CN106703775A - 一种煤层气压裂方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种煤层气压裂方法，属于煤层气开发领域。所述方法包括：步骤1：煤层中段射孔；步骤2：配制低粘度的压裂液；步骤3：通过所述压裂液在所述射孔位置进行至少3次的压裂铺砂，每次压裂铺砂后停泵30‑60分钟再进行下一次压裂铺砂。本发明通过在煤层中段射孔，将压裂液的过流通道控制在煤层中段，避免了在压裂过程中前置液注入阶段的压窜风险；通过至少3次的压裂铺砂，实现控制裂缝在煤层延伸，支撑剂在煤层中有效铺置，形成较长、较高的高导流能力通道，提高煤层气产量。

Description

一种煤层气压裂方法
技术领域
本发明涉及煤层气开发领域，特别涉及一种煤层气压裂方法。
背景技术
煤层气是煤炭的共、伴生气体资源，由煤层自生自储，我国煤层气储层多属于中低渗储层，具有孔隙度低、渗透率低的特性，在煤层气开发中通常需要采用压裂来实现增产获得产能，但是由于煤岩具有弹性模量较低、泊松比高、塑性强的力学特性，煤岩压裂时易形成短而宽的裂缝，那么针对煤气层的这些特性，压裂方法的研究与优化十分重要。
压裂通常利用地面高压泵，通过井筒将压裂液挤注进入储层，当注入压裂液的速度超过储层的吸收能力时，形成很高的压力，当这种压力超过井底附近煤岩的破裂压力时，煤岩将被压开并产生裂缝，继续挤注压裂液，裂缝继续向储层内部扩张。为了保持压开的裂缝处于张开状态，接着需要挤入带有支撑剂的携砂液，携砂液进入裂缝之后，一方面可以使裂缝继续向前延伸，另一方面可以支撑已经压开的裂缝，使其不会闭合。再接着注入顶替液，将井筒的携砂液全部顶替进入裂缝，用支撑剂将裂缝支撑起来，使储层与井筒之间建立起一条新的流体通道。
煤层气压裂液的最初阶段使用高粘度的压裂液，例如胍胶溶液，但其由于含有大量聚合物使得其粘度较高，聚合物等成分易与煤层发生物理化学作用而对煤层造成伤害等原因而使用较少，目前阶段，对于煤层气的压裂通常采用活性水作为压裂液，其以水作为基底，加入防膨剂、杀菌剂等添加剂，由于活性水压裂液粘度低携砂能力差，压裂方法采用大排量、大液量连续注入的方式，例如，专利文献CN102094612A公开了一种煤层气井活性水压裂工艺，该工艺采用如下步骤实现：(1)循环；(2)试压；(3)试挤；(4)压裂；(5)支撑；(6)放压；所述步骤(1)、(3)、(3)、(5)中，压裂液由清水、表面活性剂、杀菌剂配制而成；所述步骤(4)、(5)中，压裂泵的泵注排量为5-9m3/min；压裂泵注采用套管注入方式。再例如专利文献CN102852509A公开了一种高阶煤煤层气储层压裂的方法，该方法采用如下步骤实现：(1)多口井煤层中部深射孔；(2)活性水压裂；(3)变排量压裂；(4)全程加砂；(5)测压降；(6)放压，关井48小时后连续放喷，排量不超过lm3/h；(7)下入生产管柱。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
压裂方法没有考虑煤岩的力学特性，不能使支撑剂在煤层中有效铺置，并且由于煤储层的破裂延伸压力高于常规储层，容易压窜，造成支撑剂无效填充非改造层。
发明内容
为了解决现有技术的上述问题，本发明实施例提供了一种煤层气压裂方法。所述技术方案如下：
一种煤层气压裂方法，所述方法包括：
步骤1：煤层中段射孔；
步骤2：配制低粘度的压裂液；
步骤3：通过所述压裂液在所述射孔位置进行至少3次的压裂铺砂，每次压裂铺砂后停泵30-60分钟再进行下一次压裂铺砂。
优选地，所述煤层中段射孔具体为选择距离煤层顶界1.0-1.5米以及距离煤层底界1.0-1.5米的中段位置进行射孔。
优选地，所述射孔参数为16孔/米，60度相位角。
优选地，所述步骤2中所述低粘度的压裂液指其粘度在20mpa·s以内。
优选地，所述步骤2中所述压裂液为氯化钾溶液或者滑溜水压裂液。
优选地，所述氯化钾溶液的质量分数为0.5％-1.0％，所述滑溜水压裂液中降阻剂的质量分数为0.05％-0.1％。
优选地，所述滑溜水压裂液的煤芯伤害率小于20％。
优选地，所述步骤3中所述压裂铺砂包括：将压裂液作为前置液注入；在压裂液中加入石英砂作为携砂液注入；将压裂液作为顶替液注入。
