CN116733432A - 一种用于深层煤层气压裂的改造工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于深层煤层气压裂的改造工艺方法，步骤如下：S1、井筒准备：在目标区域内，通过对目标区域目标地层进行地应力模拟选取目标煤层气井，并对目标煤层气井通井、刮削、洗井、试压；S2、射孔施工：向目标煤层气井中置入射孔管柱，对目标煤层气井中对应的目标煤层喷砂射孔；S3、压前准备：计算目标井的破裂压力，根据结果配置压裂液，调试压裂设备；S4、压裂施工：向步骤S2中由喷砂射孔形成的喷射井眼中注入压裂液造缝后，关闭井口，施工完成。本发明采用上述的一种用于深层煤层气压裂的改造工艺方法，有效地将开孔与煤层天然裂隙连通，应用缝间应力干扰作用，利用煤岩大量发育的面、端割理系统，形成更大的增产改造体积以增加产能。
Description
技术领域
本发明涉及煤层气开发技术领域，尤其是涉及一种用于深层煤层气压裂的改造工艺方法。
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。
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。现有技术中，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
本发明的目的是提供一种用于深层煤层气压裂的改造工艺方法，可有效地将开孔与煤层天然裂隙连通起来，应用缝间应力干扰作用，利用煤岩大量发育的面、端割理系统(或天然裂缝)，达到形成相比于两口或多口煤层气井单独压裂时得到的更大增产改造体积波及范围的效果。
为实现上述目的，本发明提供了一种用于深层煤层气压裂的改造工艺方法，步骤如下：
S1、井筒准备：
在目标区域内，通过对目标区域目标地层进行地应力模拟选取目标煤层气井，并对目标煤层气井通井、刮削、洗井、试压；
S2、射孔施工：
向目标煤层气井中置入射孔管柱，对目标煤层气井中对应的目标煤层喷砂射孔；
S3、压前准备：
计算目标井的破裂压力，公式为：
Pf＝PW+PH-PF-PM
其中，Pf表示施工泵注前置液时的最高井底压裂压力(压开地层时的井底破裂压力)，PW表示泵注前置液时最高地面泵注压力，PH表示井筒的静液柱压力，PF表示井筒管柱的沿程摩阻，PM表示射孔孔眼的孔眼摩阻，根据结果配置压裂液，调试压裂设备；
S4、压裂施工：
向步骤S2中由喷砂射孔形成的喷射井眼中注入压裂液造缝后，关闭井口，施工完成。
优选的，在步骤S1中，所述选取目标井的方式为以目标井同一煤层间的连接线与地层的最大主应力方向垂直或趋近于垂直为原则选取至少两口井作为目标井。
优选的，在步骤S1中，通过通井规对目标井通井，并用洗井液将目标井井筒清洗干净。
优选的，在步骤S2中，所述压裂液包括前置液、携砂液和顶替液，所述前置液、携砂液和顶替液均选用水基交联冻胶压裂液，并添加有pH值调节剂、表面活性剂、膨胀剂和杀虫剂。
优选的，在步骤S2中，将目标煤层分段，通过射孔管柱对第一目标煤层射孔，上提或者延伸射孔管柱，对下一目标煤层喷砂射孔。
优选的，在步骤S4前，还包括压裂设备进入井场，连接地面管线并对地面管线进行试压的过程。
优选的，在步骤S4中，所述压裂施工工序包括以下步骤：
S41、提出射孔管柱，向目标井中置入压裂管柱；
S42、注入前置液：利用地面高压泵车组小排量起泵，随后经压裂管柱向步骤S2中喷砂射孔形成的喷射井眼中变排量注入形成远井地带多裂缝；
