专利名称：压裂剂和煤层气水平井压裂方法
技术领域：
本发明涉及煤层气开采领域，更具体地说，涉及压裂剂和煤层气水平井压裂方法。
背景技术：
在煤层气的施工过程中，有一项工艺为在水平井井眼的水平段实施压裂。实施压裂的目的包括有:可以更有效的使水平井井眼的水平段的储气层内地质结构的天然裂缝与井眼连通起来，从而提高煤层气的泄露面积，进而提高采气效率。此外，通过实施压裂，还可以有效地增加水平井井眼的水平段的储气层内地质结构中裂缝数目，以及裂缝的宽度和深度，从而起到了增加煤层气产量的目的。在现有技术中，实施压裂的方式一般为采用高压水携带压裂砂，在水平井井眼的水平段对水平井井眼的井壁实施压裂，以增大井壁中裂缝数目，以及裂缝的宽度和深度。发明人经过研究发现，现有技术中的技术方案至少存在有以下的缺陷:在经过高压水力压裂后，相应位置的储气层内地质结构中的粘土矿物等地质材料会吸附大量的水分并膨胀，从而伤害储气层的地质结构，而且，粘土矿物等地质材料膨胀后还会堵塞水平井井眼的水平段井壁周围的裂缝，对储气层中煤层气的泄露造成阻碍，从而影响煤层气的排采效率。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了煤层气水平井压裂剂压裂方法和系统，以实现提高煤层气的排采效率的目的。
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本发明实施例是这样实现的:一种压裂剂，其特征在于，包括:压裂剂和压裂砂；携砂液包括浓度为5%至10%的氯化钾水溶液，和，泡沫质量为50%至80%的泡沫形态的氮气。优选的，在本发明实施例中，所述氯化钾水溶液浓度为7%至8%。 优选的，在本发明实施例中，包括:所述氮气的泡沫质量为65%至70%。在本发明实施例中，还提供了一种煤层气水平井压裂方法，包括步骤:采用油管连接喷砂射孔工具喷射压裂剂进行喷砂射孔；所述压裂剂包括携砂液和压裂砂；所述携砂液为浓度为5%至10%的氯化钾水溶液；在进行主压裂过程中向所述携砂液加入泡沫质量为50%至80%的泡沫形态的氮气。优选的，在本发明实施例中，所述氯化钾水溶液浓度为7%至8%。优选的，在本发明实施例中，包括:所述氮气的泡沫质量为65%至70%。优选的，在本发明实施例中，包括:所述携砂液携带压裂砂的携砂量为500kg/m3至1600kg/m3。优选的，在本发明实施例中，包括:所述携砂量为550kg/m3至1250kg/m3。
优选的，在本发明实施例中，包括:所述压裂剂的排量为0.6m3/min至1.lm3/min。优选的，在本发明实施例中，包括:所述进行主压裂过程中，在进行预冲洗时，使用40目至70目的压裂砂；在预冲洗完成后，使用20目至40目的压裂砂。从上述的技术方案可以看出，在本发明实施例中，所提供的压裂剂中的携砂液采用了高浓度的氯化钾水溶液，从而有效地控制了与压裂剂接触的粘土矿物等地质材的膨胀系数；此外，由于本发明实施例中的压裂剂还加入了泡沫形态的氮气，所以可以通过较少的携砂液用量即可携带足够的压裂砂，所以有效地减少了携砂液的用量，从而也就减少了粘土矿物等地质材料的水分吸收量，减少了对储气层的地质结构伤害。
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综上所述，通过本发明实施例中的煤层气水平井压裂剂，可以有效地抑制了压裂后水平井井眼的水平段井壁周围的粘土矿物等地质材料的膨胀，从而避免了粘土矿物等地质材料膨胀后堵塞水平井井眼的水平段井壁周围的裂缝，进而也就有效地提高煤层气的排米效率。