CN113236219B - 一种适用于多套高陡碎粒煤层的煤层气压裂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于煤层气储层压裂改造增产领域，涉及一种适用于多套高陡碎粒煤层的煤层气压裂方法。主要包括压裂煤层和压裂段数确定、压裂方案等。通过精确选层以及摈弃非经济开发煤层，实现煤层气资源动用与经济效益最优最大化。解决了高陡煤层易出砂，形成的裂缝过长，但却无法有效支撑，浪费压裂资源的问题，降低了压裂改造成本，提高了煤层气开发经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及煤层气水力压裂改造增产领域，具体是一种适用于多套高陡碎粒煤层的煤层气压裂方法。
背景技术
煤层气作为一种非常规油气资源，在我国天然气产量中已占据重要地位。由于我国煤层大多属于低孔低渗煤层，需要进行储层改造才能获得工业或经济开发价值。水力压裂技术就是实现煤层增渗的主要技术，广泛应用于煤层气开发中。我国不同地区煤层气埋藏地质条件多样，我国西南地区具有煤层多、含气量高、煤层薄、渗透性低等特点。特别是高陡地层（地层倾角一般大于30°）要实现工业、特别是经济开发需要采取最优的储层改造技术，最优动用煤层储层所有煤层气资源。
专利CN107676072A公布了一种适用于高陡煤层的煤层气压裂工艺，包含前置液阶段、携砂液阶段和顶替液阶段，三个阶段中采用大排量压裂技术、低砂比压裂技术；在前置液阶段和携砂液阶段采用变粘度压裂液技术和变密度多粒径组合支撑剂技术；在携砂液阶段采用段塞式加砂技术。专利CN106869889A公布了一种碎粒煤煤层气压裂方法，包括优化射孔、建立进液通道、增大前置液量的比例至本压裂段液体总量的45-55%，实施中先泵注20-25%的纯压裂液，后泵注前置液加砂段塞，然后携砂液加砂段塞支撑裂缝、防砂堵，最后泵注顶替液等，可实现煤层气压裂改造。另外，专利CN201410328286公布了一种煤层气水力压裂方法，专利CN201410374454公布了一种中高阶煤层气储层的压裂方法，专利CN201510395150公布了一种煤层气储层的压裂方法，专利CN201611173951公布了一种煤层气压裂方法，这些煤层气压裂方法专利根据不同情况，公布了不同的压裂阶段、压裂液体配比等。除上述专利外，还有较多文献陈述了煤层的水力压裂方法，但针对碎粒煤、多煤层、高陡煤层缺少最优选层和合理压裂改造规模确定的方法。
因此，针对多、薄、高陡碎粒煤层，为了更优的动用煤层气资源、实现经济开发，本发明提供了一种适用于多套高陡碎粒煤层的煤层气压裂方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于多套高陡碎粒煤层的煤层气压裂方法，以实现多煤层、高陡碎粒煤层经济高效开采的目的，从技术上克服多煤层最大限度动用煤层气资源和最优化经济开采的难题。
本发明的技术方案为：
本发明实施例提供了一种适用于多套高陡碎粒煤层的煤层气压裂方法，包括：
步骤S1，从同一地层压力系统的待选煤层中选取N个目标煤层；
步骤S2，从N个目标煤层中选定M个目标压裂段；
步骤S3，针对所选定的M个目标压裂段，采用预先选择的压裂方案按照预先确定的设定顺序依次对每一段压裂层段进行压裂，且每完成一段压裂层段压裂后，按照预定程序在指定位置下入封隔桥塞；
步骤S4，完成压裂后，停泵，关井憋压24-48小时；
其中，步骤S1包括：
步骤S11，采用地层倾角测井设备对各待选煤层进行地层倾角测定以确定各煤层的地层倾角，采用电阻率测井设备对各待选煤层进行电阻率测定；再基于测定的地层倾角结果、电阻率测定结果、以及人工测量得到的地面露头观测结果和采煤巷道煤层观测结果按照预先的计算方式确定各待选煤层的真厚度；
步骤S12，采用含气量测试设备，对各待选煤层进行含气量测定；
