專(zhuān)利名稱(chēng):煤層多級(jí)壓裂的改進(jìn)方法
本發(fā)明是關(guān)于地下含氣體煤層的水力壓裂方法，以便增加在這樣的煤層中所完成的井的氣體產(chǎn)量和采氣總量，更具體地說(shuō)，本發(fā)明是關(guān)于多級(jí)壓裂方法的改進(jìn)方法，以便易于進(jìn)行壓裂作業(yè)和在煤層內(nèi)造成廣延伸的支撐裂縫。
含烴地層的水力壓裂技術(shù)是眾所周知的，并且已被廣泛用來(lái)增加含烴地層中的石油和天然氣的采收率。這些技術(shù)包括，把一種壓裂液注入井筒并與要壓裂的地層相接觸。對(duì)壓裂液施加足夠高的壓力，以便壓開(kāi)地層并在地層中霹開(kāi)一條裂縫。在壓裂液中一般攜帶有支撐劑，將該支撐劑沉積在裂縫中，以便在生產(chǎn)期間使裂縫保持張開(kāi)狀態(tài)。
特別適合于低滲透性(10毫達(dá)西或更小)的含氣砂巖地層的水力壓裂技術(shù)在美國(guó)專(zhuān)利4，186，802號(hào)中介紹過(guò)。該方法包括多個(gè)攜砂壓裂級(jí)，其細(xì)支撐砂為60～140目，支撐砂與攜砂液的混合比為4磅/加侖或更高。在每一攜砂級(jí)后緊接著是一不帶支撐劑的壓裂液的相應(yīng)隔離級(jí)。緊接在最后一個(gè)攜砂級(jí)和相應(yīng)的隔離級(jí)之后，再把帶有20～40目的支撐砂的攜砂液注入最后一級(jí)，接著是用壓裂液沖洗管柱。該壓裂液是由多達(dá)70(體積)%的乙醇組成，以便減少壓裂液中的水量，因?yàn)檫@時(shí)水與地層中的水敏性粘土?xí)l(fā)生不利反應(yīng)。把多達(dá)20(體積)%的液化二氧化碳加到水/乙醇混合的壓裂液中，可以進(jìn)一步減少水量。
煤層與通常從中采出烴類(lèi)的典型地下地層如碳酸鹽巖地層或砂巖地層不同。煤層一般要比碳酸鹽巖或砂巖脆得多。因此，當(dāng)采用常規(guī)的壓裂方法時(shí)，通常所用的支撐劑往往會(huì)從裂縫面產(chǎn)生小煤粒，這些煤粒與支撐劑混合。當(dāng)井投產(chǎn)時(shí)，還有一些煤粒從裂縫面脫落而進(jìn)入支撐劑中。存在于支撐劑中的煤粒往往會(huì)堵塞支撐劑顆粒之間的空隙，并且隨之降低支撐裂縫的傳導(dǎo)性。這些煤粒對(duì)地面分離和加工設(shè)備的功能也有不良影響。
此外，煤層容易塑性變形。當(dāng)采用常規(guī)的20～40目支撐劑時(shí)，會(huì)摩損裂縫面。裂縫面中的支撐劑及煤蠕動(dòng)進(jìn)入裂縫會(huì)減少裂縫的寬度和傳導(dǎo)性。
另外，常規(guī)的壓裂技術(shù)導(dǎo)致在煤層的最低部產(chǎn)生較寬的裂縫，這些裂縫隨著接近煤層的上部而逐漸變窄，這就限制了煤層上部和裂縫之間的連通性。煤層一般被含碳酸鹽濃度高的水所飽和，從而使煤層的壓裂進(jìn)一步復(fù)雜化。常規(guī)的壓裂法導(dǎo)致碳酸鹽沉積，進(jìn)一步降低了裂縫表面上的煤層的滲透性。
在1986年1月28日公布的美國(guó)專(zhuān)利4，566，539號(hào)中提出了一種在地下煤層中產(chǎn)生裂縫的方法，與過(guò)去試圖壓裂煤層的方法相比較，它可改善裂縫的傳導(dǎo)性，從而增加氣體產(chǎn)量和氣體的總采出量。
本專(zhuān)利的目的在于提供一種方法，使地下煤層中產(chǎn)生的裂鋒能改善傳導(dǎo)性并具有更均勻的寬度。廣義地講，本方法是多級(jí)交替地把含支撐的壓裂液和酸化溶液注入井眼附近的地層中。
在美國(guó)專(zhuān)利4，566，539號(hào)中，壓裂液中懸浮有粒度分布基本上是在60和140目之間的細(xì)支撐劑(這里所說(shuō)的所有目大小是指美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)篩網(wǎng)系列)，最好是平均100目。在起始的各壓裂液注入級(jí)中，支撐劑量為每加侖壓裂液含大約0到4磅。在隨后的各注入級(jí)中壓裂液中支撐劑的加入量增加，直至每加侖壓裂液含有大約8到大約12磅支撐劑。之后，以較高的支撐劑加入量繼續(xù)注入壓裂液。每一壓裂液級(jí)之后緊接著把酸化溶液注入到井附近的地層中。
在美國(guó)專(zhuān)利4，566，539號(hào)中，以大約15到大約35桶/分的速率，最好是以20到30桶/分的速率，交替注入壓裂液和酸，一直進(jìn)行到每垂直英尺煤層的地層裂縫中沉積有至少3，000磅細(xì)支撐劑為止。最好，在含支撐的壓裂液的最終注入級(jí)之后接著注入不含支撐劑的壓裂液或酸化溶液以沖洗管柱。
在美國(guó)專(zhuān)利4，566，639號(hào)中，壓裂液最好是產(chǎn)自煤層或煤層附近地層的水，把凝膠劑以大約每1，000加侖30磅的比率加入水中。酸可以是通常用來(lái)處理地下煤層的任何一種酸，例如，醋酸、甲酸、氫氟酸或氨基磺酸，但最好是用鹽酸。另外，壓裂液或酸化溶液可以含有表面活性劑、懸浮劑、多價(jià)螯合劑、抗淤渣形成劑或阻蝕劑。
本發(fā)明的目的是對(duì)把含有支撐劑的壓裂液與不含支撐劑的液體，最好是一種酸化溶液，多級(jí)交替地注入井附近煤層中的方法的改進(jìn)方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在井中裝入公稱(chēng)直徑至少為7英寸的套管和公稱(chēng)直徑至少為3-1/2英寸的采氣管，可使壓裂作業(yè)容易進(jìn)行。然后通過(guò)套管上的孔眼把壓裂液注入地層。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，是通過(guò)連續(xù)多級(jí)交替地注入壓裂液和酸，從而在煤層中獲得廣延伸的支撐裂縫，連續(xù)注入直到地層中所沉積的細(xì)支撐劑量至少達(dá)到如下要求對(duì)于5≤h＜10，m≥500，000;
