CN114033347A - 煤层气压裂系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种煤层气压裂系统及方法，所述煤层气压裂系统包括：液态二氧化碳载体高压管汇，液态二氧化碳通过增压泵注入所述高压管汇；所述高压管汇通过管线连接有多个压裂泵车；完井管柱，所述完井管柱通过管线与所述高压管汇连接。通过计算煤层气储层的破裂压力，煤层气井以液态二氧化碳作为前置液或者直接使用液态二氧化碳，通过高压泵注入煤层气储层，其中，液态二氧化碳注入排量产生的压力高于所述破裂压力；注入液态二氧化碳后闷井，通过液态二氧化碳能量形成复杂缝网，同时置换CH4，高压注入过程中易于流入煤层中的割理或天然微裂缝中，从而更好地连通储集层中的割理或天然微裂缝，形成复杂裂缝网络，大体积的深部改造储层。
Description
技术领域
本发明属于煤层气开采技术领域以及二氧化碳封存领域，尤其涉及一种煤层气压裂系统、方法。
背景技术
煤气层的地质结构多变，煤的多阶段演化和多热源叠加使煤的变质作用显著，造成煤层气藏在煤气层的物性、含气保存与开采条件等方面有明显的特殊性。相当多的煤层气藏表现出高应力和低渗透的特征，这些特征使煤层气藏的开采面临更严苛的技术要求。煤层气是指储存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，是煤的伴生矿产资源，属非常规天然气，是近一二十年在国际上崛起的洁净、优质能源和化工原料。对煤层气而言，煤层既是气源岩，又是储集层，煤层具有一系列独特的物理、化学性质和特殊的岩石力学性质，因而使煤层气在赋存机理、孔渗性能、产气机理和产量动态等方面与常规天然气有明显的区别，表现出鲜明的特征。
随着市场日益增加的天然气需求，常规油气、致密气、页岩气增产无法满足市场的燃气需求，而我国的煤层气资源量在世界排名第三，但是煤层气总产量和单井产量却一直徘徊在较低水平，主要是深部煤层、构造煤发育煤层区域较广。煤层气开发关键技术是压裂改造，而深部煤层、构造煤这部分煤层常规改造效果差，压裂改造难度大。
发明内容
本发明目的在于提供一种煤层气压裂系统及方法，解决难以形成有效复杂网络裂缝问题，提高煤层改造效果。
第一方面，本发明实施例提供了一种煤层气压裂系统，所述煤层气压裂系统包括：
液态二氧化碳载体，用以盛装液态二氧化碳；
高压管汇，液态二氧化碳通过增压泵注入所述高压管汇；所述高压管汇通过管线连接有多个压裂泵车；
完井管柱，所述完井管柱通过管线与所述高压管汇连接。
可选地，井口连接有放喷管线。
可选地，所述煤层气压裂系统还包括液氮泵车，用于对连接液态二氧化碳载体、高压管汇及完井管柱的管线及高压管汇本身通过所述液氮泵车分别试压。
第二方面，本发明实施例提供了一种煤层气压裂方法,所述煤层气压裂方法包括：
计算煤层气储层的破裂压力，煤层气井以液态二氧化碳作为前置液或者直接使用液态二氧化碳，通过高压泵注入煤层气储层，其中，液态二氧化碳注入排量产生的压力高于所述破裂压力；
注入液态二氧化碳后闷井，通过液态二氧化碳能量形成复杂缝网，同时置换CH4。
可选地，所述煤层气井的井口连接放喷管线，朝向避开压裂区域。
可选地，所述放喷管线每间隔预设距离用地锚固定，放空管线畅通，弯头不小于120°。
可选地，压裂施工前连接好管线并用液氮泵车分别试压。
可选地，使用液态二氧化碳按照以下顺序冷却施工现场的设备和管线：二氧化碳液灌冷却—增压泵冷却—高压注入系统冷却。
可选地，油管放喷及测试管线出口安装排酸筒减缓喷势，确保返排液不污染排污坑周围环境。
可选地，其特征在于，所述的煤层气压裂方法还包括：
注入二氧化碳完成后，注入预设浓度的缓蚀剂水稀释溶液然后关井扩压；
关井扩压至井口压力降为0MPa用油嘴控制放喷，观察排出液体中是否有压裂砂、煤屑；记录放喷排液时间、压力、排量、累计液量、Cl-、pH值；
用2％的KCl溶液反循环压井。
有益效果
