一種煤層自生氣壓裂液及其施工工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煤層壓裂技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種煤層自生氣壓裂液及其施工工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]我國煤層氣儲層具有低滲透性、低儲層壓力和低含氣飽和度的“三低”特點(diǎn)，嚴(yán)重制約著煤層氣資源的開發(fā)利用。若要實(shí)現(xiàn)煤層氣的商業(yè)化開采，必須對煤儲層進(jìn)行強(qiáng)化改造，改善滲透性，增加含氣飽和度，提高儲層壓力?，F(xiàn)有的技術(shù)方法主要集中在煤儲層的增透改造，并未改善煤儲層的含氣飽和度和儲層壓力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種煤層自生氣壓裂液，同時(shí)提供了利用該壓裂液進(jìn)行施工的施工工藝。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種煤層自生氣壓裂液，由46-49wt%氯化銨溶液、23-26wt%亞硝酸鈉溶液和激活劑組成，其中氯化銨溶液與亞硝酸鈉溶液的質(zhì)量比為1: 1，激活劑的類型和用量根據(jù)儲層壓力、溫度獲得。
[0005]激活劑濃度選擇的基本原則為:儲層壓力< 5MPa時(shí)，激活劑的濃度為1000-3000ppm ;儲層壓力5_9MPa時(shí)，激活劑的濃度為3000-9000ppm ;儲層壓力> 9MPa時(shí)，激活劑的濃度為9000-12000ppm。
[0006]激活劑采用常溫下穩(wěn)定性較好、酸性較弱的酸(本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)常規(guī)技術(shù)進(jìn)行選擇)，可以是固體酸，也可以是液體酸；所述激活劑濃度同時(shí)滿足以下條件:激活劑使壓裂液PH為5-6，產(chǎn)氣峰值在氯化銨溶液和亞硝酸鈉溶液混合后53-57min，產(chǎn)氣峰值持續(xù)時(shí)間為6-9min，且最終反應(yīng)體系氣液比最大。
[0007]利用上述煤層自生氣壓裂液進(jìn)行施工，當(dāng)煤層自生氣壓裂液進(jìn)行水力壓裂時(shí)，包括以下步驟:
(1)選擇進(jìn)行壓裂改造的地面煤層氣井；
(2)根據(jù)選定的進(jìn)行壓裂改造的地面煤層氣井的儲層壓力、溫度在實(shí)驗(yàn)室條件下確定激活劑的類型和濃度；根據(jù)壓裂液數(shù)量，確定氯化銨溶液、亞硝酸鈉溶液和激活劑的總量；
(3)煤層自生氣壓裂液一般作為前置液使用，亦可作為攜砂液代替活性水使用；施工時(shí)，將氯化銨溶液、亞硝酸鈉溶液和激活劑采用不同泵組分源在井口混合后注入煤層，進(jìn)行水力壓裂，水力壓裂結(jié)束后至少3h，確保自生氣壓裂液反應(yīng)完全，再開始返排壓裂液；
(4)效果檢驗(yàn)，主要指標(biāo)包括儲層壓力、含氣飽和度和煤層氣井的臨界解吸壓力、日產(chǎn)氣量、最終采收率。
[0008]上述施工工藝步驟(4)中水力壓裂既包括煤層氣井的首次水力壓裂，也含有煤層氣井的二次壓裂改造和解堵施工。
[0009]當(dāng)煤層自生氣壓裂液與其他非活性水壓裂液聯(lián)合壓裂時(shí)，包括以下步驟: (1)選擇進(jìn)行壓裂改造的地面煤層氣井；
(2)根據(jù)選定的進(jìn)行壓裂改造的地面煤層氣井的儲層壓力、溫度在實(shí)驗(yàn)室條件下確定激活劑的類型和濃度；根據(jù)壓裂液數(shù)量，確定氯化銨溶液、亞硝酸鈉溶液和激活劑的總量(本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)常規(guī)技術(shù)做出，故具體過程不再贅述)；
(3)將壓裂液分別注入煤層，進(jìn)行壓裂，煤層自生氣壓裂液與其他非活性水壓裂液之間要泵入20-30m3的活性水壓裂液進(jìn)行隔離，壓裂結(jié)束后至少3h，確保自生氣壓裂液反應(yīng)完全，再開始返排壓裂液。
[0010](4)效果檢驗(yàn)，主要指標(biāo)包括儲層壓力、含氣飽和度和煤層氣井的臨界解吸壓力、
日產(chǎn)氣量、最終采收率。
[0011 ] 上述兩種施工工藝中，自生氣壓裂液返排時(shí)不需伴注助排劑(助排劑為液氮、氮?dú)馀菽⒍趸蓟蚨趸寂菽?