S43、注入带有支撑剂的携砂液：先注入带有超低密度、小粒径支撑剂的携砂液，再注入带有中密度、中粒径支撑剂的携砂液，最后注入带有高密度、大粒径支撑剂的携砂液充填裂缝；
S44、注入顶替液：将携砂液顶替进裂缝中；
S45、依次经过煤层气排水、降压、解吸排气，完成施工。
优选的，在步骤S42中，依次选用坚果壳颗粒作为超低密度、小粒径的支撑剂，选用陶粒作为中密度、中粒径的支撑剂，选用石英砂作为高密度、大粒径的支撑剂。
优选的，在步骤S43中，所述顶替液用量与井筒容积相适应，并以恒定速率进行注入。
因此，本发明采用上述一种用于深层煤层气压裂的改造工艺方法，有益效果如下：
1)本发明两口或多口煤层气井同时压裂，使裂缝面之间的应力干扰作用在远场叠加，增强了两井之间远场应力干扰作用，能在裂缝面之间产生相比于两口或多口井单独压裂时所不能形成的远场复杂缝网，增大了增产改造体积波及范围。
2)本发明射孔作业采用对目标井分段射孔，可根据地层应力大小或预先设计的裂缝方向调整喷枪方位，以使喷枪可沿地层中最大水平主应力方向喷砂射孔，或者使喷枪可沿预先设计的裂缝方向喷砂射孔，增加了裂缝数量达到高产目标。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1是本发明一种用于深层煤层气压裂的改造工艺方法实施例的流程图。
具体实施方式
以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
如图所示，一种用于深层煤层气压裂的改造工艺方法，步骤如下：
S1、井筒准备：
在某一目标区域内，通过收集的井层参数(包括煤层厚度、煤岩割理系统发育特征、初始水平地应力差及井间距等)，对目标区域目标地层进行地应力模拟，并以目标井煤层间的连接线与地层的最大主应力方向垂直或趋近于垂直为原则选取在该区域内目标井煤层的连接线与地层最大主应力方向趋于垂直的三口目标井。
其中，三口井井深分别为1012米、985米、1078米，煤层厚度分别为5米、4.7米、5.3米，相邻井之间的井距分别为687.7米、543.5米和1058.2米，通过通井规对三口目标井通井、刮削作业。
使用含有0.1％-0.2％的磺酸盐类表面活性剂、0.5％-1.0％的聚氧乙烯型表面活性剂、0.1％-17.5％的聚氧乙烯辛基苯酚醚、0.05％-0.1％的氯化铵的水溶液作为洗井液充分循环洗井，该洗井液清洗效果好、周期短且不污染地层，清蜡彻底，降低油污在洗井作业中被带出井口而对环境造成的污染。当进出口液体相同，且无固体碎屑，比如岩屑、煤屑等固体杂质时停止洗井工作；对井筒进行试压，保证井筒不会出现泄漏，防止施工过程中压裂液泄漏。
S2、射孔施工：
先对三口目标井中的目标煤层进行分段，本实施例中将每个目标井中的目标煤层分为第一目标煤层和第二目标煤层两段，然后向目标煤层气井中置入射孔管柱，通过射孔管柱对第一目标煤层水力喷砂射孔后，上提射孔管柱对第二目标煤层水力喷砂射孔，分段射孔以增加裂缝数量。具体射孔方式为：根据地层应力大小或预先设计的裂缝方向调整喷枪方位，在每个目标井中的目标煤层段，按16孔/米，进行射孔。
S3、压前准备：
计算目标井的破裂压力，具体利用现场施工参数计算，公式为：
Pf＝PW+PH-PF-PM
其中，Pf表示施工泵注前置液时的最高井底压裂压力(压开地层时的井底破裂压力)，PW表示泵注前置液时最高地面泵注压力，PH表示井筒的静液柱压力，PF表示井筒管柱的沿程摩阻，PM表示射孔孔眼的孔眼摩阻。
