一种水平井应力释放开采构造煤煤层气的方法与流程

[0001]
本发明涉及一种水平井应力释放开采构造煤煤层气的方法，尤其是一种适用于l型水平井中快速吞吐压裂液并携带煤粉运移，引起地应力释放开采构造煤煤层气，提高构造煤煤层气采收率的方法，属于煤层气地面开采技术领域。


背景技术：

[0002]
我国煤层气资源丰富，预测埋深2000m以浅煤层气地质资源量达36.8
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10
12
m3，与常规天然气资源量相当。煤层气规模化开发能够缓解我国常规油气能源短缺形势，降低煤矿瓦斯事故发生几率，减少煤矿生产中温室气体排放量，可产生显著的经济、环境、安全及社会效益。
[0003]
以黔西滇东地区、两淮地区及鄂尔多斯盆地西缘为代表的我国构造煤煤层厚度大、分布广泛，煤层气资源量及资源开发潜力巨大。由于构造煤储层具原始地应力高、渗透率低及水力压裂改造难度大等特点，因此采用传统的直井、水平井压裂工艺难以取得较好的煤层气开采效果。为了全面推进我国构造煤发育区煤层气开发工作，就需要解决传统直井、水平井压裂方式构造煤储层改造效果差，采动区被保护层性卸压应力释放程度低等问题，积极探索构造煤原位煤层气水平井应力释放开采新技术、新方法，以显著提高构造煤煤层气地面开发效果。


