煤层气井喷砂射孔喷射造穴及压裂一体化增产工艺方法与流程

本发明涉及涉及煤层气开发领域，尤其是一种煤层气井喷砂射孔喷射造穴及压裂一体化增产工艺方法。

背景技术：

目前，煤层气井开发的增产措施及完井方式分为动力洞穴完井、射孔压裂完井等几种方法。动力洞穴完井是在在裸眼段煤层部位通过多次注空气或泡沫增压放喷,造成剧烈的井内压力激动,使煤层崩落形成一个稳定的煤层大洞穴,并在洞穴周围形成纵横交错的裂缝,提高煤层产层高的产能，动力洞穴完井这种增产方式初期效果良好，但在排采期间由于裸露煤层易坍塌，导致井筒煤粉堵塞、作业频率高甚至井筒损坏。射孔压裂完井是目前国内煤层气开发的主要增产措施及完井方法，其射孔压裂增产措施及完井方法的技术优势是可以通过射孔和携砂压裂的方式在煤储层中产生人工裂缝，沟通煤储层天然发育的割理和裂缝，在一定程度上可以提高或改善近井地带煤储层导流能力，但由于其通常目的煤层段采用套管固井，固井水泥对近井地带煤储层存在一定的污染，同时压裂时压裂液等进入煤储层，存在一定的不可逆的污染和伤害，其导流通道远不及动力洞穴完井，因此该方法的完井改造效果存在一定的局限性，为此，需要研究一种即具有动力洞穴完井高导流通道和泄流面积，也同时具有射孔压裂增产措施及完井方法的防塌等技术优势的煤储层完井改造方法，以提高煤层气产量。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种煤层气井喷砂射孔喷射造穴及压裂一体化增产工艺方法，该方法能够完成在煤层气井中，同时完成射孔、造穴及压裂一体化增产施工，有效的措施解决近井地带污染及裂缝辐射面积小的问题，提高或改善近井地带煤储层导流能力、增大渗流面积，增加煤层气产量。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种煤层气井喷砂射孔喷射造穴及压裂一体化增产工艺方法，该增产工艺方法通过喷砂射孔喷射造穴及压裂一体化管柱来实现，其中所述喷砂射孔喷射造穴及压裂一体化管柱包括油管以及安装在油管上的球座、喷枪、封隔器以及扶正器，所述球座安装在油管底部，所述喷枪和封隔器为若干个，其中喷枪的数量比封隔器的数量多一个，且若干个喷枪和若干个封隔器相互间隔设置；

该增产工艺方法包括以下步骤：

1)在所需改造井内下入所述管柱，

2)对改造井进行喷砂射孔将煤层打开，投入与位于油管最底部的第一层喷枪相应的钢球，打掉第一层喷枪滑套，建立喷砂射孔通道，通过水力喷砂，将套管进行射孔，打开煤层，建立通道；

3)对改造井进行造穴改造，通过憋压、放喷的方式对煤层进行造穴，并带出碎煤及煤粉，使煤层形成洞穴，造穴后使煤层形成一个以喷枪为中心的洞穴，增大渗流面积；

4)对改造井进行压裂施工，可沿管柱进行油管压裂或环空压裂，完成第一层施工，其中造穴后再进行压裂施工后，裂缝为多条，以洞穴为中心，呈辐射状延伸至远端；

5)投入与位于第一层喷枪上方且相邻的第二层喷枪相应的钢球，打掉第二层喷枪滑套，并坐落在位于第二层喷枪下方的封隔器滑套上，使封隔器滑套下行，露出进液孔，封隔器开始工作，封堵已施工层，建立喷砂射孔通道，通过水力喷砂，将套管进行射孔，打开煤层，建立通道；

6)重复第3)步骤的造穴改造和第4)步骤的压裂施工，以完成第二层施工；

7)投入与位于第二层喷枪上方且相邻的第三层喷枪相应的钢球，打掉第三层喷枪滑套，并坐落在位于第三层喷枪下方的封隔器滑套上，使封隔器滑套下行，露出进液孔，封隔器开始工作，封堵已施工层，建立喷砂射孔通道，通过水力喷砂，将套管进行射孔，打开煤层，建立通道；重复第6)步骤，以完成第三层施工；以此类推，以完成更多层施工。