计算得到的破裂压力为72.5Mpa,根据数据配置压裂液，压裂液包括前置液、携砂液和顶替液，前置液、携砂液和顶替液均选用水基交联冻胶压裂液，并添加pH值调节剂调节压裂液的pH值；表面活性剂包括助排剂和互溶剂，助排剂用于增大接触角，减少毛管力，有利于压裂液返排，互溶剂用于降低水溶液的表面张力，促进残夜的返排；膨胀剂选用氯化钾用于提高压裂液矿化度，有效压缩使黏土膨胀的双电层，并且钾离子大小恰好能进入黏土的硅氧四面体的六角空间，防止黏土分散，膨胀和运移；水中含有细菌，杀菌剂能控制厌氧菌或者喜氧菌繁殖，防止因聚合物讲解导致粘度下降，影响携砂。
压裂设备进入井场，调试压裂设备(压裂泵车组、混砂车、仪表车、管汇车、平衡车等)，连接地面管线并对地面管线进行试压，防止在压裂施工过程中出现地面设备问题，如泄漏、刺漏等；
S4、压裂施工工序具体操作步骤为：
S41、提出射孔管柱，向目标井中置入压裂管柱
S42、注入前置液：
在进行压裂作业时，为充分利用水力波及压裂的缝间应力干扰作用，三口井同时或接近同时启泵，使缝间应力干扰作用在远场得到增强，诱导远场地应力差减小或地应力方向发生反转，激活更多的远场面、端割理系统，形成的复杂体积缝网波及范围大于其单独压裂。
每口井的压裂液规模700m3，前置液比例为压裂液规模总量的48％，利用地面高压泵车组采用1m3/min小排量起泵，随后经压裂管柱向步骤S2中喷砂射孔形成的喷射井眼中，采用1m3/min，3m3/min，5m3/min，7m3/min逐渐提升的变排量方式注入前置液，变排量过程于起泵后60min时结束，后续注入皆以9m3/min排量进行恒速泵注，直至前置液全部注入，在整个泵入过程中泵压不超过试压时的最大泵压，一般为40～50MPa。注入前置液以形成一定几何尺寸的远井地带多裂缝，为后面携砂液的进入提供条件，在温度较高的地层里，前置液还可以起到一定的降温作用。
S43、注入带有支撑剂的携砂液：
选用50～80目的坚果壳颗粒作为超低密度、小粒径的支撑剂，选用30～50目的陶粒作为中密度、中粒径的支撑剂，选用18-30目的石英砂作为高密度、大粒径的支撑剂。
先注入带有超低密度、小粒径支撑剂的携砂液，携砂液的注入速度为9m3/min，泵入量为45m3，再注入带有中密度、中粒径支撑剂的携砂液，携砂液的泵注速度为9m3/min，泵入量为360m3，最后注入带有高密度、大粒径支撑剂的携砂液充填裂缝，携砂液的泵注速度为9m3/min，泵入量为45m3，使裂缝继续扩张。
S44、注入顶替液：
设定顶替液用量与井筒容积相适应，根据实际井筒容积，每口井的顶替液泵入量为13～15m3；并以8～10m3/min恒定速率将携砂液注入顶替进裂缝中，以提高携砂液效率和防止井筒沉砂。
S45、依次经过煤层气排水、降压、解吸排气，完成施工。
排水作业使井筒水柱压力下降，若这一压力低于临界吸附压力后继续排水，气饱和度升高和相对渗透率降低，产量开始增加，在储层条件相同的情况下，这一阶段所需的时间，取决于排水的速度。
继续排水作业，煤层气处于最佳的解吸状态，气产量相对稳定而水产量下降，出现高峰产气期，这个阶段所持续的时间，取决于煤层气含量。随着压力的下降及煤内表面煤层气吸附量的减少，产气量下降，并产出少量或微量的水，这一阶段延续的时间最长。测压降60～90min以测试地层内压力扩散的速度，了解地层的渗流能力，为后续施工参考，关闭井口，施工完成。
