深部地层水平井大规模体积压裂方法与流程

本发明属于深部地层煤层气开采，具体涉及深部地层水平井大规模体积压裂方法。

背景技术：

1、深部地层中蕴涵大量煤层气，是极其丰富的地下矿藏资源，深部地层煤层气的大规模开采有利于缓解人类能源紧张的现状。从深部地层中开采煤层气，首先要对钻井侧壁进行射孔，促进深部地层的裂隙形成及扩大，有利于后续煤层气采出，然后向钻井内注入压裂液，克服深部地层的较高的地层压力，压裂液从射孔中穿出，进入深部地层，进一步使得裂隙扩大、扩展，有利于后续煤层气采出。

2、目前，深部地层的煤层气开采井大多采用竖井形式，在钻井内沿着竖直方向一次性射孔，统一射孔，对钻井的稳定性影响较大，一次射孔所形成的孔数量有限，各个孔组成的集体孔结构单一，进而使得射孔所形成的裂隙结构单一，不利于大规模体积压裂的实施，不利于大规模深部地层煤层气的开采。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供深部地层水平井大规模体积压裂方法，包括以下步骤：

2、s1：从地面向下钻探竖井，竖井底端到达深部地层，对竖井进行第一次固井；

3、s2：从竖井的底端钻探横向的水平井，水平井处于深部地层内，对水平井进行第二次固井；

4、s3：配置不同粘度的滑溜水压裂液和变粒径的支撑剂；

5、s4：水平井远离竖井的一端为末端，靠近竖井的一端为始端，按照从末端向始端的方向，使用射孔枪对水平井进行分段射孔；

6、每完成一段井段的射孔之后，对该井段进行压裂施工，再使用可溶性桥塞封堵已射孔的井段，再进行下一井段的射孔；

7、s5：所有井段射孔完成后，再对水平井依次进行返排试气、通井、冲砂、下泵操作。

8、本发明在深部地层内创造性的采用水平井的形式，进行压裂和开采，水平井处于深部地层内，能够极大地扩大扩展射孔、压裂、开采的范围，更有利于实现大规模体积压裂。而传统的竖井受深部地层高度的限制，竖井自身的高度有限，竖井射孔后的裂隙非常容易集中在深部地层的某一小区域，延展性较差，严重限制了压裂规模。本发明对水平井采用由远到近地分段射孔、分段封堵的施工形式，有利于保持水平井的稳定。

9、可选的，步骤s1中，竖井的底端到达深部地层的上部；第一次固井具体为：先在竖井靠近井壁处放置竖井套管，再在竖井套管与竖井井壁之间注入水泥浆固井，提高竖井的强度。

10、可选的，步骤s2中，从竖井底端开始，倾斜向下钻探一段倾斜向下的连接井段，再沿着预先规划的水平井的延伸方向，横向钻探水平井段，水平井段处于深部地层的中部，连接井段与水平井段连接形成水平井；

11、第二次固井具体为：先在竖井套管的底端设置悬挂器，再在靠近水平井段的井壁处放置若干个水平段套管，再在连接井段的井壁处放置若干个倾斜的连接段套管，最外侧的连接段套管的顶端连接所述悬挂器，然后在水平段套管、连接段套管与水平井的井壁之间注入水泥浆固井。

12、可选的，步骤s3中，所述不同粘度的滑溜水压裂液包括低粘滑溜水和中粘滑溜水；所述低粘滑溜水的粘度为2-3mpa·s，砂比为5-14wt%，降阻率大于70%，稠化剂浓度控制在0.05%以内；低粘滑溜水作为前置液和顶替液使用，能够减少对煤岩渗透性的伤害；

13、所述中粘滑溜水的粘度为3-5mpa·s，砂比为15-40wt%，降阻率大于70%，稠化剂浓度控制在0.05-0.1%以内。以上两种粘度的滑溜水均要求满足连续混配，稠化剂为胍胶及其衍生物、田菁胶及其衍生物等常规稠化剂。

