CN109441418A - 低阶煤层冰冻控制裂缝扩展的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种低阶煤层冰冻控制裂缝扩展的方法及装置，该方法包括：在井筒内注水对破碎带区域压裂形成水力裂缝。继续注水使破碎带区域形成饱和水煤层。然后向井筒内注入液氮，破碎带区域饱和水煤层在液氮的超低温作用下，使饱和水煤层中的水转化成冰，形成破碎带区域冰冻煤层。继续注液氮以使井筒周围的破碎带区域冰冻煤层破裂，进而液氮能够顺利穿过破碎带区域冰冻煤层到达远处的低渗透煤层。当液氮的压力高于远处煤层的破裂压力时，远处煤层发生破裂，产生大量裂缝，接着注入液氮，裂缝向前延伸，形成一系列人工裂缝，停止压裂。本申请的方法和装置可以有效消除或减弱低阶煤层破碎带区域的天然裂缝对人工裂缝的干扰。
Description
技术领域
本申请涉及煤层气增产措施水力压裂领域，特别是低阶煤层冰冻控制裂缝扩展的方法及装置。
背景技术
煤层气，俗称瓦斯，主要成分为甲烷，是与煤伴生、共生的气体资源。在煤炭的开采过程中，煤层气是导致煤矿井下发生瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出灾害事故的主要有害源。煤层气作为一种清洁能源，合理开发利用不仅可以改善煤矿安全生产的条件，也可以起到保护环境的作用，同时对能源结构的调整也具有重要的战略意义。
我国煤层气资源比较丰富，储量位居世界第三，开发利用煤层气具有重要的现实价值。但与常规油气藏的储层岩石相比，煤岩的渗透率较低，不经过有效地增产措施，煤层气井一般没有经济产能。目前煤层气开发的主体增产技术之一是水力压裂。但是对于一些低阶煤层，其强度比较低，在煤层气井钻进的过程中，由于井壁周围瓦斯的突然释放，往往会导致煤层气井周围产生大量破碎带区域。这些破碎带区域中的天然裂缝会对水力压裂造缝过程产生严重的干扰，很容易导致水力裂缝沿着井筒周围破碎带区域的天然裂缝进行延伸，压裂液因此大量流失，很难对远处的低渗透煤层起到压裂的效果，最终将会导致压裂改造范围局限于井筒周围的破碎带区域，压裂效果差。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种低阶煤层冰冻控制裂缝扩展的方法及装置，其可以有效消除或减弱低阶煤层破碎带区域的天然裂缝对人工裂缝的干扰，从而能够控制人工裂缝在该区域的延伸方向，减少压裂液流失。
本发明的具体技术方案是：
本发明提供一种低阶煤层冰冻控制裂缝扩展的方法，该方法包括如下步骤：
获取低阶煤层井，并向所述低阶煤层井的井筒内注水，以使水对低阶煤层井筒周围的破碎带区域进行压裂形成水力裂缝；
继续向所述低阶煤层井的井筒内注水，使破碎带区域水力裂缝周围的煤岩达到饱和水状态，以形成破碎带区域饱和水煤层；
向所述低阶煤层井的井筒内注入液氮，破碎带区域饱和水煤层在液氮的超低温作用下，使破碎带区域饱和水煤层中的水转化成冰，从而将破碎带区域分散的煤岩颗粒冻结在一起，形成破碎带区域冰冻煤层；
继续向所述低阶煤层井的井筒内注入液氮，以使井筒周围的破碎带区域冰冻煤层破裂，进而液氮能够顺利穿过破碎带区域冰冻煤层到达远处的低渗透煤层；
再继续向所述低阶煤层井的井筒内注入液氮，当液氮的压力高于远处煤层的破裂压力时，远处煤层发生破裂，产生大量裂缝，接着注入液氮，裂缝向前延伸，形成一系列人工裂缝，停止压裂。
在一个优选的实施方式中，在形成一系列人工裂缝后，需静置第一预定时间，待煤层中的冰完全融化后，天然裂缝与人工裂缝连通，形成一系列与井筒连通的裂缝，完成压裂。
在一个优选的实施方式中，在所述破碎带区域形成水力裂缝后，使所述水力裂缝沿着破碎带区域的天然裂缝延伸，在所述水力裂缝延伸到覆盖需要进行冰冻控制人工裂缝走向的煤层破碎带区域后，停止压裂，静置第二预定时间，使破碎带区域水力裂缝周围的煤岩充分吸水。
