CN107859508B - 一种低温煤层气井压裂裂缝转向方法 - Google Patents

一种低温煤层气井压裂裂缝转向方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种低温煤层气井压裂裂缝转向方法，包括步骤一：以5.0‑15.0m3/min的排量向目的层中注入压裂液进行造缝；二，以5.0‑20.0m3/min的排量向目的层中注入携砂液支撑裂缝；三，以1.0‑15.0m3/min的排量向目的层中注入转向液，携带转向剂到裂缝预定转向处桥堵；四：对施工管柱内的携砂液进行顶替。本发明针对煤层气井的温度低、含水高的储层，提出一种新的水力压裂裂缝转向技术，适用于煤层气的直井、斜井或水平井。可以实现水力压裂裂缝的缝内转向，增加裂缝缝网复杂程度，增大压裂改造面积，提高煤层气单井产能和经济效益。

Description

一种低温煤层气井压裂裂缝转向方法
技术领域
本发明属于油气开采领域，具体涉及一种使用转向剂组合物进行煤气开采的方法。
背景技术
煤层气属于非常规天然气，世界煤层气储量约占天然气总数量的1/3。我国具有极为丰富的煤层气资源储量，埋深在2000m以内的煤层气资源量就与天然气的地质储量相当。
我国煤层气具有层多、层薄、压力系数低、渗透率低、饱和度低、非均质强等特点。要实现煤层气的工业开发，增产改造是必要的措施，其主要手段是通过水力压裂改造措施来实现。
为提高煤层气水力压裂改造效果，可通过使水力压裂裂缝在煤层气储层中发生转向，增加裂缝复杂程度，增大压裂改造面积，沟通新的高含气区域，提高气井的产能。缝内转向技术是在水力压裂过程中加入转向剂，在水力压裂裂缝通道里形成暂时的桥堵，导致升压，从而压开新的支裂缝或沟通更多微裂缝，增大油或水的泄流面积，实现油气增产。待水力压裂结束后，转向剂要能溶于水或溶于油，快速排出。
常规转向技术仅有压裂和支撑的操作，转向剂不进入地层，仅在井筒附近裂缝口处发生桥堵转向。煤层气井储层温度一般较低，一般在20℃-30℃，常规的裂缝转向技术在这种条件下，仅能实现缝口处的裂缝转向，转向半径小，仅能实现一级转向，改造面积小。
本发明针对煤层气低温含水储层，提出一种裂缝缝内转向技术，不仅实现水力裂缝的缝内转向，且能实现多级裂缝转向，使裂缝缝网更加复杂，增大压裂改造面积，提高单井产能和经济效益。
发明内容
针对现有技术的不足之处，本发明的目的是提出一种低温煤层气井压裂裂缝转向方法。
本发明目的通过下述技术方案来实现：
一种低温煤层气井压裂裂缝转向方法，包括步骤：
步骤一：以5.0-15.0m3/min的排量向目的层中注入100-600m3压裂液进行造缝；
步骤二：以5.0-20.0m3/min的排量向目的层中注入10-800m3砂比为1％-50％的携砂液支撑裂缝；
步骤三：以1.0-15.0m3/min的排量向目的层中注入转向液，携带转向剂到裂缝预定转向处桥堵；
步骤四：对施工管柱内的携砂液进行顶替。
其中，步骤一所述压裂液，为清水压裂液、活性水压裂液、滑溜水压裂液、冻胶压裂液、线性胶压裂液、泡沫压裂液、清洁压裂液中的一种或多种。
步骤一的压裂液造缝中，可采用多级低砂比的粉砂段塞，可以打磨孔眼，降低弯曲摩阻。粉砂可以作为降滤失剂降低压裂液体的滤失，提高压裂液的造缝效率。-
其中，所述步骤二中，携砂液中添加低温破胶剂，使压裂施工结束后，携砂液粘度降至5mPa·s以下，利于返排液的排出。
其中，所述低温破胶剂为OP-10，LX-2009低温破胶激活剂，胶囊破胶剂，生物酶破胶剂，过硫酸铵、过硫酸钾、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠中的一种或多种。