因此，本发明采用上述一种用于深层煤层气压裂的改造工艺方法，有效地将开孔与煤层天然裂隙连通，应用缝间应力干扰作用，利用煤岩大量发育的面、端割理系统，形成更大的增产改造体积以增加产能。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳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：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种用于深层煤层气压裂的改造工艺方法，其特征在于：步骤如下：
S1、井筒准备：
在目标区域内，通过对目标区域目标地层进行地应力模拟选取目标煤层气井，并对目标煤层气井通井、刮削、洗井、试压；
S2、射孔施工：
向目标煤层气井中置入射孔管柱，对目标煤层气井中对应的目标煤层喷砂射孔；
S3、压前准备：
计算目标井的破裂压力，公式为：
Pf＝PW+PH-PF-PM
其中，Pf表示施工泵注前置液时的最高井底压裂压力(压开地层时的井底破裂压力)，PW表示泵注前置液时最高地面泵注压力，PH表示井筒的静液柱压力，PF表示井筒管柱的沿程摩阻，PM表示射孔孔眼的孔眼摩阻，根据结果配置压裂液，调试压裂设备；
S4、压裂施工：
向步骤S2中由喷砂射孔形成的喷射井眼中注入压裂液造缝后，关闭井口，施工完成。
2.根据权利要求1所述的一种用于深层煤层气压裂的改造工艺方法，其特征在于：在步骤S1中，所述选取目标井的方式为以目标井同一煤层间的连接线与地层的最大主应力方向垂直或趋近于垂直为原则选取至少两口井作为目标井。
3.根据权利要求1所述的一种用于深层煤层气压裂的改造工艺方法，其特征在于：在步骤S1中，通过通井规对目标井通井，并用洗井液将目标井井筒清洗干净。
4.根据权利要求1所述的一种用于深层煤层气压裂的改造工艺方法，其特征在于：在步骤S2中，所述压裂液包括前置液、携砂液和顶替液，所述前置液、携砂液和顶替液均选用水基交联冻胶压裂液，并添加有pH值调节剂、表面活性剂、膨胀剂和杀虫剂。
5.根据权利要求1所述的一种用于深层煤层气压裂的改造工艺方法，其特征在于：在步骤S2中，将目标煤层分段，通过射孔管柱对第一目标煤层射孔，上提或者延伸射孔管柱，对下一目标煤层喷砂射孔。
6.根据权利要求1所述的一种用于深层煤层气压裂的改造工艺方法，其特征在于：在步骤S4前，还包括压裂设备进入井场，连接地面管线并对地面管线进行试压的过程。
7.根据权利要求1所述的一种用于深层煤层气压裂的改造工艺方法，其特征在于：在步骤S4中，所述压裂施工工序包括以下步骤：
S41、提出射孔管柱，向目标井中置入压裂管柱；
S42、注入前置液：利用地面高压泵车组小排量起泵，随后经压裂管柱向步骤S2中喷砂射孔形成的喷射井眼中变排量注入形成远井地带多裂缝；
S43、注入带有支撑剂的携砂液：先注入带有超低密度、小粒径支撑剂的携砂液，再注入带有中密度、中粒径支撑剂的携砂液，最后注入带有高密度、大粒径支撑剂的携砂液充填裂缝；
S44、注入顶替液：将携砂液顶替进裂缝中；
S45、依次经过煤层气排水、降压、解吸排气，完成施工。
8.根据权利要求7所述的一种用于深层煤层气压裂的改造工艺方法，其特征在于：在步骤S42中，依次选用坚果壳颗粒作为超低密度、小粒径的支撑剂，选用陶粒作为中密度、中粒径的支撑剂，选用石英砂作为高密度、大粒径的支撑剂。
9.根据权利要求7所述的一种用于深层煤层气压裂的改造工艺方法，其特征在于：在步骤S43中，所述顶替液用量与井筒容积相适应，并以恒定速率进行注入。
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