本發(fā)明涉及煤層氣開發(fā)領(lǐng)域，特別涉及一種煤層氣壓裂方法。
背景技術(shù)：
煤層氣是煤炭的共、伴生氣體資源，由煤層自生自儲，我國煤層氣儲層多屬于中低滲儲層，具有孔隙度低、滲透率低的特性，在煤層氣開發(fā)中通常需要采用壓裂來實現(xiàn)增產(chǎn)獲得產(chǎn)能，但是由于煤巖具有彈性模量較低、泊松比高、塑性強的力學特性，煤巖壓裂時易形成短而寬的裂縫，那么針對煤氣層的這些特性，壓裂方法的研究與優(yōu)化十分重要。
壓裂通常利用地面高壓泵，通過井筒將壓裂液擠注進入儲層，當注入壓裂液的速度超過儲層的吸收能力時，形成很高的壓力，當這種壓力超過井底附近煤巖的破裂壓力時，煤巖將被壓開并產(chǎn)生裂縫，繼續(xù)擠注壓裂液，裂縫繼續(xù)向儲層內(nèi)部擴張。為了保持壓開的裂縫處于張開狀態(tài)，接著需要擠入帶有支撐劑的攜砂液，攜砂液進入裂縫之后，一方面可以使裂縫繼續(xù)向前延伸，另一方面可以支撐已經(jīng)壓開的裂縫，使其不會閉合。再接著注入頂替液，將井筒的攜砂液全部頂替進入裂縫，用支撐劑將裂縫支撐起來，使儲層與井筒之間建立起一條新的流體通道。
煤層氣壓裂液的最初階段使用高粘度的壓裂液，例如胍膠溶液，但其由于含有大量聚合物使得其粘度較高，聚合物等成分易與煤層發(fā)生物理化學作用而對煤層造成傷害等原因而使用較少，目前階段，對于煤層氣的壓裂通常采用活性水作為壓裂液，其以水作為基底，加入防膨劑、殺菌劑等添加劑，由于活性水壓裂液粘度低攜砂能力差，壓裂方法采用大排量、大液量連續(xù)注入的方式，例如，專利文獻CN102094612A公開了一種煤層氣井活性水壓裂工藝，該工藝采用如下步驟實現(xiàn)：(1)循環(huán)；(2)試壓；(3)試擠；(4)壓裂；(5)支撐；(6)放壓；所述步驟(1)、(3)、(3)、(5)中，壓裂液由清水、表面活性劑、殺菌劑配制而成；所述步驟(4)、(5)中，壓裂泵的泵注排量為5-9m3/min；壓裂泵注采用套管注入方式。再例如專利文獻CN102852509A公開了一種高階煤煤層氣儲層壓裂的方法，該方法采用如下步驟實現(xiàn)：(1)多口井煤層中部深射孔；(2)活性水壓裂；(3)變排量壓裂；(4)全程加砂；(5)測壓降；(6)放壓，關(guān)井48小時后連續(xù)放噴，排量不超過lm3/h；(7)下入生產(chǎn)管柱。
在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題：
壓裂方法沒有考慮煤巖的力學特性，不能使支撐劑在煤層中有效鋪置，并且由于煤儲層的破裂延伸壓力高于常規(guī)儲層，容易壓竄，造成支撐劑無效填充非改造層。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，本發(fā)明實施例提供了一種煤層氣壓裂方法。所述技術(shù)方案如下：
一種煤層氣壓裂方法，所述方法包括：
步驟1：煤層中段射孔；
步驟2：配制低粘度的壓裂液；
步驟3：通過所述壓裂液在所述射孔位置進行至少3次的壓裂鋪砂，每次壓裂鋪砂后停泵30-60分鐘再進行下一次壓裂鋪砂。
優(yōu)選地，所述煤層中段射孔具體為選擇距離煤層頂界1.0-1.5米以及距離煤層底界1.0-1.5米的中段位置進行射孔。
優(yōu)選地，所述射孔參數(shù)為16孔/米，60度相位角。
優(yōu)選地，所述步驟2中所述低粘度的壓裂液指其粘度在20mpa·s以內(nèi)。
優(yōu)選地，所述步驟2中所述壓裂液為氯化鉀溶液或者滑溜水壓裂液。
優(yōu)選地，所述氯化鉀溶液的質(zhì)量分數(shù)為0.5％-1.0％，所述滑溜水壓裂液中降阻劑的質(zhì)量分數(shù)為0.05％-0.1％。
優(yōu)選地，所述滑溜水壓裂液的煤芯傷害率小于20％。