其中，步骤三中，所述转向剂由部分醇解的聚乙烯醇、明胶、腐植酸钠、磷酸盐合成，其中聚乙烯醇的醇解度为50～90％，所述转向液是在压裂液中添加转向剂而得，所述压裂液，为清水压裂液、活性水压裂液、滑溜水压裂液、冻胶压裂液、线性胶压裂液、泡沫压裂液、清洁压裂液中的一种或多种。
步骤三中，转向剂材料优选为水溶性暂堵材料，能够在20℃-30℃溶解于压裂液或煤层气地层水中，完全溶解时间为5-23小时。步骤三加入转向液，携带转向剂在压裂裂缝中形成桥堵，裂缝内净压力增加，迫使裂缝发生转向。聚乙烯醇(PVA)是聚醋酸乙烯酯的水解产物，其在水中的溶解性很大程度上受醇解度的支配。完全醇解的PVA在水中的溶解极微，醇解度在90％以下时，在20℃常温下几乎完全溶解，但随着醇解度的上升，溶解度则大幅度下降。
所述转向剂可采用多种方法合成，此处提出一种转向剂和合成方法：转向剂的合成原料为体积份的1～3wt％明胶水溶液20～60份，20～40wt％腐植酸钠水溶液10～50份，2～10wt％聚乙烯醇水溶液1～20份，20～60wt％磷酸二氢钠水溶液1～10份，
合成方法为：明胶水溶液加热至50℃～70℃，加入腐植酸钠水溶液和磷酸二氢钠水溶液，不断搅拌下滴加聚乙烯醇水溶液，再继续搅拌15～60min，停止反应，恒温脱水至黑褐色固状物，粉碎过筛。
本发明的优选技术方案之一为：所述步骤四中，将步骤一到步骤三顺序重复1至9次，然后再进行一次步骤一到步骤二的操作；然后对施工管柱内的携砂液进行顶替(即，步骤一进行3～11次，步骤二进行3～11次，步骤三进行2～10次，步骤四进行1次)。
本发明的另一优选技术方案为：步骤三完成后再进行一次步骤一到步骤二的操作，然后进行步骤四：对施工管柱内的携砂液进行顶替(即，步骤一进行2次，步骤二进行2次，步骤三进行1次，步骤四进行1次)。
其中，转向液中转向剂的质量含量为1-20％，转向剂的粒径为1mm-20mm。
其中，转向液的用量使每级20-50立方米(级是指一次转向，发生桥堵后压力上升，加入转向剂压力下降，说明裂缝转向，一次转向为一级)。
步骤四所述的顶替属于常规流程，即注入清水(不含砂)将携砂液全挤入地层，使井筒中不含携砂液。
本发明的有益效果：
本发明提出的方法，采用水溶性转向剂，压裂完成后转向剂溶解于压裂液或地层水中，随返排液排出地层，对已压开裂缝解封。
本发明针对煤层气井的温度低、含水高的储层，提出一种新的水力压裂裂缝转向技术，适用于煤层气的直井、斜井或水平井。
本发明适用于新井的复杂缝网结构压裂，也适用于老井重复压裂改造，可以实现水力压裂裂缝的缝内转向，增加裂缝缝网复杂程度，增大压裂改造面积，提高煤层气单井产能和经济效益。
附图说明
图1为转向剂材料在30℃清水中的溶解曲线图
图2为实施例2中K井压裂管柱结构图。
图3为实施例2中K井压裂施工曲线图。
图中，1为表层套管，2为生产套管，3为转向剂，4为人工井底。
具体实施方式
以下以具体实施例来进一步说明本发明技术方案。本领域技术人员应当知晓，实施例仅用于说明本发明，不用于限制本发明的范围。
实施例中，如无特别说明，所用技术手段为本领域常规的技术手段。
实施例1
本实施例中，转向剂由部分醇解的聚乙烯醇(醇解度88％)、明胶、腐植酸钠、磷酸盐按一定比例合成。合成的过程为：
所述转向剂由部分醇解的聚乙烯醇、明胶、腐植酸钠、磷酸盐合成。取1kg明胶撒入50L的纯化水中，水浴加热至60℃，待其自然溶胀后，加入35wt％的腐植酸钠水溶液10L，加入50wt％磷酸二氢钠水溶液1L，不断搅拌下滴加聚乙烯醇5wt％水溶液1L，继续搅拌30min，然后恒温脱水至黑褐色固状物，粉碎过筛。