在一个优选的实施方式中，需多次重复向所述低阶煤层井的井筒内注水压裂并静置第二预定时间的步骤，进而使破碎带区域水力裂缝周围的煤岩进一步充分吸水。
在一个优选的实施方式中，所述第一预定时间为3天，所述第二预定时间为7天。
另外，本发明还提供一种采用如上所述的低阶煤层冰冻控制裂缝扩展的方法的装置，该装置包括：
套管，所述套管上开设有射孔；
压裂管柱，其套设在所述套管内，并与所述套管形成环空，所述压裂管柱上开设有注入孔；
设置在所述环空内的第一封隔器和第二封隔器，其分别设置在所述注入孔的上方和下方；
丝堵，其设置在所述压裂管柱的末端。
在一个优选的实施方式中，所述装置还包括压裂车，所述压裂车能向所述压裂管柱中提供压裂液。
在一个优选的实施方式中，所述压裂车和所述压裂管柱之间通过管汇进行连接。
在一个优选的实施方式中，所述射孔与所述破碎带区域相对。
在一个优选的实施方式中，所述注入孔与所述射孔相对。
借由以上的技术方案，本申请的有益效果在于：
本发明提供的低阶煤层冰冻控制裂缝扩展的方法及装置，能够有效消除或减弱低阶煤层破碎带区域的天然裂缝对人工裂缝的干扰，从而能够控制人工裂缝在该区域的延伸方向，减少压裂液流失，进而实现对远处低渗透煤层进行有效压裂的目的。针对破碎带区域发育、常规水力压裂裂缝难以有效延伸的低阶煤层，本发明能够增大储层改造范围，提高储层改造效果，有效提高煤层气的采收率。
参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。
针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本申请公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本申请的理解，并不是具体限定本申请各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本申请的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本申请。在附图中：
图1为本申请实施方式的低阶煤层冰冻控制裂缝扩展的方法流程图；
图2为本申请注水压裂实施例的结构示意图；
图3为本申请注液氮压裂实施例的结构示意图。
以上附图的附图标记：1、压裂车；2、管汇；3、环空；4、破碎带区域；5、注入孔；61、第一封隔器；62、第二封隔器；7、压裂管柱；8、丝堵；
Ⅰ、水力裂缝；Ⅱ、破碎带区域饱和水煤层；Ⅲ、注液氮压裂裂缝；Ⅳ、破碎带区域冰冻煤层。
具体实施方式
下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示，本发明提供一种低阶煤层冰冻控制裂缝扩展的方法，该方法包括如下步骤：
S1：获取低阶煤层井，并向所述低阶煤层井的井筒内注水，以使水对低阶煤层井筒周围的破碎带区域4进行压裂形成水力裂缝Ⅰ。
S2：继续向所述低阶煤层井的井筒内注水，使破碎带区域4水力裂缝Ⅰ周围的煤岩达到饱和水状态，以形成破碎带区域饱和水煤层Ⅱ。
S3：向所述低阶煤层井的井筒内注入液氮，破碎带区域饱和水煤层Ⅱ在液氮的超低温作用下，使破碎带区域饱和水煤层Ⅱ中的水转化成冰，从而将破碎带区域4分散的煤岩颗粒冻结在一起，形成破碎带区域冰冻煤层Ⅳ。
S4：继续向所述低阶煤层井的井筒内注入液氮，以使井筒周围的破碎带区域冰冻煤层Ⅳ破裂，进而液氮能够顺利穿过破碎带区域冰冻煤层Ⅳ到达远处的低渗透煤层。
S5：再继续向所述低阶煤层井的井筒内注入液氮，当液氮的压力高于远处煤层的破裂压力时，远处煤层发生破裂，产生大量裂缝，接着注入液氮，裂缝向前延伸，形成一系列人工裂缝，停止压裂。