本发明提供了一种煤层气压裂系统，所述煤层气压裂系统包括：液态二氧化碳载体，用以盛装液态二氧化碳；高压管汇，液态二氧化碳通过增压泵注入所述高压管汇；所述高压管汇通过管线连接有多个压裂泵车；完井管柱，所述完井管柱通过管线与所述高压管汇连接。通过计算煤层气储层的破裂压力，煤层气井以液态二氧化碳作为前置液或者直接使用液态二氧化碳，通过高压泵注入煤层气储层，其中，液态二氧化碳注入排量产生的压力高于所述破裂压力；注入液态二氧化碳后闷井，通过液态二氧化碳能量形成复杂缝网，同时置换CH4，利用液态二氧化碳具有低的粘度和界面张力，流动性强，高压注入过程中易于流入煤层中的割理或天然微裂缝中，从而更好地连通储集层中的割理或天然微裂缝，形成复杂裂缝网络，大体积的深部改造储层。由于CO2的吸附能力比CH4强，可以有效将CH4从煤层中置换出来，加快解吸，帮助煤层CH4产出，提高产量。
应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本发明的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的描述变得容易理解
附图说明
为了更清楚地说明本说明书一个或多个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说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的一种煤层气压裂系统的结构示意图；
图2为本发明实施例的一种煤层气压裂方法的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书一个或多个实施例中的技术方案，下面将结合本说明书一个或多个实施例中的附图，对本说明书一个或多个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说明书的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书一个或多个实施例，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例，都应当属于本文件的保护范围。
本发明提出了一种结合液态CO2技术和煤层气压裂的新方法，解决构造煤和基质难致裂煤层的起裂和形成有效复杂网络裂缝问题。利用液态CO2具有低的粘度和界面张力，流动性强，高压注入过程中易于流入煤层中的割理或天然微裂缝中，从而更好地连通储集层中的割理或天然微裂缝，形成复杂裂缝网络，大体积的深部改造储层。
下面结合附图说明和具体实施例对本发明作进一步描述：
图1示出了本发明实施例的一种煤层气压裂系统的结构图，如图1所示，所述煤层气压裂系统包括：
液态二氧化碳载体10，用以盛装液态二氧化碳；液态二氧化碳载体10例如可以为液态CO2罐车\组；
高压管汇30，液态二氧化碳通过增压泵20注入所述高压管汇30；所述高压管汇30通过管线连接有多个压裂泵车60；具体地，高、低压管线、高压管汇由壬头，安装前均要用洗涤剂清洗干净，检查其密封垫完好后，将由壬头敷密封油脂，带好并砸紧。高压管汇管线及其附件在施工前测厚，低于技术要求者应更换，具有气密性。低压管线采用油壬连接，具有气密性。压裂泵车连接高压管汇先向下引到地面，平接到管汇处后，再向上接到管汇，避免减少弯头，防止施工中将高压管汇拉坏而发生故障。高压管汇30由压裂井口顶部联接入井，经高压管汇到压裂泵车的混砂器排出高压软管线、管汇，尽量减少下垂弯曲，以免管内流速不畅。
完井管柱50，所述完井管柱通过管线与所述高压管汇30连接。完井管柱50和井口满足高压注入要求，压裂完井管柱50底部筛管根据注入需求考虑更换筛管或者直接使用喇叭口。
具体地，井口连接有放喷管线40。地面流程中井口安装放喷管线40控制放喷，并具备二级或二级以上降压功能。管线平、直，不能有架空等现象。放喷管线40安装排酸筒减缓喷势，确保返排液不污染排污坑周围环境。
具体地，所述煤层气压裂系统还包括液氮泵车70，用于对连接液态二氧化碳载体、高压管汇及完井管柱的管线及高压管汇30本身通过所述液氮泵车分别试压。施工前连接好地面高低压管线并用液氮泵车70分别试压(高压试压至井口限压)，环空平衡压力管线试压至平衡压力限压。试压后保持压力10～15min，经仔细检查不刺不漏、无压降为合格。测试管线出口安装排酸筒减缓喷势，确保返排液不污染排污坑周围环境。
