专利名称:煤层多级压裂的改进方法
本发明是关于地下含气体煤层的水力压裂方法，以便增加在这样的煤层中所完成的井的气体产量和采气总量，更具体地说，本发明是关于多级压裂方法的改进方法，以便易于进行压裂作业和在煤层内造成广延伸的支撑裂缝。
含烃地层的水力压裂技术是众所周知的，并且已被广泛用来增加含烃地层中的石油和天然气的采收率。这些技术包括，把一种压裂液注入井筒并与要压裂的地层相接触。对压裂液施加足够高的压力，以便压开地层并在地层中霹开一条裂缝。在压裂液中一般携带有支撑剂，将该支撑剂沉积在裂缝中，以便在生产期间使裂缝保持张开状态。
特别适合于低渗透性(10毫达西或更小)的含气砂岩地层的水力压裂技术在美国专利4，186，802号中介绍过。该方法包括多个携砂压裂级，其细支撑砂为60～140目，支撑砂与携砂液的混合比为4磅/加仑或更高。在每一携砂级后紧接着是一不带支撑剂的压裂液的相应隔离级。紧接在最后一个携砂级和相应的隔离级之后，再把带有20～40目的支撑砂的携砂液注入最后一级，接着是用压裂液冲洗管柱。该压裂液是由多达70(体积)%的乙醇组成，以便减少压裂液中的水量，因为这时水与地层中的水敏性粘土会发生不利反应。把多达20(体积)%的液化二氧化碳加到水/乙醇混合的压裂液中，可以进一步减少水量。
煤层与通常从中采出烃类的典型地下地层如碳酸盐岩地层或砂岩地层不同。煤层一般要比碳酸盐岩或砂岩脆得多。因此，当采用常规的压裂方法时，通常所用的支撑剂往往会从裂缝面产生小煤粒，这些煤粒与支撑剂混合。当井投产时，还有一些煤粒从裂缝面脱落而进入支撑剂中。存在于支撑剂中的煤粒往往会堵塞支撑剂颗粒之间的空隙，并且随之降低支撑裂缝的传导性。这些煤粒对地面分离和加工设备的功能也有不良影响。
此外，煤层容易塑性变形。当采用常规的20～40目支撑剂时，会摩损裂缝面。裂缝面中的支撑剂及煤蠕动进入裂缝会减少裂缝的宽度和传导性。
另外，常规的压裂技术导致在煤层的最低部产生较宽的裂缝，这些裂缝随着接近煤层的上部而逐渐变窄，这就限制了煤层上部和裂缝之间的连通性。煤层一般被含碳酸盐浓度高的水所饱和，从而使煤层的压裂进一步复杂化。常规的压裂法导致碳酸盐沉积，进一步降低了裂缝表面上的煤层的渗透性。
在1986年1月28日公布的美国专利4，566，539号中提出了一种在地下煤层中产生裂缝的方法，与过去试图压裂煤层的方法相比较，它可改善裂缝的传导性，从而增加气体产量和气体的总采出量。
本专利的目的在于提供一种方法，使地下煤层中产生的裂锋能改善传导性并具有更均匀的宽度。广义地讲，本方法是多级交替地把含支撑的压裂液和酸化溶液注入井眼附近的地层中。
在美国专利4，566，539号中，压裂液中悬浮有粒度分布基本上是在60和140目之间的细支撑剂(这里所说的所有目大小是指美国标准筛网系列)，最好是平均100目。在起始的各压裂液注入级中，支撑剂量为每加仑压裂液含大约0到4磅。在随后的各注入级中压裂液中支撑剂的加入量增加，直至每加仑压裂液含有大约8到大约12磅支撑剂。之后，以较高的支撑剂加入量继续注入压裂液。每一压裂液级之后紧接着把酸化溶液注入到井附近的地层中。
在美国专利4，566，539号中，以大约15到大约35桶/分的速率，最好是以20到30桶/分的速率，交替注入压裂液和酸，一直进行到每垂直英尺煤层的地层裂缝中沉积有至少3，000磅细支撑剂为止。最好，在含支撑的压裂液的最终注入级之后接着注入不含支撑剂的压裂液或酸化溶液以冲洗管柱。