步骤S13，采用室内岩石力学测试实验设备，对各煤层进行煤层抗压强度、煤层抗拉强度、煤层顶板抗压强度、煤层顶板抗拉强度、煤层底板抗压强度和煤层底板抗拉强度测定；
步骤S14，基于人工测量得到的取芯煤层观测结果和采煤巷道煤层观测结果确定各待选煤层中的粉煤厚度占比；
步骤S15，针对各待选煤层，若满足：1)、待选煤层的地层倾角小于或等于30°时，待选煤层的真厚度大于1m；待选煤层的地层倾角大于30°时，待选煤层的真厚度大于0.5m；2）、待选煤层的含气量大于8m³/t；3）、待选煤层的煤层顶板抗拉强度和煤层底板抗拉强度的平均值比煤层抗拉强度至少高20%；待选煤层的煤层顶板抗压强度和煤层底板抗压强度的平均值比煤层抗压强度至少高40%；4）、待选煤层中的粉煤厚度占比小于50%；则将其确定为目标煤层。
优选地，步骤S2包括：
步骤S21，从N个目标煤层中筛选出第一类型压裂段，各第一类型压裂段均仅包含一个目标煤层，且各第一类型压裂段中的目标煤层与其相邻的目标煤层之间的间隔距离均大于5m；
步骤S22，从N个目标煤层中筛选出第二类型压裂段，所筛选出的各第二类型压裂段包含2个或3个目标煤层，且各第二类型压裂段中的各目标煤层与其相邻的目标煤层之间的间隔距离小于5m；
步骤S23，若第一类型压裂段和第二类型压裂段的总数量大于3段，则按照预先确定的选段规则进行压裂段筛选，使最终筛选出的目标压裂段的总数量小于或等于3段。
优选地，步骤S22具体包括：
从N个目标煤层中筛选出X个待筛选压裂段；
针对所包含的目标煤层数量为2或3个的待筛选压裂段，直接将其确定为第二类型压裂段；
针对所包含的目标煤层数量大于3个的待筛选压裂段，按照煤层间隔距离、煤体结构完整性、煤层厚度、煤层含气量顺序的优劣顺序排序从待筛选压裂段选定压裂煤层组成第二类型压裂段。
优选地，步骤S23中按照预先确定的选段规则进行压裂段筛选的步骤包括：
按照煤体结构完整性>煤层厚度>煤层含气量的优劣顺序排序选定压裂段。
优选地，步骤S3中的预先确定的设定顺序包括：
步骤S31，若压裂层段中的目标煤层数量仅为一层，按照射孔、前置液泵注、携砂液泵注和支撑剂注入的顺序对目标压裂层段中的目标煤层的进行水力压裂；
步骤S32，若压裂层段中的目标煤层数量为两层及以上，先按照射孔、前置液泵注、携砂液泵注和支撑剂注入的顺序对压裂层段中的目标煤层进行水力压裂；再投入暂堵球，将已压裂开的目标煤层上形成的射孔眼堵住；并按照前置液泵注、携砂液泵注和支撑剂注入的顺序对压裂层段中的尚未压裂开的目标煤层进行水力压裂；再重复暂堵球投入步骤，如此循环，直至完成所有目标煤层水力压裂。
优选地，步骤S3中预先选择的压裂方案包括：
压裂规模：针对煤层厚度位于同一厚度区间内的至少两个目标压裂段，位于下部的目标压裂段的压裂液使用量比位于上部的目标压裂段的压裂液使用量多20-40%；单段目标压裂段的压裂半缝长控制在100m上下特定长度范围内，且煤层倾角大于30°的单段目标压裂段对应的压裂半缝长小于煤层倾角小于或等于30°的单段目标压裂段对应的压裂半缝长，且单段目标压裂段的最小压裂半缝长大于50m；压裂液排量控制在6-11m³/min，单段目标压裂段的压裂液量控制在1000m³以内，从下部至上部的目标压裂段的压裂液逐渐减小，且最小压裂液量不低于200m³；压裂液最后泵注的5%携砂液的含砂比为携砂液的平均含砂量比的10%以内；
压裂材料：支撑剂采用石英砂，前置液中的石英砂为40目，携砂液中的石英砂为70目；压裂液以KCI+水为主体，加0.01-0.1%增稠剂；其中，
针对煤层倾角大于30°的目标压裂段，压裂液中的增稠剂百分比位于0.05%-0.1%之间，且压裂液粘度大于或等于50mpa.s。本发明方法的有益效果为：利用压裂煤层和压裂段数选定，可实现多套高陡碎粒煤层选层与选段，使煤层气开发经济最优化，能够摈弃非经济开发煤层，实现煤层气资源动用与经济效益最优最大化。通过发明的压裂方案，能够实现高陡碎粒煤层的改造，解决了高陡煤层易出砂；裂缝远端无法有效支撑，以及形成的裂缝过长，但因无法有效支撑，浪费压裂资源的问题，降低了压裂改造成本，进而提高了煤层气开发经济效益。