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例中所述煤层气水平井压裂方法的流程图；图2为本发明实施例中所述煤层气水平井压裂系统的结构示意图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在实际施工过程中，为了解决现有技术中，压裂后井眼的井壁周围的粘土矿物等地质材的膨胀堵塞裂缝，影响煤层气的排采效率的问题，本发明实施例提供了一种压裂剂；包括压裂剂和压裂砂；携砂液包括浓度为5%至10%的氯化钾水溶液，和，泡沫质量为50%至80%的泡沫形态的氮气。在本发明实施例中，实施压裂的具体过程中，需要使用压裂剂；在泵的作用下，压裂剂经油管通过喷砂射孔工具形成高速流体，在水平井井眼实施喷射，从而增加水平井井眼的水平段的储气层内地质结构中裂缝数目，以及裂缝的宽度和深度。本发明实施例中的携砂液为浓度为6%至10%的氯化钾水溶液；而在现有技术中，一般会采用浓度为2%的氯化钾作为携砂液。通过增加氯化钾水溶液的浓度,可以有效地减少与压裂剂接触的粘土矿物等地质材料的膨胀系数，从而也就可以减少了由于地质材料的膨胀造成的裂缝堵塞。
优选的，为了更好的控制地质材料的膨胀系数，在本发明实施例中，氯化钾水溶液浓度进一步的可以控制为7%至8%。由于地质材料膨胀的程度还与携砂液的使用量有着直接关系，S卩，使用的携砂液的量越大，地质材料所吸收的水分也就越多，地质材料膨胀也就越严重，从而对储气层的地质结构伤害也就越大。为此，在本发明实施例中，在进行主压裂过程中，还在携砂液中加入了泡沫形态的氮气；这样，由于压裂剂中充满了泡沫，所以水分的含量也就大大的减少了，同时，由于混有泡沫的压裂剂虽然含水量很少，但是仍然可以携带有大量的压裂砂，所以实施压裂时还可以保证很好的压裂效果。此外，在本发明实施例中，通过在携砂液中加入了泡沫形态的氮气，还可以有效地提高压裂剂的放喷能力，压裂剂可以快速的向远端扩散，从而对井眼周围的细小裂缝实施吹扫，以沟通煤层的天然裂缝及割理系统，提高储气层在井眼的泄露面积，从而提高煤层气的开采效率。具体的，加入了泡沫形态的氮气的方式可以为:向携砂液中拌注氮气，并在起泡剂的作用下使氮气在携砂液中形成泡沫。在本发明实施例中，携砂液加入泡沫形态的氮气后形成的压裂剂中，包括了大量的泡沫形态的氮气，其泡沫质量具体可以为50%至80%，通过保持一定的泡沫质量，从而可以有效地降低压裂剂的水含量；优选的，为了使压裂剂还能保持最佳的压裂砂的携带量，在本发明实施例中，泡沫形态的氮气，其泡沫质量具体可以进一步的控制为65%至70%。在本发明实施例中，还提供了一种煤层气水平井压裂方法，如图1所示，在实际应中，本发明实施例中压裂剂的使用方法，即，煤层气水平井压裂方法，包括以下步骤:S11、采用油管连接喷砂射孔工具喷射压裂剂进行喷砂射孔；所述压裂剂包括携砂液和压裂砂；所述携砂液为浓度为5%至10%的氯化钾水溶液；在本发明实施例中，实施压裂的具体过程中，需要使用压裂剂；在泵的作用下，压裂剂经油管通过喷砂射孔工具在水平井井眼实施喷射，从而增加水平井井眼的水平段的储气层内地质结构中裂缝数目，以及裂缝的宽度和深度。在压裂剂中，包括有压裂砂和携砂液；其中携砂液的作用是携带压裂砂，使压裂砂在携砂液的带动下被泵入油管，并通过喷砂射孔工具喷射；而压裂砂的作用则是增加对喷射位置的喷射力度，从而增强制造裂缝、加大裂缝的效果。本发明实施例中的携砂液为浓度为6%至10%的氯化钾水溶液；而在现有技术中，一般会采用浓度为2%的氯化钾作为携砂液。通过增加氯化钾水溶液的浓度,可以有效地减少与压裂剂接触的粘土矿物等地质材料的膨胀系数，从而也就可以减少了由于地质材料的膨胀造成的裂缝堵塞。优选的，为了更好的控制地质材料的膨胀系数，在本发明实施例中，氯化钾水溶液浓度进一步的可以控制为7%至8%。S12、在进行主压裂过程中向携砂液加入泡沫质量为50%至80%的泡沫形态的氮气。地质材料膨胀的程度还与携砂液的使用量有着直接关系，S卩，使用的携砂液的量越大，地质材料所吸收的水分也就越多，地质材料膨胀也就越严重，从而对储气层的地质结构伤害也就越大。