在美国专利4，566，639号中，压裂液最好是产自煤层或煤层附近地层的水，把凝胶剂以大约每1，000加仑30磅的比率加入水中。酸可以是通常用来处理地下煤层的任何一种酸，例如，醋酸、甲酸、氢氟酸或氨基磺酸，但最好是用盐酸。另外，压裂液或酸化溶液可以含有表面活性剂、悬浮剂、多价螯合剂、抗淤渣形成剂或阻蚀剂。
本发明的目的是对把含有支撑剂的压裂液与不含支撑剂的液体，最好是一种酸化溶液，多级交替地注入井附近煤层中的方法的改进方法。
根据本发明的一个方面，已经发现，在井中装入公称直径至少为7英寸的套管和公称直径至少为3-1/2英寸的采气管，可使压裂作业容易进行。然后通过套管上的孔眼把压裂液注入地层。
根据本发明的另一方面，是通过连续多级交替地注入压裂液和酸，从而在煤层中获得广延伸的支撑裂缝，连续注入直到地层中所沉积的细支撑剂量至少达到如下要求对于5≤h＜10，m≥500，000;
对于10≤h＜15，m≥750，000;
对于15≤h＜20，m≥1，000，000;
对于20≤h＜25，m≥2，000，000;和对于h≥25，m≥3，000，000其中h为煤层的垂直厚度(英尺)，m为沉积在煤层中的细支撑剂最小量(磅)。
根据本发明的再一方面，压裂过的煤层，最好是分多级多次交替地注入含支撑剂的压裂液与酸化溶液进行压裂的煤层，可用多级压裂方法重复压裂。
更具体地讲，本发明中压裂完井的地下含气体煤层的方法包括分多级将压裂液注入井附近的煤层中，所说的压裂液中悬浮有细支撑剂，其粒度分布范围基本上在60和140目之间，所说的加入压裂液中的细支撑剂的用量比率为每加仑所说的压裂液大约2至大约12磅;以及所说压裂液的每一注入级之后，紧接着将基本上不含支撑剂的流体注入井附近的煤层中，所说的压裂液和不含支撑剂的流体的注入级的注入速率为每分钟大约15至35桶，而且注入作业一直持续到在地层裂缝中沉积出所说的细支撑剂的量如下对于5≤h＜10，m≥500，000;
对于10≤h＜15，m≥750，000;
对于15≤h＜20，m≥1，000，000;
对于20≤h＜25，m≥2，000，000;
对于h≥25，m≥3，000，000;
其中h为煤层的垂直厚度(英尺)，m为沉积在煤层中的细支撑剂的最小量(磅)。
在本发明的另一实施方案中，压裂完井的地下含气体煤层的方法包括将起始注入级压裂液注入井附近的煤层中，所说的压裂液中悬浮有细支撑剂，且其加入量为每加仑所说的压裂液大约0至大约4磅，所说支撑剂的粒度分布范围基本上在60和140目之间;
分多级连续将压裂液注入煤层，所说的压裂液中悬浮有支撑剂，且其最初的加入量为每加仑压裂液大约2至大约4磅，在后续的压裂液注入级中所说的支撑剂加入量逐渐递增至每加仑压裂液大约8至大约12磅，之后，所说压裂液注入级的注入作业就以所说的每加仑8～12磅的支撑剂加入量继续进行下去，直至在地层中沉积出所说的支撑剂量如下对于5≤h＜10，m≥500，000;
对于10≤h＜15，m≥750，000;
对于15≤h＜20，m≥1，000，000;
对于20≤h＜25，m≥2，000，000;
对于h≥25，m≥3，000，000;