優(yōu)選地，所述步驟3中所述壓裂鋪砂包括：將壓裂液作為前置液注入；在壓裂液中加入石英砂作為攜砂液注入；將壓裂液作為頂替液注入。
優(yōu)選地，所述步驟3中所述每次壓裂鋪砂中所述攜砂液中石英砂的質(zhì)量分數(shù)逐漸增加。
優(yōu)選地，所述步驟3中所述鋪砂后停泵30-60分鐘，為在所述頂替液注入完之后停泵30-60分鐘。
優(yōu)選地，所述步驟3中所述至少3次的壓裂鋪砂，優(yōu)選為3-5次壓裂鋪砂。
優(yōu)選地，所述步驟3中所述至少3次的壓裂鋪砂，第一次壓裂鋪砂的石英砂采用40-70目砂；第二次以及第二次之后壓裂鋪砂的石英砂采用20-40目砂。
優(yōu)選地，所述步驟3中所述至少3次的壓裂鋪砂，包括：第一次壓裂鋪砂的壓裂液總液量為200-300m3，注入排量為4.0-5.0m3/min，砂量為10-20m3；第二次壓裂鋪砂的壓裂液總液量為150-250m3，注入排量為5.0-6.0m3/min，砂量為10-20m3；第三次壓裂鋪砂的壓裂液總液量100-200m3，注入排量為6.0-7.0m3/min，砂量為10-20m3。
優(yōu)選地，所述步驟3中所述至少3次的壓裂鋪砂，還包括：第三次之后壓裂鋪砂的壓裂液總液量為100-200m3，注入排量為6.0-7.0m3/min，砂量為10-20m3。
本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是：
本發(fā)明提供的壓裂方法，其通過在煤層中段射孔，將壓裂液的過流通道控制在煤層中段，避免了在壓裂過程中前置液注入階段的壓竄風險；第一次壓裂鋪砂后停泵，使得支撐劑在壓裂形成的通道中形成了阻擋水力裂縫下竄的橋堵帶，減少了壓裂中出現(xiàn)壓竄的幾率，也為后續(xù)幾次壓裂在煤層內(nèi)鋪砂創(chuàng)造了條件；后續(xù)幾次壓裂鋪砂則逐漸增加了支撐劑堆積的高度、提高了液體流速，使得支撐劑進一步向水力裂縫遠端鋪置；從而通過至少3次的壓裂鋪砂，實現(xiàn)控制裂縫在煤層延伸，支撐劑在煤層中有效鋪置，形成較長、較高的高導(dǎo)流能力通道，提高煤層氣產(chǎn)量。
具體實施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。
一種煤層氣壓裂方法，所述方法包括：
步驟1：煤層中段射孔；
步驟2：配制低粘度的壓裂液；
步驟3：通過所述壓裂液在所述射孔位置進行至少3次的壓裂鋪砂，每次壓裂鋪砂后停泵30-60分鐘再進行下一次壓裂鋪砂。
本發(fā)明提供的壓裂方法，其通過在煤層中段射孔，將壓裂液的過流通道控制在煤層中段，避免了在壓裂過程中前置液注入階段的壓竄風險；通過利用壓裂液在所述射孔位置進行至少3次的壓裂鋪砂，每次壓裂鋪砂后停泵30-60分鐘再進行下一次壓裂鋪砂，實現(xiàn)支撐劑在煤層中有效鋪置。具體地，第一次壓裂鋪砂后停泵30-60分鐘，由于加入支撐劑的壓裂液是低粘度的，因此在停泵期間支撐劑在壓裂液中沉降，沉降到壓裂形成的裂縫通道的底部，形成了阻擋裂縫下竄的橋堵帶，減少了后續(xù)幾次壓裂鋪砂出現(xiàn)壓竄的幾率，同時由于支撐劑沉降在裂縫通道底部減少了通道的過流截面，使第二次壓裂鋪砂的壓裂液流速增加，從而使裂縫進一步在煤層中延伸，支撐劑進一步向水力裂縫遠端鋪置；再第二次壓裂鋪砂后停泵30-60分鐘，撐開了第一次壓裂未支撐的裂縫進行加支撐劑填充，并且逐漸將支撐劑鋪設(shè)在第一次壓裂形成的橋堵帶上增加了支撐劑堆積的高度，后續(xù)的壓裂鋪砂同樣逐漸增加了支撐劑堆積的高度、提高了液體流速，使得支撐劑進一步向水力裂縫遠端鋪置；從而通過至少3次的壓裂鋪砂，實現(xiàn)支撐劑在煤層中有效鋪置，形成較長、較高的高導(dǎo)流能力通道。
