CN115749717A - 一种基于水平井甲烷原位燃爆压裂的煤系气开发方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于水平井甲烷原位燃爆压裂的煤系气开发方法，步骤为：S1、施工直井进入目标煤系含气储层；S2、在目标煤系含气储层内施工水平井段；S3、从水平井段向两侧施工分支井；S4、采用封隔器对分支井封隔，并对分支井内的甲烷压力实时监测；S5、待甲烷压力达到指定值时向分支井输送助燃剂；S6、充分混合后点燃，在分支井周围构建裂缝网络；S7、完成全部分支井的燃爆压裂作业，最终形成人造储气层；S8、打开封隔器抽采甲烷气体。本发明通过燃爆产生的爆炸冲击波在储层内构建复杂的裂缝网络，形成复杂的裂缝网络，提高煤系气的采收率；同时燃爆压裂后周围储层内的甲烷气体向人造储气层汇聚，可实现煤系气协同开发，避免资源浪费。
Description
技术领域
本发明涉及煤系气储层改造领域，具体地说是一种基于水平井甲烷原位燃爆压裂的煤系气开发方法。
背景技术
煤系气又称煤系“三气”，通常指含煤地层中同时存在的煤层气、致密砂岩气以及泥页岩气。这种成因特点决定了煤系气高效开发的方向是共探共采，煤系气合采的特点在于不同岩性储层中不同相态天然气的同井共采，其目的是提高煤系气资源开发效率和单井产量，煤层气、致密气、页岩气共探共采及同井合层开采对深部煤系气实现商业化开发几乎是必需的技术选择。
我国煤系气资源赋存量巨大，实现煤系气资源的高效协同开发对于保障我国能源安全具有重要意义。传统的煤系气开发技术以水力压裂为主。但是水力压裂产生的裂缝通常较为单一，导致资源的采收率低，储层内绝大部分的资源没有被采出而导致了资源的严重浪费。此外，水力压裂过程中，裂缝的扩展通常受地应力控制，裂缝能否沿着储层垂直方向上扩展是决定煤系气协同开采的关键。但是目标储层的地应力通常是无法改变的，经常出现的情况是水力压裂裂缝沿着储层水平方向上扩展，裂缝很难进入相邻岩层，因而无法实现邻近储层甲烷气体的高效开采。因此，传统的水力压裂方法在煤系气开发过程中存在严重的不足，难以实现煤系气的高效开发。
因此，为了提高储层的改造效果，急需寻求一种能够在煤系地层内构建大范围立体裂缝网络的新方法以提高煤系气的采收率，实现煤系“三气”的协同高效开发。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种基于水平井甲烷原位燃爆压裂的煤系气开发方法，该方法通过甲烷-助燃剂燃爆产生的爆炸冲击波在储层内构建复杂的裂缝网络，相比于传统的水力压裂技术，能够形成更为复杂的裂缝网络，有利于提高煤系气的采收率；同时，燃爆压裂后，储层卸压，周围储层内的甲烷气体向人造储气层汇聚，可实现煤系页岩气、砂岩气以及煤层气的协同开发，避免了传统开采方法导致的资源浪费问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种基于水平井甲烷原位燃爆压裂的煤系气开发方法，具体包括以下步骤：
S1：从地表通过钻井平台施工直井，直井穿过盖层进入目标煤系含气储层；
S2：考虑储层的可压性、含气性、人工裂缝的自支撑能力、燃爆压裂影响范围以及与相邻含气储层距离的影响，在目标煤系含气储层内选择层位并施工水平井段，水平井段与直井连通；
S3：从水平井段向两侧施工若干均匀分布的分支井；
S4：从水平井段的远离直井的端部开始，采用封隔器对分支井进行抗高压封隔，并通过安装在封隔器上的甲烷压力传感器对分支井内的甲烷压力进行实时监测；
S5：待分支井内的甲烷压力达到指定值时，向分支井内通过助燃剂输送通道输送助燃剂；
S6：待甲烷与助燃剂充分混合后通过点火枪点燃分支井内的甲烷-助燃剂混合体系，在分支井周围构建复杂的裂缝网络；
S7：完成第一个分支井燃爆压裂后，按照向直井方向施工的顺序，重复上述步骤S4~S6，逐个完成其他分支井的燃爆压裂作业，最终在水平井周围形成一个大范围的人造储气层；
S8：通过钻头钻进将封隔器打开，开始抽采目标煤系含气储层内的甲烷气体。
进一步优选地，S1中所述的目标煤系含气储层包括页岩气储层、致密砂岩气储层以及煤层气储层，且页岩气储层、致密砂岩气储层与煤层气储层随机交替分布。
进一步优选地，S2中所述的水平井段的长度为400~1000 m。
进一步优选地，S3中所述的分支井呈上下交替的形式布置，同侧相邻分支井的间距为20~50 m，具体由储层的可压性以及分支井内的甲烷初始压力确定；与直井距离最近的分支井与直井之间的最小距离L为20~30 m，以此保证直井的稳定性。