其中h为煤层的垂直厚度(英尺)，m为沉积在煤层中的细支撑剂的最小量(磅);以及在所说的压裂液注入级之间，将酸化溶液注入井附近的煤层，所说酸化溶液和所说压裂液的每一注入级的注入速率为每分钟大约15至大约35桶。
在本发明的再一实施方案中，压裂完井的地下含气体煤层的方法包括在井内放入外径为大约7英寸的套管，该套管上有孔眼邻接煤层，并放入外径为大约3-1/2英寸，内径为大约2.875英寸的采气管，与所说的与孔眼邻接的井构成流体连通系统;
经所说的孔眼将起始级酸化溶液注入煤层，所说的起始级酸化溶液的体积用量为大约2000至大约4000加仑;
之后，经所说的孔眼将含有凝胶剂的大约1000至大约4000加仑的起始级压裂液注入煤层，所说的压裂液中悬浮有细支撑剂，其加入量为每加仑所说压裂液大约0至大约4磅，所说的细支撑剂基本上成球形且其平均粒度为大约100目;
经所说的孔眼分多级连续将含有凝胶剂的压裂液注入煤层，每一注入级中的所说压裂液的体积用量最初为每级大约1000至大约4000加仑，在后续的压裂液注入级中，该压裂液的体积用量以每级大约0至大约3000加仑的速率增加，直至每级注入的所说的压裂液量达到大约5000至大约10000加仑，之后，所说的压裂液注入级以所说的5，000～10，000加仑的压裂液体积用量继续进行下去，在所说的连续压裂液注入级中，所说的压裂液中悬浮有细支撑剂，其起始加入量为每加仑压裂液大约2至大约4磅，所说的支撑剂加入量逐渐以每加仑压裂液大约0至大约3磅所说的支撑剂的速率递增到支撑剂加入量达到每加仑压裂液大约8至大约12磅，之后，所说的压裂液注入级的注入作业就以所说的每加仑8～12磅的支撑剂加入量继续进行下去，直至地层中沉积出所说的支撑剂量如下
对于5≤h＜10，m≥500，000;
对于10≤h＜15，m≥750，000;
对于15≤h＜20，m≥1，000，000;
对于20≤h＜25，m≥2，000，000;和对于h≥25，m≥3，000，000;
其中h为煤层的垂直厚度(英尺)，m为沉积在煤层中的细支撑剂的最小量(磅);以及在所说的压裂液注入级之间，经所说的孔眼将酸化溶液注入到井附近的煤层中，每一注入级注入的量为大约250至大约1500加仑，所说的酸化溶液和所说的压裂液的每一注入级的注入速率为每分钟大约15至大约35桶。
在本发明中，已打井的地下含气体煤层的重复压裂方法包括分多级将压裂液注入井附近的煤层，所说的压裂液中悬浮有细支撑剂，其粒度分布范围基本上在60和140目之间，加入所说压裂液中的细支撑剂的用量比率为每加仑所说压裂液大约2至大约12磅支撑剂;
在每一级所说压裂液注入级之后，紧接着将不含支撑剂的流体注入井附近的煤层中，所说压裂液和所说不含支撑剂的流体的注入速率为每分钟大约15至大约35桶，注入作业继续进行下去，直至每垂直英尺煤层的地层裂缝中沉积有至少3000磅所说的细支撑剂;
继所说的注入作业之后，允许在所说的注入步骤中形成的裂缝闭合在所说的沉积于裂缝中的支撑剂上;以及重复所说的注入步骤，直到另有3000磅所说的支撑剂沉积在每一垂直英尺地层中。
除非上下文另有说明，在本方法中所用的术语“多级压裂方法”和类似含义的词，是指把含支撑剂的压裂液与不含支撑剂的液体多级交替注入井附近的地层中的方法。为了清楚起见，首先对本方法陈述如下，这样将会更好地理解对此所作的一些改进。