具體地，在煤層中段射孔指選擇距離煤層頂界1.0-1.5米以及距離煤層底界1.0-1.5米的中段位置進行射孔，其中，射孔參數(shù)為16孔/米，60度相位角，其中，相位角是指相鄰兩孔角度。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，射孔形成的通道是為后續(xù)壓裂液的進入通道，選擇在煤層的中段射孔而保留與煤層邊界的一定距離，未射孔的位置可以防止壓裂過程中出現(xiàn)壓竄，射孔參數(shù)為現(xiàn)有技術(shù)，在此不作詳細描述。
具體地，所述步驟2中所述低粘度的壓裂液指其粘度在20mpa·s以內(nèi)，目的是為了攜砂液在停泵期間支撐劑能夠在液體中沉降下來，并且出于減少對煤層傷害的考慮，本發(fā)明實施例優(yōu)選低粘度的壓裂液，進一步優(yōu)選為其粘度在20mpa·s以內(nèi)的壓裂液。
具體地，所述步驟2中所述壓裂液為氯化鉀溶液或者滑溜水壓裂液，所述氯化鉀溶液的質(zhì)量分數(shù)為0.5％-1.0％，氯化鉀作為防膨劑，可以防止煤巖中粘土水化膨脹和分散運移，所述滑溜水壓裂液中降阻劑的質(zhì)量分數(shù)為0.05％-0.1％，所述滑溜水壓裂液的煤芯傷害率小于20％。上述氯化鉀溶液以及滑溜水壓裂液為本領(lǐng)域常規(guī)采用的可以作為壓裂液的低粘度液體，本發(fā)明不對滑溜水的具體配方作出具體限定，可以根據(jù)實際情況來改變其組分以及組分的含量。例如，滑溜水的配方可以為以下質(zhì)量分數(shù)的組分：0.1％聚丙烯酰胺、0.5％氯化鉀、0.05％甲醛、以及余量的水。其中降阻劑可以為聚丙烯酰胺、胍膠、纖維素等常規(guī)種類。滑溜水壓裂液的主要成分是降阻劑，目的是減少液體與其接觸面之間的摩擦阻力，對于井筒較長的深井，作為一種優(yōu)選方案，采用滑溜水壓裂液，本發(fā)明不對滑溜水壓裂液的配方作出具體限制，作為一種優(yōu)選方案，為了達到降低摩擦阻力以及減少對儲層的傷害的目的，滑溜水壓裂液中降阻劑的質(zhì)量分數(shù)為0.05％-0.1％，所述滑溜水壓裂液的煤芯傷害率小于20％，對于井筒短的淺井，作為一種優(yōu)選方案，更為經(jīng)濟環(huán)保的選擇是氯化鉀溶液。具體的使用，可以根據(jù)實際情況作出相應(yīng)的調(diào)整。
具體地，所述步驟3中所述壓裂鋪砂包括：將壓裂液作為前置液注入；在壓裂液中加入石英砂作為攜砂液注入；將壓裂液作為頂替液注入。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，每一次的壓裂鋪砂都應(yīng)具備壓裂的上述幾個步驟，本發(fā)明實施例中，處于經(jīng)濟環(huán)保的考慮，可以根據(jù)實際情況對前置液、攜砂液、頂替液的具體用量作出相應(yīng)的調(diào)整，第一次壓裂鋪砂的按照上述的順序即為依次注入前置液、攜砂液、頂替液，由于第一次壓裂鋪砂注入的頂替液約為井筒的容積，并在第二次壓裂鋪砂之前保留在井筒中，那么第二次壓裂鋪砂時重新注入的前置液可以比第一次壓裂鋪砂注入的前置液少，后續(xù)的壓裂鋪砂時需要重新注入的前置液也是同樣的比第一次壓裂鋪砂注入的前置液少，并且作為一種優(yōu)選方案，每次壓裂鋪砂的攜砂液中石英砂的質(zhì)量分數(shù)逐漸增大，那么后續(xù)的攜砂液用量也相應(yīng)的減少，上述的將每次壓裂鋪砂的攜砂液中石英砂的質(zhì)量分數(shù)逐漸增大，也就是說第二次壓裂鋪砂的攜砂液中石英砂的質(zhì)量分數(shù)比第一次裂鋪砂的攜砂液中石英砂的質(zhì)量分數(shù)大，后續(xù)的逐漸增大，由于第一次壓裂鋪砂已經(jīng)形成了裂縫，并且支撐劑沉降將裂縫的過流截面減小，在排量不變的情況下，液體注入的流速會提高，那么第二次壓裂鋪砂不需要攜砂液中液體含量很大就可以使其進入裂縫遠端進行鋪設(shè)。