优选地，所述步骤3中所述每次压裂铺砂中所述携砂液中石英砂的质量分数逐渐增加。
优选地，所述步骤3中所述铺砂后停泵30-60分钟，为在所述顶替液注入完之后停泵30-60分钟。
优选地，所述步骤3中所述至少3次的压裂铺砂，优选为3-5次压裂铺砂。
优选地，所述步骤3中所述至少3次的压裂铺砂，第一次压裂铺砂的石英砂采用40-70目砂；第二次以及第二次之后压裂铺砂的石英砂采用20-40目砂。
优选地，所述步骤3中所述至少3次的压裂铺砂，包括：第一次压裂铺砂的压裂液总液量为200-300m3，注入排量为4.0-5.0m3/min，砂量为10-20m3；第二次压裂铺砂的压裂液总液量为150-250m3，注入排量为5.0-6.0m3/min，砂量为10-20m3；第三次压裂铺砂的压裂液总液量100-200m3，注入排量为6.0-7.0m3/min，砂量为10-20m3。
优选地，所述步骤3中所述至少3次的压裂铺砂，还包括：第三次之后压裂铺砂的压裂液总液量为100-200m3，注入排量为6.0-7.0m3/min，砂量为10-20m3。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明提供的压裂方法，其通过在煤层中段射孔，将压裂液的过流通道控制在煤层中段，避免了在压裂过程中前置液注入阶段的压窜风险；第一次压裂铺砂后停泵，使得支撑剂在压裂形成的通道中形成了阻挡水力裂缝下窜的桥堵带，减少了压裂中出现压窜的几率，也为后续几次压裂在煤层内铺砂创造了条件；后续几次压裂铺砂则逐渐增加了支撑剂堆积的高度、提高了液体流速，使得支撑剂进一步向水力裂缝远端铺置；从而通过至少3次的压裂铺砂，实现控制裂缝在煤层延伸，支撑剂在煤层中有效铺置，形成较长、较高的高导流能力通道，提高煤层气产量。
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，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。
一种煤层气压裂方法，所述方法包括：
步骤1：煤层中段射孔；
步骤2：配制低粘度的压裂液；
步骤3：通过所述压裂液在所述射孔位置进行至少3次的压裂铺砂，每次压裂铺砂后停泵30-60分钟再进行下一次压裂铺砂。
本发明提供的压裂方法，其通过在煤层中段射孔，将压裂液的过流通道控制在煤层中段，避免了在压裂过程中前置液注入阶段的压窜风险；通过利用压裂液在所述射孔位置进行至少3次的压裂铺砂，每次压裂铺砂后停泵30-60分钟再进行下一次压裂铺砂，实现支撑剂在煤层中有效铺置。具体地，第一次压裂铺砂后停泵30-60分钟，由于加入支撑剂的压裂液是低粘度的，因此在停泵期间支撑剂在压裂液中沉降，沉降到压裂形成的裂缝通道的底部，形成了阻挡裂缝下窜的桥堵带，减少了后续几次压裂铺砂出现压窜的几率，同时由于支撑剂沉降在裂缝通道底部减少了通道的过流截面，使第二次压裂铺砂的压裂液流速增加，从而使裂缝进一步在煤层中延伸，支撑剂进一步向水力裂缝远端铺置；再第二次压裂铺砂后停泵30-60分钟，撑开了第一次压裂未支撑的裂缝进行加支撑剂填充，并且逐渐将支撑剂铺设在第一次压裂形成的桥堵带上增加了支撑剂堆积的高度，后续的压裂铺砂同样逐渐增加了支撑剂堆积的高度、提高了液体流速，使得支撑剂进一步向水力裂缝远端铺置；从而通过至少3次的压裂铺砂，实现支撑剂在煤层中有效铺置，形成较长、较高的高导流能力通道。
具体地，在煤层中段射孔指选择距离煤层顶界1.0-1.5米以及距离煤层底界1.0-1.5米的中段位置进行射孔，其中，射孔参数为16孔/米，60度相位角，其中，相位角是指相邻两孔角度。本领域技术人员可以理解的是，射孔形成的通道是为后续压裂液的进入通道，选择在煤层的中段射孔而保留与煤层边界的一定距离，未射孔的位置可以防止压裂过程中出现压窜，射孔参数为现有技术，在此不作详细描述。
具体地，所述步骤2中所述低粘度的压裂液指其粘度在20mpa·s以内，目的是为了携砂液在停泵期间支撑剂能够在液体中沉降下来，并且出于减少对煤层伤害的考虑，本发明实施例优选低粘度的压裂液，进一步优选为其粘度在20mpa·s以内的压裂液。