1.多级压裂本发明的多级压裂法可以用过去已知的水力压裂方法所用的任何常规设备来实施。在实施本方法时可以利用常规的支撑剂-水混合设备和泵送设备。在美国专利4，566，639号中，我提出过采用常规的裸眼(open-hole)技术在煤层中完井，以避免落砂问题，当压裂液必须流过套管上的孔眼时就可能会出现落砂问题，特别是使用本发明的方法中较高的支撑剂加入量时更是如此。通常，煤层的顶层和底层岩层具有足够高的硬度，可把裂缝限制在煤层内。
虽然可用任何适当来源的水或其它液体，但在实施本发明的方法中最好采用产自煤层或煤层附近的地层的水作为压裂液，在水中加入一般的凝胶，例如瓜胶(guar gum)、改性瓜胶、多糖衍生物、纤维素衍生物或合成聚合物，以便获得足够粘度的悬浮支撑剂。更可取的是以每1，000加仑地层水大约30磅的比率加入瓜胶代用品，例如Halliburton公司以牌号为WG11或Smith Energy公司以牌号为WG-A2出售的羟基丙基瓜胶(HPG)。
在起始级中以大约0(不含支撑剂)到大约4磅/加仑压裂液的比率把支撑剂加入到压裂液中。
在随后的几级中，开始时所用的支撑剂加入量为大约2-大约4磅/加仑液体，在接着的几级中支撑剂的加入量不断递增到大约8～12磅/加仑液体。在后续的几级中支撑加入量每次的递增量最好是大约0-大约3磅/加仑。之后支撑剂加入量为8～12磅/加仑，最好是大约10磅/加仑。
支撑剂的粒度分布基本上是在60和140目之间，最好平均为100目。支撑剂的形状最好是球形的，而不是尖角形的。业已发现，(美国)俄克拉何马(Oklahoma)100目的砂适于广泛应用。
把含支撑剂的压裂液分多级注入地层。注入量可以在大约15到大约35桶/分的范围内，但是注入量为20～30桶/分时所得结果最佳。事先确定其中每一压裂液注入级的体积用量，该体积用量取决于所希望的裂缝大小以及压力和流动阻力。通常，每级用2，000～8，000加仑的压裂液可得到适宜结果。起始的压裂液注入级的体积用量最好是从大约2，000-大约4，000加仑，并且随着加砂量的增加，在随后的每一注入级中的体积用量增加到大约6，000大约8，000加仑，对于后续的和最终的压裂液注入级最好采用7，000加仑。在我较早的专利申请中，连续进行各级直至在每一垂直英尺煤层的地层裂缝中沉积有至少大约3，000磅支撑剂为止。
在本方法中细球形支撑剂能起几个作用。当支撑剂被注入裂缝中时，球形支撑剂可大大降低对裂缝的磨损，由此在很大程度上消除了煤粒与支撑剂相混合所带来的有关问题。此外，小粒径的球形支撑剂嵌入裂缝面的倾向较小，因而抑制了煤蠕动进入支撑的裂缝。当施加在压裂液上的压力降低并让裂缝面压挤支撑剂时，在裂缝中的支撑剂颗粒对地层起一种固结作用，它与弱固结地层完井中的砾石充填层作用类似，可把裂缝面上脱落下来并堵塞支撑剂颗粒之间的空隙的煤粒过滤出来。细支撑剂的渗透性要比煤层的渗透性好得多。因此，如果裂缝足够宽，那么支撑裂缝的传导性就足以提高井的气体产量和气体总采出量。