對(duì)于10≤h＜15，m≥750，000;
對(duì)于15≤h＜20，m≥1，000，000;
對(duì)于20≤h＜25，m≥2，000，000;和對(duì)于h≥25，m≥3，000，000其中h為煤層的垂直厚度(英尺)，m為沉積在煤層中的細(xì)支撐劑最小量(磅)。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，壓裂過(guò)的煤層，最好是分多級(jí)多次交替地注入含支撐劑的壓裂液與酸化溶液進(jìn)行壓裂的煤層，可用多級(jí)壓裂方法重復(fù)壓裂。
更具體地講，本發(fā)明中壓裂完井的地下含氣體煤層的方法包括分多級(jí)將壓裂液注入井附近的煤層中，所說(shuō)的壓裂液中懸浮有細(xì)支撐劑，其粒度分布范圍基本上在60和140目之間，所說(shuō)的加入壓裂液中的細(xì)支撐劑的用量比率為每加侖所說(shuō)的壓裂液大約2至大約12磅;以及所說(shuō)壓裂液的每一注入級(jí)之后，緊接著將基本上不含支撐劑的流體注入井附近的煤層中，所說(shuō)的壓裂液和不含支撐劑的流體的注入級(jí)的注入速率為每分鐘大約15至35桶，而且注入作業(yè)一直持續(xù)到在地層裂縫中沉積出所說(shuō)的細(xì)支撐劑的量如下對(duì)于5≤h＜10，m≥500，000;
對(duì)于10≤h＜15，m≥750，000;
對(duì)于15≤h＜20，m≥1，000，000;
對(duì)于20≤h＜25，m≥2，000，000;
對(duì)于h≥25，m≥3，000，000;
其中h為煤層的垂直厚度(英尺)，m為沉積在煤層中的細(xì)支撐劑的最小量(磅)。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，壓裂完井的地下含氣體煤層的方法包括將起始注入級(jí)壓裂液注入井附近的煤層中，所說(shuō)的壓裂液中懸浮有細(xì)支撐劑，且其加入量為每加侖所說(shuō)的壓裂液大約0至大約4磅，所說(shuō)支撐劑的粒度分布范圍基本上在60和140目之間;
分多級(jí)連續(xù)將壓裂液注入煤層，所說(shuō)的壓裂液中懸浮有支撐劑，且其最初的加入量為每加侖壓裂液大約2至大約4磅，在后續(xù)的壓裂液注入級(jí)中所說(shuō)的支撐劑加入量逐漸遞增至每加侖壓裂液大約8至大約12磅，之后，所說(shuō)壓裂液注入級(jí)的注入作業(yè)就以所說(shuō)的每加侖8～12磅的支撐劑加入量繼續(xù)進(jìn)行下去，直至在地層中沉積出所說(shuō)的支撐劑量如下對(duì)于5≤h＜10，m≥500，000;
對(duì)于10≤h＜15，m≥750，000;
對(duì)于15≤h＜20，m≥1，000，000;
對(duì)于20≤h＜25，m≥2，000，000;
對(duì)于h≥25，m≥3，000，000;
其中h為煤層的垂直厚度(英尺)，m為沉積在煤層中的細(xì)支撐劑的最小量(磅);以及在所說(shuō)的壓裂液注入級(jí)之間，將酸化溶液注入井附近的煤層，所說(shuō)酸化溶液和所說(shuō)壓裂液的每一注入級(jí)的注入速率為每分鐘大約15至大約35桶。
在本發(fā)明的再一實(shí)施方案中，壓裂完井的地下含氣體煤層的方法包括在井內(nèi)放入外徑為大約7英寸的套管，該套管上有孔眼鄰接煤層，并放入外徑為大約3-1/2英寸，內(nèi)徑為大約2.875英寸的采氣管，與所說(shuō)的與孔眼鄰接的井構(gòu)成流體連通系統(tǒng);
經(jīng)所說(shuō)的孔眼將起始級(jí)酸化溶液注入煤層，所說(shuō)的起始級(jí)酸化溶液的體積用量為大約2000至大約4000加侖;
之后，經(jīng)所說(shuō)的孔眼將含有凝膠劑的大約1000至大約4000加侖的起始級(jí)壓裂液注入煤層，所說(shuō)的壓裂液中懸浮有細(xì)支撐劑，其加入量為每加侖所說(shuō)壓裂液大約0至大約4磅，所說(shuō)的細(xì)支撐劑基本上成球形且其平均粒度為大約100目;
經(jīng)所說(shuō)的孔眼分多級(jí)連續(xù)將含有凝膠劑的壓裂液注入煤層，每一注入級(jí)中的所說(shuō)壓裂液的體積用量最初為每級(jí)大約1000至大約4000加侖，在后續(xù)的壓裂液注入級(jí)中，該壓裂液的體積用量以每級(jí)大約0至大約3000加侖的速率增加，直至每級(jí)注入的所說(shuō)的壓裂液量達(dá)到大約5000至大約10000加侖，之后，所說(shuō)的壓裂液注入級(jí)以所說(shuō)的5，000～10，000加侖的壓裂液體積用量繼續(xù)進(jìn)行下去，在所說(shuō)的連續(xù)壓裂液注入級(jí)中，所說(shuō)的壓裂液中懸浮有細(xì)支撐劑，其起始加入量為每加侖壓裂液大約2至大約4磅，所說(shuō)的支撐劑加入量逐漸以每加侖壓裂液大約0至大約3磅所說(shuō)的支撐劑的速率遞增到支撐劑加入量達(dá)到每加侖壓裂液大約8至大約12磅，之后，所說(shuō)的壓裂液注入級(jí)的注入作業(yè)就以所說(shuō)的每加侖8～12磅的支撐劑加入量繼續(xù)進(jìn)行下去，直至地層中沉積出所說(shuō)的支撐劑量如下
