專利名稱：煤層氣井控壓注入增產(chǎn)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高階煤煤層氣增產(chǎn)作業(yè)中的一種新型增產(chǎn)工藝方法。
背景技術(shù)：
煤層氣的直井開發(fā)，壓裂是增產(chǎn)的主要措施之一。目前，直井壓裂普遍采用水力壓裂工藝，施工參數(shù)注入液量400 600m3，注入壓力8 22MPa，砂量30 50m3，排量4 9m7min，壓后2小時返排采氣生產(chǎn)。據(jù)統(tǒng)計，泌水地區(qū)煤層氣井壓裂后有1/3產(chǎn)氣量未達到開發(fā)開發(fā)方案要求。根據(jù)室內(nèi)實驗結(jié)合現(xiàn)場壓裂施工曲線，證明高階煤煤巖結(jié)構(gòu)差異較大，存在較大的塑性變形，煤巖的產(chǎn)氣機理和構(gòu)造與砂巖油藏存在著顯著的區(qū)別，單純的將油井壓裂工藝用于煤層氣井壓裂，不能達到預(yù)期的產(chǎn)氣效果。其主要表現(xiàn)在以下幾點1)現(xiàn)有的油井壓裂工藝在煤層氣井上應(yīng)用，造成煤巖的應(yīng)力集中，形成單一裂隙， 不能有效溝通煤巖自身割理與裂隙，溝通的壓力波及范圍較小，影響產(chǎn)氣量；2)現(xiàn)有的壓裂方式造成煤巖的破碎、坍塌，致使粉煤灰堆積，影響煤層氣井的壓裂效果；3)現(xiàn)有的壓裂添加的石英砂支撐劑嵌入煤儲層，降低裂縫導(dǎo)流能力，影響壓裂效^ ο在此狀況下，利用柱塞泵，采用小排量、大液量連續(xù)泵入的工藝，完成不同結(jié)構(gòu)煤巖的塑性變形，使裂隙不再閉合，提高裂縫波及體積。中國專利公開號CN1156785A，提供了“一種開采煤層氣的方法”。首先從地面鉆井到煤層的圍巖中，然后對圍巖作改善透氣性處理，煤層中的煤層氣經(jīng)圍巖后流到井中被抽取。該方法特別適用于我國許多透氣性很差的煤層開采煤層氣。對圍巖作改善透氣性處理也比煤層容易。另外，這種方法使煤層與直接接觸的巖層有寬大的接觸面，可大大提高煤層氣的開采量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種煤層氣井控壓注入增產(chǎn)的方法，采用小排量、控壓注入方式進行煤層氣井壓裂，保護煤層結(jié)構(gòu)，確保壓裂時煤層有足夠的充填液，完成微裂縫的開啟并達到塑性變形的狀態(tài)，擴大煤層氣解吸范圍，降低投資成本?？朔F(xiàn)有壓裂方式對煤巖易造成破碎、坍塌及粉煤灰堆積等傷害的缺陷的不足。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是煤層氣井控壓注入增產(chǎn)的方法，采用小排量、不加入支撐劑、控壓注入方式進行煤層氣井壓裂，確保煤層有足夠的充填液，完成煤巖由彈性變形到塑性變形的過程。其特征在于具體工藝步驟如下煤層氣井控壓注入增產(chǎn)的方法，其特征是通過以下步驟實現(xiàn)步驟A、采集高階煤煤巖儲層的孔隙度、儲層厚度、壓力波及半徑和煤儲層體積參數(shù)；
步驟B、根據(jù)煤儲層體積、煤巖孔隙度及煤儲層厚度測算水力壓裂后人工裂縫的壓力波半徑；式中Φ——孔隙度；無量綱；H——煤儲層厚度，單位m ；R——壓力波半徑，單位:m ；V——煤儲層體積，單位m3步驟C、運用MTS真三軸巖石力學(xué)性質(zhì)測試儀測試并確定煤儲層中煤巖的楊氏模量、泊松比和抗拉強度參數(shù)；步驟D、運用裂縫擴展實驗設(shè)備，模擬煤巖壓裂裂縫形態(tài)，確定人工裂縫體積；步驟E、依據(jù)壓力波及的半徑，確定注入液量；Q= Ji R2 φ H式中φ——孔隙度，無量綱；H——煤儲層厚度，單位m ；R——壓力波及的半徑，單位m ；Q——注入液量，單位m3步驟F、根據(jù)步驟E的計算，確定注入液量，進行現(xiàn)場施工①將兩個壓裂液儲存罐的出口通過管線并聯(lián)后連接柱塞泵的入口 ；在壓裂液儲存罐到柱塞泵的入口的管線上連接有閥門，柱塞泵的出口通過管線連接一個井口采氣樹進液閥門，在柱塞泵出口到井口采氣樹進液閥門之間的管線上連接有流量表和承壓35Mpa的壓力表；采氣樹固定在套管頂部的法蘭盤上。②將施工井在該方法實施前生產(chǎn)期間累計產(chǎn)水量以最大排量注入煤層，以充填儲層裂縫中采出部分的體積，使儲層裂縫完全充填液體。③控制注入液體的壓力低于20Mpa時，保持每小時注入量7 25m3 ；④井口壓力小于20Mpa時注入液體，井口壓力達到或超過20Mpa時停注，關(guān)井；等待壓力自然下降至5 IOMPa時注入液體，最終完成步驟E計算的液體量，或地層飽和不能注入液體為止。⑤根據(jù)區(qū)塊內(nèi)壓裂后壓力自然降落數(shù)據(jù)統(tǒng)計，3 5天井口無壓力。當?shù)貙语柡停?壓力在5 7天沒有降落至5MPa，該井施工結(jié)束。⑥施工結(jié)束關(guān)井，拆除柱塞泵；閥門和流量表5通過管線2連接，壓力自然下降為 0. 11 2ΜΙ^后，打開井口采氣樹進液閥門7開井。⑦現(xiàn)場施工工人作業(yè)，井下管柱與井口采氣樹連接，安裝抽油機進行采氣生產(chǎn)。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明煤層氣井控壓注入增產(chǎn)的方法，小排量、壓力控制多裂縫產(chǎn)生的工藝方法適合高階煤煤巖發(fā)育特點，可以較好的抑制煤粉的產(chǎn)生，并且避免煤巖應(yīng)力的集中，達到溝通煤巖自身割理、裂隙，形成多裂縫、溝通的波及范圍較大的增產(chǎn)效果。 可以解決壓裂過程中產(chǎn)生的裂縫波及范圍小，產(chǎn)氣量低，投資成本高的問題。附 圖說明

圖1是采用煤層氣井控壓注入增產(chǎn)的方法時的地面設(shè)備連接結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1-壓裂液儲存罐，2-管線，3-閥門，4-柱塞泵，5-流量表，6_壓力表，7_井口采氣樹進液閥門，8-套管，9-法蘭盤。
具體實施例方式實施例1 以一個煤層氣井控壓注入增產(chǎn)的方法為例，對本發(fā)明作進一步詳細說明。本發(fā)明本發(fā)明是利用柱塞泵4在高階煤煤儲層中小排量、不添加支撐劑及控壓注入的方式，致使煤巖自身割理裂隙充分連通，擴大解吸面積，提高產(chǎn)氣量。具體實施步驟如下步驟A、采集高階煤煤巖儲層的含氣量、產(chǎn)氣量、計算煤儲層氣體占體積；噸煤含氣量23m3/t ；壓裂后產(chǎn)氣量44589m3，煤比重1. 46t/m3，已產(chǎn)氣所占煤的體積m3 產(chǎn)氣量/噸煤含氣量/煤比重即44589/23/1. 46 = 1328 ；步驟B、孔隙度(Φ) = 5%、層厚度(H) = 5. 7m ；根據(jù)煤儲層體積、煤巖孔隙度及煤儲層厚度測算水力壓裂后產(chǎn)氣量波及的半徑，計算后為38. 5m。煤體積廠=TiR1φΗ」-
\ πφ H式中φ—孔隙度；無量綱；H——煤儲層厚度，單位m ；R——產(chǎn)氣量波及的半徑，單位m ；V——煤儲層體積，單位m3運用MTS真三軸巖石力學(xué)性質(zhì)測試儀測試全應(yīng)力-應(yīng)變曲線反映煤巖為塑性變形。煤巖破裂時破裂面不規(guī)則，較粗糙，形成多裂縫狀態(tài)。步驟C、裂縫多裂縫狀態(tài)，高度充滿儲層，壓力波及半徑為已經(jīng)產(chǎn)氣量所占半徑的 2倍，確定注入液量；孔隙度(Φ) =5%、儲層厚度(H) =5. 7m，水力壓裂后產(chǎn)氣量波及的半徑38. 5m, 2倍半徑為77m ；
Q = TrR1CpH式中φ——孔隙度；無量綱；H——煤儲層厚度，單位m ；R——產(chǎn)氣量波及的半徑，單位m ；Q——注入液量，單位m3步驟D、根據(jù)步驟C的計算，確定注入液量為5305m3。參閱圖1。進行現(xiàn)場施工①將兩個壓裂液儲存罐1的出口通過管線2并聯(lián)后連接柱塞泵4的入口 ；在壓裂液儲存罐1到柱塞泵4的入口的管線2上連接有閥門3，柱塞泵4的出口通過管線2連接一個井口采氣樹進液閥門7，在柱塞泵4出口到井口采氣樹進液閥門7之間的管線2上連接有流量表5和承壓35Mpa的壓力表6 ；采氣樹固定在套管8頂部的法蘭盤9上。