在每一含支撑剂的压裂液注入级之后，紧接着把不含支撑剂的液体注入地层，尽管在某些情况下不含支撑剂的液体可以与没有支撑剂的压裂液相同，或者如上述使用适于携带支撑剂的其它液体，但不含支撑剂的液体最好是酸化溶液。酸化溶液可以含有通常用来以典型浓度处理地下地层的任何常用的酸。这些酸包括醋酸、甲酸、氢氟酸或氨基磺酸。采用含15(重量)%盐酸的酸化水溶液可得到合适的结果。酸溶液也可以含有常规的添加剂，例如，表面活性剂、悬浮剂、多价螯合剂、抗淤渣形成剂或阻蚀剂。如有必要，不含支撑剂的液体可以含有多至每加仑溶液大约1磅的支撑剂。为了方便起见，除了说明其它不含支撑剂的液体在某些情况下可能适用外，在下面所提到的不含支撑剂液体均指酸溶液或酸化溶液。
以与压裂液注入级大致相同的注入量把酸注入地层。所注入的酸化溶液量取决于裂缝大小、压力和流动阻力，但是对于大多数裂缝来说，在每一压裂液级之间注入大约250-大约1，500加仑含15(重量)%盐酸的酸化溶液是适宜的。在我较早的(专利)申请中，我倾向于在每一酸化液体注入级注入大约750加仑酸化溶液，但现在已经发现，在每一含支撑剂的压裂液注入级之间注入大约500加仑酸化溶液更好些。另外，在我较早的(专利)申请中，在起始的压裂液注入级之前，我倾向于用500-3，000加仑酸化溶液来处理地层。现在业已发现，在起始的压裂液级注入之前，用2，000-4，000加仑酸化溶液来处理地层更好些。
在本发明方法中酸可起若干作用。因为酸化溶液的稠度比压裂液小，所以它往往会在压裂液和沉积在垂直裂缝下部的砂上面流动，因此使裂缝的上部变宽并垂直扩展。酸化溶液也具有从现有裂缝转移开并产生新裂缝的倾向，这些新裂缝在以后的压裂液注入级期间可被支撑剂所充填。最后一点，这种酸可通过溶解那些由于钻井液或完井液或者水泥而形成的存在于井附近或裂缝面上的沉积物或污染物来清洗井眼和裂缝面。
在落砂情况下，因为有压开上面或下面非生产层的危险，不让压力过分增高是重要的。由于落砂有使井堵死并使压裂作业失败的危险，因此一旦发现有基砂的预兆就立即采取预防性措施也是重要的。
上述多级压裂方法的实施例子可见美国专利4，566，639号，其中所述内容仅供参考。
2.完井改进现在业已发现，在多级压裂方法中，可以通过装在井眼中的套管上的孔眼把压裂液注入煤层，与采用裸眼技术完井时的情形相比较，没有观察到更大的落砂事故。套管的公称尺寸至少为7英寸，即其外径为7英寸或更大。通过孔眼的位置并按常规方式利用采气管封隔器把裂缝限制在煤层中。
采气管的公称尺寸至少为3-1/2英寸，内径至少为2.875英寸。这种尺寸相当大的采气管使得当通过较小尺寸管子注入含支撑剂的压裂液时所出现的任何问题都减至最小。另外，这种尺寸较大的采气管可以减少注入压裂液时的摩阻，从而允许较低的注入压力和流速。
此外，当采用上述尺寸的套管和采气管时，在以后从压裂过的煤层中生产气体期间由于夹带煤屑而造成采气管子堵塞的情况也减至最少。套管基本上可以防止从暴露于井眼的煤层上脱落煤粒。与用其它方法压裂的煤层相比较，尽管采用多级压裂随气体穿过支撑裂缝所产出的煤屑量大大减少，但有时候仍会随气体产出足够量的煤屑而堵塞直径较小的采气管，采用上述尺寸的采气管可在很大程度上避免这个问题。
在从采用多级压裂法压裂过的煤层中生产气体时，上述尺寸的采气管和套管之间的环形空间可供另外的目的使用。在从煤层生产气体期间，井一般被来自该储煤层的水慢慢充填，这最终会使气体产量降低到所希望的水平以下。在用采气管完成的本发明的井中，并没有观察到气体产量迅速降低，这是因为从煤层进入井的水积聚在相当大的环形空间里。
