CN106833595A - 一种多溶剂组合压裂液及煤层气井压裂施工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多溶剂组合压裂液及煤层气井压裂施工工艺，提出了以多类型组合溶剂为基础的压裂施工工艺技术与方法。本发明中在前置液阶段注入的多组分酸，可以溶蚀煤中的矿物质且打开地层；携砂液初期注入有效的有机溶剂，促进有机溶剂与煤体发生作用，改善煤中的孔隙性，降低吸水性；在中后期阶段，借助于常规携砂液对裂缝进行进一步的扩展延伸。最终在考虑合理成本和最大限度地保护环境的前提下，起到提高煤层气解吸、扩散、渗流、产出能力的作用。
Description
技术领域
本发明涉及煤层气开发领域，特别涉及一种多溶剂组合压裂液及煤层气井压裂施工工艺。
背景技术
溶剂萃取/溶出法是研究煤储层物性特征的有效手段之一，目前众多学者对有机溶剂、无机溶剂、氧化剂等不同性质的溶剂作用下的煤物性特征，如孔隙性、吸附性、渗透性等，进行了大量的研究。研究揭示有机溶剂可以降低甲烷的吸附能力，扩孔、增孔效应增强了孔隙的连通性，有利于甲烷的解吸及运移；无机酸溶剂溶解出煤中的矿物质，其多来源于孔裂隙中的充填物，溶出有助于扩大孔隙，改善孔喉，以及增加裂隙的导流能力，利于气体的运移产出；氧化剂可以溶离煤中侧链、极性官能团，一方面减小了煤体的表面能，减弱煤的吸附能力，利于气体的解吸。另一方面使得煤的大分子结构相对疏松，空洞增多，孔隙度增大，开放孔含量增多，利于气体的运移。
煤层气开发过程中，实施储层压裂，改善储层物性对煤层气井提产增效的有效手段，其中压裂液的选择及施工工艺对压裂后裂缝的控制至关重要。优质的压裂液具有携砂能力强，摩阻低，滤失少，煤储层的伤害小等特点，目前实际生产中采用的压裂液仍以水基压裂液为主，主要起到物理的储层强化效果。需要寻找到一种物理+化学手段结合的方法充分改善煤储层的物性特征，提高解吸-扩散-渗流的能力，从而从根本上提高煤层气井的产量，实现大规模的开发利用。
发明内容
本发明的目的是提供一种多溶剂组合压裂液及煤层气井压裂施工工艺，基于溶剂的不同性质对煤样的物性特征改造不同，如无机酸溶剂可以溶解煤中的矿物质（碳酸盐类、硅酸盐类等矿物质），改善渗流通道；有机溶剂可以溶解煤中的有机小分子化合物，起到扩孔，改善孔隙连通性的作用；氧化剂可以溶离煤中的极性官能团和侧链，在疏松煤的大分子结构，增加开放孔含量的同时，减小煤体表面能，降低煤的吸附性，从而利于气体的解吸和运移。因此在煤层气井压裂施工过程中，基于不同煤储层的物质组成和物性特征，将常规的储层物理强化改造方法与物理化学、化学改造手段相结合，有针对性地选择不同的压裂液组合进行压裂施工，对于提高煤储层压裂效果，促进煤层气井产气量具有实践价值，并为煤储层压裂改造提供新思路。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种多溶剂组合压裂液，其特征在于：包括酸性前置液、前端携砂液、后端携砂液和常规顶替液，所述酸性前置液为多组分混合酸溶液；所述前端携砂液包括清水、有机溶剂和/或二氧化氯，所述有机溶剂为水溶性、无毒或微毒性有机溶剂；所述后端携砂液为常规携砂液；
进一步的，所述多组分混合酸溶液为盐酸、氢氟酸、乙酸中的至少两种；
所述水溶性有机溶剂为四氢呋喃、丙酮、乙醇中的至少一种。
一种煤层气井压裂施工工艺，其特征是通过以下步骤实现：
S1、配置少量多溶剂组合压裂液，对煤储层开采试样进行萃取/溶出实验，获取真实煤储层物性及煤岩煤质参数数据，根据获得的实验结果，设计压裂施工方案，选择压裂液种类、浓度及相应的添加剂；
S2、根据步骤S1所设计的施工方案，配置多溶剂组合压裂液；
S3、压裂工序，注入步骤S2中配置的酸性前置液，在压裂液压开地层的同时，溶解煤储层裂隙中的矿物质，增强渗流的通道；
