一种煤层气井二次压裂的方法与流程

本发明涉及煤层气井压裂技术领域，特别涉及一种煤层气井二次压裂的方法。

背景技术：

煤层气主要贮藏在煤岩中，通过压裂技术改造煤层气储层，可提高煤层气的开采效率。目前，主要通过水力压裂技术来对煤层气储层进行改造，以使储层中出现一条或多条与煤层气井相通的压裂缝，进而提高煤层气井的开采量。经过水力压裂后的煤层气井，由于首次压裂改造范围小，造成部分单井产量低；排采过程中由于裂缝闭合、煤粉堵塞等原因，造成部分单井产量下降。目前针对煤层气井的有效增产措施为解堵性二次压裂工艺，该工艺通过疏通原有裂缝达到恢复单井产量的目的。

专利文献cn104251131a提供了一种煤层气井解堵性二次压裂方法，包括循环、试压、压裂、加砂、测压降、放压五个步骤。该二次压裂的方法具体为：(1)用压裂泵车将压裂液由液罐车打到压裂泵车再返回液罐车，检查压裂泵及管线的工作情况。(2)然后关闭井口闸门，对地面高压管线进行憋压，稳定5分钟，不刺不漏，试压合格。(3)用压裂泵车向煤层气井内泵注压裂液，超过储层所承受的压力时，储层形成压裂缝。(4)向煤层气井内泵注携砂液，以形成填砂裂缝。(5)采用压力表测煤层气井内的压降。(6)然后关井，放喷。其中，压裂液用量为600-800m³，压裂液由水和防膨剂kcl配制成浓度为1％的溶液，压裂泵泵注排量为6-8m³/min，石英砂砂量为40-60m³，其中粒径0.85-1.15mm的粗砂10m³占20％，粒径0.425-0.85mm中砂占80％。该方法能够有效解决煤层气井生产过程中由于压裂裂缝的闭合、气井产出过程中煤粉产出物对裂缝的堵塞等原因造成产量下降的问题。

发明人发现现有技术至少存在以下问题：

现有技术提供的煤层气井二次压裂的方法虽然可通过疏通原有裂缝达到恢复单井产量的目的，但并不能解决初次压裂改造范围小造成的低产问题，煤层气井的开采效率不能较大幅度的提高。

技术实现要素：

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供了一种可以解决煤层气生产井由于首次压裂改造范围小造成的产气量低，且能够大大提高煤层气的开采效率的煤层气井二次压裂的方法。具体技术方案如下：

本发明实施例提供了一种煤层气井二次压裂的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤a、开启压裂车组，并通过所述压裂车组向目标煤层气井内泵注压裂液，进行小规模压裂，以疏通储层中原有压裂缝。

步骤b、向所述目标煤层气井内投入小于射孔孔眼数目的多个封堵球，与此同时，利用所述压裂车组向所述目标煤层气井内泵注活性水压裂液，所述封堵球在所述活性水压裂液压力作用下对所述原有压裂缝的射孔孔眼进行封堵。

步骤c、采用所述压裂车组向所述目标煤层气井内继续泵注压裂液，进行中规模压裂，在所述储层中形成新的压裂缝。

步骤d、关闭所述压裂车组，待所述封堵球离开所述射孔孔眼落入井底后，将所述封堵球返排至地面，完成对所述目标煤层气井的二次压裂。

具体地，作为优选，所述步骤a中向所述目标煤层气井内泵注压裂液和所述向所述目标煤层气井内继续泵注压裂液均包括：向所述目标煤层气井内顺次泵注前置液、携砂液、顶替液；所述步骤b中，所述活性水压裂液为由清水和kcl配制成浓度为0.5％-1.5％的水溶液。

具体地，作为优选，所述步骤a中，在进行所述小规模压裂时，所述前置液为50-60m³活性水压裂液，所述携砂液为140-150m³活性水压裂液和10-15m³砂粒的混合液，所述顶替液为活性水压裂液，排量由1m³/min台阶式逐渐增加到5m³/min。

具体地，作为优选，在进行所述中规模压裂时，所述前置液为50-60m³活性水压裂液，所述携砂液为180-200m³活性水压裂液和20-25m³砂粒的混合液，所述顶替液为活性水压裂液，排量由1m³/min台阶式逐渐增加到6m³/min。