另外，当气体产量最终确实出现降低时，通过放喷，“诱喷”，或者另外用如象氮气那样的惰性气体来置换积聚在环形空间中的水的办法可使气体产量很方便地得到恢复。在井口迫使气体进入环形空间，促使水通过采气管流到地面。对于水的积聚和使用置换技术来讲，业已发现，3-1/2英寸采气管和7英寸套管优于更大或更小一些的管子。
3.广延伸压裂很令人惊呀的是，还发现在煤层中可形成广延伸的支撑裂缝。与必须运用精巧的技术才能把类似大量支撑剂注入其中的其它类型的含烃地层相反，只要连续进行或分多次进行上述的多级压裂方法，直至在地层中沉积出大量的支撑剂为止，就可以在井附近的煤层中获得广延伸的支撑裂缝。为达到广延伸压裂而在地层中沉积的细支撑剂的最少数量主要取决于煤层的垂直厚度，具体如下对于5≤h＜10，m≥500，000;
对于10≤h＜15，m≥750，000;
对于15≤h＜20，m≥1，000，000;
对于20≤h＜25，m≥2，000，000;
对于h≥25，m≥3，000，000;
其中h为煤层的垂直厚度(英尺)，m为沉积在其中的细支撑剂的最少数量(磅)。
在煤层中注入这样大量的支撑剂导致在煤层中形成广延伸的支撑裂缝网络。煤层的这种广延伸压裂有许多好处，其中包括增加煤层完井的气体产量和气体采出总量。支撑裂缝的宽度增加，流动阻力降低，因此气体产量要比每英尺仅仅注入3，000～15，000磅支撑剂的煤层增加很多。支撑裂缝的长度和/或数量增加，因而使井的总采气量大大增加，也就允许使用大井距。
4.重复压裂多级压裂法可以在同一煤层上进行多次，即使通过套管中相同的一些孔眼压裂也是如此。在每一压裂作业之间，允许煤层中形成的裂缝闭合在沉积于其中的支撑剂上，也就是说井既可关闭也可生产。
与其它类型的含烃地层相反，煤层可以重复压裂任意次数而并不会损害地层。令人十分惊呀地是，重复压裂煤层不会象通常在重复压裂含烃砂岩或碳酸盐岩地层所出现的情况那样使支撑剂在地面上筛出，也不会使支撑剂堵塞井眼，或者不会使支撑剂仅沉积在套管和井壁面之间。一般来说，采用多级压裂法重复压裂煤层，可使现有支撑裂缝重新张开、变宽和在水平方向扩展，但也可能在煤层中形成新裂缝。
从某些方面来讲，能重复压裂煤层是一个重要发现。例如，在上述煤层的广延伸压裂中，要把如上所述把煤层广延伸压裂所需的砂一次备齐是不可能的，或者可能是很不方便的。当发生这种情况时，在把希望的支撑剂量沉积在地层中之前必须中断多级压裂作业。
此外，过去已经用常规支撑剂量压裂过的煤层，可以用多级压裂法进行重复压裂，以便在该煤层中获得广延伸的支撑裂缝。使用这种方式，可以大大增加在过去压裂过的地层里完成的井的气体产量和总采出量。尽管重复压裂方法可以用来处理过去由其它方法压裂过的煤层，这些方法在提高穿透该煤层的井的气体产量或总采出量方向可能是成功的或者是不成功的，但以先前的压裂方法为多级压裂方法时所获得的效果最好。
前面披露和叙述的本发明是说明性和解释性的，当然可以在尺寸、形状和材料以及所说明的工艺过程细节方面作各种改变而并不会偏离本发明的精神实质。
权利要求
