层氮气饱和水力压裂工艺,其特征在于,在向具有裂缝的所述煤层内持续挤注氮气的过程中,所述氮气的排量为100-400scm3/min,所述氮气的用量为7000-15000scm3
4.根据权利要求1所述的低渗低压煤层气储层氮气饱和水力压裂工艺,其特征在于,所述携砂液为清水与20/40目石英砂的混合物,其中所述清水为200m3,所述石英砂为20m3,所述携砂液的排量为5.0-7.0m3/min。
5.根据权利要求1所述的低渗低压煤层气储层氮气饱和水力压裂工艺,其特征在于,返排过程采用油嘴控制;
当井口压力大于10MPa时,采用3mm油嘴进行返排;
当井口压力为5-10MPa时,采用5mm油嘴进行返排;
当井口压力小于5MPa时,采用8mm油嘴进行返排。
6.根据权利要求1-5任一所述的低渗低压煤层气储层氮气饱和水力压裂工艺,其特征在于,在采用氮气注入油管压裂煤层进行造缝之前,所述方法还包括:
对煤层进行射孔,射孔厚度为2-4米,射孔参数为16孔/米,60度相位角。
7.根据权利要求6所述的低渗低压煤层气储层氮气饱和水力压裂工艺,其特征在于,所述方法还包括:
进行氮气反气举作业排除井筒水,所述氮气排量为50-100m3/min。
8.根据权利要求1-5任一所述的低渗低压煤层气储层氮气饱和水力压裂工艺,其特征在于,在向具有裂缝的所述煤层内注入携砂液之前,所述方法还包括:
向具有裂缝的所述煤层内泵注前置液以重新启缝,所述前置液为清水,泵注排量为5.0-7.0m3/min,液量为25m3
9.根据权利要求1-5任一所述的低渗低压煤层气储层氮气饱和水力压裂工艺,其特征在于,在向具有裂缝的所述煤层内注入携砂液之后,所述方法还包括:
注入顶替液顶替井筒容积后停泵以使得裂缝闭合,所述顶替液为清水。
10.据权利要求1-5任一所述的低渗低压煤层气储层氮气饱和水力压裂工艺,其特征在于,在返排结束后,所述方法还包括:
当井口压力为零后下放油管探砂面,用清水冲砂至人工井底;
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