本發(fā)明利用氯化銨與亞硝酸鈉的水溶液在激活劑的作用下發(fā)生反應(yīng)，釋放出的熱量和氣體在煤層中通過徑向和垂向傳導(dǎo)作用可以大幅度的提高近井地帶的溫度和地層壓力。壓裂液釋放出的大量高能氮?dú)饽軌蜻M(jìn)入液體無法進(jìn)入的孔隙，破壞毛細(xì)管阻力，提高裂縫導(dǎo)流能力。通過控制激活劑的用量，可自主控制生熱產(chǎn)氣峰值和生熱產(chǎn)氣速度，確保在完成造縫之后迎來生熱峰值。本發(fā)明可改善煤儲層滲透性，增加含氣飽和度，提高儲層壓力，提高單井日產(chǎn)氣量和最終采收率，且反應(yīng)產(chǎn)物對儲層不造成污染和傷害。
[0012]本發(fā)明自生氣壓裂液，與傳統(tǒng)的伴注液氮壓裂液相比，只需要常規(guī)壓裂施工設(shè)備，不需要液氮增能壓裂注入裝備。傳統(tǒng)的伴注液氮壓裂液中液氮增能壓裂注入裝置設(shè)備相對龐大，成本相對高，注氣組織施工工序相對復(fù)雜。自生氣壓裂液無需改變原有壓裂施工設(shè)備，具有經(jīng)濟(jì)投入少、功能作用多、可操作性強(qiáng)、工藝簡便，安全性高等特點(diǎn)，還能夠有效減少伴注液氮對煤儲層造成的冷傷害。本發(fā)明壓裂液我國低滲、低壓、低溫煤儲層具有較強(qiáng)的針對性和較好的應(yīng)用前景。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于此。
[0014]實(shí)施例1
煤層自生氣壓裂液，由47.5wt%氯化銨溶液、24.5wt%亞硝酸鈉溶液和激活劑組成，其中47.5wt%氯化銨溶液與24.5 wt %亞硝酸鈉溶液的質(zhì)量比為1:1，選用固體草酸作為激活劑。
[0015]當(dāng)煤層自生氣壓裂液進(jìn)行水力壓裂時(shí)，包括以下步驟:
(1)選擇進(jìn)行壓裂改造的地面煤層氣井；
(2)經(jīng)檢測，煤層氣井的儲層壓力為7MPa、儲層溫度20°C，在實(shí)驗(yàn)室條件下確定草酸溶液的濃度為6000ppm ;根據(jù)壓裂液數(shù)量，確定47.5wt%氯化銨溶液、24.5 wt %亞硝酸鈉溶液和固體草酸的總量；
(3)煤層自生氣壓裂液作為前置液使用；施工時(shí)，將氯化銨溶液、亞硝酸鈉溶液和草酸溶液采用不同泵組分源在井口混合后注入煤層，進(jìn)行水力壓裂，水力壓裂結(jié)束后4h，此時(shí)自生氣壓裂液反應(yīng)完全，開始返排壓裂液；
(4)效果檢驗(yàn)，主要指標(biāo)包括儲層壓力、含氣飽和度和煤層氣井的臨界解吸壓力、日產(chǎn)氣量、最終采收率。
[0016]上述施工工藝步驟(4)中水力壓裂既包括煤層氣井的首次水力壓裂，也含有煤層氣井的二次壓裂改造和解堵施工。
[0017]實(shí)施例2
煤層自生氣壓裂液，由46wt%氯化銨溶液、26wt %亞硝酸鈉溶液和激活劑組成，其中46wt%氯化銨溶液與26wt %亞硝酸鈉溶液的質(zhì)量比為1: 1，選用固體草酸作為激活劑。
[0018]當(dāng)煤層自生氣壓裂液與其他非活性水壓裂液聯(lián)合壓裂時(shí)，包括以下步驟:
(1)選擇進(jìn)行壓裂改造的地面煤層氣井；
(2)煤層氣井的儲層壓力為6MPa、儲層溫度20°C，在實(shí)驗(yàn)室條件下確定草酸溶液的濃度為5000ppm ;根據(jù)壓裂液數(shù)量，確定氯化銨溶液、亞硝酸鈉溶液和固體草酸的總量；
(3)將壓裂液分別注入煤層，進(jìn)行壓裂，煤層自生氣壓裂液與其他非活性水壓裂液之間要泵入25m3的活性水壓裂液進(jìn)行隔離，壓裂結(jié)束后5h，此時(shí)自生氣壓裂液反應(yīng)完全，開始返排壓裂液。
[0019](4)效果檢驗(yàn)，主要指標(biāo)包括儲層壓力、含氣飽和度和煤層氣井的臨界解吸壓力、日產(chǎn)氣量、最終采收率。
[0020]實(shí)施例3
煤層自生氣壓裂液，由49wt%氯化銨溶液、23wt %亞硝酸鈉溶液和激活劑組成，其中49wt%氯化銨溶液與23wt %亞硝酸鈉溶液的質(zhì)量比為1: 1，選用固體草酸作為激活劑。
[0021]當(dāng)煤層自生氣壓裂液進(jìn)行水力壓裂時(shí)，包括以下步驟:
