CN112031724B - 一种煤层气井水力压裂裂缝的观测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤层气井水力压裂裂缝的观测方法。该方法包括如下步骤：S1.将示踪压裂液泵入煤储层内，以使煤储层内压力升高发生破裂形成裂缝，示踪压裂液进入裂缝并支撑裂缝；S2.一段时间之后，随着井下采煤工作的进行，通过肉眼直观观测剖面中裂缝状况并记录；并采集煤储层的样品，以评价煤储层中微裂缝的状况；然后绘制压裂裂缝平面分布图和裂缝3D展布图，评价压裂效果；示踪压裂液中包括荧光示踪砂和荧光示踪剂。该方法，通过将荧光示踪砂和荧光示踪剂泵入裂缝中产生荧光效果，能够通过直接观测法来观察裂缝；能够分析并评价压裂作用的导流能力和在微裂缝中的造缝效果；能够更加真实、准确地评价压裂效果。
Description
技术领域
本发明涉及煤层气勘探开发技术领域，尤其涉及一种煤层气井水力压裂裂缝的观测方法。
背景技术
煤层气井压裂是煤层气勘探开发增产的主要技术手段，煤层气压裂效果的好坏是决定煤层气产能的关键因素之一。煤层压裂裂缝的形态、几何尺寸(长度、宽度、高度)、方位、导流能力和对天然裂缝的沟通情况等是评价压裂效果的重要指标。煤层压裂裂缝的监测对优化压裂设计、制定压裂方案、部署井网井距等有重要指导的意义。
目前，煤层气压裂裂缝监测的方法主要有微地震压裂裂缝监测、微破裂向量扫描四维影像压裂裂缝监、示踪剂监测、井下挖掘观测法。尽管目前微地震和微破裂向量扫描监测在煤层气公司应用的比较多，但是这两种方法也存在着局限性，比如它们对裂缝宽度、裂缝的导流能力等监测可信度就逊色些；同时，它们都属于都间接监测，通过数据采集、数据转换和解释，裂缝的真实可靠性会降低。
示踪剂监测裂缝在石油开发领域应用由来已久，由于选择的示踪剂多具有放射性和污染性，其在煤层气领域的应用并不多见，近年来随着非常规天然气开发水平井分段压裂技术的广泛应用，用示踪剂监测压裂裂缝体积开始应用；示踪剂监测法是通过在压裂过程中向煤储层注入示踪剂，比如含有钇、镧、铈、镨、钕、钬、钐、铕、钆、铒、铥和镱等微量元素的示踪剂，然后在井口连续取样测试样品中各示踪标记物浓度变化，来评价每分段压裂效果和压裂裂缝体积，但是在井口取样测试示踪剂浓度变化只能间接反映压裂裂缝体积，也存在着不够直观和准确的局限性，对于裂缝形态、展布规律监测更是束手无策。
井下挖掘观测法是通过在煤矿井下巷道、掘进工作面、回采工作面等直接观测煤层气井压裂裂缝的形态和扩展规律的方法，是一种直观准确的裂缝监测方法；但是井下挖掘观测法也存在一些缺陷，例如周期长、遇到井下煤矿开采条件复杂时石英砂与煤粉混合，难以找到支撑剂，从而区分不了天然裂缝和人造裂缝、压裂对微小裂缝的改造和连通作用也难以评估。
因此，需要对现有的鉴于此，本发明在现有井下挖掘观测法的基础上结合示踪剂监测法思路，提出了一种更直观的煤层气井水力压裂裂缝观测方法。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种能更直观观测压裂裂缝、微观裂缝监测效果好、压裂裂缝评价的准确性高、缩短周期的煤层气井水力压裂裂缝的观测方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种煤层气井水力压裂裂缝的观测方法，包括如下步骤：
S1.将示踪压裂液泵入煤储层内，以使煤储层内压力升高发生破裂形成裂缝，所述示踪压裂液进入裂缝并支撑裂缝；
S2.一段时间之后，随着井下采煤工作的进行，通过肉眼直观观测采煤剖面中裂缝状况并记录；并采集煤储层的样品，以评价煤储层中微裂缝的状况；然后绘制压裂裂缝平面分布图和裂缝3D展布图，评价压裂效果；
所述示踪压裂液中包括荧光示踪砂和荧光示踪剂。
优选的，所述荧光示踪砂为表面附着有荧光增白剂OB-1的石英砂。
优选的，所述荧光示踪剂包括荧光增白剂CBS-X。
优选的，所述荧光示踪砂的制备过程如下：
S1.将10～20份琼胶置于95～100℃的热水中加热至融化，并在60～65℃保温备用，制备得到固着剂；