具体地，作为优选，在向所述目标煤层气井中泵注所述携砂液时，所述砂粒为石英砂，先泵注含有粒度为40-70目的细砂粒的携砂液，然后泵注含有粒度为20-40目的中砂粒的携砂液。

具体地，作为优选，在进行所述小规模压裂时，所述中砂粒的体积占所述砂粒总体积的60％-70％；在进行所述中规模压裂时，所述中砂粒的体积占所述砂粒总体积的75％-80％。

具体地，作为优选，所述封堵球的直径为所述射孔孔眼直径的1-2倍，密度为1.1-1.2g/cm³。

具体地，作为优选，向所述目标煤层气井内投入的所述封堵球的数目可以根据以下公式来获取：

其中，n为第二预定量；k为1.1-1.2之间的任一数值；m为所述射孔孔眼的数目。

具体地，作为优选，在所述步骤b中，所述活性水压裂液的体积为10-12m³，排量由1m³/min逐渐增加到2m³/min。

具体地，作为优选，待所述封堵球离开所述射孔孔眼落入井底后，依次进行放喷、冲砂作业，然后再将所述封堵球返排至地面，完成对所述目标煤层气井的二次压裂。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例提供的一种煤层气井二次压裂的方法，通过向目标煤层气井中泵注压裂液以进行小规模压裂，可疏通储层中原有压裂缝。在疏通原有压裂缝后，通过向目标煤层气井内投入小于射孔孔眼数目的多个封堵球，并与压裂车组泵注的活性水压裂液配合，可对原有压裂缝的射孔孔眼进行封堵，便于继续泵注的压裂液在未封堵的射孔孔眼处压裂出新的压裂缝，以增大储层的改造面积，能够大大提高煤层气的开采效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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是本发明实施例提供的煤层气井二次压裂的方法流程图；

图2-1是本发明实施例提供的目标煤层气井未经二次压裂前，储层的结构示意图；

图2-2是本发明实施例提供的封堵球封堵储层中的射孔孔眼时的示意图；

图2-3是本发明实施例提供的目标煤层气井二次压裂时，储层中产生新的压裂缝的示意图。

其中，附图标记分别表示：

1目标煤层气井，

2储层，

3原有压裂缝，

4封堵球，

5射孔孔眼，

6新的压裂缝。

具体实施方式

除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种煤层气井二次压裂的方法，如附图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤101、开启压裂车组，并通过压裂车组向目标煤层气井内泵注压裂液，进行小规模压裂，以疏通储层中原有压裂缝。

步骤102、向目标煤层气井内投入小于射孔孔眼数目的多个封堵球，与此同时，利用压裂车组向目标煤层气井内泵注活性水压裂液，封堵球在活性水压裂液压力作用下对原有压裂缝的射孔孔眼进行封堵。

步骤103、采用压裂车组向目标煤层气井内继续泵注压裂液，进行中规模压裂，在储层中形成新的压裂缝。

步骤104、关闭压裂车组，待封堵球离开射孔孔眼落入井底后，将封堵球返排至地面，完成对目标煤层气井的二次压裂。

以下就本发明实施例提供的一种煤层气井二次压裂的方法给予描述：

如附图2-1、附图2-2以及附图2-3所示，目标煤层气井1在未进行二次压裂时，其储层2中存在原有压裂缝3，以及射孔孔眼5，部分射孔孔眼5位于原有压裂缝3上，部分射孔孔眼5处不存在原有压裂缝3。在进行二次压裂前，首先开启压裂车组配制相应的压裂液，并向目标煤层气井1内泵注压裂液，以进行小规模压裂，以疏通储层2中的原有压裂缝3，便于后期封堵球4封堵原有压裂缝3上的射孔孔眼5。然后向目标煤层气井1中投入多个封堵球4，投入封堵球4的数量小于目标煤层气井1内射孔孔眼5的数目，与此同时，利用压裂车组向目标煤层气井1内泵注活性水压裂液，封堵球4被活性水压裂液携带至井内，由于原有压裂缝3处的应力低，封堵球4在活性水压裂液的作用下迁移至原有压裂缝3的射孔孔眼5处，并在活性水压裂液压力作用下封堵射孔孔眼5。进一步地采用压裂车组向目标煤层气井1内泵注压裂液进行中规模压裂，在此过程中，压裂液给予封堵球4压力，封堵球4继续封堵射孔孔眼5，同时压裂液在未封堵的射孔孔眼5处进行压裂，以形成新的压裂缝6。然后关闭压裂车组，不再有压裂液泵注入目标煤层气井1内，此时封堵球4由于重力作用离开射孔孔眼5落入井底，然后通过放喷、冲砂作业将封堵球4返排至地面，完成对目标煤层气井1的二次压裂。并且，对于目标煤层气井1来说，其储层2上所含有射孔孔眼5的数目为对目标煤层气井1进行一次压裂前通过射孔方法(例如聚能射孔)对储层射孔，以获取的原始射孔孔眼的数目，该数目记录于前期煤气井改造过程中所得到的资料中，通过查阅得到。

