[发明专利]煤层气储层的压裂方法

说明书

技术领域

本发明涉及从煤层释放的气体等的增产方法。本发明涉及通过注入含膨胀剂或膨胀剂混合物的流体压裂煤层气储层的方法。

背景技术

地下煤层含有大量主要为甲烷形式的天然气。这种储层通常称作煤层甲烷(coal-bed methane，CBM)储层。为有效地从CBM储层产气，采用一种或多种增产方法来提高产量。

最常见的CBM增产方法包括平行于煤层割理的定向钻孔，在煤层中形成割理，或者煤层的水力压裂。

定向钻孔包括改变钻柱角度，以使钻孔不是垂直于而是平行于煤层。因为井眼沿地层延伸，所以井筒有较大面积与煤层接触，因而可以实现较高的气体抽取量。

气蚀完井法(cavitation completion method)在煤层中形成一个或多个割理。目的在于减少钻孔过程中可能对周围结构造成的破坏量，以便在气蚀区域以外形成渗透性提高的地带，并减小径向内流场中汇流造成的近井流动阻力。通常以循环方式对裸眼完井(没有套管穿过生产层段)进行气蚀完井，因而该处理通常称作气蚀循环，参见例如Palmer，I.D.，Mavor，M.J.，Spitler，J.L.，Seidle，J.P.，and Volz，R.F.1993b，“Openhole cavity completions in coalbedmethane wells in the San Juan Basin”，Journal of Petroleum Technology，45(11)：1072-1080(November)中所述。

最经常使用压缩空气增加近井地带的压力。所述空气可以发泡以降低其在割理网络(cleat network)中的表观流度，并使其包含于它们最有效的近井区域中。尽可能快地泄压，使近井区域碎石化并使之离开井筒，在井筒周围形成相当大的割理。该过程降低了井筒表皮效应。

气蚀循环应用多种机制联系井筒与煤层压裂系统。这些机制包括在裸眼段(直径最大为10英尺)的煤层中形成物理割理；产生自井筒延伸长达200英尺(平行于最大应力方向且垂直于最小主应力)的自支撑、垂直、张性裂缝扩展；以及形成剪切应力失效区，以提高与最小应力方向垂直的方向上的渗透性，参见例如Khodaverian，M.and McLennan.1993，“Cavity completions：a study of mechanisms and applicability”，Proceedings of the 1993 InternationalCoalbed Methane Symposium(Univ.of Alabama/Tuscaloosa)，pp.89-97中所述。

气蚀是通过利用压缩空气或泡沫向井施压，然后突然释放压力完成的。过压的煤层区向井筒中提供压力波动(“受控的喷发”)，所产生的应力驱逐煤屑并沿井向上携带煤屑移动。这种施压和喷发循环在数小时或数天内重复多次，煤层中反复交替的应力-剪切失效产生沿井筒横向传播的效果，例如参见Kahil，A.and Masszi，D.1984，“Cavity stress-relief method to stimulatedemethanation boreholes”，SPE Paper No.12843，Proceedings 1984 SPEUnconventional Gas Recovery Symposium(Pittsburg)中所述。