S2.将5-10份荧光增白剂OB-1粉末与90～100份经表面处理的石英砂混合搅拌均匀；
S3.将步骤S1中固着剂加入到步骤S2中的荧光增白剂OB-1与石英砂的混合物中，加入5～10份热水，整个过程保持搅拌，直至混合物全部湿润后，风干备用。
优选的，所述石英砂的表面处理如下：将所述石英砂浸泡在0.05～0.1mol/L的氢氧化钠溶液中，以清除其表面的污物。
优选的，所述示踪压裂液中，所述荧光示踪砂的体积占所述示踪压裂液总体积的0.05％～1.6％；所述荧光示踪剂的质量浓度为0.05～1.0g/L。
优选的，当采用地层水溶解荧光示踪剂时，所述示踪压裂液中还包括明矾、聚氯化铝或聚硅酸铝铁。
优选的，所述示踪压裂液中，所述明矾、聚氯化铝或聚硅酸铝铁的质量为所述荧光示踪剂质量的4～6倍。
优选的，所述示踪压裂液中还包括石英砂，所述石英砂与所述荧光示踪砂的体积之比为4～6：1。
优选的，步骤S2中，随着采煤工作面的推进，每割两至三刀对采煤剖面做一次观测记录，当观测到裂缝中有荧光时，此时加大观测的密度，每割一刀对采煤剖面做一次观测记录。
本发明的一种煤层气井水力压裂裂缝的观测方法。通过水力压裂的方式向煤储层注入包含有荧光示踪砂和荧光示踪剂的示踪压裂液；使得煤储层产生裂缝，并且荧光示踪砂和荧光示踪剂会进入裂缝；荧光示踪砂具有支撑作用，能够起到支撑已经压开的裂缝，使其不至于闭合的作用；荧光示踪砂和荧光示踪剂进入裂缝中能够产生荧光效果，使得能够通过直接观测法来区分是否为压裂裂缝；由于荧光示踪剂的颗粒比较小，其能够进入压裂的微裂缝中，从而使得压裂出的微裂缝得到监测和评价；从而能够分析并评价压裂作用的导流能力和在微裂缝中的造缝效果；通过结合现场观测记录和采样后再实验室的观测结果，能够绘制压裂裂缝平面分布图和裂缝3D展布图，从而更加真实、准确地评价压裂效果。
附图说明
图1为本发明实施例的荧光示踪砂在水溶液中高速搅拌1h后的荧光效果图；
图2为本发明实施例的荧光示踪砂经粉碎后的荧光效果图；
图3为本发明实施例的煤储层中裂缝的荧光效果图；
图4为本发明实施例的煤储层裂缝内的荧光示踪剂形成的短柱状荧光结晶体图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
一种煤层气井水力压裂裂缝的观测方法，包括如下步骤：
1.将示踪压裂液以7m3/min～8m3/min的速度泵入煤储层，煤储层不断吸收第一示踪压裂液，使井筒和储层内压力逐渐增高，在克服了煤储层本身破裂时所需要的能量后，煤层开始破裂，泵入时间为1.5～2h，施加泵压为14～29MPa；通过水力压裂人工造缝；
其中示踪压裂液中包括荧光示踪砂、石英砂和荧光示踪剂；荧光示踪砂和荧光示踪剂均对人无放射线伤害，并且其化学性质稳定，在煤矿井下荧光性强；
荧光示踪砂是将荧光增白剂OB-1通过琼胶固着在石英砂表面形成，荧光增白剂OB-1的荧光效果显著、化学稳定性好，其与石英砂固着效果好；荧光示踪砂的制备过程如下：1.将10～20份琼胶置于95～100℃的热水中加热至融化，并在60～65℃保温备用，制备得到固着剂；2.将5-10份荧光增白剂OB-1粉末与90～100份经表面处理的石英砂混合搅拌均匀；3.将步骤1中固着剂加入到步骤2中的荧光增白剂OB-1与石英砂的混合物中，加入5～10份热水，整个过程保持搅拌，直至混合物全部湿润后，风干备用；如图1所示，将固着有荧光增白剂OB-1的石英砂在水溶液中高速搅拌旋转60min，然后将其沥干，并在紫外灯下观测，图1中呈白色的为荧光特征，荧光剂仍附着在石英砂外表面，荧光强度基本没有变化；如图2所示，将高速搅拌旋转后的示踪砂冲击粉碎后，在紫外灯下观测荧光强度，图2中呈白色的为荧光特征，荧光效果依然很好；表明荧光示踪砂中荧光增白剂OB-1与石英砂两者的固着效果好，因此，荧光增白剂OB-1不会脱离石英砂表面，可以适应水力压裂注入过程中的环境要求；石英砂可以浸泡在0.05～0.1mol/L的氢氧化钠溶液中，以清除其表面的污物，提高荧光增白剂OB-1与石英砂表面的固着效果；