附图说明
图1 本发明实施例选层/选段示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现结合以下具体实施例对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
本发明的压裂方法，是针对于煤层多且倾角高的碎粒煤所设计，多层煤层和岩石交替式形成。该方法包括选煤层、选煤段、压裂规模确定、压裂材料选择、射孔、泵注等多个步骤，通过最优化选煤层与选煤段，配置合理的压裂方案。解决了高陡煤层易出砂，形成的裂缝过长，却无法有效支撑，浪费压裂资源的问题，降低了压裂改造成本。
其中，选目标煤层，是在多层待选煤层中，从经济和高产最优平衡的角度，选出适合压裂改造的煤层。具体来说，要求：1）、根据邻井生产资料或者压裂目标煤层钻井/试井确定地层压力，所有待选煤层需为同一地层压力系统；2）、采用地层倾角测井和电阻率测井设备，并配合地面露头和采煤巷道煤层观测结果确定单煤层气真厚度和地层倾角；单煤层的真厚度大于1.0m；针对煤层的地层倾角大于30°的背斜/单斜构造中，单煤层的真厚度可降低为大于0.5m即可；3）采用现场含气量测试设备，配合测井解释资料确定煤层气含气量；单煤层的含气量大于8.0 m3/t；4）采用室内岩石力学测试实验设备，测试煤层、煤层的顶板和底板抗压和抗拉强度，要求煤层的顶板和底板岩石抗压强度平均值大于煤层抗压强度40%及以上，其抗拉强度平均值大于煤层抗拉强度20%及以上；确定各单煤层的具有良好的顶板和底板，压裂中能起到有效地力学封隔作用；5）采用取芯煤层观测和采煤巷道煤层描述方式；确定单煤层中粉煤和块煤所占百分比（人工测量结果），要求煤体结构较完整，单煤层中的粉煤厚度占比小于50%。
针对选定的目标煤层，在选定的目标煤层基础上选定目标压裂段，一个目标压裂段可包括一个目标煤层，也可包括多个目标煤层。具体来说，1）若某一目标煤层与其它相邻目标煤层之间的距离间隔大于5.0m，可将该目标煤层单独作为一个目标压裂段；2）单煤层之间间隔小于5.0m的目标煤层，各煤层视为整体作为一个目标压裂段；针对具有多个目标煤层的目标压裂段，还要求选定的目标压裂段中的一压裂段内煤层数量应不大于三层；若单煤层之间间隔小于5.0m的煤层数大于三层，按照煤层间隔距离>煤体结构完整性>煤层厚度>煤层含气量的优劣顺序排序选定压裂煤层，煤层间隔距离小于2.0m时，越大越优，煤层间隔距离大于2.0m时，越小越优；煤层结构中块煤含量越高越优，粉煤含量越低越优；煤层厚度越厚越优，煤层含气量越大越优；直到选定的煤层数不大于三层。3）选定压裂段数应不大于三段；若大于三段，在选定的煤层中按照煤体结构完整性>煤层厚度>煤层含气量的优劣顺序排序选定压裂煤层，煤层结构中块煤含量越高越优，粉煤含量越低越优；煤层厚度越厚越优，煤层含气量越大越优；直到选定的煤层确定的压裂段数不大于三段。
选定压裂段数后，再具体确定压裂方案，先后按照射孔、压裂规模、压裂材料、泵注程序确定压裂方案。其中射孔和泵注程序参照公布号为的CN111271040 A的专利申请中所记载的技术手段。压裂规模要求，在高陡煤层中，同等煤层厚度下，下部压裂段使用压裂液量应比上部压裂段使用压裂液量多20-40%，单段压裂规模控制在1000m3压裂液内，最小压裂规模不小于200m3压裂液。压裂半缝长控制在100m左右，施工排量6-11m3/min；煤层倾角大于30°后，随着煤层倾角增加，压裂半缝长需逐渐减小，但半缝长需不小于50m。压裂支撑剂采用石英砂，前置液与携砂液中石英砂40-70目；压裂液以KCI+水为主体，加0.01-0.1%增稠剂。煤层倾角大于30°的高陡煤层中，增稠剂百分比不低于0.05%，压裂液粘度不低于50mPa.s，最后泵注的5%携砂液含砂比应远小于携砂液泵注的平均含砂量比，在平均含砂量比百分之十以内。