對(duì)于5≤h＜10，m≥500，000;
對(duì)于10≤h＜15，m≥750，000;
對(duì)于15≤h＜20，m≥1，000，000;
對(duì)于20≤h＜25，m≥2，000，000;和對(duì)于h≥25，m≥3，000，000;
其中h為煤層的垂直厚度(英尺)，m為沉積在煤層中的細(xì)支撐劑的最小量(磅);以及在所說(shuō)的壓裂液注入級(jí)之間，經(jīng)所說(shuō)的孔眼將酸化溶液注入到井附近的煤層中，每一注入級(jí)注入的量為大約250至大約1500加侖，所說(shuō)的酸化溶液和所說(shuō)的壓裂液的每一注入級(jí)的注入速率為每分鐘大約15至大約35桶。
在本發(fā)明中，已打井的地下含氣體煤層的重復(fù)壓裂方法包括分多級(jí)將壓裂液注入井附近的煤層，所說(shuō)的壓裂液中懸浮有細(xì)支撐劑，其粒度分布范圍基本上在60和140目之間，加入所說(shuō)壓裂液中的細(xì)支撐劑的用量比率為每加侖所說(shuō)壓裂液大約2至大約12磅支撐劑;
在每一級(jí)所說(shuō)壓裂液注入級(jí)之后，緊接著將不含支撐劑的流體注入井附近的煤層中，所說(shuō)壓裂液和所說(shuō)不含支撐劑的流體的注入速率為每分鐘大約15至大約35桶，注入作業(yè)繼續(xù)進(jìn)行下去，直至每垂直英尺煤層的地層裂縫中沉積有至少3000磅所說(shuō)的細(xì)支撐劑;
繼所說(shuō)的注入作業(yè)之后，允許在所說(shuō)的注入步驟中形成的裂縫閉合在所說(shuō)的沉積于裂縫中的支撐劑上;以及重復(fù)所說(shuō)的注入步驟，直到另有3000磅所說(shuō)的支撐劑沉積在每一垂直英尺地層中。
除非上下文另有說(shuō)明，在本方法中所用的術(shù)語(yǔ)“多級(jí)壓裂方法”和類(lèi)似含義的詞，是指把含支撐劑的壓裂液與不含支撐劑的液體多級(jí)交替注入井附近的地層中的方法。為了清楚起見(jiàn)，首先對(duì)本方法陳述如下，這樣將會(huì)更好地理解對(duì)此所作的一些改進(jìn)。
1.多級(jí)壓裂本發(fā)明的多級(jí)壓裂法可以用過(guò)去已知的水力壓裂方法所用的任何常規(guī)設(shè)備來(lái)實(shí)施。在實(shí)施本方法時(shí)可以利用常規(guī)的支撐劑-水混合設(shè)備和泵送設(shè)備。在美國(guó)專(zhuān)利4，566，639號(hào)中，我提出過(guò)采用常規(guī)的裸眼(open-hole)技術(shù)在煤層中完井，以避免落砂問(wèn)題，當(dāng)壓裂液必須流過(guò)套管上的孔眼時(shí)就可能會(huì)出現(xiàn)落砂問(wèn)題，特別是使用本發(fā)明的方法中較高的支撐劑加入量時(shí)更是如此。通常，煤層的頂層和底層巖層具有足夠高的硬度，可把裂縫限制在煤層內(nèi)。
雖然可用任何適當(dāng)來(lái)源的水或其它液體，但在實(shí)施本發(fā)明的方法中最好采用產(chǎn)自煤層或煤層附近的地層的水作為壓裂液，在水中加入一般的凝膠，例如瓜膠(guar gum)、改性瓜膠、多糖衍生物、纖維素衍生物或合成聚合物，以便獲得足夠粘度的懸浮支撐劑。更可取的是以每1，000加侖地層水大約30磅的比率加入瓜膠代用品，例如Halliburton公司以牌號(hào)為WG11或Smith Energy公司以牌號(hào)為WG-A2出售的羥基丙基瓜膠(HPG)。
在起始級(jí)中以大約0(不含支撐劑)到大約4磅/加侖壓裂液的比率把支撐劑加入到壓裂液中。
在隨后的幾級(jí)中，開(kāi)始時(shí)所用的支撐劑加入量為大約2-大約4磅/加侖液體，在接著的幾級(jí)中支撐劑的加入量不斷遞增到大約8～12磅/加侖液體。在后續(xù)的幾級(jí)中支撐加入量每次的遞增量最好是大約0-大約3磅/加侖。之后支撐劑加入量為8～12磅/加侖，最好是大約10磅/加侖。
支撐劑的粒度分布基本上是在60和140目之間，最好平均為100目。支撐劑的形狀最好是球形的，而不是尖角形的。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，(美國(guó))俄克拉何馬(Oklahoma)100目的砂適于廣泛應(yīng)用。
把含支撐劑的壓裂液分多級(jí)注入地層。注入量可以在大約15到大約35桶/分的范圍內(nèi)，但是注入量為20～30桶/分時(shí)所得結(jié)果最佳。事先確定其中每一壓裂液注入級(jí)的體積用量，該體積用量取決于所希望的裂縫大小以及壓力和流動(dòng)阻力。通常，每級(jí)用2，000～8，000加侖的壓裂液可得到適宜結(jié)果。起始的壓裂液注入級(jí)的體積用量最好是從大約2，000-大約4，000加侖，并且隨著加砂量的增加，在隨后的每一注入級(jí)中的體積用量增加到大約6，000大約8，000加侖，對(duì)于后續(xù)的和最終的壓裂液注入級(jí)最好采用7，000加侖。在我較早的專(zhuān)利申請(qǐng)中，連續(xù)進(jìn)行各級(jí)直至在每一垂直英尺煤層的地層裂縫中沉積有至少大約3，000磅支撐劑為止。