荧光示踪剂可以采用荧光增白剂CBS-X；荧光增白剂CBS-X产生的荧光效果明显；在显微镜下观察为蓝色荧光，有短柱状荧光结晶体；采用荧光增白剂CBS-X，当采用自来水配置示踪压裂液时，由于自来水中有明矾，其在自来水中有絮状沉淀生成，其产生的荧光效果好；当用现场的地层水作为溶剂时，CBS-X完全溶于地层水，溶液澄清，此时可以加入明矾、聚氯化铝或聚硅酸铝铁，使其生成絮状沉淀，有助于增强荧光效果；如图3所示，为荧光示踪剂在煤储层中裂缝的荧光效果图；图3中的呈白色的为荧光特征，能直观观测出裂缝中的明显的荧光效果；如图4所示，显微镜下观察煤储层裂缝内的荧光示踪剂与明矾形成的结晶体图；从图4可以看出形成了短柱状的荧光结晶体；
在荧光示踪剂的选择过程中，通过对比多种荧光剂，将其分别与地层水混合，然后将配置的多种混合溶液分别注入煤体中，在紫外灯照射下观察荧光效果，并记录在表1中。
表1不同荧光剂与地层水的可溶性以及荧光效果
其中表1中列出的不同荧光剂在地层水中的浓度可以配置为0.5g/L，由于荧光增白剂CBS-X和荧光增白剂VBL均能完全溶于地层水，没有沉淀产生、也不会形成乳状液体，因此在荧光增白剂CBS-X和荧光增白剂VBL中加入明矾，进一步观察是否产生荧光结晶体，其中加入一定质量的明矾，使得明矾在地层水中的浓度为2g/L；从表1中可以看出，荧光增白剂CBS-X+明矾的荧光效果明显，并且在显微镜下能观测到蓝色荧光，且有短柱状荧光结晶体，便于更准确地评价压裂裂缝以及微裂缝，并且本发明选用的荧光示踪砂为表面附着有荧光增白剂OB-1的石英砂，由于荧光增白剂OB-1，其不溶于地层水，使得荧光示踪砂表面的荧光增白剂OB-1能够稳定的附在石英砂表面，使得荧光示踪砂的荧光效果稳定，有助于通过荧光效果来更准确地评价压裂裂缝。
本实施例中使用的示踪压裂液中均包括荧光示踪砂、石英砂和荧光示踪剂；本实施例选用地层水配置示踪压裂液；示踪压裂液中，荧光示踪砂的体积占示踪压裂液总体积的0.05％；石英砂的体积示踪压裂液总体积的0.25％；荧光示踪剂的质量浓度为0.05g/L，明矾的质量浓度为0.25g/L；所使用的石英砂的粒径为0.4～1.6mm。
2.一段时间之后，随着井下采煤工作的进行，首先在进风巷和回风巷做第一步观测，通过手提式矿灯照明，通过肉眼直接观测，做好观测记录和采样，主要观测是否有出现荧光示踪砂，如果观察到有荧光示踪砂，记录裂缝位置、裂缝尺寸以及裂缝方位；然后，随着回采工作面向前推进，每割两至三刀对采煤剖面做一次观测，做好观测记录并采样；当观测到裂缝中有荧光时，加大观测密度，每割一刀做一次观测记录，观测指标包括：裂缝观测剖面编号、裂缝编号、荧光效果、裂缝位置、裂缝宽度、裂缝高度、裂缝产状、采样情况以及观测剖面裂缝观测素描图；然后对采集的样品进行肉眼观测和描述、再通过光学显微镜或扫描电镜，评价荧光示踪砂的破损情况；观测对煤储层的样品进行割理、分析微裂缝中荧光示踪剂的荧光显示效果；以此，分析压裂作用的导流能力和在微裂缝中的造缝效果；最后通过观测记录以及采样的分析，绘制压裂裂缝平面分布图和裂缝3D展布图，评价压裂效果。
本发明的既可选择新井进行压裂裂缝观测，也可以选择老井二次压裂裂缝观测；对于新井选择矿区未来即将进行煤矿开采的规划区且亟需降低煤层瓦斯浓度的区域，以煤层结构简单、煤层倾角小、受构造影响小为优；对于二次压裂井，以选择长期稳定的高产煤层气井为首选，参考井底液面，煤层等高线以尽量选择在煤层小微构造高点，且未受到煤矿井下长钻孔干扰的煤层气直井。两种实施方式都要结合地面、井下的施工条件，选择相对有利于施工条件；在遵循上述选井原则的基础上，既能缩短周期又能更有效的观测压裂裂缝。
本发明的一种煤层气井水力压裂裂缝的观测方法。通过水力压裂的方式向煤储层注入包含有荧光示踪砂和荧光示踪剂的示踪压裂液；使得煤储层产生裂缝，并且荧光示踪砂和荧光示踪剂会进入裂缝；荧光示踪砂具有支撑作用，能够起到支撑已经压开的裂缝，使其不至于闭合的作用；荧光示踪砂和荧光示踪剂进入裂缝中能够产生荧光效果，使得能够通过直接观测法来区分是否为压裂裂缝；由于荧光示踪剂的颗粒比较小，其能够进入压裂的微裂缝中，从而使得压裂出的微裂缝得到监测和评价；从而能够分析并评价压裂作用的导流能力和在微裂缝中的造缝效果；通过结合现场观测记录和采样后再实验室的观测结果，能够绘制压裂裂缝平面分布图和裂缝3D展布图，从而更加真实、准确地评价压裂效果。