本发明实施例提供了一种煤层气压裂系统，所述煤层气压裂系统包括：液态二氧化碳载体10，用以盛装液态二氧化碳；高压管汇30，液态二氧化碳通过增压泵20注入所述高压管汇；所述高压管汇通过管线连接有多个压裂泵车60；完井管柱50，所述完井管柱50通过管线与所述高压管汇30连接。利用液态二氧化碳具有低的粘度和界面张力，流动性强，高压注入过程中易于流入煤层中的割理或天然微裂缝中，从而更好地连通储集层中的割理或天然微裂缝，形成复杂裂缝网络，大体积的深部改造储层。由于CO2的吸附能力比CH4强，可以有效将CH4从煤层中置换出来，加快解吸，帮助煤层CH4产出，提高产量。
以突破煤层破裂的注入速度快速注入大量液态CO2，利用液态CO2具有低的粘度和界面张力，流动性强，高压注入过程中易于流入煤层中的割理或天然微裂缝中，从而更好地连通储集层中的割理或天然微裂缝，形成复杂裂缝网络，大体积的深度改造煤层。并且把液态CO2推送到距离井筒较远的煤层深部或者通过关井扩散使CO2有效运移到煤层深部从而实现CO2在煤层中的吸附并且对CH4实现置换的工艺技术。注入大量液态CO2降低储层伤害，有效抑制储层粘土矿物运移和膨胀，消除水敏和水锁。采用CO2降低煤储层其他可燃气体分压，置换煤层CH4，提高煤层气的采收率和采出速度。应用液态CO2替代水，节约水资源；每次施工消耗液态CO2约200-400吨，极大减少CO2的排放。
CO2为无色、无臭、不燃气体，在2.2MPa、20℃时为稳定液态，当温度升高或压力下降液态CO2会汽化。CO2无毒，但是一种室息性气体。通常含量为0.03％(体积)，若含量达到10％就会使人呼吸逐渐停止，导致窒息死亡。由此，可在上风口增加鼓风机80，以避免因管线的CO2泄露发生危险。CO2泵车、增压泵和CO2罐车的摆放位置应与其它设备和井口保持15m，但不要大于30m。如果井场较小，尽量将CO2设备摆放在离其他设备和井口较远的地方。CO2设备摆放区域应在下风口，并远离工作人员区域。
图2为本发明实施例的一种煤层气压裂方法的流程图，所述煤层气压裂方法包括：
S1、计算煤层气储层的破裂压力，煤层气井以液态二氧化碳作为前置液或者直接使用液态二氧化碳，通过高压泵注入煤层气储层，其中，液态二氧化碳注入排量产生的压力高于所述破裂压力；
S2、注入液态二氧化碳后闷井，通过液态二氧化碳能量形成复杂缝网，同时置换CH4。
本发明实施例提供了一种煤层气压裂方法，钻设生产直井，生产直井1钻设至构造煤储层的目标煤层以下，本井采用前置纯液态CO2缝网压裂的思路，提高煤层改造效果，为后续注入CO2和煤层气的产出提供有效渗流通道。本井采用液态CO2高压注入，主要利用液态CO2具有低的粘度和界面张力，流动性强，高压注入过程中易于流入煤层中的割理或天然微裂缝中，从而更好地连通储集层中的割理或天然微裂缝，形成复杂裂缝网络，大体积的深部改造储层。CO2的吸附能力比CH4强，可以有效将CH4从煤层中置换出来，加快解吸，帮助煤层CH4产出，提高产量。
本区构造煤相对发育，大排量压裂液进入储层易产生煤粉，纯CO2压裂液返排携带煤粉效果较差，为避免大量产生煤粉，设计CO2的注入排量超过破裂压力即可。高压泵注液态CO2后闷井，充分利用液态CO2能量形成复杂缝网，同时置换CH4。
在一些实施例中，所述煤层气井的井口连接放喷管线，朝向避开压裂区域。所述放喷管线每间隔预设距离用地锚固定，放空管线畅通，弯头不小于120°。具体地，例如，每间隔10m和出口处用地锚固定，放空管线畅通，弯头不小于120°，防止CO2通过弯头时因流速太快对弯头造成严重冲蚀；因流体变向形成巨大的反向推力造成连接部分的风险。
具体地，压裂施工前连接好管线并用液氮泵车分别试压。液氮泵车60，用于对连接液态二氧化碳载体、高压管汇及完井管柱的管线及高压管汇30本身通过所述液氮泵车分别试压。施工前连接好地面高低压管线并用液氮泵车分别试压(高压试压至井口限压)，环空平衡压力管线试压至平衡压力限压。试压后保持压力10～15min，经仔细检查不刺不漏、无压降为合格。测试管线出口安装排酸筒减缓喷势，确保返排液不污染排污坑周围环境。