在本方法中細(xì)球形支撐劑能起幾個(gè)作用。當(dāng)支撐劑被注入裂縫中時(shí)，球形支撐劑可大大降低對(duì)裂縫的磨損，由此在很大程度上消除了煤粒與支撐劑相混合所帶來(lái)的有關(guān)問(wèn)題。此外，小粒徑的球形支撐劑嵌入裂縫面的傾向較小，因而抑制了煤蠕動(dòng)進(jìn)入支撐的裂縫。當(dāng)施加在壓裂液上的壓力降低并讓裂縫面壓擠支撐劑時(shí)，在裂縫中的支撐劑顆粒對(duì)地層起一種固結(jié)作用，它與弱固結(jié)地層完井中的礫石充填層作用類(lèi)似，可把裂縫面上脫落下來(lái)并堵塞支撐劑顆粒之間的空隙的煤粒過(guò)濾出來(lái)。細(xì)支撐劑的滲透性要比煤層的滲透性好得多。因此，如果裂縫足夠?qū)挘敲粗瘟芽p的傳導(dǎo)性就足以提高井的氣體產(chǎn)量和氣體總采出量。
在每一含支撐劑的壓裂液注入級(jí)之后，緊接著把不含支撐劑的液體注入地層，盡管在某些情況下不含支撐劑的液體可以與沒(méi)有支撐劑的壓裂液相同，或者如上述使用適于攜帶支撐劑的其它液體，但不含支撐劑的液體最好是酸化溶液。酸化溶液可以含有通常用來(lái)以典型濃度處理地下地層的任何常用的酸。這些酸包括醋酸、甲酸、氫氟酸或氨基磺酸。采用含15(重量)%鹽酸的酸化水溶液可得到合適的結(jié)果。酸溶液也可以含有常規(guī)的添加劑，例如，表面活性劑、懸浮劑、多價(jià)螯合劑、抗淤渣形成劑或阻蝕劑。如有必要，不含支撐劑的液體可以含有多至每加侖溶液大約1磅的支撐劑。為了方便起見(jiàn)，除了說(shuō)明其它不含支撐劑的液體在某些情況下可能適用外，在下面所提到的不含支撐劑液體均指酸溶液或酸化溶液。
以與壓裂液注入級(jí)大致相同的注入量把酸注入地層。所注入的酸化溶液量取決于裂縫大小、壓力和流動(dòng)阻力，但是對(duì)于大多數(shù)裂縫來(lái)說(shuō)，在每一壓裂液級(jí)之間注入大約250-大約1，500加侖含15(重量)%鹽酸的酸化溶液是適宜的。在我較早的(專(zhuān)利)申請(qǐng)中，我傾向于在每一酸化液體注入級(jí)注入大約750加侖酸化溶液，但現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在每一含支撐劑的壓裂液注入級(jí)之間注入大約500加侖酸化溶液更好些。另外，在我較早的(專(zhuān)利)申請(qǐng)中，在起始的壓裂液注入級(jí)之前，我傾向于用500-3，000加侖酸化溶液來(lái)處理地層?，F(xiàn)在業(yè)已發(fā)現(xiàn)，在起始的壓裂液級(jí)注入之前，用2，000-4，000加侖酸化溶液來(lái)處理地層更好些。
在本發(fā)明方法中酸可起若干作用。因?yàn)樗峄芤旱某矶缺葔毫岩盒?，所以它往往?huì)在壓裂液和沉積在垂直裂縫下部的砂上面流動(dòng)，因此使裂縫的上部變寬并垂直擴(kuò)展。酸化溶液也具有從現(xiàn)有裂縫轉(zhuǎn)移開(kāi)并產(chǎn)生新裂縫的傾向，這些新裂縫在以后的壓裂液注入級(jí)期間可被支撐劑所充填。最后一點(diǎn)，這種酸可通過(guò)溶解那些由于鉆井液或完井液或者水泥而形成的存在于井附近或裂縫面上的沉積物或污染物來(lái)清洗井眼和裂縫面。
在落砂情況下，因?yàn)橛袎洪_(kāi)上面或下面非生產(chǎn)層的危險(xiǎn)，不讓壓力過(guò)分增高是重要的。由于落砂有使井堵死并使壓裂作業(yè)失敗的危險(xiǎn)，因此一旦發(fā)現(xiàn)有基砂的預(yù)兆就立即采取預(yù)防性措施也是重要的。
上述多級(jí)壓裂方法的實(shí)施例子可見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利4，566，639號(hào)，其中所述內(nèi)容僅供參考。
2.完井改進(jìn)現(xiàn)在業(yè)已發(fā)現(xiàn)，在多級(jí)壓裂方法中，可以通過(guò)裝在井眼中的套管上的孔眼把壓裂液注入煤層，與采用裸眼技術(shù)完井時(shí)的情形相比較，沒(méi)有觀察到更大的落砂事故。套管的公稱(chēng)尺寸至少為7英寸，即其外徑為7英寸或更大。通過(guò)孔眼的位置并按常規(guī)方式利用采氣管封隔器把裂縫限制在煤層中。
采氣管的公稱(chēng)尺寸至少為3-1/2英寸，內(nèi)徑至少為2.875英寸。這種尺寸相當(dāng)大的采氣管使得當(dāng)通過(guò)較小尺寸管子注入含支撐劑的壓裂液時(shí)所出現(xiàn)的任何問(wèn)題都減至最小。另外，這種尺寸較大的采氣管可以減少注入壓裂液時(shí)的摩阻，從而允許較低的注入壓力和流速。
此外，當(dāng)采用上述尺寸的套管和采氣管時(shí)，在以后從壓裂過(guò)的煤層中生產(chǎn)氣體期間由于夾帶煤屑而造成采氣管子堵塞的情況也減至最少。套管基本上可以防止從暴露于井眼的煤層上脫落煤粒。與用其它方法壓裂的煤層相比較，盡管采用多級(jí)壓裂隨氣體穿過(guò)支撐裂縫所產(chǎn)出的煤屑量大大減少，但有時(shí)候仍會(huì)隨氣體產(chǎn)出足夠量的煤屑而堵塞直徑較小的采氣管，采用上述尺寸的采氣管可在很大程度上避免這個(gè)問(wèn)題。
在從采用多級(jí)壓裂法壓裂過(guò)的煤層中生產(chǎn)氣體時(shí)，上述尺寸的采氣管和套管之間的環(huán)形空間可供另外的目的使用。在從煤層生產(chǎn)氣體期間，井一般被來(lái)自該儲(chǔ)煤層的水慢慢充填，這最終會(huì)使氣體產(chǎn)量降低到所希望的水平以下。在用采氣管完成的本發(fā)明的井中，并沒(méi)有觀察到氣體產(chǎn)量迅速降低，這是因?yàn)閺拿簩舆M(jìn)入井的水積聚在相當(dāng)大的環(huán)形空間里。
