[发明专利]一种煤层气井液氮-氮气-水复合压裂方法

说明书

本发明提供了一种煤层气井液氮‑氮气‑水复合压裂方法。该方法包括：氮气驱替井筒；预冷管柱；液氮压裂并冻结煤层；氮气驱替压裂；携砂液注入；顶替。本发明在整个压裂过程中，采用了液氮‑氮气‑水复合压裂，有助于在煤层中形成体积缝网，缩短压裂液返排时间，可望提高煤层气井的压裂改造范围、进而增加单井产量。

技术领域

本发明涉及一种压裂方法，尤其涉及一种煤层气井液氮-氮气-水复合压裂方法，属于油气开采技术领域。

背景技术

随着经济社会的快速发展，对石油、天然气的需求也大幅增长，供需矛盾日益加剧。为了缓解和改善目前的能源生产和消费结构，需要加大对煤层气资源的开发和利用。当前煤层气探明储量以低渗储层居多，压裂仍是主要的增产技术。而煤层气压裂液多是从常规油气井压裂液直接进行拿来主义的转化，压裂液滤失严重，形成的裂缝短，支撑剂铺置效果差，储层压力不足使压裂液难以返排。

针对常规压裂液存在的问题，在1997年提出了采用液氮作为压裂液对煤层气井进行储层改造（McDaniel B W, Grundmann S R, Kendrick W D, et al. Fieldapplications of cryogenic nitrogen as a hydraulic fracturing fluid: SPEannual technical conference and exhibition, 1997[C]. Society of PetroleumEngineers.）。在室内实验中，采用液氮对煤岩进行了浸泡，发现由于液氮的超低温冷冲击作用诱导产生了一系列与煤岩表面正交的裂缝，煤样发生收缩并断裂成细小的立方形碎片，说明液氮会使煤岩产生复杂裂缝。现场采用液氮对4口煤层气井进行了压裂实验，发现在压裂初期增产效果显著，压后日产量为压裂前的1.22-6.48倍。此后研究人员开展的室内和现场实验进一步证明了液氮压裂的优势。与水力压裂相比，液氮压裂不会引起黏土膨胀，不会损伤储层，不会造成水资源浪费，不会污染地下水，更易产生复杂缝网，且成本更低。同时，液氮的温度极低（-195.8℃），与储层接触后，可在储层岩石内部形成极高的热应力。该热应力能够对岩石产生显著的致裂作用，有效提高储层岩石的损伤程度，增大裂缝复杂程度，改善储层压裂效果。当前，随着技术的发展，相关工艺设备己完全能够满足液氮压裂的需求，同时采用更加方便的现场制备液氮设备来降低液氮成本，液氮压裂技术很可能成为当前煤层气增产的一种有效措施，从而大幅提高煤层气单井产量。

目前前人提出的煤层气液氮压裂工艺有两种，一种是采用液氮直接压裂，另一种是液氮暂堵压裂。

液氮直接压裂是指直接用液氮和氮气压开煤层（张云鹏. 煤层气井液氮压裂技术研究[D]. 成都: 西南石油大学, 2015.）。环空在开始注液氮前就开始注入氮气，压裂时氮气首先将煤层压开，氮气将裂缝附近区域的地层水驱替出裂缝区域，然后液氮与氮气同时注入继续进行压裂，该过程注氮气可以防止裂缝在延伸过程中被冻结。依靠液氮低温作用在裂缝壁面产生不规则破碎，对裂缝进行支撑，同时在近井筒和近缝地带产生大量微裂缝，增大煤层破碎程度，在此过程中液氮压裂区域为不含水区域，由于液氮的携砂能力极差，不能将支撑剂携入缝网内，因此压裂后依靠煤岩自支撑裂缝，一般不采用携砂液注入支撑剂。这种方法尽管可以使压裂区域产生复杂裂缝，能够使压裂后初期产量增加，但是由于采用煤岩自支撑裂缝，裂缝容易闭合，产量递减较快，不能持续保持高产。