在一些实施例中，使用液态二氧化碳按照以下顺序冷却施工现场的设备和管线：二氧化碳液灌冷却—增压泵冷却—高压注入系统冷却。液态CO2遇热会气化，需要把注入管线先进行冷却，至少冷却至能稳定液态的温度条件以下。施工时的CO2的流通道路是：CO2液灌冷却—增压泵冷却—高压注入系统冷却(压裂泵车)，按照流通顺序冷却管线，避免了连接管线的来回拆装和人员的作业次数。具体地，
(1)CO2液灌冷却
①连接气、液管线，接好屏蔽泵供电电源；
②调整屏蔽泵转向转换开关，保证其为正传；
③根据指令打开罐车液相阀门，打开管汇液相阀门启动屏蔽泵供液：
④不需要屏蔽泵供液的可用罐车自流排出液相阀门直接供液；
⑤观察气相和液相压力，当两相压力平衡时，向指挥人员汇报，供液结束：
⑥接到停止供液指令后，关闭屏蔽泵，切断供电电源，关闭罐车和管汇气、液相阀门。
(2)增压泵冷却
打开罐车和增压泵吸入、排出液相阀门，打开气液分离罐排放阀，液面高于分离罐2/3处时，启动供液泵和压裂泵以小排量循环冷泵。
(3)注入系统冷却
启动二氧化碳槽车供液泵，启动二氧化碳增压泵，通过系统循环预冷整个管路系统，预冷过程增压泵的分离器作为主要的排气装置，但是期间要不间断的开启各接口处的排气球阀排掉管线中积存的气体。直到循环管线出口返出流体为液态二氧化碳为止。
在一些实施例中，其特征在于，所述的煤层气压裂方法还包括：
S3、注入二氧化碳完成后，注入预设浓度的缓蚀剂水稀释溶液然后关井扩压；
S4、关井扩压至井口压力降为0MPa用油嘴控制放喷，观察排出液体中是否有压裂砂、煤屑；记录放喷排液时间、压力、排量、累计液量、Cl-、pH值。最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种煤层气压裂系统，其特征在于，所述煤层气压裂系统包括：
液态二氧化碳载体，用以盛装液态二氧化碳；
高压管汇，液态二氧化碳通过增压泵注入所述高压管汇；所述高压管汇通过管线连接有多个压裂泵车；
完井管柱，所述完井管柱通过管线与所述高压管汇连接。
2.根据权利要求1所述的煤层气压裂系统，其特征在于，井口连接有放喷管线。
3.根据权利要求1所述的煤层气压裂系统，其特征在于，所述煤层气压裂系统还包括液氮泵车，用于对连接液态二氧化碳载体、高压管汇及完井管柱的管线及高压管汇本身通过所述液氮泵车分别试压。
4.一种煤层气压裂方法,其特征在于，所述煤层气压裂方法包括：
计算煤层气储层的破裂压力，煤层气井以液态二氧化碳作为前置液或者直接使用液态二氧化碳，通过高压泵注入煤层气储层，其中，液态二氧化碳注入排量产生的压力高于所述破裂压力；
注入液态二氧化碳后闷井，通过液态二氧化碳能量形成复杂缝网，同时置换CH4。
5.根据权利要求4所述的煤层气压裂方法，其特征在于，所述煤层气井的井口连接放喷管线，朝向避开压裂区域。
6.根据权利要求5所述的煤层气压裂方法，其特征在于，所述放喷管线每间隔预设距离用地锚固定，放空管线畅通，弯头不小于120°。
7.根据权利要求5所述的煤层气压裂方法，其特征在于，压裂施工前连接好管线并用液氮泵车分别试压。
8.根据权利要求5所述的煤层气压裂方法，其特征在于，使用液态二氧化碳按照以下顺序冷却施工现场的设备和管线：二氧化碳液灌冷却—增压泵冷却—高压注入系统冷却。
9.根据权利要求5所述的煤层气压裂方法，其特征在于，油管放喷及测试管线出口安装排酸筒减缓喷势，确保返排液不污染排污坑周围环境。
10.根据权利要求4-9任一项所述的煤层气压裂方法，其特征在于，所述的煤层气压裂方法还包括：
注入二氧化碳完成后，注入预设浓度的缓蚀剂水稀释溶液然后关井扩压；
关井扩压至井口压力降为0MPa用油嘴控制放喷，观察排出液体中是否有压裂砂、煤屑；记录放喷排液时间、压力、排量、累计液量、Cl-、pH值。
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