另外，當(dāng)氣體產(chǎn)量最終確實(shí)出現(xiàn)降低時(shí)，通過(guò)放噴，“誘噴”，或者另外用如象氮?dú)饽菢拥亩栊詺怏w來(lái)置換積聚在環(huán)形空間中的水的辦法可使氣體產(chǎn)量很方便地得到恢復(fù)。在井口迫使氣體進(jìn)入環(huán)形空間，促使水通過(guò)采氣管流到地面。對(duì)于水的積聚和使用置換技術(shù)來(lái)講，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，3-1/2英寸采氣管和7英寸套管優(yōu)于更大或更小一些的管子。
3.廣延伸壓裂很令人驚呀的是，還發(fā)現(xiàn)在煤層中可形成廣延伸的支撐裂縫。與必須運(yùn)用精巧的技術(shù)才能把類(lèi)似大量支撐劑注入其中的其它類(lèi)型的含烴地層相反，只要連續(xù)進(jìn)行或分多次進(jìn)行上述的多級(jí)壓裂方法，直至在地層中沉積出大量的支撐劑為止，就可以在井附近的煤層中獲得廣延伸的支撐裂縫。為達(dá)到廣延伸壓裂而在地層中沉積的細(xì)支撐劑的最少數(shù)量主要取決于煤層的垂直厚度，具體如下對(duì)于5≤h＜10，m≥500，000;
對(duì)于10≤h＜15，m≥750，000;
對(duì)于15≤h＜20，m≥1，000，000;
對(duì)于20≤h＜25，m≥2，000，000;
對(duì)于h≥25，m≥3，000，000;
其中h為煤層的垂直厚度(英尺)，m為沉積在其中的細(xì)支撐劑的最少數(shù)量(磅)。
在煤層中注入這樣大量的支撐劑導(dǎo)致在煤層中形成廣延伸的支撐裂縫網(wǎng)絡(luò)。煤層的這種廣延伸壓裂有許多好處，其中包括增加煤層完井的氣體產(chǎn)量和氣體采出總量。支撐裂縫的寬度增加，流動(dòng)阻力降低，因此氣體產(chǎn)量要比每英尺僅僅注入3，000～15，000磅支撐劑的煤層增加很多。支撐裂縫的長(zhǎng)度和/或數(shù)量增加，因而使井的總采氣量大大增加，也就允許使用大井距。
4.重復(fù)壓裂多級(jí)壓裂法可以在同一煤層上進(jìn)行多次，即使通過(guò)套管中相同的一些孔眼壓裂也是如此。在每一壓裂作業(yè)之間，允許煤層中形成的裂縫閉合在沉積于其中的支撐劑上，也就是說(shuō)井既可關(guān)閉也可生產(chǎn)。
與其它類(lèi)型的含烴地層相反，煤層可以重復(fù)壓裂任意次數(shù)而并不會(huì)損害地層。令人十分驚呀地是，重復(fù)壓裂煤層不會(huì)象通常在重復(fù)壓裂含烴砂巖或碳酸鹽巖地層所出現(xiàn)的情況那樣使支撐劑在地面上篩出，也不會(huì)使支撐劑堵塞井眼，或者不會(huì)使支撐劑僅沉積在套管和井壁面之間。一般來(lái)說(shuō)，采用多級(jí)壓裂法重復(fù)壓裂煤層，可使現(xiàn)有支撐裂縫重新張開(kāi)、變寬和在水平方向擴(kuò)展，但也可能在煤層中形成新裂縫。
從某些方面來(lái)講，能重復(fù)壓裂煤層是一個(gè)重要發(fā)現(xiàn)。例如，在上述煤層的廣延伸壓裂中，要把如上所述把煤層廣延伸壓裂所需的砂一次備齊是不可能的，或者可能是很不方便的。當(dāng)發(fā)生這種情況時(shí)，在把希望的支撐劑量沉積在地層中之前必須中斷多級(jí)壓裂作業(yè)。
此外，過(guò)去已經(jīng)用常規(guī)支撐劑量壓裂過(guò)的煤層，可以用多級(jí)壓裂法進(jìn)行重復(fù)壓裂，以便在該煤層中獲得廣延伸的支撐裂縫。使用這種方式，可以大大增加在過(guò)去壓裂過(guò)的地層里完成的井的氣體產(chǎn)量和總采出量。盡管重復(fù)壓裂方法可以用來(lái)處理過(guò)去由其它方法壓裂過(guò)的煤層，這些方法在提高穿透該煤層的井的氣體產(chǎn)量或總采出量方向可能是成功的或者是不成功的，但以先前的壓裂方法為多級(jí)壓裂方法時(shí)所獲得的效果最好。
前面披露和敘述的本發(fā)明是說(shuō)明性和解釋性的，當(dāng)然可以在尺寸、形狀和材料以及所說(shuō)明的工藝過(guò)程細(xì)節(jié)方面作各種改變而并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)。
權(quán)利要求
1.壓裂已完井的地下含氣體煤層的方法，其步驟包括在井內(nèi)放入公稱(chēng)直徑至少為7英寸的套管，該套管上有孔眼鄰接煤層；經(jīng)所說(shuō)的孔眼將壓裂液分多級(jí)注入井附近的煤層，所說(shuō)的壓裂液中懸浮有細(xì)支撐劑，其粘度分布范圍基本上是在60和140目之間，加入所說(shuō)的壓裂液中的細(xì)支撐劑的用量比率為每加侖所說(shuō)的壓裂液大約2至12磅支撐劑；以及每一級(jí)所說(shuō)的壓裂液注入級(jí)之后，緊接著將酸化溶液注入井附近的煤層，所說(shuō)壓裂液和酸化溶液的注入量為每分鐘大約15至大約35桶，注入作業(yè)一直持續(xù)下去直到每垂直英尺煤層的地層裂縫中沉積至少3，000磅為止。