为此，在本发 明实施例中，在进行主压裂过程中，还在携砂液中加入了泡沫形态的氮气；这样，由于压裂剂中充满了泡沫，所以水分的含量也就大大的减少了，同时，由于混有泡沫的压裂剂虽然含水量很少，但是仍然可以携带有大量的压裂砂，所以实施压裂时还可以保证很好的压裂效果。此外，在本发明实施例中，通过在携砂液中加入了泡沫形态的氮气，还可以有效地提高压裂剂的放喷能力，压裂剂可以快速的向远端扩散，从而对井眼周围的细小裂缝实施吹扫，以沟通煤层的天然裂缝及割理系统，提高储气层在井眼的泄露面积，从而提高煤层气的开采效率。具体的，加入了泡沫形态的氮气的方式可以为:向携砂液中拌注氮气，并在起泡剂的作用下使氮气在携砂液中形成泡沫。在本发明实施例中，携砂液加入泡沫形态的氮气后形成的压裂剂中，包括了大量的泡沫形态的氮气，其泡沫质量具体可以为50%至80%，通过保持一定的泡沫质量，从而可以有效地降低压裂剂的水含量；优选的，为了使压裂剂还能保持最佳的压裂砂的携带量，在本发明实施例中，泡沫形态的氮气，其泡沫质量具体可以进一步的控制为65%至70%。由于在实施压裂的过程中，主要是依靠压裂剂中的压裂砂的冲击来扩大裂缝或是造成新的裂缝，所以，压裂剂的携砂量直接影响着压裂的效果，为此，本发明实施例中在实施压裂的过程中，在压裂剂中携带了更多的压裂砂，具体的，压裂剂携带压裂砂的携砂量可以控制为500kg/m3至1600kg/m3。优选的，在本发明实施例中，压裂剂携带压裂砂的携砂量进一步的可以控制为550kg/m3至1250kg/m3。 进一步的，为了取得更好的压裂效果，在本发明实施例中，还对压裂液的排量进行了控制，具体的，可以将压裂剂的排量控制为0.6m3/min至1.lm3/min。在进行主压裂过程中，一般都包括有预冲洗的过程，通过对压裂区域的表层进行冲洗，可以调整产层的吸收能力，减少对储气层的地质结构伤害。此时需要较细的压裂砂，具体的，在本发明实施例中，在进行预冲洗时，所采用的压裂砂可以为40目至70目。而在在预冲洗完成后，为了裂缝能被支撑剂很好的支撑，提供持续、稳定的倒流能力，需要较粗的压裂砂，具体的，在本发明实施例中，此时所采用的压裂砂可以为20目至40目。在实际应用中，本发明实施例中的煤层气水平井压裂方法可以通过图2所示的煤层气水平井压裂系统来实施，煤层气水平井压裂系统包括:水罐1、砂罐车2、混砂车3、泵车
4、液氮罐车5、液氮泵车6、油管7和喷砂射孔工具(图中未示出)；混砂车3分别与砂罐车2和水罐I连接，将水罐I传输的浓度为6%至10%的氯化钾水溶液混入压裂砂，形成携砂液；泵车4连接油管7的进口，泵车4将携砂液泵入油管7 ；本发明实施例中的携砂液为浓度为6%至10%的氯化钾水溶液；而在现有技术中，一般会采用浓度为2%的氯化钾作为携砂液。通过增加氯化钾水溶液的浓度,可以有效地减少与压裂剂接触的粘土矿物等地质材料的膨胀系数，从而也就可以减少了由于地质材料的膨胀造成的裂缝堵塞。优选的，为了更好的控制地质材料的膨胀系数，在本发明实施例中，氯化钾水溶液浓度进一步的可以控制为7%至8%。液氮泵车6将液氮罐车5中的氮气加入油管7，与油管7中的携砂液混合，形成压裂剂；氮气与携砂液混合后为泡沫形态，氮气的泡沫质量为50%至80% ；地质材料膨胀的程度还与携砂液的使用量有着直接关系，S卩，使用的携砂液的量越大，地质材料所吸收的水分也就越多，地质材料膨胀也就越严重，从而对储气层的地质结构伤害也就越大。为此，在本发明实施例中，在进行主压裂过程中，还在携砂液中加入了泡沫形态的氮气；这样，由于压裂剂中充满了泡沫，所以水分的含量也就大大的减少了，同时，由于混有泡沫的压裂剂虽然含水量很少，但是仍然可以携带有大量的压裂砂，所以实施压裂时还可以保证很好的压裂效果。在本发明实施例中，泡沫形态的氮气，可以通过氮气控制装置，将泡沫质量控制为50%至80%，通过保持一定的泡沫质量，从而可以有效地降低压裂剂的水含量；优选的，为了使压裂剂还能保持最佳的压裂砂的携带量，在本发明实施例中，泡沫形态的氮气，其泡沫质量具体可以进一步的控制为65%至70%。