在本实施方式中，首先获取需要进行人工压裂的低阶煤层井，由于该低阶煤层井的井筒周围具有破碎带区域4，为了避免该破碎带区域4对人工压裂的影响，需要利用压裂车1向所述低阶煤层井井筒内的压裂管柱7中注入大量的水，以使水通过压裂管柱7的注入孔5流入第一封隔器61和第二封隔器62之间的环空3内，进而通过套管上的射孔(图中未示出)流至低阶煤层井筒周围的破碎带区域4，以进行压裂形成水力裂缝Ⅰ。
在所述破碎带区域4形成水力裂缝Ⅰ后，使所述水力裂缝Ⅰ沿着破碎带区域4的天然裂缝延伸，在所述水力裂缝Ⅰ延伸到基本覆盖需要进行冰冻控制人工裂缝走向的煤层破碎带区域4后，停止压裂，以便于冰冻控制人工裂缝的走向。然后静置第二预定时间，大约为7天，使破碎带区域4水力裂缝Ⅰ周围的煤岩充分吸水然后可以继续向所述压裂管柱7内注水，使破碎带区域4的水力裂缝Ⅰ周围的煤岩达到饱和水状态，以形成破碎带区域饱和水煤层Ⅱ。
为了使破碎带区域4水力裂缝Ⅰ周围的煤岩进一步充分吸收水，可以多次重复地向所述低阶煤层井的井筒内注水压裂，并静置第二预定时间的步骤。具体的次数本领域技术人员可以根据现场的实际需要进行设置，本申请对此不作任何限制。
待破碎带区域4形成饱和水煤层后，可以向所述低阶煤层井的井筒内注入液氮。由于液氮具有超低的温度，因此破碎带区域4的饱和水煤层会在液氮的超低温作用下，使破碎带区域4的饱和水煤层中的水转化成冰，从而将破碎带区域4分散的煤岩颗粒冻结在一起，形成破碎带区域冰冻煤层Ⅳ。在继续向所述低阶煤层井的井筒内注入液氮的过程中，液氮会使井筒周围的破碎带区域冰冻煤层Ⅳ破裂，进而液氮可以通过裂缝顺利穿过破碎带区域冰冻煤层Ⅳ，到达远处的低渗透煤层。
再继续向所述低阶煤层井的井筒内注入液氮，当液氮的压力高于远处煤层的破裂压力时，远处的煤层会发生破裂，产生大量裂缝，接着注入液氮，裂缝会向前延伸，形成一系列人工裂缝(注液氮压裂裂缝Ⅲ)后，停止压裂。
优选地，在形成一系列人工裂缝后，通常情况下，需静置第一预定时间，大约为3天，待煤层中的冰完全融化后，天然裂缝会与人工裂缝连通，形成一系列与井筒连通的裂缝，这样就完成了全部压裂过程。
另外，请参见附图2和附图3，本发明还提供一种采用上述所述的低阶煤层冰冻控制裂缝扩展的方法的装置，该装置包括：套管、压裂管柱7、第一封隔器61、第二封隔器62、以及丝堵8。所述套管上开设有射孔(图中未示出)。压裂管柱7套设在所述套管内，并与所述套管形成环空3，所述压裂管柱7上开设有注入孔5。第一封隔器61和第二封隔器62设置在所述环空3内，其分别设置在所述注入孔5的上方和下方。丝堵8设置在所述压裂管柱7的末端。
具体地，该套管上的射孔可以与井筒周围煤层的破碎带区域4相对，进而压裂管柱7上的注入孔5也可以与套管上的射孔的位置相对。第一封隔器61和第二封隔器62本领域技术人员可以根据实际需要选择相同种类的封隔器，或者不同种类的封隔器，本申请对第一封隔器61和第二封隔器62的种类也不做具体的限制。
另外为了向压裂管柱7中注入压裂液，本发明的低阶煤层冰冻控制裂缝扩展的装置还包括压裂车1，所述压裂车1可以与所述压裂管柱7之间通过管汇2进行连接，所述压裂车1进而可以通过管汇2向所述压裂管柱7中提供压裂液。当需要向压裂管柱7中注入水进行压裂时，此时压裂液可以为水。同理，当需要向压裂管柱7中注入液氮压裂时，该压裂液可以为液氮。
需要说明的是，本实施例提供的套管和压裂管柱7等可以选用任意合适的现有构造。为清楚简要地说明本实施例所提供的技术方案，在此将不再对上述部分进行赘述，说明书附图也进行了相应简化。但是应该理解，本实施例在范围上并不因此而受到限制。
本发明提供的低阶煤层冰冻控制裂缝扩展的方法及装置，能够有效消除或减弱低阶煤层破碎带区域4的天然裂缝对人工裂缝的干扰，从而能够控制人工裂缝在该区域的延伸方向，减少压裂液流失，进而实现对远处低渗透煤层进行有效压裂的目的。针对破碎带区域4发育、常规水力压裂裂缝难以有效延伸的低阶煤层，本发明能够增大储层改造范围，提高储层改造效果，有效提高煤层气的采收率。