2.壓裂完井的地下含氣體煤層的方法，其步驟包括在井內(nèi)放入公稱(chēng)直徑至少為7英寸的套管，該套管上有孔眼鄰接煤層，并放入公稱(chēng)直徑至少為3-1/2英寸的采氣管，與鄰接煤層的井構(gòu)成流體連通系統(tǒng);經(jīng)所說(shuō)的孔眼將起始級(jí)壓裂液注入井附近的煤層，所說(shuō)的壓裂液中懸浮有細(xì)支撐劑，而且其加入量為每加侖所說(shuō)壓裂液大約0至大約4磅，所說(shuō)支撐劑的粒度分布范圍基本上在60和140目之間;經(jīng)所說(shuō)的孔眼分多級(jí)連續(xù)將壓裂液注入煤層，所說(shuō)壓裂液中懸浮有支撐劑，且其最初的加入量為每加侖壓裂液大約2至大約4磅，在后續(xù)的壓裂液注入級(jí)中所說(shuō)支撐劑加入量逐漸遞增到每加侖壓裂液大約8至大約12磅，之后，所說(shuō)壓裂液注入級(jí)的注入作業(yè)就以所說(shuō)的每加侖8～12磅的支撐劑加入量一直持續(xù)下去，直到每垂直英尺煤層的地層裂縫中沉積有至少3，000磅所說(shuō)的支撐劑為止;以及于所說(shuō)的壓裂液注入級(jí)之間，經(jīng)所說(shuō)的孔眼將酸化溶液注入井附近的煤層，所說(shuō)酸化溶液和所說(shuō)壓裂液的每一注入級(jí)的注入量為每分鐘大約15至大約35桶。
3.壓裂完井的地下含氣體煤層的方法，其步驟包括在井內(nèi)放入外徑大約為7英寸的套管，該套管上有孔眼鄰接煤層，并放入外徑為大約3-1/2英寸，內(nèi)徑為大約2.875英寸的采氣管，與所說(shuō)的與孔眼鄰接的井構(gòu)成流體連通系統(tǒng);經(jīng)所說(shuō)的孔眼將起始級(jí)酸化溶液注入煤層，所說(shuō)起始級(jí)酸化溶液的體積用量為大約2，000至大約4，000加侖;之后，經(jīng)所說(shuō)的孔眼將含有凝膠劑的大約1，000至大約4，000加侖的起始級(jí)壓裂液注入煤層，所說(shuō)的壓裂液中懸浮有細(xì)支撐劑，且其加入量為每加侖所說(shuō)壓裂液大約0至大約4磅，所說(shuō)的細(xì)支撐劑基本上成球形且其平均粒度為大約100目;經(jīng)所說(shuō)的孔眼分多級(jí)連續(xù)將含有凝膠劑的壓裂液注入煤層，每一注入級(jí)中的所說(shuō)壓裂液的體積用量最初為每級(jí)大約1，000至大約4，000加侖，在后續(xù)的壓裂液注入級(jí)中，該壓裂液的體積用量以每級(jí)大約0到大約3，000加侖的速率增加，直至每級(jí)注入所說(shuō)的壓裂液量達(dá)到大約5，000至大約10，000加侖，之后，所說(shuō)的壓裂液注入級(jí)以所說(shuō)的5，000-10，000加侖的壓裂液體積用量持續(xù)下去，所說(shuō)的壓裂液中懸浮有細(xì)支撐劑，且其起始加入量為每加侖壓裂液大約2至大約4磅，所說(shuō)的支撐劑加入量逐漸以每加侖壓裂液大約0至大約3磅所說(shuō)的支撐劑的速率遞增到支撐劑加入量達(dá)到每加侖壓裂液大約8至大約12磅，之后，所說(shuō)的壓裂液注入級(jí)的注入作業(yè)就以所說(shuō)的每加侖8～12磅的支撐劑加入量繼續(xù)進(jìn)行下去，直到每垂直英尺煤層中沉積有至少3，000磅細(xì)支撐劑為止;以及于所說(shuō)的壓裂液注入級(jí)之間，經(jīng)所說(shuō)的孔眼將酸化溶液注入到井附近的煤層中，每一注入級(jí)的注入量為大約250至大約1，500加侖，所說(shuō)的酸化溶液和所說(shuō)的壓裂液的每一注入級(jí)的注入速率為每分鐘大約15至大約35桶。
4.壓裂完井的地下含氣體煤層的方法，其步驟包括分多級(jí)將壓裂液注入井附近的煤層中，所說(shuō)的壓裂液中懸浮有細(xì)支撐劑，其粒度分布范圍基本上在60和140目之間，所說(shuō)的加入壓裂液中的細(xì)支撐劑的用量比率為每加侖所說(shuō)的壓裂液大約2至大約12磅;以及所說(shuō)壓裂液的每一注入級(jí)之后，緊接著將基本上不含支撐劑的流體注入井附近的煤層中，所說(shuō)的壓裂液和不含支撐劑的流體的注入級(jí)的注入速率為每分鐘大約15至35桶，而且注入作業(yè)一直持續(xù)到在地層裂縫中沉積出所說(shuō)的細(xì)支撐劑的量如下對(duì)于5≤h＜10，m≥500，000;對(duì)于10≤h＜15，m≥750，000;對(duì)于15≤h＜20，m≥1，000，000;對(duì)于20≤h＜25，m≥2，000，000;對(duì)于h≥25，m≥3，000，000;其中h為煤層的垂直厚度(英尺)，m為沉積在煤層中的細(xì)支撐劑的最小量(磅)。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的方法，其中所說(shuō)的細(xì)支撐劑包括球形顆粒。
6.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的方法，其中所說(shuō)的壓裂液為來(lái)自地層的流體，每1000加侖壓裂液中含有大約30磅凝膠劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的方法，其中所說(shuō)的不含支撐劑的流體為酸化溶液。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的方法，其中所說(shuō)的酸化溶液為含大約15(重量)%鹽酸的水溶液。
9.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的方法，其中所說(shuō)的注入速率為每分鐘大約20至大約30桶。