所述喷枪选用耐磨材料制成，且喷枪上布有呈螺旋分布的喷嘴。其作用是喷砂射孔与造穴时产生高速水流，切割套管与地层，是形成洞穴的关键工具。所述的喷枪内设有滑套，需要喷射时，需投球打开滑套才能工作。

所述封隔器为扩张式封隔器，锚瓦固定，打压坐封，上提解封。封隔器内有滑套，投球使滑套下行后封隔器才能工作。所以，进行多级多层施工时，可以保证环空畅通，但只能自下而上施工。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，煤层气井喷砂射孔喷射造穴及压裂一体化增产工艺方法，即具有动力洞穴完井高导流通道和泄流面积，也同时具有射孔压裂增产措施及完井方法的防塌等技术优势的煤储层完井改造方法。可以实现解除钻井、固井两道工序对煤层形成的污染、减少压裂裂缝起裂时近井筒煤粉对排采带来的影响等工作。尤为显著的效果是，克服了目前普遍采用煤层气方式所带来的形成的裂缝走向不规律，裂缝辐射面积较小等弊端。避免不必要的卡管柱等事故。有效提高煤层气产量和缩短施工周期。此外，由于不动管柱完成射孔和喷砂造穴，所注入流体对准同一射孔孔眼，大大提高了喷射效率，针对性强。

附图说明

图1为本发明中喷砂射孔喷射造穴及压裂一体化管柱的结构示意图；

图2为施工流程图；

图3为完成施工后煤层裂缝的主视剖面图；

图4为完成施工后煤层裂缝的俯视剖面图。

图中：1-油管，2-第三层喷枪，3-封隔器，4-第二层喷枪，5-封隔器，6-第一层喷枪，7-球座，8-地面设备，9-返排罐，10-洞穴，11-裂缝。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为本发明中喷砂射孔喷射造穴及压裂一体化管柱的结构示意图；其中1为油管，2为第三层喷枪，3为位于第三层喷枪下方的封隔器，4为第二层喷枪，5为位于第二层喷枪下方的封隔器，6为第一层喷枪，7为球座。图2为施工流程图；其中8为地面设备，9为返排罐。图3为完成施工后煤层裂缝结构图，图4为完成施工后煤层裂缝的俯视剖面图；其中10为洞穴，11为裂缝。

本发明中喷砂射孔喷射造穴及压裂一体化管柱由油管、球座、封隔器、喷枪、扶正器等几部分组成。可根据不同的工具组合进行单层或多层施工。单层施工时，喷砂射孔喷射造穴及压裂一体化管柱的油管上自下而上安装有球座、扶正器、喷枪；双层施工时，喷砂射孔喷射造穴及压裂一体化管柱的油管上自下而上安装有球座、喷枪、封隔器、喷枪；多层施工时，喷砂射孔喷射造穴及压裂一体化管柱的油管上依次增加封隔器与喷枪。

实施例一

本实施例为单层施工，管柱的油管1上自下而上为球座、扶正器、喷枪。

1、在所需改造井内下入压裂管柱。

在本实施例中，为了对煤层充分的造穴，喷枪的选用也成为了关键，通过选取喷嘴尺寸，喷嘴个数与分布情况，使喷枪作用距离增大，高速水流便可穿过泥浆污染带作用到煤层，从而能更大空间的造穴。喷嘴螺旋分布在喷枪上，可将煤层全方位射孔，从而充分的造穴。本实施例选用1.2米长喷枪，6个直径为5.5毫米的喷嘴，喷嘴材料为钨合金，为高强度的硬质合金，满足使用条件。

2、对改造井进行喷砂射孔将煤层打开。

地面设备8包括但不限于压裂泵车、混砂车、仪表车、砂罐、管汇车、储液罐、返排罐9等。投入与喷枪相应的钢球，打掉喷枪滑套，建立喷砂射孔通道，通过水力喷砂将套管进行射孔(具体操作为向管柱内注入高压含10％左右砂砾的流体以射开套管)，打开煤层，建立通道。

