[发明专利]一种煤层气水力压裂方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤层气开采水力压裂方法，属于煤层气井水力压裂技术领域。

背景技术

煤层气是我国资源潜力大、开发程度低的非常规天然气资源。全国埋深2000m以上煤层气总资源量为32.86×10¹²m³。煤层气的低成本、高效开采不仅可以解决煤矿生产带来的污染及安全问题，而且还可以弥补常规能源开发利用的短缺。但是我国煤层气储层由于低饱和、低渗、低压的特性，需要采取一定的强化增产措施，以实现煤层气的商业化开发,而其中应用最普遍的强化手段就是水力压裂。

煤层气井水力压裂的目的是：建立并连通井眼与远端的高渗流通道，以提高煤层产水量，降低煤基质中的孔隙压力，从而增加煤层气体解吸量，达到提高煤层气产量的目的。合理地选用煤层气井水力压裂技术可以加快煤层气解吸-扩散-渗流的速率,提高煤层气采收率。压裂液的选择是决定压裂施工成败的关键，而压裂液对煤储层的伤害以及造缝携砂能力是其最重要的性能指标。目前国内外应用较多的压裂液是活性水压裂液、胍胶压裂液、清洁压裂液、线性胶压裂液及泡沫压裂液等，不同的压裂液由于成分不同，性能各异。

我国的煤层气井大部分采用活性水压裂液施工。活性水压裂液的优点在于:①价格便宜，成本低；②粘度相对较低，前置液压裂造缝时可以有效控制缝高，即使大排量施工时，缝高也不会有太大变化，而且使用活性水压裂时缝长延伸好，附图1是实验室测得压裂液粘度对缝高的影响；③有较低的表面张力和界面张力；④水质清洁,对煤层污染较小。但是在实际施工中也存在不足之处：①携砂能力较差，特别是作为携砂液携带中粗砂等大粒径砂时；②高摩阻限制了施工排量和施工规模，影响整体压裂效果。

现投入现场应用的压裂液还包括羧甲基胍胶压裂液。羧甲基胍胶压裂液的优点在于：①对煤层伤害较低；②携砂能力强，可提高支撑裂缝宽度，加大支撑裂缝波及范围，延缓人工裂缝闭合，增加压裂效果；③可极大地减小压裂液滤失，增强压裂液效率，提高施工一次成功率；④具有一定粘度的羧甲基胍胶在裂缝中的流动为层流，对裂缝壁表面的冲击相对较小，因此选用羧甲基胍胶可极大的减小对裂缝壁表面的冲击，降低煤粉产出量，减少排采中煤粉堵塞；⑤羧甲基胍胶的增稠效率显著，附图2是100℃条件下羧甲基瓜尔胶压裂液黏度随时间的变化情况，其中羧甲基瓜尔胶的质量分数分别为0.25％和0.2％。从图中可以看出,剪切60min后,羧甲基瓜尔胶压裂液的剪切黏度分别在250mPa·s和350mPa·s以上,远大于压裂施工的要求。但是在实际施工应用中也有其不足之处：①成本相对较高；②作为前置液进行造缝时，缝高不易控制，大排量施工时缝高会大幅度扩展。

水力压裂形成裂缝后，为了阻止其压后闭合，需要由支撑剂来支撑裂缝形成具有一定导流能力的裂缝通道。裂缝的导流能力，在很大程度上由支撑剂在裂缝中的分布所确定，较为合理的分布是：在近井筒的裂缝中应该尽量形成有效的砂堤，增大裂缝的导流能力；在离井筒较远的地方，应该避免砂粒过度淤积，造成堵砂。一般说来比较理想的支撑剂应具有：①密度低,最好低于2.0g/cm3；②能承受1.3728×10⁴Pa左右的闭合压力；③圆度应接近于1。

支撑剂的粒径影响了其在压裂液作用下的输送过程，附图3是压裂液输运过程中支撑剂颗粒的运动轨迹。施工过程中通常采用不同的支撑剂粒径组合，大粒径支撑剂形成的支撑裂缝导流能力好，但沉降速度也会随粒径的增大而增加。在泵注初期，采用小粒径的支撑剂，它可进入到地层深部，与更多的割理相连，确保裂缝端部能够被支撑剂支撑，还可以减少煤粉的运移，且具有很好的降滤失作用；在泵注末期，采用大粒径的支撑剂类型，这样能够在保证支撑剂浓度的基础上尽量增加裂缝的导流能力。目前煤层气开采实际施工过程中缺乏行之有效的定量的支撑剂施加方案。

目前广泛用作支撑剂的是石英砂。石英砂是一种分布广、硬度大的稳定性矿物，国内主要有兰州砂、承德砂、内蒙砂等。石英砂的相对密度约为2.65左右，体积密度约为1.70g/cm3,承受压力为20-34Mpa,孔隙度为30％-38％,价格便宜，但硬度及抗压强度较低。常用石英砂规格有70～40目、40～20目和20～16目。目前现场施工压裂过程中的加砂组合方式主要有4种:①70～40目+40～20目+20～16目；②70～40目+20～16目；③40～20目+20～16目；④20～16目。

不同规格石英砂压裂中的作用如表1所示。

表1 不同规格石英砂压裂中的作用