10.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的方法，其步驟進(jìn)一步包括注入最終一級(jí)所說(shuō)的壓裂液，該級(jí)壓裂液中懸浮有所說(shuō)的支撐劑，其添加比率為每加侖所說(shuō)的壓裂液大約8至大約12磅;以及在所說(shuō)的最終注入級(jí)之后，緊接著注入一級(jí)不含支撐劑的沖洗流體。
11.壓裂完井的地下含氣體煤層的方法，其步驟包括將起始注入級(jí)壓裂液注入井附近的煤層中，所說(shuō)的壓裂液中懸浮有細(xì)支撐劑，且其加入量為每加侖所說(shuō)的壓裂液大約0至大約4磅，所說(shuō)支撐劑的粒度分布范圍基本上在60和140目之間;分多級(jí)連續(xù)將壓裂液注入煤層，所說(shuō)的壓裂液中懸浮有支撐劑，且其最初的加入量為每加侖壓裂液大約2至大約4磅，在后續(xù)的壓裂液注入級(jí)中所說(shuō)的支撐劑加入量逐漸遞增至每加侖壓裂液大約8至大約12磅，之后，所說(shuō)壓裂液注入級(jí)的注入作業(yè)就以所說(shuō)的每加侖8～12磅的支撐劑加入量繼續(xù)進(jìn)行下去，直至在地層中沉積出所說(shuō)的支撐劑量如下對(duì)于5≤h＜10，m≥500，000;對(duì)于10≤h＜15，m≥750，000;對(duì)于15≤h＜20，m≥1，000，000;對(duì)于20≤h＜25，m≥2，000，000;對(duì)于h≥25，m≥3，000，000;其中h為煤層的垂直厚度(英尺)，m為沉積在煤層中的細(xì)支撐劑的最小量(磅);以及在所說(shuō)的壓裂液注入級(jí)之間，將酸化溶液注入井附近的煤層，所說(shuō)酸化溶液和所說(shuō)壓裂液的每一注入級(jí)的注入速率為每分鐘大約15至大約35桶。
12.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的方法，其中所說(shuō)的支撐劑為球形顆粒。
13.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的方法，其中所說(shuō)的顆粒物為平均粒度為大約100目的砂。
14.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的方法，其中所說(shuō)的壓裂液注入級(jí)中的體積用量為每級(jí)大約1000至大約10，000加侖。
15.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的方法，其中所說(shuō)的酸化溶液注入級(jí)中的體積用量為每級(jí)大約250至大約1500加侖。
16.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的方法，其中所說(shuō)的支撐劑加入量的遞增率為每加侖壓裂液大約0至大約3磅支撐劑。
17.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的方法，其中所說(shuō)的壓裂液注入級(jí)的體積用量最初每級(jí)大約1000至大約40，00加侖，在后續(xù)的壓裂液注入級(jí)中所說(shuō)的體積用量逐漸遞增到每級(jí)大約5000至大約10，000加侖，之后，所說(shuō)的壓裂液注入級(jí)以所說(shuō)的每級(jí)5，000～10，000加侖的體積用量繼續(xù)進(jìn)行下去。
18.根據(jù)權(quán)利要求
17所述的方法，其中所說(shuō)的注入級(jí)體積用量的遞增率為每級(jí)大約0至大約3000加侖。
19.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的方法，其中所說(shuō)的壓裂液為產(chǎn)自地層的水，且每1000加侖所說(shuō)的水中含有大約30磅的凝膠劑。
20.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的方法，其中所說(shuō)的酸化溶液為含大約15(重量)%鹽酸的水溶液。
21.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的方法，其中所說(shuō)的注入速率為每分鐘大約20至大約30桶。
22.壓裂完井的地下含氣體煤層的方法，其步驟包括在井內(nèi)放入外徑為大約7英寸的套管，該套管上有孔眼鄰接煤層，并放入外徑為大約3-1/2英寸，內(nèi)徑為大約2.875英寸的采氣管，與所說(shuō)的與孔眼鄰接的井構(gòu)成流體連通系統(tǒng);經(jīng)所說(shuō)的孔眼將起始級(jí)酸化溶液注入煤層，所說(shuō)的起始級(jí)酸化溶液的體積用量為大約2000至大約4000加侖;之后，經(jīng)所說(shuō)的孔眼將含有凝膠劑的大約1000至大約4000加侖的起始級(jí)壓裂液注入煤層，所說(shuō)的壓裂液中懸浮有細(xì)支撐劑，其加入量為每加侖所說(shuō)壓裂液大約0至大約4磅，所說(shuō)的細(xì)支撐劑基本上成球形且其平均粒度為大約100目;經(jīng)所說(shuō)的孔眼分多級(jí)連續(xù)將含有凝膠劑的壓裂液注入煤層，每一注入級(jí)中的所說(shuō)壓裂液的體積用量最初為每級(jí)大約1000至大約4000加侖，在后續(xù)的壓裂液體注入級(jí)中，該壓裂液的體積用量以每級(jí)大約0至大約3000加侖的速率增加，直至每級(jí)注入的所說(shuō)的壓裂液量達(dá)到大約5000