14、可选的，步骤s3中，所述变粒径的支撑剂包括第一支撑剂和第二支撑剂，第一支撑剂包括目数为70-140目的石英砂，第二支撑剂包括目数为40-70目的石英砂。

15、可选的，步骤s4中，射孔时，射孔枪处于所在的水平段套管的圆心处，射孔相位角为60°和180°，即射孔方向与竖直向下方向的夹角为±60°和±180°，每个射孔方向上的孔密度为12-15孔/米。

16、本发明特别设计了上述射孔相位角，与竖直向下方向分别向左右两侧偏转60°和180°，形成四道射孔路径，使得裂缝扩展方向分别朝向两侧最大的水平地应力方向，使射孔后沿孔眼展开的裂缝始终在储层内延伸。经实践验证，这是对于正断层地应力的最佳射孔方向，不仅近井筒的裂缝重合面积较小，而且扩展方向较多，起裂压力也较小；对于逆断层，上述180°的射孔方向所形成的裂缝扩展，垂直于最小地应力，180°定向射孔在水平最大主应力方向上，扩展速度优于其他射孔方式。

17、可选的，步骤s4射孔时使用射孔装置，所述射孔装置从后至前依次包括电缆、射孔部分、可拆卸的座封工具和可溶性桥塞，电缆连接地面电源，用于控制射孔装置工作；

18、射孔部分包括若干个射孔段以及连接在相邻射孔段之间的定位短节，每个射孔段包括起爆器和射孔枪，最前端的射孔枪的前端可拆卸地依次连接座封工具和可溶性桥塞。

19、由于每个井段的长度较长，本发明使用上述多级射孔部分，采用多级点火方式，每个起爆器控制对应的射孔枪射孔，并与下一级射孔枪电路相通，上一级射孔枪射孔后，井段内液体压力推动起爆器的开关杆向后运动，断开对应射孔枪的线路，并接通下一级射孔枪的线路。

20、可选的，步骤s4中，压裂施工具体为：使用注入泵按先后顺序依次向射孔后的井段内注入前置液、携砂液和顶替液；

21、前置液阶段主要注入低粘度滑溜水，前期排量在2-5m³/min，后期排量为16-18m³/min，排量稳定后，加入前置液塞，即加入70-140目石英砂的支撑剂；携砂液阶段（主加砂阶段）前期注入低粘度滑溜水，支撑剂采用70-140目石英砂，后期注入中粘度滑溜水，支撑剂采用40-70目石英砂，排量为16-18m³/min；顶替液阶段注入低粘度滑溜水，排量为16-18m³/min。

22、本发明将所述低粘滑溜水作为前置液和顶替液使用，砂比较低，能够减少对煤岩渗透性的伤害，避免储层（深部地层）污染，而且粘度较低，能提高施工排量，促进返排，增加压裂规模，有利于沟通形成复杂网状裂隙，从而释放更大产能。

23、前置液塞及主加砂阶段的前期采用70-140目支撑剂，降滤和打磨近井地带裂缝摩阻；主加砂阶段后期采用40-70目支撑剂，提高裂缝导流能力，两种支撑剂配合使用，能够优化储层改造效果，增大煤层支撑裂缝长度与导流能力。

24、在所述射孔装置下放的过程中，由于射孔装置为细长的杆状，其自身具有定位和行进都依靠油管或钻杆，定位不准确，行进不流畅，在射孔时自身也不够稳定，影响射孔准确性。本发明还提供了以下定位行进器，用于配合辅助射孔装置的移动和射孔。

25、可选的，所述定位行进器包括限位部、转动电机和若干个支撑部，限位部包括沿着射孔装置的长度方向设置的若干个限位圈和一个设在射孔装置中部的固定圈，限位圈和固定圈均可拆卸地套设在射孔装置的外部；限位圈的外侧面设有一个从动齿轮，转动电机设置固定圈的外侧面上，并通过若干个主动齿轮对应连接若干个从动齿轮，进而带动限位圈转动，从而带动射孔装置传动角度；

26、支撑部连接在限位圈的外侧面，包括若干个沿射孔装置的周向均匀设置的伸缩腿，用于支撑射孔装置在水平井内移动位置。

27、进一步可选的，所述伸缩腿远离射孔装置的一端设有带有弹簧的滚轮，另一端设有液压装置，用于控制伸缩腿的伸缩长度。