转向剂为黑褐色颗粒状固体，五个平行样检测的平均真实密度为1.15g/cm3。转向剂材料粒径范围为1mm-20mm。取粒径在5mm的颗粒5g于30℃100ml清水中测其溶解度，结果见图1，完全溶解时间在18小时内。
实施例2
本实施例中，转向剂由部分醇解的聚乙烯醇(醇解度88％)、明胶、腐植酸钠、磷酸盐按一定比例合成。合成的过程为：
所述转向剂由部分醇解的聚乙烯醇、明胶、腐植酸钠、磷酸盐合成。取0.5kg明胶撒入40L的纯化水中，水浴加热至68℃，待其自然溶胀后，加入35wt％的腐植酸钠水溶液15L，加入50wt％磷酸二氢钠水溶液2L，不断搅拌下滴加聚乙烯醇5wt％水溶液2L，继续搅拌30min，然后恒温脱水至黑褐色固状物，粉碎过筛。
转向剂为黑褐色颗粒状固体，五个平行样检测的平均真实密度为1.25g/cm3。转向剂材料粒径范围为1mm-20mm。取粒径在5mm的颗粒5g于30℃100ml清水中测其溶解度，在15小时内完全溶解。
实施例3
利用江苏华安科研仪器有限公司生产的DT-01型调剖堵水高温高压模拟装置，对实施例1所得转向材料进行测试。填砂管横截面积5cm2，恒流泵最高流速50ml/min，最高压力40MPa。转向材料厚度1.5cm时，突破压力为5.2MPa；转向材料厚度3.0cm时，突破压力为10.6MPa；转向材料厚度5.0cm时，不能突破。
对实施例2所得转向材料进行测试。填砂管横截面积5cm2，恒流泵最高流速50ml/min，最高压力40MPa。转向材料厚度1.5cm时，突破压力为5.4MPa；转向材料厚度3.0cm时，突破压力为10.7MPa；转向材料厚度4.8cm时，不能突破。
实施例4
K井是中国西南地区的一口煤层气井，该井于2015年9月完井，完钻井深931.00m，压裂层段井斜2.8-2.9°，固井质量合格。根据选层原则和全井煤层资源分布情况，对主力煤层M8进行压裂改造；压裂井段：858.28-863.78m，射孔(即压裂井段从858.28到863.78m长度为5.5m)井段长度：5.50m。采用压裂裂缝转向技术对该井进行压裂改造，液体采用活性水压裂液。活性水配方为：2％KCl+0.2％高效助排剂+清水。高效助排剂为四川省广汉市阜康化工科技有限公司提供的压裂酸化用助排剂氟碳表面活性剂。
压裂管柱结构参见图2。设置人工井底4(-931.00m)的压裂管柱，包括生产套管2，钻井开孔后位于表土层以下的基岩位置，下入表层套管1，转向剂3注入M8煤层。
步骤一：以8.0m3/min的排量向目的层(目的层即压裂井段858.28-863.78m)中注入310m3前置液进行造缝，采用多级低砂比的粉砂段塞。
步骤二：以8.0m3/min的排量向目的层中注入305m3携砂液，平均砂比10.2％。
步骤三：以8.0m3/min的排量向目的层中注入30m3转向液，携带质量分数18％的转向剂(实施例1制)到裂缝预定转向处桥堵；
步骤四：重复步骤一、步骤二，以8.0m3/min的排量向目的层中注入200m3携砂液、265m3携砂液，平均砂比9.4％；
步骤五：对施工管柱内的携砂液进行顶替。
2015年11月3日对该井进行压裂施工。破裂压力不明显，施工压力21.4-17.6MPa，施工排量8.0m3/min，注入压裂液量614.3m3，加砂30.0m3，平均砂比10.2％；加入转向剂后，压力上升5.3MPa，进行第二级压裂，施工压力22.9-19.1MPa，施工排量8.0m3/min，注入压裂液量464.1m3，加砂25.0m3，平均砂比9.4％。施工结束停泵压裂15.7MPa，测压降1h后压力11.2MPa(图3)。