1.压裂已完井的地下含气体煤层的方法，其步骤包括在井内放入公称直径至少为7英寸的套管，该套管上有孔眼邻接煤层；经所说的孔眼将压裂液分多级注入井附近的煤层，所说的压裂液中悬浮有细支撑剂，其粘度分布范围基本上是在60和140目之间，加入所说的压裂液中的细支撑剂的用量比率为每加仑所说的压裂液大约2至12磅支撑剂；以及每一级所说的压裂液注入级之后，紧接着将酸化溶液注入井附近的煤层，所说压裂液和酸化溶液的注入量为每分钟大约15至大约35桶，注入作业一直持续下去直到每垂直英尺煤层的地层裂缝中沉积至少3，000磅为止。
2.压裂完井的地下含气体煤层的方法，其步骤包括在井内放入公称直径至少为7英寸的套管，该套管上有孔眼邻接煤层，并放入公称直径至少为3-1/2英寸的采气管，与邻接煤层的井构成流体连通系统;经所说的孔眼将起始级压裂液注入井附近的煤层，所说的压裂液中悬浮有细支撑剂，而且其加入量为每加仑所说压裂液大约0至大约4磅，所说支撑剂的粒度分布范围基本上在60和140目之间;经所说的孔眼分多级连续将压裂液注入煤层，所说压裂液中悬浮有支撑剂，且其最初的加入量为每加仑压裂液大约2至大约4磅，在后续的压裂液注入级中所说支撑剂加入量逐渐递增到每加仑压裂液大约8至大约12磅，之后，所说压裂液注入级的注入作业就以所说的每加仑8～12磅的支撑剂加入量一直持续下去，直到每垂直英尺煤层的地层裂缝中沉积有至少3，000磅所说的支撑剂为止;以及于所说的压裂液注入级之间，经所说的孔眼将酸化溶液注入井附近的煤层，所说酸化溶液和所说压裂液的每一注入级的注入量为每分钟大约15至大约35桶。
3.压裂完井的地下含气体煤层的方法，其步骤包括在井内放入外径大约为7英寸的套管，该套管上有孔眼邻接煤层，并放入外径为大约3-1/2英寸，内径为大约2.875英寸的采气管，与所说的与孔眼邻接的井构成流体连通系统;经所说的孔眼将起始级酸化溶液注入煤层，所说起始级酸化溶液的体积用量为大约2，000至大约4，000加仑;之后，经所说的孔眼将含有凝胶剂的大约1，000至大约4，000加仑的起始级压裂液注入煤层，所说的压裂液中悬浮有细支撑剂，且其加入量为每加仑所说压裂液大约0至大约4磅，所说的细支撑剂基本上成球形且其平均粒度为大约100目;经所说的孔眼分多级连续将含有凝胶剂的压裂液注入煤层，每一注入级中的所说压裂液的体积用量最初为每级大约1，000至大约4，000加仑，在后续的压裂液注入级中，该压裂液的体积用量以每级大约0到大约3，000加仑的速率增加，直至每级注入所说的压裂液量达到大约5，000至大约10，000加仑，之后，所说的压裂液注入级以所说的5，000-10，000加仑的压裂液体积用量持续下去，所说的压裂液中悬浮有细支撑剂，且其起始加入量为每加仑压裂液大约2至大约4磅，所说的支撑剂加入量逐渐以每加仑压裂液大约0至大约3磅所说的支撑剂的速率递增到支撑剂加入量达到每加仑压裂液大约8至大约12磅，之后，所说的压裂液注入级的注入作业就以所说的每加仑8～12磅的支撑剂加入量继续进行下去，直到每垂直英尺煤层中沉积有至少3，000磅细支撑剂为止;以及于所说的压裂液注入级之间，经所说的孔眼将酸化溶液注入到井附近的煤层中，每一注入级的注入量为大约250至大约1，500加仑，所说的酸化溶液和所说的压裂液的每一注入级的注入速率为每分钟大约15至大约35桶。