进一步优选地，S4中所述的封隔器由连续油管与封隔器快速接口、甲烷压力传感器、助燃剂输入通道、单向阀、点火枪以及封隔器壳体组成。
助燃剂通过连续油管从地表输送到水平井段内，然后将连续油管与封隔器通过快速接口对接后通过助燃剂输入通道向分支井内输送助燃剂；助燃剂输入通道内安设单向阀，以防止甲烷与助燃剂泄露；甲烷压力传感器和点火枪的传输装置通过连续油管输送，并通过连续油管与封隔器快速接口与封隔器对接后进行甲烷压力的监测与点火。
封隔器的安装位置与水平井段的垂直距离l为10~15 m，由此在水平井段周围形成宽度2l的保护岩柱来维持水平井段的稳定。
进一步优选地，S5中所述的指定甲烷压力为2~10 MPa；所述的助燃剂为纯氧。
本发明具有如下有益效果：
1.本发明利用煤系气储层自身解吸的甲烷作为爆炸物，避免了向储层内输送爆炸物质过程中容易产生爆炸这一危险过程，保证储层改造过程的安全性。
2.本发明通过甲烷-助燃剂燃爆产生的爆炸冲击波在储层内构建复杂的裂缝网络，相比于传统的水力压裂技术，能够形成更为复杂的裂缝网络，有利于提高煤系气的采收率；同时，燃爆压裂后，储层卸压，周围储层内的甲烷气体向人造储气层汇聚，可实现煤系页岩气、砂岩气以及煤层气的协同开发，避免了传统开采方法导致的资源浪费问题。
3.本发明采用水平井协同分支井的形式进行甲烷原位燃爆压裂可大幅提高压裂的范围，构建大范围的裂缝网络，裂缝能沿着储层垂直方向上扩展并进入相邻岩层，提高单井的煤系气产能；同时在分支井内进行燃爆压裂可以避免水平井筒以及直井井筒遭到破坏，保证气体流动通道的结构稳定。
4.本发明中的封隔器不仅具备封隔分支井，抵抗燃爆冲击波外溢的作用，同时还实现了瓦斯压力监测、点火以及助燃剂输送一体化的功能，工艺流程简单易操作。
附图说明
图1是本发明的水平井及燃爆层位剖面图。
图2是本发明的分支井及封隔器结构示意图。
其中有：1.地表；2.钻井平台；3.直井；4.盖层；5. 页岩气储层；6.致密砂岩气储层；7.煤层气储层；8.水平井段；9.分支井；10.封隔器；101.连续油管与封隔器快速接口；102.甲烷压力传感器；103.助燃剂输入通道；104.单向阀；105.点火枪；106.封隔器壳体；11.保护岩柱；12.裂缝网络。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种基于水平井甲烷原位燃爆压裂的煤系气开发方法，具体包括以下步骤：
S1：从地表1通过钻井平台2施工直井3，直井3穿过盖层4进入目标煤系含气储层；目标煤系含气储层包括页岩气储层5、致密砂岩气储层6以及煤层气储层7，且页岩气储层5、致密砂岩气储层6与煤层气储层7随机交替分布。
S2：考虑储层的可压性、含气性、人工裂缝的自支撑能力、燃爆压裂影响范围以及与相邻含气储层距离的影响，在目标煤系含气储层内选择层位并施工水平井段8，水平井段8与直井3连通，水平井段8的长度为400~1000 m。
S3：从水平井段8向两侧施工若干均匀分布的分支井9，分支井9呈上下交替的形式布置，同侧相邻分支井9的间距为20~50 m，具体由储层的可压性以及分支井9内的甲烷初始压力确定；与直井3距离最近的分支井9与直井3之间的最小距离L为20~30 m，以此保证直井3的稳定性。
S4：从水平井段8的远离直井3的端部开始，采用封隔器10对分支井9进行抗高压封隔，并通过安装在封隔器10上的甲烷压力传感器102对分支井9内的甲烷压力进行实时监测。
如图2所示，封隔器10由连续油管与封隔器快速接口101、甲烷压力传感器102、助燃剂输入通道103、单向阀104、点火枪105以及封隔器壳体106组成。
助燃剂通过连续油管从地表1输送到水平井段8内，然后将连续油管与封隔器10通过快速接口101对接后通过助燃剂输入通道103向分支井内输送助燃剂；助燃剂输入通道103内安设单向阀104，以防止甲烷与助燃剂泄露；甲烷压力传感器102和点火枪105的传输装置通过连续油管输送，并通过连续油管与封隔器快速接口101与封隔器10对接后进行甲烷压力的监测与点火。
封隔器10的安装位置与水平井段8的垂直距离l为10~15 m，由此在水平井段8周围形成宽度2l的保护岩柱11来维持水平井段8的稳定。
封隔器不仅具备封隔分支井，抵抗燃爆冲击波外溢的作用，同时还实现了瓦斯压力监测、点火以及助燃剂输送一体化的功能，工艺流程简单易操作。
S5：待分支井9内的甲烷压力达到指定值时，指定甲烷压力为2~10 MPa；向分支井9内通过助燃剂输送通道103输送助燃剂，助燃剂一般指的是纯氧，也可以是其他具有高氧化性的气体、液体以及固体粉末。
