CN108661604A - 一种邻近地层压裂改造开采煤层气的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种邻近地层压裂改造开采煤层气的方法，包括：钻进垂直井眼，下入套管、水力喷砂射孔和压裂管柱；选择距离煤层2～15米的上部邻近地层或下部邻近地层，或两煤层距离小于30米，在相邻两煤层之间邻近地层进行水力喷砂射孔；或在距离煤层2～15米的上部邻近地层或下部邻近地层或相邻两煤层距离小于30米，在两煤层之间钻进水平井眼；之后下套管固井，下入水力喷砂射孔和压裂管柱，进行水力喷砂射孔；采用油套同注方式，利用新型压裂泵注工艺进行水力压裂改造；新型压裂泵注工艺包括：逐段提高排量阶段、分段间歇加砂阶段、过量顶替阶段和压裂后快速放喷返排压裂液阶段，从而实现了有效支撑裂缝最大化以及煤层气的高产。

Description

一种邻近地层压裂改造开采煤层气的方法

技术领域

本发明涉及煤层气开采技术领域，更具体的说是涉及一种邻近地层压裂改造开采煤层气的方法。

背景技术

在煤层气勘探开采领域，通常在垂直井和定向井钻穿煤层下套管固井后，通过射孔和水力压裂改造，或在煤层中钻进水平井下套管固定后，通过分段射孔和分段水力压裂改造，或者在煤层中钻进各种各样的裸眼完井的水平井眼来增大煤层暴露面积，通过排水降压，使吸附在煤颗粒表面的煤层气解析产出，实现煤层气开采。

但是，以上方法存在压裂缝有效裂缝较短，压裂破坏煤层并产生大量煤粉，容易造成煤粉堆积，堵塞裂缝，造成气水产量快速下降，气产量低。

因此，如何实现有效支撑裂缝最大化以及煤层气的高产是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种邻近地层压裂改造开采煤层气的方法，通过新型压裂泵注工艺在邻近地层中产生大量的网状裂缝达到连通煤层的目的，实现煤层气的高效开采；而且新型压裂泵注工艺能够实现有效支撑裂缝长度最大化，对煤层干扰破坏最小，产生的煤粉较少，实现煤层气压裂井的高产。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种邻近地层压裂改造开采煤层气的方法，包括：钻进一垂直或定向井眼，下入套管固井后，下入水力喷砂射孔和压裂管柱；选择距离煤层2～15米的上部邻近地层或下部邻近地层进行水力喷砂射孔；或者若两煤层距离小于30米，在相邻两煤层之间的邻近地层进行水力喷砂射孔；

或者，在距离煤层2～15米的上部邻近地层或下部邻近地层钻进水平井眼，或者若相邻两煤层距离小于30米，在两煤层之间钻进水平井眼；钻进水平井眼后，下套管固井，之后下入水力喷砂射孔和压裂管柱，并进行水力喷砂射孔；

经过上述处理后，采用油套同注方式，利用新型压裂泵注工艺进行水力压裂改造；所述新型压裂泵注工艺包括：逐段提高排量阶段、分段间歇加砂阶段、过量顶替阶段和压裂后快速放喷返排压裂液阶段。

通过压裂改造在邻近地层中产生大量网状裂缝达到连通煤层的目的，实现煤层气的高效开采。同时，本发明提供的新型压裂泵注工艺能够实现支撑裂缝长度最大化，压裂改造对煤层干扰破坏最小，以及尽可能产生最少量的煤粉，实现煤层气压裂井的高产。

优选的，所述逐段提高排量阶段包括：前置液阶段：在地层破裂后，以2～3方/分钟的排量注入前置液，并逐级提高排量到5～6方/分钟；和泵注携砂液段：排量由6-8方/分钟逐级提高到8-10方/分钟，并配合若干个分段间隙加砂阶段。其中，逐渐提高排量的作用是尽可能延缓垂直水力裂缝过早连通目标煤层，并使水平网状裂缝尽可能得到充分发育，保持裂缝在压裂阶段持续生长，二是保持压裂液在裂缝内有较高的流速，使压裂砂被携砂液搬运的更远，达到有效支撑裂缝长度更长。