優(yōu)選地，所述步驟3中所述鋪砂后停泵30-60分鐘，為在所述頂替液注入完之后停泵30-60分鐘。也就是說，在頂替液將井筒中的攜砂液都全部注入裂縫中之后，再進行停泵，避免井筒中的攜砂液在停泵期間在井筒中沉降。
優(yōu)選地，所述至少3次的壓裂鋪砂，第一次壓裂鋪砂的石英砂采用40-70目砂；第二次以及第二次之后壓裂鋪砂的石英砂采用20-40目砂。第一次壓裂采用細砂，目的是為了使支撐劑鋪設(shè)的距離更遠，由于后續(xù)壓裂鋪砂相對于第一次壓裂鋪砂的作用是增高支撐劑高度，延伸鋪設(shè)，后續(xù)幾次的壓裂鋪砂采用粒徑相對較大的中砂。
本發(fā)明不對壓裂鋪砂的具體次數(shù)上限作出限定，根據(jù)實際情況應(yīng)作出相應(yīng)的調(diào)整，對于我國的常規(guī)煤層氣井，一般選擇3-5次壓裂鋪砂，實際實施中，根據(jù)實際情況中煤層的厚度和壓裂難度選擇具體為多少次壓裂鋪砂，但至少應(yīng)該進行3次壓裂鋪砂才可滿足將支撐劑在煤層中有效鋪置的目的，支撐劑在煤層中有效鋪置也就是指有效控制壓裂裂縫在煤層延伸，保證絕大部分支撐劑在煤層中鋪置，最終在煤層內(nèi)形成較長、較高的鋪砂剖面和高導(dǎo)流能力通道。
具體地，所述至少3次的壓裂鋪砂，包括：第一次壓裂鋪砂的壓裂液總液量為200-300m3，注入排量為4.0-5.0m3/min，砂量為10-20m3；第二次壓裂鋪砂的壓裂液總液量為150-250m3，注入排量為5.0-6.0m3/min，砂量為10-20m3；第三次壓裂鋪砂的壓裂液總液量100-200m3，注入排量為6.0-7.0m3/min，砂量為10-20m3。第一次壓裂液總液量需要分為前置液、攜砂液和頂替液，第一次壓裂液總液量相對于后續(xù)的壓裂液總液量值較大，其中頂替液為井筒的容積，那么第一次壓裂液總液量減去攜砂液以及頂替液，即得到第一次壓裂鋪砂的前置液液量，例如：第一次壓裂液總液量為300m3，砂量為20m3，按照攜砂液中石英砂的質(zhì)量分數(shù)為10％計算，那么攜砂液應(yīng)為200m3，頂替液為井筒的容積10m3，那么第一次壓裂鋪砂的前置液液量應(yīng)為90m3；第二次壓裂液總液量為250m3，砂量為20m3，按照攜砂液中石英砂的質(zhì)量分數(shù)為12％計算，那么攜砂液應(yīng)為167m3，頂替液為井筒的容積10m3，那么第二次壓裂鋪砂時需重新加入的前置液液量應(yīng)為73m3，由于第一次壓裂鋪砂的頂替液還留在井筒中，第二次壓裂鋪砂的總的前置液為這部分井筒中保留的液體以及第二次壓裂鋪砂時需重新加入的前置液液量之和，也就是說第二次壓裂鋪砂的總的前置液為83m3；由于第一次壓裂鋪砂的支撐劑已經(jīng)在裂縫底部沉降，減小了裂縫的過流截面，后續(xù)壓裂鋪砂相對于第一次壓裂鋪砂的壓裂液注入排量相應(yīng)較大，并且后續(xù)壓裂鋪砂的攜砂液中石英砂的質(zhì)量分數(shù)逐漸增大，若在砂量不變的情況下，攜砂液的液量則相應(yīng)減少。
那么對于三次以上的壓裂鋪砂，第三次之后壓裂鋪砂的壓裂液總液量為100-200m3，注入排量為6.0-7.0m3/min，砂量為10-20m3。
以下將通過具體實施例進一步描述本發(fā)明：
實施例1
本實施例以煤層深度為700-706米，厚度為6米，煤層測試滲透率為0.1mD為例，進行壓裂方法的具體應(yīng)用。
步驟1：煤層中段射孔；選擇射孔段為701-705米之間，射孔厚度為4米，射孔64個，采用102槍，127彈，60度相位角；
步驟2：配制低粘度的壓裂液；配制質(zhì)量分數(shù)為0.5％的氯化鉀溶液；
步驟3：第一次壓裂鋪砂；壓裂施工參數(shù)為：壓裂液總液量300m3(其中，前置液的液量為90m3，攜砂液的液量為200m3，頂替液的液量為10m3)，排量5.0m3/min，砂量20m3，采用40-70目天然石英砂，石英砂在攜砂液中的質(zhì)量分數(shù)為10％，頂替液泵注完后停泵30分鐘；