具体地，所述步骤2中所述压裂液为氯化钾溶液或者滑溜水压裂液，所述氯化钾溶液的质量分数为0.5％-1.0％，氯化钾作为防膨剂，可以防止煤岩中粘土水化膨胀和分散运移，所述滑溜水压裂液中降阻剂的质量分数为0.05％-0.1％，所述滑溜水压裂液的煤芯伤害率小于20％。上述氯化钾溶液以及滑溜水压裂液为本领域常规采用的可以作为压裂液的低粘度液体，本发明不对滑溜水的具体配方作出具体限定，可以根据实际情况来改变其组分以及组分的含量。例如，滑溜水的配方可以为以下质量分数的组分：0.1％聚丙烯酰胺、0.5％氯化钾、0.05％甲醛、以及余量的水。其中降阻剂可以为聚丙烯酰胺、胍胶、纤维素等常规种类。滑溜水压裂液的主要成分是降阻剂，目的是减少液体与其接触面之间的摩擦阻力，对于井筒较长的深井，作为一种优选方案，采用滑溜水压裂液，本发明不对滑溜水压裂液的配方作出具体限制，作为一种优选方案，为了达到降低摩擦阻力以及减少对储层的伤害的目的，滑溜水压裂液中降阻剂的质量分数为0.05％-0.1％，所述滑溜水压裂液的煤芯伤害率小于20％，对于井筒短的浅井，作为一种优选方案，更为经济环保的选择是氯化钾溶液。具体的使用，可以根据实际情况作出相应的调整。
具体地，所述步骤3中所述压裂铺砂包括：将压裂液作为前置液注入；在压裂液中加入石英砂作为携砂液注入；将压裂液作为顶替液注入。本领域技术人员可以理解的是，每一次的压裂铺砂都应具备压裂的上述几个步骤，本发明实施例中，处于经济环保的考虑，可以根据实际情况对前置液、携砂液、顶替液的具体用量作出相应的调整，第一次压裂铺砂的按照上述的顺序即为依次注入前置液、携砂液、顶替液，由于第一次压裂铺砂注入的顶替液约为井筒的容积，并在第二次压裂铺砂之前保留在井筒中，那么第二次压裂铺砂时重新注入的前置液可以比第一次压裂铺砂注入的前置液少，后续的压裂铺砂时需要重新注入的前置液也是同样的比第一次压裂铺砂注入的前置液少，并且作为一种优选方案，每次压裂铺砂的携砂液中石英砂的质量分数逐渐增大，那么后续的携砂液用量也相应的减少，上述的将每次压裂铺砂的携砂液中石英砂的质量分数逐渐增大，也就是说第二次压裂铺砂的携砂液中石英砂的质量分数比第一次裂铺砂的携砂液中石英砂的质量分数大，后续的逐渐增大，由于第一次压裂铺砂已经形成了裂缝，并且支撑剂沉降将裂缝的过流截面减小，在排量不变的情况下，液体注入的流速会提高，那么第二次压裂铺砂不需要携砂液中液体含量很大就可以使其进入裂缝远端进行铺设。
优选地，所述步骤3中所述铺砂后停泵30-60分钟，为在所述顶替液注入完之后停泵30-60分钟。也就是说，在顶替液将井筒中的携砂液都全部注入裂缝中之后，再进行停泵，避免井筒中的携砂液在停泵期间在井筒中沉降。
优选地，所述至少3次的压裂铺砂，第一次压裂铺砂的石英砂采用40-70目砂；第二次以及第二次之后压裂铺砂的石英砂采用20-40目砂。第一次压裂采用细砂，目的是为了使支撑剂铺设的距离更远，由于后续压裂铺砂相对于第一次压裂铺砂的作用是增高支撑剂高度，延伸铺设，后续几次的压裂铺砂采用粒径相对较大的中砂。
本发明不对压裂铺砂的具体次数上限作出限定，根据实际情况应作出相应的调整，对于我国的常规煤层气井，一般选择3-5次压裂铺砂，实际实施中，根据实际情况中煤层的厚度和压裂难度选择具体为多少次压裂铺砂，但至少应该进行3次压裂铺砂才可满足将支撑剂在煤层中有效铺置的目的，支撑剂在煤层中有效铺置也就是指有效控制压裂裂缝在煤层延伸，保证绝大部分支撑剂在煤层中铺置，最终在煤层内形成较长、较高的铺砂剖面和高导流能力通道。