优选的，所述分段间歇加砂阶段包括：逐段提高排量阶段之后，根据地层特征和施工参数进行加砂，将加砂分成若干个间歇加砂阶段，每个间歇加砂阶段分为加砂阶段和停止加砂阶段，每个间歇加砂阶段中的加砂阶段完成后，进入停止加砂阶段，并同时提高排量，停止加砂阶段结束后，再进行下一个间歇加砂阶段，依次类推。分段间歇加砂阶段的作用是把堆积在井眼附近裂缝内的压裂砂，携带离开井眼附近，并移动到水力裂缝的更远端，达到提高有效支撑裂缝的长度最大化，降低了压裂砂在井口附近的堆积程度，减少压裂砂堵塞的风险，减小压力波动对煤层的伤害。

优选的，所述过量顶替阶段包括：采用2～4倍的标准顶替液量进行过量顶替；排量在8～10方/分钟或者更高，其目的是再次驱离堆积在井眼附近的压裂砂移动到裂缝的更远端，减少压裂砂的回吐，避免造成频繁卡泵和修井。

优选的，所述压裂后快速放喷返排压裂液阶段包括：在压裂改造完成后，立即放喷返排压裂液。在压裂结束后立即以较大的流量放喷压裂液，此时在井底和地层之间建立一个较大的压差，在这一压差的驱使下能够消除压裂产生的煤粉对煤层裂缝的堵塞伤害。

优选的，压裂后快速放喷返排压裂液阶段之后还包括：下放或上提喷砂管柱，通过水力喷砂射孔或割缝作业，连通井筒和煤层；

优选的，在钻进垂直或定向井眼的压裂改造中，若选择距离煤层2～15米的上部邻近地层，则待压裂液放喷返排结束后，下放喷砂管于煤层位置，通过水力喷砂射孔或割缝作业，连通井筒和煤层；若选择距离煤层2～15米的下部邻近地层，则待压裂液放喷返排结束后，上提喷砂管于煤层位置，通过水力喷砂射孔或割缝连通井筒和煤层；若在两煤层之间进行水力喷砂射孔，则先下放再上提喷砂管，分别对相邻两煤层中的下部煤层和上部煤层进行水力喷砂射孔或割缝作业，连通井筒和煤层。

压裂完成后，下放或上提喷砂射孔管柱，对煤层进行水力喷砂射孔或水力割缝，使得井筒直接连通煤层，煤层里的水和甲烷气可直接通过这些孔眼或水力割缝流到井筒，有利于煤层中的地层水和甲烷气得有最大限度的顺利排出，达到提高气产量的目的。

优选的，所述方法用于开采页岩气、致密砂岩油气或常规油气藏。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种邻近地层压裂改造开采煤层气的方法，通过压裂改造在邻近地层中产生大量网状裂缝达到连通煤层的目的，实现煤层气的高效开采。同时，本发明提供的新型压裂泵注工艺能够实现支撑裂缝长度最大化，压裂改造对煤层干扰破坏最小，以及尽可能产生最少量的煤粉，实现煤层气压裂井的高产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的垂直井邻近地层压裂改造施工示意图；

图2附图为本发明提供的垂直井水力喷砂射孔连通煤层施工状态图；

图3附图为本发明提供的邻近地层中水平分段压裂施工状态示意图；

图4附图为本发明提供的压裂液放喷返排施工状态图；

图5附图为本发明提供的煤层下部邻近地层中水平井分段压裂改造示意图；

图6附图为本发明提供的煤层上部邻近地层中水平井分段压裂改造示意图；

图7附图为本发明提供的两煤层中间地层中水平井分段压裂改造示意图；

图8附图为本发明提供的新型泵注工艺示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种邻近地层压裂改造开采煤层气的方法，参见附图1，钻一井眼直径为215.9mm的垂直井或定向井钻穿目的煤层，下入直径为139.7mm，钢级N80的套管1固井后，下入水力喷砂射孔压裂管柱2，选择距离第一煤层32～15米的上部邻近地层或选择距离第二煤层4较近的下部邻近地层，第三煤层5和第四煤层6距离较近(小于30米)，在第三煤层5和第四煤层6之间的邻近地层进行水力喷砂射孔，并采用管柱2和套管1同注的方式10，利用新型的泵注工艺，在邻近地层中压裂产生的大量的网状裂缝7连通第一煤层3，裂缝8连通第二煤层4，裂缝9连通第三煤层5和第四煤层6，进而达到间接改造第一煤层3，第二煤层4，第三煤层5和第四煤层6的目的，实现煤层气压裂井的高产。