需要说明的是，如附图2-1所示，射孔孔眼5位于原有压裂缝3上，也存在于没有压裂缝的储层2上，二次压裂可对没有压裂缝的射孔孔眼5处或者未被封堵球4封堵的射孔孔眼5处进行压裂。“目标煤层气井1”是经过第一次压裂后，储层2的改造面积小，且使用一段时间后开采效率变低，有待进一步改造其储层2的煤层气井。可以理解的是，“小规模压裂”为向目标煤层气井内泵注的压裂液少于“中规模压裂”，“小规模压裂”主要以疏通储层中原有压裂缝为主，“中规模压裂”主要以压裂使储层中形成新的压裂缝为主。

基于上述可知，本发明实施例提供的一种煤层气井二次压裂的方法，通过向目标煤层气井中泵注压裂液以进行小规模压裂，可疏通储层中原有压裂缝。在疏通原有压裂缝后，通过向目标煤层气井内投入小于射孔孔眼数目的多个封堵球，并与压裂车组泵注的活性水压裂液配合，可对原有压裂缝的射孔孔眼进行封堵，便于继续泵注的压裂液在未封堵的射孔孔眼处压裂出新的压裂缝，以增大储层的改造面积，能够大大提高煤层气的开采效率。

具体地，在本发明实施例中，压裂车组包括压裂泵车、混砂车、液罐车、压裂汇管车、仪表车，在仪表车的控制作用下，压裂液通过压裂泵车加压，并通过压裂汇管车向目标煤层气井内泵注压裂液，以进行压裂。其中，压裂泵车可将压裂液加压至大于煤层气井储层的压力，以便于储层发生压裂，混砂车可将支撑剂和液体充分混合，液罐车可为泵车提供充足的液体。压裂车组的具体结构和工作原理为本领域技术人员所熟知，在此不再详述。

具体地，在步骤101中，在向目标煤层气井内泵注压裂液前，需要先将目标煤层气井停井，并检查压裂车组是否能够正常运行。然后采用压裂车组向目标煤层气井内泵注压裂液，进行小规模压裂，主要疏通储层中原有压裂缝，还可能形成少数新的压裂缝或者不形成新的压裂缝。

其中，向目标煤层气井内泵注压裂液包括向目标煤层气井内顺次泵注前置液、携砂液、顶替液。其中，前置液便于造缝、降温，携砂液便于携带支撑剂进入裂缝中形成填砂裂缝，以使压裂缝不闭合，顶替液可将携砂液顶替至预定位置，以使携砂液中的支撑剂更好地支撑压裂缝。在进行小规模压裂时，前置液为50-60m³活性水压裂液，携砂液为140-150m³活性水压裂液和10-15m³砂粒的混合液，顶替液为活性水压裂液，排量由1m³/min台阶式逐渐增加到5m³/min，例如前置液可以为50m³、52m³、54m³、56m³、58m³、60m³等的活性水压裂液，携砂液可以为140m³活性水压裂液和10m³砂粒的混合液、144m³活性水压裂液和12m³砂粒的混合液、148m³活性水压裂液和14m³砂粒的混合液、150m³活性水压裂液和15m³砂粒的混合液等，采用上述体积的前置液、携砂液以及上述变排量的顶替液，可起到优异地疏通原有压裂缝的作用。其中，顶替液的排量采用“台阶式”排量可以理解为排量等梯度增加，例如排量可以依次为1m³/min、2m³/min、3m³/min、4m³/min、5m³/min，顶替液的泵注量可以依据井筒容积和排量来泵注，本领域技术人员可以根据经验来确定，在此不再详述。其中，在向目标煤层气井中泵注携砂液时，先泵注含有粒度为40-70目的细砂粒的携砂液，例如细砂粒的粒度可以为40目、50目、60目、70目等，然后泵注含有粒度为20-40目的中砂粒的携砂液，例如中砂粒的粒度可以为20目、25目、30目、35目、40目等，并且中砂粒的体积占砂粒总体积的60％-70％，例如可以为60％、62％、64％、66％、68％、70％等。如此设置携砂液中砂粒的粒度和比例，可使细砂粒与中砂粒配合作用，支撑原有压裂缝，以高效地疏通原有压裂缝，并且先泵注含有细砂粒的携砂液，以对储层中远处细小裂缝进行支撑，然后泵注含有中砂粒的携砂液以对较近处的大裂缝进行支撑，以使原有压裂缝疏通。其中，砂粒均为石英砂，石英砂的价格便宜，容易获取。活性水压裂液为由清水和kcl配制成浓度为0.5％-1.5％的水溶液，浓度表示kcl的质量浓度，采用该活性水压裂液可防止粘土发生膨胀，对煤储层的伤害性小，保证煤储层的稳定性，有利于煤层气的开采。