至大約10000加侖，之后，所說(shuō)的壓裂液注入級(jí)以所說(shuō)的5，000～10，000加侖的壓裂液體積用量繼續(xù)進(jìn)行下去，在所說(shuō)的連續(xù)壓裂液注入級(jí)中，所說(shuō)的壓裂液中懸浮有細(xì)支撐劑，其起始加入量為每加侖壓裂液大約2至大約4磅，所說(shuō)的支撐劑加入量逐漸以每加侖壓裂液大約0至大約3磅所說(shuō)的支撐劑的速率遞增到支撐劑加入量達(dá)到每加侖壓裂液大約8至大約12磅，之后，所說(shuō)的壓裂液注入級(jí)的注入作業(yè)就以所說(shuō)的每加侖8～12磅的支撐劑加入量繼續(xù)進(jìn)行下去，直至在地層中沉積出所說(shuō)的支撐劑量如下對(duì)于5≤h＜10，m≥500，000;對(duì)于10≤h＜15，m≥750，000;對(duì)于15≤h＜20，m≥1，000，000;對(duì)于20≤h＜25，m≥2，000，000;和對(duì)于h≥25，m≥3，000，000;其中h為煤層的垂直厚度(英尺)，m為沉積在煤層中的細(xì)支撐劑的最小(磅);以及在所說(shuō)的壓裂液注入級(jí)之間，經(jīng)所說(shuō)的孔眼將酸化溶液注入到井附近的煤層中，每一注入級(jí)注入的量為大約250至大約1500加侖，所說(shuō)的酸化溶液和所說(shuō)的壓裂液的每一注入級(jí)的注入速率為每分鐘大約15至大約35桶。
23.地下產(chǎn)氣體地層，其中包括壓裂的地下含氣體煤層;穿過(guò)所說(shuō)的壓裂煤層的井;以及在所說(shuō)的壓裂地層中沉積出的其粒度分布范圍基本上在60和140目之間的下列支撐劑量對(duì)于5≤h＜10，m≥500，000;對(duì)于10≤h＜15，m≥750，000;對(duì)于15≤h＜20，m≥1，000，000;對(duì)于20≤h＜25，m≥2，000，000;和對(duì)于h≥25，m≥3，000，000;其中h為煤層的垂直高度(英尺)，m為沉積在煤層中的細(xì)支撐劑的最小量(磅)。
24.根據(jù)權(quán)利要求
23所述的地層，其中所說(shuō)的支撐劑基本上成球形且其平均粒度為100目。
25.根據(jù)權(quán)利要求
23所述的地層，其中在所說(shuō)的井中放入公稱(chēng)直徑為至少7英寸的套管，與所說(shuō)的壓裂地層鄰接。
26.根據(jù)權(quán)利要求
23所述的地層，其中在所說(shuō)的井中還包括公稱(chēng)直徑至少為3-1/2英寸的采氣管，與所說(shuō)的與壓裂地層鄰接的井構(gòu)成流體連通系統(tǒng)。
27.已打開(kāi)的地下含氣體煤層的壓裂方法，其步驟包括分多級(jí)將壓裂液注入井附近的煤層，所說(shuō)的壓裂液中懸浮有細(xì)支撐劑，其粘度分布范圍基本上在60和140目之間，加入所說(shuō)壓裂液中的細(xì)支撐劑的用量比率為每加侖所說(shuō)壓裂液大約2至大約12磅支撐劑;在每一級(jí)所說(shuō)壓裂液注入級(jí)之后，緊接著將不含支撐劑的流體注入井附近的煤層中，所說(shuō)壓裂液和所說(shuō)不含支撐劑的流體的注入速率為每分鐘大約15至大約35桶，注入作業(yè)繼續(xù)進(jìn)行下去，直至每垂直英尺煤層的地層裂縫中沉積有至少3000磅所說(shuō)的細(xì)支撐劑;繼所說(shuō)的注入之后，允許在所說(shuō)的注入步驟中形成的裂縫閉合在所說(shuō)的沉積于裂縫中的支撐劑上;以及重復(fù)所說(shuō)的注入步驟，直到另有3000磅所說(shuō)的支撐劑沉積在每一垂直英尺地層中。
28.根據(jù)權(quán)利要求
27所述的方法，其中所說(shuō)的裂縫閉合步驟包括關(guān)井。
29.根據(jù)權(quán)利要求
27所述的方法，其中所說(shuō)的裂縫閉合步驟包括從井生產(chǎn)氣體。
30.根據(jù)權(quán)利要求
27所述的方法，其中所說(shuō)的重復(fù)注入步驟，一直進(jìn)行到在地層中注入的所說(shuō)支撐劑量達(dá)到如下要求對(duì)于5≤h＜10，m≥500，000;對(duì)于10≤h＜15，m≥750，000;對(duì)于15≤h＜20，m≥1，000，000;對(duì)于20≤h＜25，m≥2，000，000;以及對(duì)于h≥25，m≥3，000，000;其中h為煤層的垂直厚度(英尺);m為沉積在地層中的所說(shuō)細(xì)支撐劑的最小量(磅)。
專(zhuān)利摘要
多級(jí)水力壓裂煤層的改進(jìn)方法提高了煤層的產(chǎn)氣量和總采出率。一方面，改進(jìn)方法包括7英寸或更大尺寸的套管和3-1/2英寸或更大尺寸的采氣管完井。另一方面，進(jìn)行多級(jí)壓裂直到有所要求數(shù)量的60～140目支撐劑沉積在地層中。再一方面，通過(guò)多級(jí)方法壓裂的煤層在生產(chǎn)或關(guān)閉一段時(shí)間之后可以進(jìn)行重復(fù)壓裂。關(guān)閉期間，較早的多級(jí)壓裂煤層中形成的裂縫可閉合在沉積于其中的支撐劑上。
文檔編號(hào)E21B43/26GK86107208SQ86107208
公開(kāi)日1987年7月1日 申請(qǐng)日期1986年10月16日
發(fā)明者威廉姆·普爾曼 申請(qǐng)人:威廉姆·普爾曼導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan