一種煤層氣水力壓裂方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種煤層氣水力壓裂方法，前置液和頂替液使用活性水壓裂液，攜砂液使用羧甲基胍膠壓裂液；支撐劑選用四種不同粒徑范圍的石英砂，將100～70目的粉砂和70～40目的細(xì)砂作為前置液中支撐劑，將40～20目的中砂和20～14目的粗砂作為攜砂液中支撐劑；支撐劑所選不同粒徑砂的加砂量比例；活性水壓裂液和羧甲基胍膠壓裂液中粘土穩(wěn)定劑KCl的濃度依據(jù)壓裂目的層段測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的以API單位表示的自然伽馬測(cè)井強(qiáng)度GR平均值確定。本發(fā)明很大程度上改善了煤層氣增采效果，在有效防膨的同時(shí)最大限度的降低壓裂液配置成本。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種煤層氣開采水力壓裂方法，屬于煤層氣井水力壓裂【技術(shù)領(lǐng)域】。 一種煤層氣水力壓裂方法

【背景技術(shù)】
[0002] 煤層氣是我國(guó)資源潛力大、開發(fā)程度低的非常規(guī)天然氣資源。全國(guó)埋深2000m以 上煤層氣總資源量為32. 86X 1012m3。煤層氣的低成本、高效開采不僅可以解決煤礦生產(chǎn)帶 來的污染及安全問題，而且還可以彌補(bǔ)常規(guī)能源開發(fā)利用的短缺。但是我國(guó)煤層氣儲(chǔ)層由 于低飽和、低滲、低壓的特性，需要采取一定的強(qiáng)化增產(chǎn)措施，以實(shí)現(xiàn)煤層氣的商業(yè)化開發(fā)， 而其中應(yīng)用最普遍的強(qiáng)化手段就是水力壓裂。
[0003] 煤層氣井水力壓裂的目的是：建立并連通井眼與遠(yuǎn)端的高滲流通道，以提高煤層 產(chǎn)水量，降低煤基質(zhì)中的孔隙壓力，從而增加煤層氣體解吸量，達(dá)到提高煤層氣產(chǎn)量的目 的。合理地選用煤層氣井水力壓裂技術(shù)可以加快煤層氣解吸-擴(kuò)散-滲流的速率，提高煤 層氣采收率。壓裂液的選擇是決定壓裂施工成敗的關(guān)鍵，而壓裂液對(duì)煤儲(chǔ)層的傷害以及造 縫攜砂能力是其最重要的性能指標(biāo)。目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較多的壓裂液是活性水壓裂液、胍膠 壓裂液、清潔壓裂液、線性膠壓裂液及泡沫壓裂液等，不同的壓裂液由于成分不同，性能各 異。
[0004] 我國(guó)的煤層氣井大部分采用活性水壓裂液施工?；钚运畨毫岩旱膬?yōu)點(diǎn)在于：①價(jià) 格便宜，成本低；②粘度相對(duì)較低，前置液壓裂造縫時(shí)可以有效控制縫高，即使大排量施工 時(shí)，縫高也不會(huì)有太大變化，而且使用活性水壓裂時(shí)縫長(zhǎng)延伸好，附圖1是實(shí)驗(yàn)室測(cè)得壓裂 液粘度對(duì)縫高的影響；③有較低的表面張力和界面張力；④水質(zhì)清潔，對(duì)煤層污染較小。但 是在實(shí)際施工中也存在不足之處：①攜砂能力較差，特別是作為攜砂液攜帶中粗砂等大粒 徑砂時(shí)；②高摩阻限制了施工排量和施工規(guī)模，影響整體壓裂效果。
[0005] 現(xiàn)投入現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的壓裂液還包括羧甲基胍膠壓裂液。羧甲基胍膠壓裂液的優(yōu)點(diǎn)在 于：①對(duì)煤層傷害較低；②攜砂能力強(qiáng)，可提高支撐裂縫寬度，加大支撐裂縫波及范圍，延 緩人工裂縫閉合，增加壓裂效果；③可極大地減小壓裂液濾失，增強(qiáng)壓裂液效率，提高施工 一次成功率；④具有一定粘度的羧甲基胍膠在裂縫中的流動(dòng)為層流，對(duì)裂縫壁表面的沖擊 相對(duì)較小，因此選用羧甲基胍膠可極大的減小對(duì)裂縫壁表面的沖擊，降低煤粉產(chǎn)出量，減少 排采中煤粉堵塞；⑤羧甲基胍膠的增稠效率顯著，附圖2是KKTC條件下羧甲基瓜爾膠壓裂 液黏度隨時(shí)間的變化情況，其中羧甲基瓜爾膠的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為〇. 25%和0. 2%。從圖中 可以看出，剪切60min后，羧甲基瓜爾膠壓裂液的剪切黏度分別在250mPa *s和350mPa *s 以上，遠(yuǎn)大于壓裂施工的要求。但是在實(shí)際施工應(yīng)用中也有其不足之處：①成本相對(duì)較高； ②作為前置液進(jìn)行造縫時(shí)，縫高不易控制，大排量施工時(shí)縫高會(huì)大幅度擴(kuò)展。
[0006] 水力壓裂形成裂縫后，為了阻止其壓后閉合，需要由支撐劑來支撐裂縫形成具有 一定導(dǎo)流能力的裂縫通道。裂縫的導(dǎo)流能力，在很大程度上由支撐劑在裂縫中的分布所確 定，較為合理的分布是：在近井筒的裂縫中應(yīng)該盡量形成有效的砂堤，增大裂縫的導(dǎo)流能 力；在離井筒較遠(yuǎn)的地方，應(yīng)該避免砂粒過度淤積，造成堵砂。一般說來比較理想的支撐劑 應(yīng)具有：①密度低，最好低于2. 0g/cm3 ;②能承受1. 3728X 104Pa左右的閉合壓力；③圓度 應(yīng)接近于1。