S4、携砂液初期阶段，地层压开后，注入步骤S2中配置的前端携砂液，注入完成后静置一段时间，将地层裂缝扩展延伸，同时对煤中的小分子化合物进行溶解或破坏极性键，起到增孔、扩孔的作用；
S5、携砂液中后期阶段，注入步骤S2中配置的后端携砂液，支撑裂缝；
S6、充填阶段，将管线和井筒内的后端携砂液以及步骤S2中配置的常规顶替液全部注入煤层气井，防止沉砂井底，造成砂卡；
S7、返排阶段，加入破胶剂和助排剂，将多溶剂组合压裂液从煤层气井中返排出井，并继续注入常规顶替液，以免造成压裂液滤失，污染储层；
S8、回收阶段，将步骤S7阶段中返排出的多溶剂组合压裂液进行回收，并对回收物进行分离再利用。
进一步的，所述步骤S3中，用来盛放酸性前置液的容器为哈氏合金。
为了更好的实施本发明，所述步骤S4中，前端携砂液注入完成后的静置时间大于一个小时。
更进一步的，所述步骤S7的多溶剂组合压裂液返排过程中，先将多溶剂组合压裂液抽排完全后，再向煤层气井注入常规顶替液。
本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
本发明基于溶剂萃取/溶出的原理，结合煤储层压裂工艺的施工工序特点，将配比好的不同性质的压裂液依据储层的实际特征，调节前置液、携砂液的注入，在裂缝扩展延伸的同时，可以起到改善孔隙连通性的作用。同时，在压裂液返排过程中将压裂液对储层的损害降低到最低点，对有机压裂液进行回收，保护环境，实现溶剂萃取/溶出的方法在储层强化中的应用。本发明能够更为有效地改变煤层气井压裂过程中的孔、裂隙系统的扩展延伸，达到改善储层物性和降低煤的吸附能力，从而大大提高煤层气解吸、扩散、渗流的能力，提高煤层气井的产出。本发明将溶剂萃取/溶出的成果，根据煤储层的实际情况，与储层压裂施工工序有效地结合，可实现真实储层条件下煤储层物性的充分改善，进一步丰富了压裂液的选取配方，提高了储层压裂技术工艺，对煤层气压裂开发提供新技术。本发明还具有贴近实际、节约成本和操作方便优点。
附图说明
图1为本发明的施工工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
本实施例中，酸性前置液阶段可以选用的盐酸、HF、乙酸均产自洛阳市化学试剂厂，携砂液初期选用的四氢呋喃、丙酮、乙醇有机溶剂均产自天津市河东区红岩试剂厂。同时采用采自山西长治矿区霍尔辛赫矿的煤样进行测试。采样标准见GBT18023-2000。
S1、配置少量多溶剂组合压裂液：
酸性前置液1、将36%的盐酸与蒸馏水按5:4的比例混合，制成20%的盐酸溶液200ml；
酸性前置液2、将99.5%的乙酸与蒸馏水按1:5的比例混合，制成20%的乙酸溶液200ml；
酸性前置液3、将40%HF与蒸馏水按1:1的比例混合，制成20%的氢氟酸溶液200ml；
前端携砂液1、二氧化氯溶液的制备选用成都艾科达化学试剂有限公司生产的二氧化氯及其配套的固体试剂，准备大小两个容器，大容器装0.4L清水，小容器装0.1L，将配套试剂溶于小容器，原料溶于大容器搅拌均匀后将小容器倒入大容器混合反应，加盖10-20分钟，可以得到浓度为2g/l的ClO2溶液；
前端携砂液2、四氢呋喃、丙酮、乙醇（均为分析纯）分别准备200ml的溶剂。
使用上述压裂液对煤储层开采试样进行萃取/溶出实验，获取煤储层物性改造的具体参数数据如下：
表1 测试样品的矿物质组成测定
表2 测试样品接触角测定
表3 测试样品的孔隙结构参数
根据获得的实验结果，设计压裂施工方案，选择压裂液种类、浓度及相应的添加剂，具体如下：
多溶剂组合压裂液方案一：
酸性前置液为20wt%HCl和20wt%HF混合溶液；
前端携砂液选用有机溶剂为四氢呋喃；
后端携砂液为常规水基压裂液；
常规顶替液为活性水；
多溶剂组合压裂液方案二：
酸性前置液为20wt%乙酸和20wt%HF混合溶液；
前端携砂液选用的有机溶剂为丙酮；
后端携砂液为常规水基压裂液；
常规顶替液为活性水。
S2、根据步骤S1所设计的施工方案，配置多溶剂组合压裂液；
S3、压裂工序，注入步骤S2中配置的酸性前置液直至压开地层，在压裂液压开地层的同时，溶解煤储层裂隙中的碳酸盐和粘土矿物质，增强渗流的通道，降低吸水性；
S4、携砂液初期阶段，地层压开后，注入步骤S2中配置的前端携砂液，注入完成后静置一段时间，将地层裂缝扩展延伸，同时对煤中的小分子化合物进行溶解或破坏极性键，起到增孔、扩孔的作用，增强孔隙的连通性；
S5、携砂液中后期阶段，注入步骤S2中配置的后端携砂液，支撑裂缝，整个携砂液阶段应持续作用至少60min；
S6、充填阶段，将管线和井筒内的后端携砂液利用步骤S2中配置的常规顶替液全部注入煤层气井，防止沉砂井底，造成砂卡；
S7、返排阶段，根据储层实际情况在前置液，携砂液，顶替液阶段适当加入破胶剂和助排剂，将多溶剂组合压裂液从煤层气井中高效快速返排出井，以免造成压裂液滤失，污染储层；
S8、回收阶段，将步骤S7阶段中反排出的多溶剂组合压裂液进行回收，并对回收物进行分离再利用。
上述实施例仅仅是为清晰地说明所作的举例，而并非对实施的组合溶剂的浓度、类型进行了限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施类型予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (7)
1.一种多溶剂组合压裂液，其特征在于：包括酸性前置液、前端携砂液、后端携砂液和常规顶替液，所述酸性前置液为多组分混合酸溶液；所述前端携砂液包括清水、有机溶剂和/或二氧化氯，所述有机溶剂为水溶性、无毒或微毒性有机溶剂；所述后端携砂液为常规携砂液。
2.根据权利要求1所述的一种多溶剂组合压裂液，其特征在于：所述多组分混合酸溶液为盐酸、氢氟酸、乙酸中的至少两种。
3.根据权利要求1所述的一种多溶剂组合压裂液，其特征在于：所述有机溶剂为四氢呋喃、丙酮、乙醇中的至少一种。
4.一种利用权利要求1所述的多溶剂组合压裂液的煤层气井压裂施工工艺，其特征是通过以下步骤实现：
S1、配置少量权利要求1所述的多溶剂组合压裂液，对煤储层开采试样进行萃取/溶出实验，获取真实煤储层物性及煤岩煤质参数数据，根据获得的实验结果，设计压裂施工方案，选择压裂液种类、浓度及相应的添加剂；
S2、根据步骤S1所设计的施工方案，配置权利要求1所述的多溶剂组合压裂液；
S3、压裂工序，注入步骤S2中配置的酸性前置液，在压裂液压开地层的同时，溶解煤储层裂隙中的矿物质，增强渗流的通道；
S4、携砂液初期阶段，地层压开后，注入步骤S2中配置的前端携砂液，注入完成后静置一段时间，将地层裂缝扩展延伸，同时对煤中的小分子化合物进行溶解或破坏极性键，起到增孔、扩孔的作用；
S5、携砂液中后期阶段，注入步骤S2中配置的后端携砂液，支撑裂缝；
S6、充填阶段，将管线和井筒内的后端携砂液以及步骤S2中配置的常规顶替液全部注入煤层气井，防止沉砂井底，造成砂卡；
S7、返排阶段，加入破胶剂和助排剂，将多溶剂组合压裂液从煤层气井中返排出井，并继续注入常规顶替液，以免造成压裂液滤失，污染储层；
S8、回收阶段，将步骤S7阶段中返排出的多溶剂组合压裂液进行回收，并对回收物进行分离再利用。
5.根据权利要求4所述的一种煤层气井压裂施工工艺，其特征在于：所述步骤S3中，用来盛放酸性前置液的容器为哈氏合金。
6.根据权利要求4所述的一种煤层气井压裂施工工艺，其特征在于：所述步骤S4中，前端携砂液注入完成后的静置时间大于一个小时。
7.根据权利要求4所述的一种煤层气井压裂施工工艺，其特征在于：所述步骤S7的多溶剂组合压裂液返排过程中，先将多溶剂组合压裂液抽排完全后，再向煤层气井注入常规顶替液。
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