本实施例针对上述方法，以西南地区某口井为例，提供了一个具体实施例：
（1）选目标煤层。该井煤层埋深615.9-772.45m，共13层煤，各煤层的厚度随着井深逐渐变浅。其中。1号煤层的厚度为3.05m，2号煤层的厚度为1.13m，3号煤层的厚度为0.7m，4号煤层的厚度为0.6m，5号煤层的厚度为0.8m，6号煤层的厚度为2.5m，7号煤层的厚度为0.78m，8号煤层的厚度为0.7m，9号煤层的厚度为0.9m，10号煤层的厚度为1.4m，11号煤层的厚度为0.7m，12号煤层的厚度为1.4m，13号煤层的厚度为0.5m。其中1号煤层的粉煤厚度占比大于50%，2号煤层中的非粉煤厚度小于1.0m，各煤层的地层倾角大于30°，2、3号煤层间距3.97m，4、5号煤层间距3.2m，9、10号煤层间距2.8m，11、12号煤层间距3.5m，12、13号煤层间距3.2m，其它各煤层间距大于5m。从经济开发角度出发，最终选定6、10、12、13号煤层作为压裂煤层。
（2）选段。选定6号煤层为第一压裂段，10号煤层为第二压裂段，12、13号煤层为第三压裂段，选层/选段结果见图1。
（3）射孔。6号煤层全部射开，向上砂岩体扩射1.3m。10号煤层全部射开，向上砂岩体扩射1.2m。12号和13煤全部射开，并分别向上砂岩体扩射0.3m、0.1m，孔密16孔/m，相位角60°。
（4）压裂材料。压裂液配比为2%KCI+水+0.1%增稠剂，压裂液粘度80mPa.s；前置液与携砂液中石英砂40-70目。
（5）压裂规模。6号煤层压裂液总量600m3；10号煤层压裂液总量380m3；12和13号煤层压裂液总量460 m3，其中12号煤层压裂液量340 m3，13号煤层压裂液量120m3。6号煤层半缝长控制在120m左右，10号煤层半缝长控制在100m左右，112、13号煤层半缝长控制在80m左右。
（6）泵注程序。第一段依次泵注前置液、携砂液和加砂，然后下入封隔桥塞。第二段再依次前置液、携砂液和加砂，然后再下入封隔桥塞。第三段依次泵注第一前置液、第一携砂液和加砂、球暂堵、第二前置液、第二携砂液和加砂，最后完成压裂。泵注程序更详细实施例参照本发明权利人已公开专利CN111271040 A一种适用于多、薄煤层的水力压裂方法。
实施效果显示，本井共13套煤层，放弃了9套煤层，优选出第6、10、12、13号共4套煤层进行压裂改造，后期生产中单井稳产1200m3/d及以上，侧面反映本井压裂改造生成裂缝支撑效果较好。另外，与同类型煤层相比，单井稳产产量处于中上水平，但经济上节约了9套煤层压裂改造费用，生产中煤粉出量较低，降低了压裂改造成本，进而提高了煤层气开发经济效益。
上述实施例只对其中一些本发明的一个或多个实施例进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其它的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。
Claims (3)
1.一种适用于多套高陡碎粒煤层的煤层气压裂方法，其特征在于，包括：
步骤S1，从同一地层压力系统的待选煤层中选取N个目标煤层；
步骤S2，从N个目标煤层中选定M个目标压裂段；
步骤S2包括：
步骤S21，从N个目标煤层中筛选出第一类型压裂段，各第一类型压裂段均仅包含一个目标煤层，且各第一类型压裂段中的目标煤层与其相邻的目标煤层之间的间隔距离均大于5m；
步骤S22，从N个目标煤层中筛选出第二类型压裂段，所筛选出的各第二类型压裂段包含2个或3个目标煤层，且各第二类型压裂段中的各目标煤层与其相邻的目标煤层之间的间隔距离小于5m；
步骤S22具体包括：
从N个目标煤层中筛选出X个待筛选压裂段；
针对所包含的目标煤层数量为2或3个的待筛选压裂段，直接将其确定为第二类型压裂段；
针对所包含的目标煤层数量大于3个的待筛选压裂段，按照煤层间隔距离、煤体结构完整性、煤层厚度、煤层含气量顺序的优劣顺序排序从待筛选压裂段选定压裂煤层组成第二类型压裂段；