参见附图4，快速放喷返排压裂液阶段是在压裂结束后，立即以较大的流量放喷返排压裂液，目的在于在井底和地层之间建立一较大的压差，在这一压差的作用下，压裂产生的堵塞煤粉就会松动并离开堵塞位置，并随放喷液体返排到地面，起到部分消除压裂产生的煤粉对第一煤层3～第四煤层6和对应的裂缝7～9的堵塞伤害。

参见附图2，若压裂第一煤层3上部的邻近地层，待压裂施工结束后，下放喷砂管柱2于第一煤层3的位置，通过水力喷砂射孔或割缝作业，连通套管1(即井筒)和第一煤层3；若压裂第二煤层4下部的邻近地层，待压裂施工结束后，上提喷砂管柱2于第二煤层4的位置，通过水力喷砂射孔或割缝作业，连通套管1(即井筒)和第二煤层4。若压裂第三煤层5和第四煤层6中间的邻近地层，则压裂施工结束后，先下放再上提喷砂管柱2，分别对下部的第四煤层6和上部的第三煤层5进行水力喷砂或割缝作业，连通套管1(即井筒)和第三煤层5、第四煤层6。连通各个煤层的目的在于：在排水采气过程中，煤层中的地层水和解析气能通过孔眼或割缝12得以最大限度的排出，实现提高气产量的目的。

参见附图3，第三煤层5和第四煤层6距离较近(3～30米)，在两个煤层的中间邻近地层中，钻进一直径为215.9mm的水平井眼，下入直径为139.7mm，钢级N80的套管1固井后，下入水力喷砂射孔压裂管柱2进行分段射孔，并采用管柱2和套管1同注方式10，利用新型的泵注工艺(具体请参见图8)，压裂改造邻近地层所产生的网状裂缝7～9连通目标煤层3～6，达到间接改造煤层3～6的目的，实现煤层气井的高产气量。

结合附图3、5、6、7，邻近地层中水平井分段压裂改造，是在距离煤层4附近(2-15米)的上部邻近地层或在距离煤层3附近(2-15米)的下部邻近地层中，若是两煤层15,16距离较近(3-30米)，在两煤层15，16的中间地层中，钻进一直径215.9mm的水平井眼，下入直径为139.7mm，钢级N80的套管1固井后，下入水力喷砂射孔压裂管柱2进行分段射孔，并采用管柱2和套管1同注的方式，利用新型的泵注工艺，请参见附图8，压裂改造邻近地层所产生的网状裂缝7～9连通目标煤层3～6达到间接改造煤层的目的，实现煤层气井的高产气量。

结合附图1，3，4，8，新型压裂泵注工艺，主要采用逐段提高排量阶段17,18和分段间歇加砂14,15，并采用过量顶替16以及压裂后快速放喷压裂液工艺，其目的是实现有效支撑裂缝7～9长度的最大化，压裂改造对煤层3～6干扰破坏最小，以及尽可能产生较少量的煤粉，实现煤层气压裂井的高产。

结合附图1，3，8，逐级提高泵注前置液排量(变排量)工艺17，是地层破裂后，开始以1-2方/分钟的排量注入注前置液，然后逐级提高排量到4-5方/分钟完成前置液注入，其作用是尽可能延缓水力裂缝7～9垂直方向过早连通目标煤层3～6并使水平网状裂缝7～9尽可能得到充分发育。

结合附图1，3，8，逐级提高泵注携砂液和清扫液排量(由5-6方/分钟逐级18提高到8-10方/分钟或更高)是每一加砂阶段14完成后，停止加砂阶段15的同时，提高排量18，注入一定量的压裂液(清扫液)，其主要作用一是维持压裂液在裂缝7～9内有较高的流速，使压裂砂被压裂液搬运的更远，使有效支撑裂缝7～9更长，二是大排量18注入有利于裂缝7～9垂直方向发育，起到裂缝对应连通目标煤层3～6的作用。

参见附图8，分段间歇加砂阶段，是在泵注混砂液阶段，根据地层特征和相应的施工参数等因素，以一定的砂比，分成若干个间歇加砂阶段14,15，每个加砂阶段14完成后，进行停止加砂阶段15，同时提高排量18，注一定量的压裂液15(清扫液)，然后开始第二个间歇加砂阶段14；其作用是把堆积在井眼附近裂缝7～9内的压裂砂驱离井眼附近并移动到裂缝7～9内的更远端，达到提高有效支撑裂缝7，8，9的长度，降低了压裂砂在井口附近的堆积程度，减少压裂砂堵塞的风险，减小压力波动对煤层3，4，5，6的伤害的目的。