2015年11月4日21:00该井开始放喷排液，12月20日井口出现小股气流，至1月15日产气量逐渐提至500m3/d，2月1日产气量达到1150m3/d，而后进行控压稳产。该井见气时间短，气量提升快，说明该井得到了有效改造。
以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种低温煤层气井压裂裂缝转向方法，其特征在于，包括步骤：
步骤一：以5.0-15.0m3/min的排量向目的层中注入100-600m3压裂液进行造缝；
步骤二：以5.0-20.0m3/min的排量向目的层中注入10-800m3砂比为1％-50％的携砂液支撑裂缝；
步骤三：以1.0-15.0m3/min的排量向目的层中注入转向液，携带转向剂到裂缝预定转向处桥堵；
步骤四：对施工管柱内的携砂液进行顶替；
步骤三中，所述转向剂由部分醇解的聚乙烯醇、明胶、腐植酸钠、磷酸盐合成，其中聚乙烯醇的醇解度为50～90％；所述转向液是在压裂液中添加转向剂而得，所述压裂液，为清水压裂液、活性水压裂液、滑溜水压裂液、冻胶压裂液、线性胶压裂液、泡沫压裂液、清洁压裂液中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的低温煤层气井压裂裂缝转向方法，其特征在于，步骤一所述压裂液，为清水压裂液、活性水压裂液、滑溜水压裂液、冻胶压裂液、线性胶压裂液、泡沫压裂液、清洁压裂液中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的低温煤层气井压裂裂缝转向方法，其特征在于，所述步骤二中，携砂液中添加低温破胶剂，使压裂施工结束后，携砂液粘度降至5mPa·s以下。
4.根据权利要求3所述的低温煤层气井压裂裂缝转向方法，其特征在于，所述低温破胶剂为OP-10，LX-2009低温破胶激活剂，胶囊破胶剂，生物酶破胶剂，过硫酸铵、过硫酸钾、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的低温煤层气井压裂裂缝转向方法，其特征在于，所述转向剂的合成原料为体积份的1～3wt％明胶水溶液20～60份，20～40wt％腐植酸钠水溶液10～50份，2～10wt％聚乙烯醇水溶液1～20份，20～60wt％磷酸二氢钠水溶液1～10份，合成方法为：明胶水溶液加热至50℃～70℃，加入腐植酸钠水溶液和磷酸二氢钠水溶液，不断搅拌下滴加聚乙烯醇水溶液，再继续搅拌15～60min，停止反应，恒温脱水至黑褐色固状物，粉碎过筛。
6.根据权利要求1～5任一项所述的低温煤层气井压裂裂缝转向方法，其特征在于，转向液中转向剂的质量含量为1-20％，转向剂的粒径为1mm-20mm。
7.根据权利要求1～5任一项所述的低温煤层气井压裂裂缝转向方法，其特征在于，所述步骤四中，将步骤一到步骤三顺序重复1至9次，然后再进行一次步骤一到步骤二的操作；然后对施工管柱内的携砂液进行顶替。
8.根据权利要求1～5任一项所述的低温煤层气井压裂裂缝转向方法，其特征在于，步骤三完成后再进行一次步骤一到步骤二的操作，然后进行步骤四：对施工管柱内的携砂液进行顶替。
9.根据权利要求1～5任一项所述的低温煤层气井压裂裂缝转向方法，其特征在于，转向液的用量为每级转向用量20-50立方米。
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