具体地，在步骤102中，向目标煤层气井内投入小于射孔孔眼数目的多个封堵球，与此同时，利用压裂车组向目标煤层气井内泵注活性水压裂液，其中，活性水压裂液的体积为10-12m³，排量由1m³/min逐渐增加到2m³/min，以便于携带封堵球到达井内，由于原有压裂缝处的应力低，封堵球在活性水压裂液压力的作用下迁移至原有压裂缝的射孔孔眼处进行封堵。

其中，封堵球的直径为射孔孔眼直径的1-2倍，以能够封堵住射孔孔眼，密度为1.1-1.2g/cm³，该种密度下的封堵球可以与活性水压裂液混合，并且能够在活性水压裂液压力作用下封堵射孔孔眼，尤其是原有压裂缝的射孔孔眼；此外，该种封堵球利于通过水或其他液体携带返排至地面。举例来说，该类封堵球可以为尼龙球、橡胶球或者钢芯橡胶球，这几种封堵球的价格低廉，容易获取，可回收重复使用。

具体地，可通过设置在目标煤层气井井口的投球器将封堵球投入井内，向目标煤层气井内投入的封堵球的数目可以根据以下公式来获取：

其中，n为第二预定量；k为1.1-1.2之间的任一数值；m为射孔孔眼的数目。

如此设置投入的封堵球的数目，可封堵原有压裂缝中的大裂缝和部分小裂缝处的射孔孔眼，不封堵或者少数封堵储层中没有原有压裂缝的射孔孔眼，以便于步骤103中进行中规模压裂。

具体地，在步骤103中，采用压裂车组向目标煤层气井内继续泵注压裂液进行中规模压裂，压裂液由未被封堵的射孔孔眼处压裂至储层内部以形成新的压裂缝，即新的压裂缝。其中，向目标煤层气井内继续泵注的压裂液包括向目标煤层气井内顺次泵注的前置液、携砂液、顶替液。在进行中规模压裂时，前置液为50-60m³活性水压裂液，携砂液为180-200m³活性水压裂液和20-25m³砂粒的混合液，顶替液为活性水压裂液，排量由1m³/min台阶式逐渐增加到6m³/min，例如前置液可以为50m³、51m³、53m³、55m³、57m³、59m³、60m³等的活性水压裂液，携砂液可以为180m³活性水压裂液和20m³砂粒的混合液、185m³水活性水压裂液和21m³砂粒的混合液、190m³活性水压裂液和23m³砂粒的混合液、195m³活性水压裂液和24m³砂粒的混合液、200m³活性水压裂液和25m³砂粒的混合液等，采用上述体积的前置液、携砂液以及上述排量的顶替液，能够形成新的压裂缝，以增加该目标煤层气井储层的改造面积。其中，顶替液的排量采用“台阶式”排量可以理解为排量等梯度增加，例如排量可以依次为1m³/min、2m³/min、3m³/min、4m³/min、5m³/min，顶替液的泵注量可以依据井筒容积和排量来泵注，本领域技术人员可以根据经验来确定，在此不再详述。其中，在向目标煤层气井中泵注携砂液时，先泵注含有粒度为40-70目的细砂粒的携砂液，然后泵注含有粒度为20-40目的中砂粒的携砂液，并且中砂粒的体积占砂粒总体积的75％-80％，例如可以为75％、76％、77％、78％、79％、80％等，如此设置携砂液中砂粒的粒度和比例，可使细砂粒与中砂粒配合作用，支撑新的压裂缝，可形成良好的填砂导流裂缝，以增加该目标煤层气井储层改造面积，其中，先泵注含有细砂粒的携砂液，便于细砂粒对储层中远处细小裂缝进行支撑，然后泵注含有中砂粒的携砂液，以对较近处的大裂缝进行支撑，以支撑新的压裂缝。其中，砂粒均为石英砂，石英砂的价格便宜，容易获取。活性水压裂液为由清水和kcl配制成浓度为0.5％-1.5％的水溶液，浓度表示kcl的质量浓度，采用该活性水压裂液可防止粘土发生膨胀，对煤储层的伤害性小，保证煤储层的稳定性，有利于煤层气的开采。