除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。
本发明中使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。
多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。
应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的申请主题的一部分。
Claims (10)
1.一种低阶煤层冰冻控制裂缝扩展的方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取低阶煤层井，并向所述低阶煤层井的井筒内注水，以使水对低阶煤层井筒周围的破碎带区域进行压裂形成水力裂缝；
继续向所述低阶煤层井的井筒内注水，使破碎带区域水力裂缝周围的煤岩达到饱和水状态，以形成破碎带区域饱和水煤层；
向所述低阶煤层井的井筒内注入液氮，破碎带区域饱和水煤层在液氮的超低温作用下，使破碎带区域饱和水煤层中的水转化成冰，从而将破碎带区域分散的煤岩颗粒冻结在一起，形成破碎带区域冰冻煤层；
继续向所述低阶煤层井的井筒内注入液氮，以使井筒周围的破碎带区域冰冻煤层破裂，进而液氮能够顺利穿过破碎带区域冰冻煤层到达远处的低渗透煤层；
再继续向所述低阶煤层井的井筒内注入液氮，当液氮的压力高于远处煤层的破裂压力时，远处煤层发生破裂，产生大量裂缝，接着注入液氮，裂缝向前延伸，形成一系列人工裂缝，停止压裂。
2.根据权利要求1所述的低阶煤层冰冻控制裂缝扩展的方法，其特征在于，在形成一系列人工裂缝后，需静置第一预定时间，待煤层中的冰完全融化后，天然裂缝与人工裂缝连通，形成一系列与井筒连通的裂缝，完成压裂。
3.根据权利要求1所述的低阶煤层冰冻控制裂缝扩展的方法，其特征在于，在所述破碎带区域形成水力裂缝后，使所述水力裂缝沿着破碎带区域的天然裂缝延伸，在所述水力裂缝延伸到覆盖需要进行冰冻控制人工裂缝走向的煤层破碎带区域后，停止压裂，静置第二预定时间，使破碎带区域水力裂缝周围的煤岩充分吸水。
4.根据权利要求1所述的低阶煤层冰冻控制裂缝扩展的方法，其特征在于，需多次重复向所述低阶煤层井的井筒内注水压裂并静置第二预定时间的步骤，进而使破碎带区域水力裂缝周围的煤岩进一步充分吸水。
5.根据权利要求1所述的低阶煤层冰冻控制裂缝扩展的方法，其特征在于，所述第一预定时间为3天，所述第二预定时间为7天。
6.一种采用如上权利要求中任一项所述的低阶煤层冰冻控制裂缝扩展的方法的低阶煤层冰冻控制裂缝扩展的装置，其特征在于，该装置包括：
套管，所述套管上开设有射孔；
压裂管柱，其套设在所述套管内，并与所述套管形成环空，所述压裂管柱上开设有注入孔；
设置在所述环空内的第一封隔器和第二封隔器，其分别设置在所述注入孔的上方和下方；
丝堵，其设置在所述压裂管柱的末端。
7.根据权利要求6所述的低阶煤层冰冻控制裂缝扩展的装置，其特征在于，所述装置还包括压裂车，所述压裂车能向所述压裂管柱中提供压裂液。
8.根据权利要求6所述的低阶煤层冰冻控制裂缝扩展的装置，其特征在于，所述压裂车和所述压裂管柱之间通过管汇进行连接。
9.根据权利要求6所述的低阶煤层冰冻控制裂缝扩展的装置，其特征在于，所述射孔与所述破碎带区域相对。
10.根据权利要求6所述的低阶煤层冰冻控制裂缝扩展的装置，其特征在于，所述注入孔与所述射孔相对。
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