第二次壓裂鋪砂；壓裂施工參數(shù)為：壓裂液總液量250m3(其中，前置液的液量為73m3，攜砂液的液量為167m3，頂替液的液量為10m3)，排量5.0m3/min，砂量20m3，采用20-40目天然石英砂，石英砂在攜砂液中的質(zhì)量分數(shù)為12％；頂替液泵注完后停泵30分鐘；
第三次壓裂鋪砂；壓裂施工參數(shù)為：壓裂液總液量200m3(其中，前置液的液量為47m3，攜砂液的液量為143m3，頂替液的液量為10m3)，排量6.0m3/min，砂量20m3，采用20-40目天然石英砂，石英砂在攜砂液中的質(zhì)量分數(shù)為14％；頂替液泵注完后停泵30分鐘；
第四次壓裂鋪砂；壓裂施工參數(shù)為：壓裂液總液量100m3(其中，前置液的液量為27m3，攜砂液的液量為63m3，頂替液的液量為10m3)，排量6.0m3/min，砂量10m3，采用20-40目天然石英砂，石英砂在攜砂液中的質(zhì)量分數(shù)為16％；頂替液泵注完后停泵30分鐘；
第五次壓裂鋪砂；壓裂施工參數(shù)為：壓裂液總液量100m3(其中，前置液的液量為27m3，攜砂液的液量為63m3，頂替液的液量為10m3)，排量7.0m3/min，砂量10m3，采用20-40目天然石英砂，石英砂在攜砂液中的質(zhì)量分數(shù)為16％；頂替液泵注完后結(jié)束壓裂施工。
通過實施例1的具體應(yīng)用，可以實現(xiàn)支撐劑在煤層中有效鋪置，形成較長、較高的高導(dǎo)流能力通道，并且在壓裂鋪砂的過程當中沒有出現(xiàn)壓竄的現(xiàn)象，提高了煤層氣產(chǎn)量。
實施例2：
本實施例以煤層深度為1500-1506米，厚度為6米，煤層測試滲透率為0.01mD為例，進行壓裂方法的具體應(yīng)用。
步驟1：煤層中段射孔；選擇射孔段為1501-1505米之間，射孔厚度4米，射孔64個，采用102槍，127彈，60度相位角；
步驟2：配制低粘度的壓裂液；配制含有質(zhì)量分數(shù)0.05％降阻劑的滑溜水壓裂液，其中降阻劑為聚丙烯酰胺；
步驟3：第一次壓裂鋪砂；壓裂施工參數(shù)為：壓裂液總液量250m3(其中，前置液的液量為40m3，攜砂液的液量為200m3，頂替液的液量為10m3)，排量5.0m3/min，砂量20m3，采用40-70目天然石英砂，石英砂在攜砂液中的質(zhì)量分數(shù)為10％，頂替液泵注完后停泵30分鐘；
第二次壓裂鋪砂。壓裂施工參數(shù)為：壓裂液總液量200m3(其中，前置液的液量27m3，攜砂液的液量為153m3，頂替液的液量為20m3)，排量6.0m3/min，砂量20m3，采用20-40目天然石英砂，石英砂在攜砂液中的質(zhì)量分數(shù)為13％，頂替液泵注完后停泵30分鐘；
第三次壓裂鋪砂。壓裂施工參數(shù)為：壓裂液總液量150m3(其中，前置液的液量為30m3，攜砂液的液量為100m3，頂替液的液量為20m3)，排量7.0m3/min，砂量15m3，采用20-40目天然石英砂，石英砂在攜砂液中的質(zhì)量分數(shù)為15％，頂替液泵注完后結(jié)束壓裂施工。
通過實施例2的具體應(yīng)用，可以實現(xiàn)支撐劑在煤層中有效鋪置，形成較長、較高的高導(dǎo)流能力通道，并且在壓裂鋪砂的過程當中沒有出現(xiàn)壓竄的現(xiàn)象，提高了煤層氣產(chǎn)量。
上述所有可選技術(shù)方案，可以采用任意結(jié)合形成本公開的可選實施例，在此不再一一贅述。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。