[发明专利]低温气体辅助煤层气压裂工艺的方法

说明书

技术领域

本发明涉及石油天然气勘探与开发领域，具体的涉及一种煤层气压裂工艺方法。 

背景技术

煤层气作为一种重要的非常规天然气资源，日益受到世界各国的重视。与常规油气藏相比，煤岩具有低强度、低弹性模量、低渗透率、较高泊松比、割理发育、易破碎、各向异性、非均质性严重等特点。煤层气主要以吸附状态保存于煤岩基质孔隙的内表面，只有很少量呈游离态保存于煤岩割理和其他裂隙中，煤层气的产出须经过解析、扩散和渗流过程。 

由于煤层渗透率普遍很低，为了提高煤层气产能，一般采取人工增产措施改善储层物性，扩大储层与高渗通道的接触面积。目前，水力压裂技术作为主要增产措施广泛应用于国内外煤层气开发中。由于活性水压裂液配制简单、价格便宜、对煤层伤害较小，因此得到普遍采用。但由于活性水本身性能的缺陷以及煤层气储层物性的特征，压裂过程中存在压裂液滤失严重、返排率低、支撑剂携带困难、压裂裂缝短而复杂等问题，使得增产效果一般不如砂岩气层压裂，这对煤层气水力压裂工艺提出了新的更高要求。 

由于液氮和液态CO₂易储运，气体对地层的伤害小等优点，国外在上世纪60年代就提出了利用液氮和液态CO₂压裂/辅助压裂改造煤层的工艺，主要是利用气体的增能助排作用。80年代早期北美就开始了液态CO₂压裂低渗储层的现场实践，90年代又出现了以液氮为基础的压裂液体系，至今液氮、液态CO₂压裂/辅助压裂工艺已在上千口中得到应用，如在美国新墨西哥州圣胡安盆地煤层及砂岩储层、肯塔基州东部及弗吉尼亚州的泥盆纪页岩层中均有成功示范。 

液氮、液态CO₂压裂/辅助压裂工艺在我国石油行业应用的也较为广泛，在苏里格气田、克拉玛依五区气田、江苏油田、川西油气田等低渗油气藏中都有现场应用。近几年来，液氮和液态CO₂压裂/辅助压裂工艺已成功应用到煤层气藏的增产改造中，在安徽淮北、河南焦作和陕西韩城的煤田都有CO₂伴注压裂成功的现场实践，如2008年淮北矿区芦岭煤矿通过对常规活性水压裂和CO₂伴注增能压裂（整个压裂过程均伴注液态CO₂，CO₂与压裂液的体积比为1：9）进行现场试验和效果对比，结果表明伴注CO₂增能压裂不仅可以使煤层气井早产气，并且可以大大提高单井产量，对储层能量低、吨煤含气量低、煤层气解吸压力低的煤层气井具有较好的增产效果。 

低温液态CO₂压裂的工艺最早由Peterson在1964年提出（CanadianPatents687938和 745453）。液态CO₂最大的优点在于克服了常规压裂压裂液返排较慢的缺点，但是Peterson没有考虑液态CO₂携砂的问题。1973年，Bullen提出了一种液态CO₂与凝胶混注来加速返排的工艺（CanadianPatent932655），较好地解决了携砂困难的问题，但现场应用结果表明，CO₂-凝胶混注压裂液在返排性能上较单纯的CO₂差了很多。后续的研究主要集中在开发更为有效的凝胶压裂液与CO₂混注工艺（CanadianPatents1034363、1043091、1197977、1241826和1242389），应用液态CO₂和凝胶压裂液或者未成胶的压裂液混注，产生气液两相流体系来克服滤失和水敏问题，同时还能够有效地携砂。 

1982年Bullen提出了一种将支撑剂直接加入液态CO₂的压裂工艺（CanadianPatent1134258），在完全不加入稠化剂或者只加入少量稠化剂的情况下，携砂性能依然能达到800kg/m³。其工艺流程如下，首先加压CO₂使之液化，同时降低支撑剂至液态CO₂的温度并加压至液态CO₂的压力，然后将液态CO₂和支撑剂混合搅拌，最后将混合流体同时注入地层进行压裂。这项工艺完全避免了水基压裂液的注入，因此消除了压裂液对地层污染的隐患。液态CO₂与地层接触后气化促进了压裂液体系的返排。更重要的是，没有化学物质和凝胶成分滞留在地层中污染地层。