②水罐車向兩個壓裂液儲存罐1中備水，打開閥門3和井口采氣樹進液閥門7，將施工井在該方法實施前生產(chǎn)期間累計產(chǎn)水量以最大排量注入煤層，以充填儲層裂縫中采出部分的體積，使儲層裂縫完全充填液體。③控制注入液體的壓力低于20Mpa時，以每小時7. 2m3的流量向井內(nèi)煤儲層注入液體；④注入量為36m3時，井口壓力上升，近井筒地帶飽和，繼續(xù)以每小時7. 2m3的流量注入液體，壓力持續(xù)上升至14Mpa，注入液量為1600m3，至此壓力在13. 3 13. 9Mpa之間反復(fù)波動，井口壓力始終小于20Mpa，直至達到注入液量5305m3。該井施工結(jié)束，關(guān)閉閥門3和井口采氣樹進液閥門7。⑤根據(jù)該井壓裂后壓力自然降落數(shù)據(jù)，5天井口無壓力。當?shù)貙语柡?，壓力?天沒有降落至5MPa，該井注入液體施工結(jié)束。⑥施工結(jié)束關(guān)井，拆除柱塞泵4 ；閥門3和流量表5通過管線2連接，壓力自然下降為0. 2MPa后，打開井口采氣樹進液閥門7開井。⑦現(xiàn)場施工工人作業(yè)，井下管柱與井口采氣樹連接，安裝抽油機進行采氣生產(chǎn)。該井注入增產(chǎn)改造措施前日產(chǎn)氣量100m3，增產(chǎn)改造后，經(jīng)過四個月的排采階段， 日產(chǎn)氣量為500m3。
權(quán)利要求
1. 一種煤層氣井控壓注入增產(chǎn)的方法，其特征是通過以下步驟實現(xiàn) 步驟A、采集高階煤煤巖儲層的孔隙度、儲層厚度、壓力波及半徑和煤儲層體積參數(shù)； 步驟B、根據(jù)煤儲層體積、煤巖孔隙度及煤儲層厚度，測算水力壓裂后人工裂縫的壓力波及的半徑；從=、πφ H式中Φ—孔隙度；無量綱；H——煤儲層厚度，單位m;R——壓力波及的半徑，單位m ；V——煤儲層體積，單位m3;步驟C、依據(jù)壓力波及的半徑，確定注入液量；Q= Ji R2 φ H式中Φ——孔隙度；無量綱； H——煤儲層厚度，單位m; R——壓力波及的半徑，單位m ； Q——注入液量，單位m3步驟D、根據(jù)步驟C計算的注入液量，進行現(xiàn)場施工①將兩個壓裂液儲存罐(1)的出口通過管線( 并聯(lián)后連接柱塞泵(4)的入口；在壓裂液儲存罐(1)到柱塞泵(4)的入口的管線(2)上連接有閥門(3)，柱塞泵4的出口通過管線⑵連接一個井口采氣樹進液閥門(7)，在柱塞泵⑷出口到井口采氣樹進液閥門(7)之間的管線⑵上連接有流量表(5)和承壓35Mpa的壓力表(6)；采氣樹固定在套管⑶頂部的法蘭盤(9)上；②將施工井在該方法實施前生產(chǎn)期間累計產(chǎn)水量以最大排量注入煤層，以充填儲層裂縫中采出部分的體積，使儲層裂縫完全充填液體；③控制注入液體的壓力低于20Mpa時，保持每小時注入量7 25m3；④始終保持井口壓力小于20Mpa時注入液體，井口壓力達到或超過20Mpa時停注，關(guān)井；等待壓力自然下降至5 IOMI^a后，再注入液體，最終完成步驟E計算的液體量，或地層飽和不能注入液體為止；⑤根據(jù)區(qū)塊內(nèi)壓裂后壓力自然降落數(shù)據(jù)統(tǒng)計，3 5天井口無壓力；當?shù)貙语柡停瑝毫υ? 7天沒有降落至5MPa，該井施工結(jié)束；⑥施工結(jié)束關(guān)井，拆除柱塞泵；閥門( 和流量表( 通過管線( 連接，壓力自然下降為0. 11 后，打開井口采氣樹進液閥門(7)開井；⑦現(xiàn)場施工工人作業(yè)，井下管柱與井口采氣樹連接，安裝抽油機進行采氣生產(chǎn)。
全文摘要
煤層氣井控壓注入增產(chǎn)的方法，根據(jù)煤巖壓裂后的產(chǎn)氣量、煤層厚度以及噸煤含氣量測算水力壓裂后人工裂縫的壓力波及的半徑；確定增產(chǎn)方法的注入液量。井下作業(yè)沖砂至煤層下10m，套管注入；將兩罐壓裂液并聯(lián)接入柱塞泵入口；柱塞泵出口連接采氣樹套管閥門，井口安裝壓力表；將施工井生產(chǎn)期間累計產(chǎn)水量最大排量注入煤層，以充填采出部分的體積，控壓注入液體，每天注入量根據(jù)不同的壓力小排量穩(wěn)壓注入5～20MPa。直至地層飽和不能注入液體為止。3～5天井口無壓力。當?shù)貙语柡停?～7天壓力沒能降落至5MPa，該井施工結(jié)束。效果是適合高階煤煤巖發(fā)育特點，增加裂縫導(dǎo)流能力，能抑制煤粉的產(chǎn)生。
文檔編號E21B43/26GK102352747SQ20111032281
公開日2012年2月15日 申請日期2011年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月21日
發(fā)明者楊波, 樊彬, 田瑋, 秦義, 胡書寶, 謝唯一, 趙文秀 申請人:中國石油天然氣股份有限公司