具体地，所述至少3次的压裂铺砂，包括：第一次压裂铺砂的压裂液总液量为200-300m3，注入排量为4.0-5.0m3/min，砂量为10-20m3；第二次压裂铺砂的压裂液总液量为150-250m3，注入排量为5.0-6.0m3/min，砂量为10-20m3；第三次压裂铺砂的压裂液总液量100-200m3，注入排量为6.0-7.0m3/min，砂量为10-20m3。第一次压裂液总液量需要分为前置液、携砂液和顶替液，第一次压裂液总液量相对于后续的压裂液总液量值较大，其中顶替液为井筒的容积，那么第一次压裂液总液量减去携砂液以及顶替液，即得到第一次压裂铺砂的前置液液量，例如：第一次压裂液总液量为300m3，砂量为20m3，按照携砂液中石英砂的质量分数为10％计算，那么携砂液应为200m3，顶替液为井筒的容积10m3，那么第一次压裂铺砂的前置液液量应为90m3；第二次压裂液总液量为250m3，砂量为20m3，按照携砂液中石英砂的质量分数为12％计算，那么携砂液应为167m3，顶替液为井筒的容积10m3，那么第二次压裂铺砂时需重新加入的前置液液量应为73m3，由于第一次压裂铺砂的顶替液还留在井筒中，第二次压裂铺砂的总的前置液为这部分井筒中保留的液体以及第二次压裂铺砂时需重新加入的前置液液量之和，也就是说第二次压裂铺砂的总的前置液为83m3；由于第一次压裂铺砂的支撑剂已经在裂缝底部沉降，减小了裂缝的过流截面，后续压裂铺砂相对于第一次压裂铺砂的压裂液注入排量相应较大，并且后续压裂铺砂的携砂液中石英砂的质量分数逐渐增大，若在砂量不变的情况下，携砂液的液量则相应减少。
那么对于三次以上的压裂铺砂，第三次之后压裂铺砂的压裂液总液量为100-200m3，注入排量为6.0-7.0m3/min，砂量为10-20m3。
以下将通过具体实施例进一步描述本发明：
实施例1
本实施例以煤层深度为700-706米，厚度为6米，煤层测试渗透率为0.1mD为例，进行压裂方法的具体应用。
步骤1：煤层中段射孔；选择射孔段为701-705米之间，射孔厚度为4米，射孔64个，采用102枪，127弹，60度相位角；
步骤2：配制低粘度的压裂液；配制质量分数为0.5％的氯化钾溶液；
步骤3：第一次压裂铺砂；压裂施工参数为：压裂液总液量300m3(其中，前置液的液量为90m3，携砂液的液量为200m3，顶替液的液量为10m3)，排量5.0m3/min，砂量20m3，采用40-70目天然石英砂，石英砂在携砂液中的质量分数为10％，顶替液泵注完后停泵30分钟；
第二次压裂铺砂；压裂施工参数为：压裂液总液量250m3(其中，前置液的液量为73m3，携砂液的液量为167m3，顶替液的液量为10m3)，排量5.0m3/min，砂量20m3，采用20-40目天然石英砂，石英砂在携砂液中的质量分数为12％；顶替液泵注完后停泵30分钟；
第三次压裂铺砂；压裂施工参数为：压裂液总液量200m3(其中，前置液的液量为47m3，携砂液的液量为143m3，顶替液的液量为10m3)，排量6.0m3/min，砂量20m3，采用20-40目天然石英砂，石英砂在携砂液中的质量分数为14％；顶替液泵注完后停泵30分钟；
第四次压裂铺砂；压裂施工参数为：压裂液总液量100m3(其中，前置液的液量为27m3，携砂液的液量为63m3，顶替液的液量为10m3)，排量6.0m3/min，砂量10m3，采用20-40目天然石英砂，石英砂在携砂液中的质量分数为16％；顶替液泵注完后停泵30分钟；
第五次压裂铺砂；压裂施工参数为：压裂液总液量100m3(其中，前置液的液量为27m3，携砂液的液量为63m3，顶替液的液量为10m3)，排量7.0m3/min，砂量10m3，采用20-40目天然石英砂，石英砂在携砂液中的质量分数为16％；顶替液泵注完后结束压裂施工。
通过实施例1的具体应用，可以实现支撑剂在煤层中有效铺置，形成较长、较高的高导流能力通道，并且在压裂铺砂的过程当中没有出现压窜的现象，提高了煤层气产量。
实施例2：
本实施例以煤层深度为1500-1506米，厚度为6米，煤层测试渗透率为0.01mD为例，进行压裂方法的具体应用。
步骤1：煤层中段射孔；选择射孔段为1501-1505米之间，射孔厚度4米，射孔64个，采用102枪，127弹，60度相位角；
步骤2：配制低粘度的压裂液；配制含有质量分数0.05％降阻剂的滑溜水压裂液，其中降阻剂为聚丙烯酰胺；
步骤3：第一次压裂铺砂；压裂施工参数为：压裂液总液量250m3(其中，前置液的液量为40m3，携砂液的液量为200m3，顶替液的液量为10m3)，排量5.0m3/min，砂量20m3，采用40-70目天然石英砂，石英砂在携砂液中的质量分数为10％，顶替液泵注完后停泵30分钟；