S6：待甲烷与助燃剂充分混合后通过点火枪105点燃分支井9内的甲烷-助燃剂混合体系，在分支井9周围构建复杂的裂缝网络12。
S7：完成第一个分支井9燃爆压裂后，按照向直井3方向施工的顺序，重复上述步骤S4~S6，逐个完成其他分支井9的燃爆压裂作业，最终在水平井周围形成一个大范围的人造储气层。
采用水平井协同分支井的形式进行甲烷原位燃爆压裂可大幅提高压裂的范围，构建大范围的裂缝网络，裂缝能沿着储层垂直方向上扩展并进入相邻岩层，提高单井的煤系气产能；同时在分支井内进行燃爆压裂可以避免水平井筒以及直井井筒遭到破坏，保证气体流动通道的结构稳定。
S8：通过钻头钻进将封隔器10打开，开始抽采目标煤系含气储层内的甲烷气体。
本发明通过甲烷-助燃剂燃爆产生的爆炸冲击波在储层内构建复杂的裂缝网络，相比于传统的水力压裂技术，能够形成更为复杂的裂缝网络，有利于提高煤系气的采收率；同时，燃爆压裂后，储层卸压，周围储层内的甲烷气体向人造储气层汇聚，可实现煤系页岩气、砂岩气以及煤层气的协同开发，避免了传统开采方法导致的资源浪费问题。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于水平井甲烷原位燃爆压裂的煤系气开发方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1：从地表（1）通过钻井平台（2）施工直井（3），直井（3）穿过盖层（4）进入目标煤系含气储层；
S2：考虑储层的可压性、含气性、人工裂缝的自支撑能力、燃爆压裂影响范围以及与相邻含气储层距离的影响，在目标煤系含气储层内选择层位并施工水平井段（8），水平井段（8）与直井（3）连通；
S3：从水平井段（8）向两侧施工若干均匀分布的分支井（9）；
S4：从水平井段（8）的远离直井（3）的端部开始，采用封隔器（10）对分支井（9）进行抗高压封隔，并通过安装在封隔器（10）上的甲烷压力传感器（102）对分支井（9）内的甲烷压力进行实时监测；
S5：待分支井（9）内的甲烷压力达到指定值时，向分支井（9）内通过助燃剂输送通道（103）输送助燃剂；
S6：待甲烷与助燃剂充分混合后通过点火枪（105）点燃分支井（9）内的甲烷-助燃剂混合体系，在分支井（9）周围构建复杂的裂缝网络（12）；
S7：完成第一个分支井（9）燃爆压裂后，按照向直井（3）方向施工的顺序，重复上述步骤S4~S6，逐个完成其他分支井（9）的燃爆压裂作业，最终在水平井周围形成一个大范围的人造储气层；
S8：通过钻头钻进将封隔器（10）打开，开始抽采目标煤系含气储层内的甲烷气体。
2.根据权利要求1所述的一种基于水平井甲烷原位燃爆压裂的煤系气开发方法，其特征在于：S1中所述的目标煤系含气储层包括页岩气储层（5）、致密砂岩气储层（6）以及煤层气储层（7），且页岩气储层（5）、致密砂岩气储层（6）与煤层气储层（7）交替分布。
3.根据权利要求1所述的一种基于水平井甲烷原位燃爆压裂的煤系气开发方法，其特征在于：S2中所述的水平井段（8）的长度为400~1000 m。
4.根据权利要求1所述的一种基于水平井甲烷原位燃爆压裂的煤系气开发方法，其特征在于：S3中所述的分支井（9）呈上下交替的形式布置，同侧相邻分支井（9）的间距为20~50m；与直井（3）距离最近的分支井（9）与直井（3）之间的最小距离L为20~30 m，以此保证直井（3）的稳定性。
5.根据权利要求1所述的一种基于水平井甲烷原位燃爆压裂的煤系气开发方法，其特征在于：S4中所述的封隔器（10）由连续油管与封隔器快速接口（101）、甲烷压力传感器（102）、助燃剂输入通道（103）、单向阀（104）、点火枪（105）以及封隔器壳体（106）组成；
助燃剂通过连续油管从地表（1）输送到水平井段（8）内，然后将连续油管与封隔器（10）通过快速接口（101）对接后通过助燃剂输入通道（103）向分支井内输送助燃剂；助燃剂输入通道（103）内安设单向阀（104），以防止甲烷与助燃剂泄露；甲烷压力传感器（102）和点火枪（105）的传输装置通过连续油管输送，并通过连续油管与封隔器快速接口（101）与封隔器（10）对接后进行甲烷压力的监测与点火；
封隔器（10）的安装位置与水平井段（8）的垂直距离l为10~15 m，由此在水平井段（8）周围形成宽度2l的保护岩柱（11）来维持水平井段（8）的稳定。
6.根据权利要求1所述的一种基于水平井甲烷原位燃爆压裂的煤系气开发方法，其特征在于：S5中所述的指定甲烷压力为2~10 MPa；所述的助燃剂为纯氧。
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