具体地，在步骤104中，关闭压裂车组，停止向目标煤层气井中泵注压裂液，封堵球不再承受步骤102中泵注的活性水压裂液的压力作用或者步骤103中泵注的压裂液的压力作用，故封堵球从射孔孔眼上掉落至井底，待封堵球离开射孔孔眼落入井底后，依次进行放喷、冲砂作业，然后再将封堵球返排至地面，完成对目标煤层气井的二次压裂。具体放喷，冲砂以及返排通过以下方式实现：

通过在目标煤层气井井口的放喷管线上安装放喷嘴，并打开阀门，使目标煤层气井内的压裂液与活性水压裂液以及其他物质的混合液放喷至地面。然后利用压裂车组向目标煤层气井内泵注适量的水，并借助高速上返的液体将冲散的砂子携带到地面，与此同时，封堵球也被携带至地面。

以下将通过具体实施例进一步地描述本发明。

在以下具体实施例中，所涉及的操作未注明条件者，均按照常规条件或者制造商建议的条件进行。所用原料未注明生产厂商及规格者均为可以通过市购获得的常规产品。

实施例1

本实施例1对本发明提供的煤层气井二次压裂的方法的增产效果进行评价。以x井为目标煤层气井，该井的最高日产气量为600m³，周围邻近的煤层气井的日产量均在1000m³以上，但该井近期的日产气量的平均值在144m³左右，故该目标煤层气井的日产气量低为第一次压裂对储层的改造面积小，并且部分原有压裂缝发生封堵，故选为目标煤层气井。如附图2-1所示，目标煤层气井1(x井)中的储层2中存在原有压裂缝3、射孔孔眼5，部分射孔孔眼5位于原有压裂缝3上，部分射孔孔眼5处不存在原有压裂缝3。然后采用以下方法对该目标煤层气井1进行二次压裂：

首先，开启压裂车组，并通过压裂车组向x井中顺次泵注60m³活性水压裂液(前置液)、150m³活性水压裂液和细砂粒5m³以及中砂粒10m³的混合液(携砂液)、9.3m³活性水压裂液(顶替液，排量由1m³/min逐渐增加到5m³/min)进行小规模压裂，以疏通储层2中原有压裂缝3，其中，对于携砂液先泵注含有细砂粒的携砂液，再泵注含有中砂粒的携砂液。然后采用投球器向该x井投入45个尼龙球4，同时压裂车组向x井中泵注10m³活性水压裂液，排量由1m³/min逐渐增加到2m³/min，使尼龙球4封堵原有压裂缝3的射孔孔眼5，参见附图2-2。然后采用压裂车组向x井中顺次泵注60m³活性水压裂液(前置液)、200m³活性水压裂液和细砂粒5m³以及中砂粒15m³的混合液(携砂液)、9.3m³活性水压裂液(顶替液，排量由1m³/min逐渐增加到6m³/min)进行中规模压裂，形成新的压裂缝6，参见附图2-3。最后关闭压裂车组，待尼龙球4落入井底后，放喷，冲砂，以将尼龙球4返排至地面，完成二次压裂。其中，活性水压裂液为清水和kcl配制成浓度为1％的水溶液。

然后使x井重新运行，经过一年排采期后，该x井的日产气量为1806m³。可见，本发明提供的煤层气井二次压裂的方法能够大幅度改造煤层气井的储层面积，能大大提高煤层气井的产气效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。