第二次压裂铺砂。压裂施工参数为：压裂液总液量200m3(其中，前置液的液量27m3，携砂液的液量为153m3，顶替液的液量为20m3)，排量6.0m3/min，砂量20m3，采用20-40目天然石英砂，石英砂在携砂液中的质量分数为13％，顶替液泵注完后停泵30分钟；
第三次压裂铺砂。压裂施工参数为：压裂液总液量150m3(其中，前置液的液量为30m3，携砂液的液量为100m3，顶替液的液量为20m3)，排量7.0m3/min，砂量15m3，采用20-40目天然石英砂，石英砂在携砂液中的质量分数为15％，顶替液泵注完后结束压裂施工。
通过实施例2的具体应用，可以实现支撑剂在煤层中有效铺置，形成较长、较高的高导流能力通道，并且在压裂铺砂的过程当中没有出现压窜的现象，提高了煤层气产量。
上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本公开的可选实施例，在此不再一一赘述。
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)

1.一种煤层气压裂方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1：煤层中段射孔；
步骤2：配制低粘度的压裂液；
步骤3：通过所述压裂液在所述射孔位置进行至少3次的压裂铺砂，每次压裂铺砂后停泵30-60分钟再进行下一次压裂铺砂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述煤层中段射孔具体为选择距离煤层顶界1.0-1.5米以及距离煤层底界1.0-1.5米的中段位置进行射孔；所述射孔参数为16孔/米，60度相位角。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中所述低粘度的压裂液指其粘度在20mpa·s以内，所述压裂液为氯化钾溶液或者滑溜水压裂液，所述氯化钾溶液的质量分数为0.5％-1.0％，所述滑溜水压裂液中降阻剂的质量分数为0.05％-0.1％，所述滑溜水压裂液的煤芯伤害率小于20％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中所述压裂铺砂包括：将压裂液作为前置液注入；在压裂液中加入石英砂作为携砂液注入；将压裂液作为顶替液注入。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤3中所述每次压裂铺砂中所述携砂液中石英砂的质量分数逐渐增加。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤3中所述铺砂后停泵30-60分钟，为在所述顶替液注入完之后停泵30-60分钟。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤3中所述至少3次的压裂铺砂，优选为3-5次压裂铺砂。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤3中所述至少3次的压裂铺砂，第一次压裂铺砂的石英砂采用40-70目砂；第二次以及第二次之后压裂铺砂的石英砂采用20-40目砂。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤3中所述至少3次的压裂铺砂，包括：第一次压裂铺砂的压裂液总液量为200-300m3，注入排量为4.0-5.0m3/min，砂量为10-20m3；第二次压裂铺砂的压裂液总液量为150-250m3，注入排量为5.0-6.0m3/min，砂量为10-20m3；第三次压裂铺砂的压裂液总液量100-200m3，注入排量为6.0-7.0m3/min，砂量为10-20m3。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤3中所述至少3次的压裂铺砂，还包括：第三次之后压裂铺砂的压裂液总液量为100-200m3，注入排量为6.0-7.0m3/min，砂量为10-20m3。
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