具体的，氮气控制装置可以安装于氮气泵车6上，来控制氮气的加入量。氮气与携砂液混合形成压裂剂后，压裂剂可以经由油管7进入与油管7的出口连接喷砂射孔工具。所述喷砂射孔工具经由水平井的井眼8进一步的，在本发明实施例中，还可以包括压裂剂排量控制装置9，压裂剂排量控制装置9用于将压裂剂的排量控制为0.6m3/min至1.lm3/min。从而可以取得更好的压裂效果。具体的，压裂剂排量控制装置9可以安装于油管7的管路中，以控制油管7向喷砂射孔工具输送压裂剂的排量。进一步的 ，在本发明实施例中，还可以包括压裂砂控制装置，压裂砂控制装置用于控制压裂剂携带压裂砂的携砂量保持为500kg/m3至1600kg/m3。具体的，压裂砂控制装置可以安装于混砂车3上，以控制压裂砂的流量。由于在实施压裂的过程中，主要是依靠压裂剂中的压裂砂的冲击来扩大裂缝或是造成新的裂缝，所以，压裂剂的携砂量直接影响着压裂的效果，为此，本发明实施例中在实施压裂的过程中，在压裂剂中携带了更多的压裂砂，具体的，压裂剂携带压裂砂的携砂量可以控制为500kg/m3至1600kg/m3。优选的，在本发明实施例中，压裂剂携带压裂砂的携砂量进一步的可以控制为550kg/m3至1250kg/m3。进一步的，在本发明实施例中，水罐I与泵车4均可以设有多个。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求
1.一种压裂剂，其特征在于，包括:携砂液和压裂砂； 所述携砂液包括浓度为5%至10%的氯化钾水溶液，和，泡沫质量为50%至80%的泡沫形态的氮气。
2.根据权利要求1所述压裂剂，其特征在于，所述氯化钾水溶液浓度为7%至8%。
3.根据权利要求2所述压裂剂，其特征在于，包括:所述氮气的泡沫质量为65%至70%。
4.一种煤层气水平井压裂方法，其特征在于，包括步骤: 采用油管连接喷砂射孔工具喷射压裂剂进行喷砂射孔；所述压裂剂包括携砂液和压裂砂；所述携砂液为浓度为5%至10%的氯化钾水溶液； 在进行主压裂过程中向所述携砂液加入泡沫质量为50%至80%的泡沫形态的氮气。
5.根据权利要求4所述压裂方法，其特征在于，所述氯化钾水溶液浓度为7%至8%。
6.根据权利要求5所述压裂方法，其特征在于，包括:所述氮气的泡沫质量为65%至70%。
7.根据权利要求6所述压裂方法，其特征在于，包括:所述携砂液携带压裂砂的携砂量为 500kg/m3 至 1600kg/m 3。
8.根据权利要求7所述压裂方法，其特征在于，包括:所述携砂量为550kg/m3至1250kg/m3。
9.根据权利要求8所述压裂方法，其特征在于，包括:所述压裂剂的排量为0.6m3/min至1.lm3/min。
10.根据权利要求9所述压裂方法，其特征在于，包括:所述进行主压裂过程中， 在进行预冲洗时，使用40目至70目的压裂砂； 在预冲洗完成后，使用20目至40目的压裂砂。
全文摘要
本实施例公开了压裂剂和煤层气水平井压裂方法，其中压裂剂包括携砂液和压裂砂；所述携砂液包括浓度为5％至10％的氯化钾水溶液，和，泡沫质量为50％至80％的泡沫形态的氮气。本发明实施例中，所提供的压裂剂中的携砂液采用了高浓度的氯化钾水溶液，从而有效地控制了与压裂剂接触的粘土矿物等地质材的膨胀系数；此外，由于本发明实施例中的压裂剂还加入了泡沫形态的氮气，所以可以通过较少的携砂液用量即可携带足够的压裂砂，所以有效地减少了携砂液的用量，从而也就减少了粘土矿物等地质材料的水分吸收量，减少了对储气层的地质结构伤害。
文档编号E21B43/267GK103074047SQ20121059419
公开日2013年5月1日 申请日期2012年12月31日 优先权日2012年12月31日
发明者杨陆武, 王浩, 乔廷立, 商昌盛 申请人:山西域方天然气开采技术有限公司