步骤S23，若第一类型压裂段和第二类型压裂段的总数量大于3段，则按照预先确定的选段规则进行压裂段筛选，使最终筛选出的目标压裂段的总数量小于或等于3段；
步骤S23中按照预先确定的选段规则进行压裂段筛选的步骤包括：
按照煤体结构完整性>煤层厚度>煤层含气量的优劣顺序排序选定压裂段；
步骤S3，针对所选定的M个目标压裂段，采用预先选择的压裂方案按照预先确定的设定顺序依次对每一段压裂层段进行压裂，且每完成一段压裂层段压裂后，按照预定程序在指定位置下入封隔桥塞；
步骤S4，完成压裂后，停泵，关井憋压24-48小时；
其中，步骤S1包括：
步骤S11，采用地层倾角测井设备对各待选煤层进行地层倾角测定以确定各煤层的地层倾角，采用电阻率测井设备对各待选煤层进行电阻率测定；再基于测定的地层倾角结果、电阻率测定结果、以及人工测量得到的地面露头观测结果和采煤巷道煤层观测结果按照预先的计算方式确定各待选煤层的真厚度；
步骤S12，采用含气量测试设备，对各待选煤层进行含气量测定；
步骤S13，采用室内岩石力学测试实验设备，对各煤层进行煤层抗压强度、煤层抗拉强度、煤层顶板抗压强度、煤层顶板抗拉强度、煤层底板抗压强度和煤层底板抗拉强度测定；
步骤S14，基于人工测量得到的取芯煤层观测结果和采煤巷道煤层观测结果确定各待选煤层中的粉煤厚度占比；
步骤S15，针对各待选煤层，若满足：1)、待选煤层的地层倾角小于或等于30°时，待选煤层的真厚度大于1m；待选煤层的地层倾角大于30°时，待选煤层的真厚度大于0.5m；2）、待选煤层的含气量大于8m3/t；3）、待选煤层的煤层顶板抗拉强度和煤层底板抗拉强度的平均值比煤层抗拉强度至少高20%；待选煤层的煤层顶板抗压强度和煤层底板抗压强度的平均值比煤层抗压强度至少高40%；4）、待选煤层中的粉煤厚度占比小于50%；则将其确定为目标煤层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中的预先确定的设定顺序包括：
步骤S31，若压裂层段中的目标煤层数量仅为一层，按照射孔、前置液泵注、携砂液泵注和支撑剂注入的顺序对目标压裂层段中的目标煤层的进行水力压裂；
步骤S32，若压裂层段中的目标煤层数量为两层及以上，先按照射孔、前置液泵注、携砂液泵注和支撑剂注入的顺序对压裂层段中的目标煤层进行水力压裂；再投入暂堵球，将已压裂开的目标煤层上形成的射孔眼堵住；并按照前置液泵注、携砂液泵注和支撑剂注入的顺序对压裂层段中的尚未压裂开的目标煤层进行水力压裂；再重复暂堵球投入步骤，如此循环，直至完成所有目标煤层水力压裂。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S3中预先选择的压裂方案包括：
压裂规模：针对煤层厚度位于同一厚度区间内的至少两个目标压裂段，位于下部的目标压裂段的压裂液使用量比位于上部的目标压裂段的压裂液使用量多20-40%；单段目标压裂段的压裂半缝长控制在100m上下，且煤层倾角大于30°的单段目标压裂段对应的压裂半缝长小于煤层倾角小于或等于30°的单段目标压裂段对应的压裂半缝长，且单段目标压裂段的最小压裂半缝长大于50m；压裂液排量控制在6-11m3/min，单段目标压裂段的压裂液量控制在1000m³以内，从下部至上部的目标压裂段的压裂液逐渐减小，且最小压裂液量不低于200m³；压裂液最后泵注的5%携砂液的含砂比为携砂液的平均含砂量比的10%以内；
压裂材料：支撑剂采用石英砂，前置液中的石英砂为40目，携砂液中的石英砂为70目；压裂液以KCI+水为主体，加0.01-0.1%增稠剂；其中，
针对煤层倾角大于30°的目标压裂段，压裂液中的增稠剂百分比位于0.05%-0.1%之间，且压裂液粘度大于或等于50mpa.s。
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