3、对所述井进行造穴改造。

通过憋压、放喷的方式对煤层进行造穴，并带出碎煤及煤粉，使煤层形成洞穴，从而增大渗流面积。具体操作为注入含砂混气(或泡沫)的混合液流体，快速放压降压，重复多次注入与放压，在井筒周围形成洞穴，返出流体将冲刺下来的煤粉及相关颗粒带出地面，解除了井筒附近固井及钻井液污染问题，增大了球体表面积(洞穴腔体)，大大沟通了煤储层天然发育的割理和裂缝，同时也可减少压裂裂缝起裂时近井筒煤粉带来的堵塞等影响。在本实施例中，造穴排量为2方每分钟，将煤粉及煤颗粒携带至地面，进行充分造穴。造穴后使煤层形成一个以喷枪为中心的洞穴，极大的增大渗流面积，如图2所示。

4、对所述井进行压裂施工。

所述压裂施工可沿压裂管柱进行油管压裂，也可进行环空压裂，可根据加砂量、排量、现场压力进行调整，灵活掌握。常规压裂后裂缝为延垂直于最小主应力的方向，而造穴后再压裂后，裂缝为多条，以洞穴为中心，呈辐射状延伸至远端，如图3和图4所示。

实施例二

本实施例为多层施工，管柱的油管1上自下而上为球座7、第一层喷枪6、封隔器5、第二层喷枪4、封隔器3、第三层喷枪2；如图1所示。

1、在所需改造井内下入所述管柱。

2、对改造井进行喷砂射孔将煤层打开，投入与第一层喷枪相应的钢球，打掉第一层喷枪滑套，建立喷砂射孔通道，通过水力喷砂将套管进行射孔(具体操作为向管柱内注入高压含10％左右砂砾的流体以射开套管)，打开煤层，建立通道。

3、对改造井进行造穴改造，通过憋压、放喷的方式对煤层进行造穴，并带出碎煤及煤粉，使煤层形成洞穴，造穴后使煤层形成一个以喷枪为中心的洞穴，增大渗流面积。具体操作为注入含砂混气(或泡沫)的混合液流体，快速放压降压，重复多次注入与放压，在井筒周围形成洞穴，返出流体将冲刺下来的煤粉及相关颗粒带出地面，解除了井筒附近固井及钻井液污染问题，增大了球体表面积(洞穴腔体)，大大沟通了煤储层天然发育的割理和裂缝，同时也可减少压裂裂缝起裂时近井筒煤粉带来的堵塞等影响。

4、对改造井进行压裂施工，可沿管柱进行油管压裂，也可进行环空压裂，可根据加砂量、排量、现场压力进行调整，灵活掌握。完成第一层施工。其中常规压裂后裂缝为延垂直于最小主应力的方向，而造穴后再压裂后，裂缝为多条，以洞穴为中心，呈辐射状延伸至远端，如图3和图4所示。

5、投入与第二层喷枪相应的钢球，打掉第二层喷枪滑套，并坐落在位于第二层喷枪下方的封隔器滑套上，使封隔器滑套下行，露出进液孔，封隔器开始工作，封堵已施工层，建立喷砂射孔通道，通过水力喷砂将套管进行射孔(具体操作为向管柱内注入高压含10％左右砂砾的流体以射开套管)，打开煤层，建立通道。

6、重复第3)步骤的造穴改造和第4)步骤的压裂施工，以完成第二层施工。

7、投入与第三层喷枪相应的钢球，打掉第三层喷枪滑套，并坐落在位于第三层喷枪下方的封隔器滑套上，使封隔器滑套下行，露出进液孔，封隔器开始工作，封堵已施工层，建立喷砂射孔通道，通过水力喷砂将套管进行射孔(具体操作为向管柱内注入高压含10％左右砂砾的流体以射开套管)，打开煤层，建立通道；重复第6)步骤，以完成第三层施工。

综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，本领域的技术人员可以在本发明的技术指导思想之内提出其他的实施例，但这些实施例都包括在本发明的范围之内。