过量顶替阶段，是在压裂顶替(用压裂液或清水把井筒内的压裂砂，顶替到压裂地层之中，避免井筒内沉积过多的压裂砂)阶段16，采用2-4倍的常规顶替液量进行过量顶替(排量8-10方/分钟或更高)，目的一是再次驱离堆积在井眼附近裂缝7，8，9内的压裂砂移动到裂缝7，8，9的更远端。二是减少快速放喷阶段(见图4)和排采生产期间压裂砂回吐所造成的频繁卡泵和修井。

此外，还需要说明的是，本发明实施例中所采用的具体的套管和井眼直径需要根据不同的工程条件进行适应性选择的，并不是一个固定的值，本发明仅仅以一种情况作为具体实施例加以说明，实际上对其并不做限定。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种邻近地层压裂改造开采煤层气的方法，其特征在于，包括：

钻进一垂直或定向井眼，下入套管固井后，下入水力喷砂射孔和压裂管柱；选择距离煤层2～15米的上部邻近地层或下部邻近地层进行水力喷砂射孔；或者若两煤层距离小于30米，在相邻两煤层之间的邻近地层进行水力喷砂射孔；

或者，在距离煤层2～15米的上部邻近地层或下部邻近地层钻进水平井眼，或者若相邻两煤层距离小于30米，在两煤层之间钻进水平井眼；钻进水平井眼后，下套管固井，之后下入水力喷砂射孔和压裂管柱，并进行水力喷砂射孔；

经过上述处理后，采用油套同注方式，利用新型压裂泵注工艺进行水力压裂改造；所述新型压裂泵注工艺包括：逐段提高排量阶段、分段间歇加砂阶段、过量顶替阶段和压裂后快速放喷返排压裂液阶段。

2.根据权利要求1所述的一种邻近地层压裂改造开采煤层气的方法，其特征在于，所述逐段提高排量阶段包括：前置液阶段：在地层破裂后，以2～3方/分钟的排量注入前置液，并逐级提高排量到5～6方/分钟；和泵注携砂液段：排量由6-8方/分钟逐级提高到8-10方/分钟，并配合若干个分段间隙加砂阶段。

3.根据权利要求2所述的一种邻近地层压裂改造开采煤层气的方法，其特征在于，所述分段间歇加砂阶段包括：逐段提高排量阶段之后，根据地层特征和施工参数进行加砂，将加砂分成若干个间歇加砂阶段，每个间歇加砂阶段分为加砂阶段和停止加砂阶段，每个间歇加砂阶段中的加砂阶段完成后，进入停止加砂阶段，并同时提高排量，停止加砂阶段结束后，再进行下一个间歇加砂阶段，依次类推。

4.根据权利要求3所述的一种邻近地层压裂改造开采煤层气的方法，其特征在于，所述过量顶替阶段包括：采用至少排量8～10方/分钟的顶替液量进行过量顶替。

5.根据权利要求4所述的一种邻近地层压裂改造开采煤层气的方法，其特征在于，所述压裂后快速放喷返排压裂液阶段包括：在压裂改造完成后，立即放喷返排压裂液。

6.根据权利要求1或5所述一种邻近地层压裂改造开采煤层气的方法，其特征在于，压裂后快速放喷返排压裂液阶段之后还包括：下放或上提喷砂管柱，通过水力喷砂射孔或割缝作业，连通井筒和煤层。

7.根据权利要求6所述的一种邻近地层压裂改造开采煤层气的方法，其特征在于，在钻进垂直或定向井眼的压裂改造中，若选择距离煤层2～15米的上部邻近地层，则待压裂液放喷返排结束后，下放喷砂管于煤层位置，通过水力喷砂射孔或割缝作业，连通井筒和煤层；若选择距离煤层2～15米的下部邻近地层，则待压裂液放喷返排结束后，上提喷砂管于煤层位置，通过水力喷砂射孔或割缝连通井筒和煤层；若在两煤层之间进行水力喷砂射孔，则先下放再上提喷砂管，分别对相邻两煤层中的下部煤层和上部煤层进行水力喷砂射孔或割缝作业，连通井筒和煤层。

8.根据权利要求1所述的一种邻近地层压裂改造开采煤层气的方法，其特征在于，所述方法用于开采页岩气、致密砂岩油气或常规油气藏。