技术实现要素：

[0004]
技术问题：本发明的目的是要克服现有技术中的不足之处，提供一种水平井应力释放开采构造煤煤层气的方法，以解决传统直井、水平井压裂对构造煤储层改造效果差，构造煤煤层气解吸难度大、渗流阻力大，以及煤层气生产井高产时间短、稳产困难、资源采收率低等问题。
[0005]
技术方案：本发明的水平井应力释放开采构造煤煤层气的方法，包括以下步骤：
[0006]
(a)在目的构造煤层埋深300～500m处，沿区域地层走向施工一口l型水平井，l型水平井为“三开”结构，一开表层套管固井封固上部松散地层，二开技术套管固井保证水平井段安全钻进，三开于目的构造煤层顶板中钻进，三开完钻后下入生产套管固井，为射孔压裂改造做准备；
[0007]
(b)在l型水平井中下入水力喷射器，对水平井段自远端向近端进行分段水力喷砂定向射孔，设定单个喷砂射孔段长度和两个喷砂射孔段中心距离；
[0008]
(c)喷砂射孔后安装压裂井口，采用光套管注入压裂方式自井口注入活性水压裂液，注入过程中控制注入压力，最高注入压力＜25mpa，并控制压裂液注入量；
[0009]
(d)压裂液注入后，打开并调节压裂井口的节流阀，使所注入的压裂液携带目的构造煤层中的大量煤粉在地层高压作用下快速喷出，使目的构造煤层应力产生释放，形成第一次应力释放区；在井口安装固液分离装置，分离出煤粉后的压裂液储存以备重复使用；
[0010]
(e)压裂液放喷结束后，下入洗井管柱以正循环方式洗井，将井筒中沉淀的煤粉冲
洗至地面；洗井后下入排采管柱并安装排采井口进行为期1年的排水采气；
[0011]
(f)当l型水平井日产气量衰减至工业气流规定值之下时，利用井下作业车将排采管柱取出，安装压裂井口，重复向井筒中注入压裂液及快速放喷过程，扩大目的构造煤层(1)应力释放范围，产生第二次应力释放区。
[0012]
步骤(a)中，所述l型定向井“三开”结构中的一开、二开在目的构造煤层的上覆岩层中钻进，三开于目的构造煤层顶板中钻进为400～500m，且水平井段钻进轨迹距离目的构造煤层顶面0～0.5m，以保证水力喷砂射孔后目的构造煤层(1)与井筒直接连通。
[0013]
步骤(b)中，所述进行分段水力喷砂定向射孔，设定的单个喷砂射孔段长度为8～10m，两个喷砂射孔段中心距离为30～40m，喷砂射孔密度为20～24孔/m，孔眼直径为15～17mm，定向射孔的方向为正下方偏左右、前后45
°
之内的圆锥体(10)范围。
[0014]
步骤(c)中，所述l型水平井首次注入活性水压裂液时，采用6～7台2500型压裂车进行施工，以保证最高注入排量超过15m3/min。
[0015]
步骤(c)中，所述注入过程中控制注入的压力为15～20mpa，控制压裂液注入量为每100m水平井段内注入300～400m3。
[0016]
步骤(d)中，所述调节压裂井口的节流阀控制压裂液携带煤粉自井口快速喷出的速度为4～6m3/min。
[0017]
步骤(e)中，所述排水采气的方式：
[0018]
采用“管式泵+抽油机”进行排水采气，则管式泵下至l型水平井直井段底部，此时要求l型水平井增斜段采用中短半径造斜螺杆钻具钻进；
[0019]
采用射流泵进行排水采气，则射流泵下至l型水平井增斜段，此时对l型水平井增斜段曲率半径不做要求。
[0020]
步骤(f)中，所述重复向井筒中注入活性水压裂液时，采用4-6台高压柱塞泵并联开展注入作业，保证最高注入排量可达到9m3/min，稳定注入压力控制在8-10mpa；压裂液重复注入后，快速放喷速度控制在4～6m3/min。
[0021]
有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明采用水平井应力释放开采构造煤煤层气的方法，基于压裂液快速返排对构造煤煤粉的携带作用，引起构造煤增压区内储层压力激动及应力释放，可促进应力释放区内构造煤煤层气的解吸与渗流，显著提高煤层气水平井的产气效果，与当前我国西南、华北及东北地区构造煤煤层气开发广泛采用的直井、水平井采用的水力加砂压裂改造技术相比，提高井控范围内构造煤煤层气资源采收率，节省煤层气地面开发工程及设备投入，并获得更好的经济、环境与社会效益。其方法简单，操作方便，在本技术领域内具有广泛的实用性。
附图说明
[0022]
图1为本发明的水平井应力释放开采构造煤煤层气的方法示意图。
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图中：1—目的构造煤层；2—l型水平井；3—表层套管；4—技术套管；5—水平井段；6—生产套管；7—水力喷射器；8—喷射射孔段长度；9—喷砂射孔段中心距离；10—定向喷砂射孔圆锥体；11—第一次应力释放区；12—第二次应力释放区；13—增斜段曲率半径。
具体实施方式
[0024]
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述：
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如图1所示，本发明水平井应力释放开采构造煤煤层气的方法，具体步骤如下：
[0026]
(a)在目的构造煤层1埋深300～500m处，沿区域地层走向施工一口l型水平井2，l型水平井2为“三开”结构，一开表层套管3固井封固上部松散地层，二开技术套管4固井保证水平井段5安全钻进，三开于目的构造煤层1顶板中钻进，三开完钻后下入生产套管6固井，为射孔压裂改造做准备；所述l型定向井2“三开”结构中的一开、二开在目的构造煤层1的上覆岩层中钻进，三开于目的构造煤层1顶板中钻进为400～500m，且水平井段5钻进轨迹距离目的构造煤层1顶面0～0.5m，以保证水力喷砂射孔后目的构造煤层1与井筒直接连通。所述施工l型水平井2的具体过程如下：
[0027]
(1)l型水平井2一开钻径φ444.5mm，钻至基岩之下15m，下入外径φ339.7mm j55钢级的表层套管并固井，固井水泥浆返至地面；
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(2)l型水平井2二开钻径φ311.1mm，螺杆工具造斜并定向钻进至目的煤层1之上1～2m完钻，下入外径φ244.5mm j55钢级的生产套管并固井，二开固井水泥浆返至目的构造煤层1之上200m；
[0029]
(3)l型水平井2三开钻径φ215.9mm，沿目的构造煤层1钻进至终孔，下入外径φ139.7mm n80钢级的生产套管并固井，三开固井水泥浆返至目的构造煤层1之上200m。
[0030]
(b)在l型水平井2中下入水力喷射器7，对水平井段5自远端向近端进行分段水力喷砂定向射孔，设定单个喷砂射孔段长度8和两个喷砂射孔段中心距离9；所述进行分段水力喷砂定向射孔，所述设定的单个喷砂射孔段长度8为8～10m，两个喷砂射孔段中心距离9为30～40m，喷砂射孔密度为20～24孔/m，孔眼直径为15～17mm，定向射孔的方向为正下方偏左右、前后45
°
之内的圆锥体10范围。
[0031]
(c)喷砂射孔后安装压裂井口，采用光套管注入压裂方式自井口注入活性水压裂液，注入过程中控制注入压力，注入过程中控制注入的压力为15～20mpa，最高注入压力＜25mpa，并控制压裂液注入量为每100m水平井段内注入300～400m3。l型水平井2首次注入活性水压裂液时，采用6～7台2500型压裂车进行施工，以保证最高注入排量超过15m3/min；
[0032]
(d)压裂液注入后，打开并调节压裂井口的节流阀，调节压裂井口的节流阀，控制压裂液携带煤粉自井口快速喷出的速度为4～6m3/min，使所注入的压裂液携带目的构造煤层1中的大量煤粉在地层高压作用下快速喷出，使目的构造煤层1应力产生释放，形成第一次应力释放区11；在井口安装固液分离装置，分离出煤粉后的压裂液储存以备重复使用；
[0033]
(e)压裂液放喷结束后，下入洗井管柱以正循环方式洗井，将井筒中沉淀的煤粉冲洗至地面；洗井后下入排采管柱并安装排采井口进行为期1年的排水采气；所述排水采气的方式：
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采用“管式泵+抽油机”进行排水采气，则管式泵下至l型水平井(2)直井段底部，此时要求l型水平井增斜段采用中短半径造斜螺杆钻具钻进；
[0035]
采用射流泵进行排水采气，则射流泵下至l型水平井增斜段，此时对l型水平井增斜段曲率半径(13)不做要求。
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(f)当l型水平井2日产气量衰减至工业气流规定值之下时，利用井下作业车将排采管柱取出，安装压裂井口，重复向井筒中注入压裂液及快速放喷过程，扩大目的构造煤层
1应力释放范围，产生第二次应力释放区12；重复向井筒中注入活性水压裂液时，采用4-6台高压柱塞泵并联开展注入作业，保证最高注入排量可达到9m3/min，稳定注入压力控制在8-10mpa；压裂液重复注入后，快速放喷速度控制在4～6m3/min。