实施例2
本实施例与实施例1中的步骤基本相同，不同之处在于，步骤1中，第一示踪压裂液中，荧光示踪砂的体积占示踪压裂液总体积的1.6％；石英砂的体积占示踪压裂液总体积的6.4％；荧光示踪剂的质量浓度为1.0g/L，聚氯化铝的质量浓度为4.0g/L。
实施例3
本实施例与实施例1中的步骤基本相同，不同之处在于，步骤1中，示踪压裂液中，荧光示踪砂的体积占示踪压裂液总体积的0.5％；石英砂的体积占示踪压裂液总体积的3.0％；荧光示踪剂的质量浓度为0.5g/L，聚氯化铝的质量浓度为3.0g/L。
以上未涉及之处，适用于现有技术。
虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例来做出各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的方向或者超越所附权利要求书所定义的范围。本领域的技术人员应该理解，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种煤层气井水力压裂裂缝的观测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.将示踪压裂液泵入煤储层内，以使煤储层内压力升高发生破裂形成裂缝，所述示踪压裂液进入裂缝并支撑裂缝；
S2.一段时间之后，随着井下采煤工作的进行，通过肉眼直观观测采煤剖面中裂缝状况并记录；观测指标包括：裂缝观测剖面编号、裂缝编号、荧光效果、裂缝位置、裂缝宽度、裂缝高度、裂缝产状、采样情况以及观测剖面裂缝观测素描图；然后对采集的样品进行肉眼观测和描述，通过光学显微镜或扫描电镜评价荧光示踪砂的破损情况；观测对煤储层的样品进行割理、分析微裂缝中荧光示踪剂的荧光显示效果；分析压裂作用的导流能力和在微裂缝中的造缝效果；最后，通过观测记录以及采样的分析结果，绘制压裂裂缝平面分布图和裂缝3D展布图，评价压裂效果；
所述示踪压裂液中包括荧光示踪砂和荧光示踪剂，所述荧光示踪砂为表面附着有荧光增白剂OB-1的石英砂，所述荧光示踪剂包括荧光增白剂CBS-X；
所述荧光示踪砂的制备过程如下：
S1.将10~20份琼胶置于95~100℃的热水中加热至融化，并在60~65℃保温备用，制备得到固着剂；
S2.将5-10份荧光增白剂OB-1粉末与90~100份经表面处理的石英砂混合搅拌均匀；所述石英砂的表面处理如下：将所述石英砂浸泡在0.05~0.1mol/L的氢氧化钠溶液中，以清除其表面的污物；
S3.将步骤S1中固着剂加入到步骤S2中的荧光增白剂OB-1与石英砂的混合物中，加入5~10份热水，整个过程保持搅拌，直至混合物全部湿润后，风干备用；
当采用地层水溶解荧光示踪剂时，所述示踪压裂液中还包括明矾、聚氯化铝或聚硅酸铝铁。
2.如权利要求1所述的一种煤层气井水力压裂裂缝的观测方法，其特征在于，所述示踪压裂液中，所述荧光示踪砂的体积占所述示踪压裂液总体积的0.05%~1.6%；所述荧光示踪剂的质量浓度为0.05~1.0g/L。
3.如权利要求1所述的一种煤层气井水力压裂裂缝的观测方法，其特征在于，所述示踪压裂液中，所述明矾、聚氯化铝或聚硅酸铝铁的质量为所述荧光示踪剂质量的4~6倍。
4.如权利要求2所述的一种煤层气井水力压裂裂缝的观测方法，其特征在于，所述示踪压裂液中还包括石英砂，所述石英砂与所述荧光示踪砂的体积之比为4~6：1。
5.如权利要求1所述的一种煤层气井水力压裂裂缝的观测方法，其特征在于，步骤S2中，随着采煤工作面的推进，每割两至三刀对采煤剖面做一次观测记录，当观测到裂缝中有荧光时，此时加大观测的密度，每割一刀对采煤剖面做一次观测记录。
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