(1)選擇進(jìn)行壓裂改造的地面煤層氣井；
(2)經(jīng)檢測，煤層氣井的儲層壓力為4MPa、儲層溫度23°C，在實(shí)驗(yàn)室條件下確定草酸溶液的濃度為2000ppm ;根據(jù)壓裂液數(shù)量，確定49wt%氯化銨溶液、23wt %亞硝酸鈉溶液和固體草酸的總量；
(3)煤層自生氣壓裂液作為攜砂液使用；施工時(shí)，將氯化銨溶液、亞硝酸鈉溶液和草酸溶液采用不同泵組分源在井口混合后注入煤層，進(jìn)行水力壓裂，水力壓裂結(jié)束后3.5h，此時(shí)自生氣壓裂液反應(yīng)完全，開始返排壓裂液；
(4)效果檢驗(yàn)，主要指標(biāo)包括儲層壓力、含氣飽和度和煤層氣井的臨界解吸壓力、日產(chǎn)氣量、最終采收率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種煤層自生氣壓裂液，其特征在于，由46-49wt%氯化銨溶液、23-26wt%亞硝酸鈉溶液和激活劑組成，其中氯化銨溶液與亞硝酸鈉溶液的質(zhì)量比為1: 1，激活劑的類型和用量根據(jù)儲層壓力、溫度獲得。
2.如權(quán)利要求1所述的煤層自生氣壓裂液，其特征在于，儲層壓力<5MPa時(shí)，激活劑的濃度為1000-3000ppm ;儲層壓力5_9MPa時(shí)，激活劑的濃度為3000-9000ppm ;儲層壓力>9MPa時(shí)，激活劑的濃度為9000-12000ppm。
3.如權(quán)利要求2所述的煤層自生氣壓裂液，其特征在于，所述激活劑濃度滿足以下條件:激活劑使壓裂液pH為5-6，產(chǎn)氣峰值在氯化銨溶液和亞硝酸鈉溶液混合后53-57min，產(chǎn)氣峰值持續(xù)時(shí)間為6-9min，且最終反應(yīng)體系氣液比最大。
4.如權(quán)利要求1或2所述的煤層自生氣壓裂液壓裂施工工藝，其特征在于，當(dāng)煤層自生氣壓裂液進(jìn)行水力壓裂時(shí)，包括以下步驟: (I)根據(jù)選定的進(jìn)行壓裂改造的地面煤層氣井的儲層壓力、溫度在實(shí)驗(yàn)室條件下確定激活劑的類型和濃度； (2 )將氯化銨溶液、亞硝酸鈉溶液和激活劑采用不同泵組分源在井口混合后注入煤層，進(jìn)行水力壓裂，水力壓裂結(jié)束后至少3h再開始返排壓裂液。
5.如權(quán)利要求1或2所述的煤層自生氣壓裂液壓裂施工工藝，其特征在于，當(dāng)煤層自生氣壓裂液與其他非活性水壓裂液聯(lián)合壓裂時(shí)，包括以下步驟: (1)根據(jù)選定的進(jìn)行壓裂改造的地面煤層氣井的儲層壓力、溫度在實(shí)驗(yàn)室條件下確定激活劑的類型和濃度； (2)將壓裂液分別注入煤層，進(jìn)行壓裂，煤層自生氣壓裂液與其他非活性水壓裂液之間要泵入20-30m3的活性水壓裂液進(jìn)行隔離，壓裂結(jié)束后至少3h再開始返排壓裂液。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種煤層自生氣壓裂液，由46-49wt%氯化銨溶液、23-26wt%亞硝酸鈉溶液和激活劑組成，其中氯化銨溶液與亞硝酸鈉溶液的質(zhì)量比為1∶1，激活劑的類型和用量根據(jù)儲層壓力、溫度獲得。同時(shí)提供了利用該壓裂液進(jìn)行施工的施工工藝，本發(fā)明自生氣壓裂液無需改變原有壓裂施工設(shè)備，具有經(jīng)濟(jì)投入少、功能作用多、可操作性強(qiáng)、工藝簡便，安全性高等特點(diǎn)，還能夠有效減少伴注液氮對煤儲層造成的冷傷害，可改善煤儲層滲透性，增加含氣飽和度，提高儲層壓力，提高單井日產(chǎn)氣量和最終采收率，且反應(yīng)產(chǎn)物對儲層不造成污染和傷害。本發(fā)明壓裂液我國低滲、低壓、低溫煤儲層具有較強(qiáng)的針對性和較好的應(yīng)用前景。
【IPC分類】E21B43-26
【公開號】CN104790933
【申請?zhí)枴緾N201510238210
【發(fā)明人】蘇現(xiàn)波, 宋金星, 蘇黎楠, 張士偉, 司青
【申請人】河南理工大學(xué)
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年5月12日