CN107387049B - 重复压裂方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重复压裂方法及系统，属于煤层气开采领域，用于对煤层进行重复压裂。所述方法包括：向煤层初次压裂形成的初次裂缝系统中注入防膨液；向煤层的初次射孔段中注入封堵剂以封堵初次裂缝系统，初次射孔段是在煤层初次压裂过程中形成的；在煤层和煤层的顶板处进行射孔作业，形成二次射孔段；向二次射孔段中注入压裂液和支撑剂，使得煤层形成二次裂缝系统。本发明通过向煤层初次压裂形成的初次裂缝系统中注入防膨液，并向煤层的初次射孔段中注入封堵剂以封堵初次裂缝系统，使得重复压裂形成的裂缝系统更容易向不存在裂缝的区域延伸扩展，从而保证了煤层的产气量和采收率。

Description

重复压裂方法及系统

技术领域

本发明涉及煤层气开采领域，特别涉及一种重复压裂方法及系统。

背景技术

煤层气是吸附在煤基质颗粒表面的烃类气体，是煤的伴生矿产资源。随着开采技术的不断进步，在开采煤矿的同时，还可以对煤层气进行采集。在实际应用中，为了开采煤层气，可以对煤层进行压裂，也即是在高压状态下将压裂液注入煤层中，以在煤层中形成裂缝，而后向形成的裂缝中注入支撑剂，防止裂缝闭合，从而在煤层中最终形成裂缝系统。然而，由于煤层中的煤岩泊松比较高，而杨氏模量较低，因此，煤层压裂后形成的裂缝系统很可能高度较大且分支较多，这样的裂缝系统质量较低，不足以维持长时间稳定的产气量，造成产气量过少，煤层气采收率过低的问题。

相关技术中，当煤层压裂后形成的裂缝系统质量较低时，可以对煤层进行重复压裂，重复压裂后形成的裂缝系统很可能质量较好，从而可以提高煤层的产气量和采收率。

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：

煤层重复压裂产生的裂缝会优先进入煤层原有的裂缝系统中，而难以向不存在裂缝的区域延伸扩展，这就导致煤层重复压裂形成的裂缝系统往往质量也较差，无法有效地提高煤层的产气量和采收率。

发明内容

为了解决现有技术重复压裂形成的裂缝系统质量较差，无法有效地提高煤层的产气量和采收率的问题，本发明实施例提供了一种重复压裂方法及系统。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种重复压裂方法，所述方法包括：

向煤层初次压裂形成的初次裂缝系统中注入防膨液，注入的所述防膨液的体积与所述煤层的煤层气解吸体积的差值小于预设阈值；

向所述煤层的初次射孔段中注入封堵剂以封堵所述初次裂缝系统，所述初次射孔段是在所述煤层初次压裂过程中形成的；

在所述煤层和所述煤层的顶板处进行射孔作业，形成二次射孔段；

向所述二次射孔段中注入压裂液和支撑剂，使得所述煤层形成二次裂缝系统。

在第一种可能的实施方式中，所述向所述煤层的初次射孔段中注入封堵剂以封堵所述初次裂缝系统之前，所述方法还包括：

获取注入所述防膨液后预设时间内井口压力的变化量；

所述向所述煤层的初次射孔段中注入封堵剂以封堵所述初次裂缝系统，包括：

当所述井口压力的变化量不超过预设变化量阈值时，向所述煤层的初次射孔段中注入所述封堵剂以封堵所述初次裂缝系统。

在第二种可能的实施方式中，所述封堵剂凝固后的抗压强度和抗张强度均高于所述煤层中的煤岩。

在第三种可能的实施方式中，所述向所述二次射孔段中注入压裂液和支撑剂，使得所述煤层形成二次裂缝系统之后，所述方法还包括：

将所述压裂液以高于预设流速阈值的流速排出所述二次裂缝系统。

另一方面，提供了一种重复压裂系统，所述重复压裂系统包括：

防膨液注入设备，用于向煤层初次压裂形成的初次裂缝系统中注入防膨液，注入的所述防膨液的体积与所述煤层的煤层气解吸体积的差值小于预设阈值；

封堵剂注入设备，用于向所述煤层的初次射孔段中注入封堵剂以封堵所述初次裂缝系统，所述初次射孔段是在所述煤层初次压裂过程中形成的；

射孔设备，用于在所述煤层和所述煤层的顶板处进行射孔作业，形成二次射孔段；

压裂液注入设备，用于向所述二次射孔段中注入压裂液和支撑剂，使得所述煤层形成二次裂缝系统。

在第一种可能的实施方式中，所述重复压裂系统还包括：

压力变化量获取设备，用于获取注入所述防膨液后预设时间内井口压力的变化量；

所述封堵剂注入设备，还用于当所述井口压力的变化量不超过预设变化量阈值时，向所述煤层的初次射孔段中注入所述封堵剂以封堵所述初次裂缝系统。

在第二种可能的实施方式中，所述封堵剂凝固后的抗压强度和抗张强度均高于所述煤层中的煤岩。

在第三种可能的实施方式中，所述重复压裂系统还包括：

压裂液排出设备，用于将所述压裂液以高于预设流速阈值的流速排出所述二次裂缝系统。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过向煤层初次压裂形成的初次裂缝系统中注入防膨液，使得初次裂缝系统中的压力等于煤层其他位置的压力，同时向煤层的初次射孔段中注入封堵剂以封堵初次裂缝系统，使得煤层重复压裂产生的裂缝不会因为初次裂缝系统压力较煤层其他位置处较小而优先进入初次裂缝系统中，也不会因为初次裂缝系统在压力作用下更容易开裂而优先进入初次裂缝系统中，从而使得重复压裂形成的二次裂缝系统更容易向不存在裂缝的区域延伸扩展，从而提高了重复压裂形成的裂缝系统质量良好的概率，继而保证了煤层的产气量和采收率。

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重复压裂方法的流程图。

图2是本发明实施例提供的一种重复压裂方法的流程图。

图3是本发明实施例提供的一种重复压裂系统300的框图。

图4是本发明实施例提供的一种重复压裂系统400的框图。

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。

请参考图1，其示出了本发明一个实施例提供的重复压裂方法的流程图，该重复压裂方法可以由本发明下文提供的重复压裂系统执行。如图1所示，该重复压裂方法可以包括以下步骤：

步骤101、向煤层初次压裂形成的初次裂缝系统中注入防膨液，注入的该防膨液的体积与该煤层的煤层气解吸体积的差值小于预设阈值。

步骤102、向该煤层的初次射孔段中注入封堵剂以封堵该初次裂缝系统，该初次射孔段是在该煤层初次压裂过程中形成的。

步骤103、在该煤层和该煤层的顶板处进行射孔作业，形成二次射孔段。

步骤104、向该二次射孔段中注入压裂液和支撑剂，使得该煤层形成二次裂缝系统。

综上所述，本实施例提供的重复压裂方法，通过向煤层初次压裂形成的初次裂缝系统中注入防膨液，使得初次裂缝系统中的压力等于煤层其他位置的压力，同时向煤层的初次射孔段中注入封堵剂以封堵初次裂缝系统，使得煤层重复压裂产生的裂缝不会因为初次裂缝系统压力较煤层其他位置处较小而优先进入初次裂缝系统中，也不会因为初次裂缝系统在压力作用下更容易开裂而优先进入初次裂缝系统中，从而使得重复压裂形成的二次裂缝系统更容易向不存在裂缝的区域延伸扩展，从而提高了重复压裂形成的裂缝系统质量良好的概率，继而保证了煤层的产气量和采收率。

请参考图2，其示出了本发明一个实施例提供的重复压裂方法的流程图，该重复压裂方法可以由本发明下文提供的重复压裂系统执行。如图2所示，该重复压裂方法可以包括以下步骤：

步骤201、向煤层初次压裂形成的初次裂缝系统中注入防膨液，注入的该防膨液的体积与该煤层的煤层气解吸体积的差值小于预设阈值。

实际应用中，煤层初次压裂形成的初次裂缝系统内的应力明显小于煤层中不存在裂缝的位置处的应力，由于裂缝会优先向应力较小处扩展，则在煤层重复压裂过程中，重复压裂形成的二次裂缝系统会优先进入上述初次裂缝系统中，而难以向不存在裂缝的区域延伸扩展。为了避免这种情况，本发明可以向上述初次裂缝系统中注入防膨液，且注入的防膨液的体积与煤层的煤层气解吸体积的差值小于预设阈值，需要说明的是，该预设阈值可以由技术人员进行设定，在实际应用中，该预设阈值可以为0，或者，该预设阈值可以为远低于煤层气解吸体积量级的数值，本发明对此不做具体限定。由于煤层气解析体积大致等于初次裂缝系统中裂缝的体积，则注入的防膨液的体积与初次裂缝系统中裂缝的体积大致相等，从而可以使得初次裂缝系统内的应力与煤层中不存在裂缝的位置处的应力大致相等。在这种情况下，重复压裂形成的二次裂缝系统更容易向不存在裂缝的区域延伸扩展，从而提高了二次裂缝系统质量良好的概率，继而保证了煤层的产气量和采收率。

需要说明的是，上述防膨液指的是在活化水中添加防膨剂后所形成的液体，在实际应用中，该活化水可以为河水、泉水等，该防膨剂可以为氯化钾等，本发明对此不做具体限定。在实际应用中，煤层中包含粘土矿物，若是注入普通的液体，注入的液体会进入粘土矿物中导致粘土矿物膨胀，这不仅会对煤层造成污染，导致注入液体量增加，而且还会导致注入的液体无法排出的问题。为了防止上述问题，本发明可以向煤层中注入上述防膨液，防膨液能够避免进入粘土矿物中，从而可以有效地避免上述问题的发生。

步骤202、获取注入该防膨液后预设时间内井口压力的变化量。

井口压力间接反映了在步骤201中是否向初次裂缝系统中注入了足够的防膨液，这是因为若是向初次裂缝系统中注入了足够的防膨液，则继续注入的防膨液无法进入初次裂缝系统中，此时，井口压力会大于零。然而，井口压力大于零并不能完全说明向初次裂缝系统中注入了足够的防膨液，这是因为在一些情况下，防膨液进入初次裂缝系统的速度很可能较慢，也即是，防膨液进入初次裂缝系统的速度很可能小于向初次裂缝系统中注入防膨液的速度，在这种情况下井口的压力仍然会大于零。因此，本发明可以在井口压力大于零时，获取注入该防膨液后预设时间内井口压力的变化量，当该变化量较小时，即说明向初次裂缝系统中注入了足够的防膨液。需要说明的是，在实际应用中，上述预设时间可以由技术人员进行设置，例如，在本发明的一个实施例中，上述预设时间可以为30分钟，本发明对此不做具体限定。

步骤203、当该井口压力的变化量不超过预设变化量阈值时，向该煤层的初次射孔段中注入封堵剂以封堵该初次裂缝系统，该初次射孔段是在该煤层初次压裂过程中形成的。

如上所述，当该井口压力的变化量不超过预设变化量阈值时，也即是变化量较小时，即说明向初次裂缝系统中注入了足够的防膨液，此时，本发明可以向该煤层的初次射孔段中注入封堵剂以封堵该初次裂缝系统。对初次裂缝系统封堵之后，在进行重复压裂时，初次裂缝系统中的裂缝不会因为重复压裂的压力而扩展，也即是，重复压裂形成的二次裂缝系统不会进入到初次裂缝系统中。在这种情况下，重复压裂形成的二次裂缝系统更容易向不存在裂缝的区域延伸扩展，从而提高了二次裂缝系统质量良好的概率，继而保证了煤层的产气量和采收率。

需要说明的是，为了保证在对初次裂缝系统封堵之后，凝固后的封堵剂不会因为重复压裂的压力而产生裂缝，封堵剂凝固后的抗压强度和抗张强度应均高于该煤层中的煤岩。还需要说明的是，在实际应用中，该封堵剂可以为水泥，该预设变化量阈值可以由技术人员进行设定，如0.1兆帕斯卡等，本发明对此不做具体限定。

步骤204、在该煤层和该煤层的顶板处进行射孔作业，形成二次射孔段。

实际应用中，技术人员可以根据煤层顶板的岩层类型及煤层的煤层类型确定射孔位置和射孔比例系数，一般情况下，该射孔位置位于煤层与煤层的顶板的交界处，该射孔比例系数为煤层的顶板在竖直方向上被射开的长度与煤层在竖直方向上被射开的长度的比值。确定了射孔位置及射孔比例系数后，技术人员可以利用射孔枪进行射孔作业，最终形成二次射孔段。

步骤205、向该二次射孔段中注入压裂液和支撑剂，使得该煤层形成二次裂缝系统。

在对煤层与煤层的顶板进行射孔作业后，本发明可以通过高压将压裂液和支撑剂注入二次射孔段中，从而使得煤层以及煤层的顶板内部的射孔段破裂，形成裂缝，以最终形成二次裂缝系统。

需要说明的是，在重复压裂的过程中，本发明可以实时获取井口压力，若井口压力低于最小压力值时，说明重复压裂形成的二次裂缝系统质量较好，则此时可以减小压裂液的注入量，而提高支撑剂的注入量，以维持二次裂缝系统；若井口压力高于最大压力值时，说明重复压裂形成的二次裂缝系统质量仍然较差，则此时可以减小支撑剂的注入量，使得二次裂缝系统仅维持较短时间，方便进行下一次压裂。在实际应用中，该最小压力值和该最大压力值可以由技术人员进行设定，例如，在本发明的一个实施例中，该最小压力值可以设置为10兆帕斯卡，该最大压力值可以设置为20兆帕斯卡，本发明对此不做具体限定。

步骤206、将压裂液以高于预设流速阈值的流速排出该二次裂缝系统。

实际应用中，压裂液往往会对煤层造成伤害，导致煤层渗透率降低，从而影响煤层的产气量和采收率。为了将压裂液对煤层的损害降到最低，本发明可以在重复压裂之后，令压裂液快速排出二次裂缝系统中，也即是将压裂液以高于预设流速阈值的流速排出该二次裂缝系统。其中，上述预设流速阈值可以由技术人员进行设定，本发明对此不做具体限定。

需要说明的是，本发明实施例提供的重复压裂方法步骤的先后顺序可以进行适当调整，步骤也可以根据情况进行相应增减，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化的方法，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此不再赘述。

综上所述，本发明实施例提供的重复压裂方法，通过向煤层初次压裂形成的初次裂缝系统中注入防膨液，使得初次裂缝系统中的压力等于煤层其他位置的压力，同时向煤层的初次射孔段中注入封堵剂以封堵初次裂缝系统，使得煤层重复压裂产生的裂缝不会因为初次裂缝系统压力较煤层其他位置处较小而优先进入初次裂缝系统中，也不会因为初次裂缝系统在压力作用下更容易开裂而优先进入初次裂缝系统中，从而使得重复压裂形成的二次裂缝系统更容易向不存在裂缝的区域延伸扩展，从而提高了重复压裂形成的裂缝系统质量良好的概率，继而保证了煤层的产气量和采收率。

请参考图3，其示出了本发明一个实施例提供的重复压裂系统300的框图。如图3所示，该重复压裂系统300包括防膨液注入设备301、封堵剂注入设备302、射孔设备303和压裂液注入设备304。

防膨液注入设备301，用于向煤层初次压裂形成的初次裂缝系统中注入防膨液，注入的该防膨液的体积与该煤层的煤层气解吸体积的差值小于预设阈值。

封堵剂注入设备302，用于向该煤层的初次射孔段中注入封堵剂以封堵该初次裂缝系统，该初次射孔段是在该煤层初次压裂过程中形成的。

该封堵剂凝固后的抗压强度和抗张强度均高于该煤层中的煤岩。

射孔设备303，用于在该煤层和该煤层的顶板处进行射孔作业，形成二次射孔段。

压裂液注入设备304，用于向该二次射孔段中注入压裂液和支撑剂，使得该煤层形成二次裂缝系统。

需要说明的是，在实际应用中，该防膨液注入设备301、封堵剂注入设备302和压裂液注入设备304均可为泵车，该射孔设备303可以为射孔枪等，本发明对此不做具体限定。

参见图4，在本发明的另一个实施例中，还提供了另一种重复压裂系统400，该系统基于上述图3的实施例结构，还包括压力变化量获取设备305和压裂液排出设备306。

该压力变化量获取设备305，用于获取注入该防膨液后预设时间内井口压力的变化量。

该封堵剂注入设备302，还用于当该井口压力的变化量不超过预设变化量阈值时，向该煤层的初次射孔段中注入该封堵剂以封堵该初次裂缝系统。

该压裂液排出设备306，用于将该压裂液以高于预设流速阈值的流速排出该二次裂缝系统。

需要说明的是，上述压力变化量获取设备305可以为井口压力计或者可以为与井口压力计连接的处理设备，上述压裂液排出设备306也可以为泵车等，本发明对此不做具体限定。

综上所述，本发明实施例提供的重复压裂系统，通过向煤层初次压裂形成的初次裂缝系统中注入防膨液，使得初次裂缝系统中的压力等于煤层其他位置的压力，同时向煤层的初次射孔段中注入封堵剂以封堵初次裂缝系统，使得煤层重复压裂产生的裂缝不会因为初次裂缝系统压力较煤层其他位置处较小而优先进入初次裂缝系统中，也不会因为初次裂缝系统在压力作用下更容易开裂而优先进入初次裂缝系统中，从而使得重复压裂形成的二次裂缝系统更容易向不存在裂缝的区域延伸扩展，从而提高了重复压裂形成的裂缝系统质量良好的概率，继而保证了煤层的产气量和采收率。

上述实施例提供的重复压裂系统与重复压裂方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

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 (6)

1.一种重复压裂方法，其特征在于，所述方法包括：

向煤层初次压裂形成的初次裂缝系统中注入防膨液，注入的所述防膨液的体积与所述煤层的煤层气解吸体积的差值小于预设阈值，所述防膨液为在活化水中添加防膨剂后形成的液体；

获取注入所述防膨液后预设时间内井口压力的变化量；

当所述井口压力的变化量不超过预设变化量阈值时，向所述煤层的初次射孔段中注入封堵剂以封堵所述初次裂缝系统，所述初次射孔段是在所述煤层初次压裂过程中形成的；

在所述煤层和所述煤层的顶板处进行射孔作业，形成二次射孔段；

向所述二次射孔段中注入压裂液和支撑剂，使得所述煤层形成二次裂缝系统。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述封堵剂凝固后的抗压强度和抗张强度均高于所述煤层中的煤岩。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述向所述二次射孔段中注入压裂液和支撑剂，使得所述煤层形成二次裂缝系统之后，所述方法还包括：

将所述压裂液以高于预设流速阈值的流速排出所述二次裂缝系统。

4.一种重复压裂系统，其特征在于，所述重复压裂系统包括：

防膨液注入设备，用于向煤层初次压裂形成的初次裂缝系统中注入防膨液，注入的所述防膨液的体积与所述煤层的煤层气解吸体积的差值小于预设阈值，所述防膨液为在活化水中添加防膨剂后形成的液体；

压力变化量获取设备，用于获取注入所述防膨液后预设时间内井口压力的变化量；

封堵剂注入设备，用于当所述井口压力的变化量不超过预设变化量阈值时，向所述煤层的初次射孔段中注入封堵剂以封堵所述初次裂缝系统，所述初次射孔段是在所述煤层初次压裂过程中形成的；

射孔设备，用于在所述煤层和所述煤层的顶板处进行射孔作业，形成二次射孔段；

压裂液注入设备，用于向所述二次射孔段中注入压裂液和支撑剂，使得所述煤层形成二次裂缝系统。

5.根据权利要求4所述的重复压裂系统，其特征在于，所述封堵剂凝固后的抗压强度和抗张强度均高于所述煤层中的煤岩。

6.根据权利要求4所述的重复压裂系统，其特征在于，所述重复压裂系统还包括：

压裂液排出设备，用于将所述压裂液以高于预设流速阈值的流速排出所述二次裂缝系统。

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