[0007] 支撐劑的粒徑影響了其在壓裂液作用下的輸送過程，附圖3是壓裂液輸運(yùn)過程中 支撐劑顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡。施工過程中通常采用不同的支撐劑粒徑組合，大粒徑支撐劑形成 的支撐裂縫導(dǎo)流能力好，但沉降速度也會(huì)隨粒徑的增大而增加。在泵注初期，采用小粒徑的 支撐劑，它可進(jìn)入到地層深部，與更多的割理相連，確保裂縫端部能夠被支撐劑支撐，還可 以減少煤粉的運(yùn)移，且具有很好的降濾失作用；在泵注末期，采用大粒徑的支撐劑類型，這 樣能夠在保證支撐劑濃度的基礎(chǔ)上盡量增加裂縫的導(dǎo)流能力。目前煤層氣開采實(shí)際施工過 程中缺乏行之有效的定量的支撐劑施加方案。
[0008] 目前廣泛用作支撐劑的是石英砂。石英砂是一種分布廣、硬度大的穩(wěn)定性礦物， 國(guó)內(nèi)主要有蘭州砂、承德砂、內(nèi)蒙砂等。石英砂的相對(duì)密度約為2. 65左右，體積密度約為 1. 70g/cm3,承受壓力為20-34Mpa，孔隙度為30% -38%，價(jià)格便宜，但硬度及抗壓強(qiáng)度較 低。常用石英砂規(guī)格有70?40目、40?20目和20?16目。目前現(xiàn)場(chǎng)施工壓裂過程中的 加砂組合方式主要有4種：①70?40目+40?20目+20?16目；②70?40目+20? 16目；③40?20目+20?16目；④20?16目。
[0009] 不同規(guī)格石英砂壓裂中的作用如表1所示。
[0010] 表1不同規(guī)格石英砂壓裂中的作用 [0011]

【權(quán)利要求】
1. 一種煤層氣水力壓裂方法，壓裂是按前置液-攜砂液-頂替液程序進(jìn)行水力壓裂， 其特征是，前置液和頂替液使用活性水壓裂液，攜砂液使用羧甲基胍膠壓裂液；支撐劑選用 四種不同粒徑范圍的石英砂，分別是：粉砂100?70目、細(xì)砂70?40目、中砂40?20目、 粗砂20?14目，將100?70目的粉砂和70?40目的細(xì)砂加入前置液作支撐劑，將40? 20目的中砂和20?14目的粗砂作為攜砂液中作支撐劑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤層氣水力壓裂方法，其特征是，活性水壓裂液和羧甲 基胍膠壓裂液中均含有粘土穩(wěn)定劑KC1，粘土穩(wěn)定劑KC1的濃度依據(jù)壓裂目的層段測(cè)井?dāng)?shù) 據(jù)的以API單位表示的自然伽馬測(cè)井強(qiáng)度GR平均值確定。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種煤層氣水力壓裂方法，其特征是，GR平均值<50,前置 液和攜砂液中KC1的含量均為1. Owt%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種煤層氣水力壓裂方法，其特征是，50彡GR平均值彡90， 前置液中KC1含量為1. 5wt%，攜砂液中KC1的含量為1. Owt%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種煤層氣水力壓裂方法，其特征是，GR平均值>90,前置 液中KC1含量為2. Owt %，攜砂液中KC1的含量為1. Owt %。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤層氣水力壓裂方法，其特征是，支撐劑加砂比例為：每 60m3砂量中粉砂1?3m 3、細(xì)砂5?10m3,中砂25?35m3,粗砂15?20m3。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤層氣水力壓裂方法，其特征是，40?20目中砂用于羧 甲基胍膠壓裂液作為的攜砂液前期，20?14目粗砂用于羧甲基胍膠壓裂液作為的攜砂液 后期。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤層氣水力壓裂方法，其特征是，所述的活性水壓裂液 組成為：lwt% -2wt%的粘土穩(wěn)定劑KC1、0. 02wt%分散劑FS-01、0. 05wt%減阻劑BHP-1、 0. 3wt%助排劑DB-80和余量水。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤層氣水力壓裂方法，其特征是，所述的羧甲基胍膠壓 裂液組成為：lwt% -2wt%的黏土穩(wěn)定劑KC1、0. 25wt% CJ2-11羧甲基、0· 5wt% DB-80助 排劑、0· 5wt% YFP-3 起泡劑、0· 5wt% CJ-11 交聯(lián)促進(jìn)劑、0· lwt% CJSJ-3 殺菌劑；50wt% 幾-11交聯(lián)液；余量水。
【文檔編號(hào)】E21B43/267GK104088616SQ201410328286
【公開日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月9日
【發(fā)明者】陳衛(wèi)忠, 鄒俊鵬, 楊典森, 譚賢君, 楊建平 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所