4.压裂完井的地下含气体煤层的方法，其步骤包括分多级将压裂液注入井附近的煤层中，所说的压裂液中悬浮有细支撑剂，其粒度分布范围基本上在60和140目之间，所说的加入压裂液中的细支撑剂的用量比率为每加仑所说的压裂液大约2至大约12磅;以及所说压裂液的每一注入级之后，紧接着将基本上不含支撑剂的流体注入井附近的煤层中，所说的压裂液和不含支撑剂的流体的注入级的注入速率为每分钟大约15至35桶，而且注入作业一直持续到在地层裂缝中沉积出所说的细支撑剂的量如下对于5≤h＜10，m≥500，000;对于10≤h＜15，m≥750，000;对于15≤h＜20，m≥1，000，000;对于20≤h＜25，m≥2，000，000;对于h≥25，m≥3，000，000;其中h为煤层的垂直厚度(英尺)，m为沉积在煤层中的细支撑剂的最小量(磅)。
5.根据权利要求
4所述的方法，其中所说的细支撑剂包括球形颗粒。
6.根据权利要求
4所述的方法，其中所说的压裂液为来自地层的流体，每1000加仑压裂液中含有大约30磅凝胶剂。
7.根据权利要求
4所述的方法，其中所说的不含支撑剂的流体为酸化溶液。
8.根据权利要求
7所述的方法，其中所说的酸化溶液为含大约15(重量)%盐酸的水溶液。
9.根据权利要求
4所述的方法，其中所说的注入速率为每分钟大约20至大约30桶。
10.根据权利要求
4所述的方法，其步骤进一步包括注入最终一级所说的压裂液，该级压裂液中悬浮有所说的支撑剂，其添加比率为每加仑所说的压裂液大约8至大约12磅;以及在所说的最终注入级之后，紧接着注入一级不含支撑剂的冲洗流体。
11.压裂完井的地下含气体煤层的方法，其步骤包括将起始注入级压裂液注入井附近的煤层中，所说的压裂液中悬浮有细支撑剂，且其加入量为每加仑所说的压裂液大约0至大约4磅，所说支撑剂的粒度分布范围基本上在60和140目之间;分多级连续将压裂液注入煤层，所说的压裂液中悬浮有支撑剂，且其最初的加入量为每加仑压裂液大约2至大约4磅，在后续的压裂液注入级中所说的支撑剂加入量逐渐递增至每加仑压裂液大约8至大约12磅，之后，所说压裂液注入级的注入作业就以所说的每加仑8～12磅的支撑剂加入量继续进行下去，直至在地层中沉积出所说的支撑剂量如下对于5≤h＜10，m≥500，000;对于10≤h＜15，m≥750，000;对于15≤h＜20，m≥1，000，000;对于20≤h＜25，m≥2，000，000;对于h≥25，m≥3，000，000;其中h为煤层的垂直厚度(英尺)，m为沉积在煤层中的细支撑剂的最小量(磅);以及在所说的压裂液注入级之间，将酸化溶液注入井附近的煤层，所说酸化溶液和所说压裂液的每一注入级的注入速率为每分钟大约15至大约35桶。
12.根据权利要求
11所述的方法，其中所说的支撑剂为球形颗粒。
13.根据权利要求
11所述的方法，其中所说的颗粒物为平均粒度为大约100目的砂。
14.根据权利要求
11所述的方法，其中所说的压裂液注入级中的体积用量为每级大约1000至大约10，000加仑。
15.根据权利要求
11所述的方法，其中所说的酸化溶液注入级中的体积用量为每级大约250至大约1500加仑。
16.根据权利要求
11所述的方法，其中所说的支撑剂加入量的递增率为每加仑压裂液大约0至大约3磅支撑剂。
17.根据权利要求
11所述的方法，其中所说的压裂液注入级的体积用量最初每级大约1000至大约40，00加仑，在后续的压裂液注入级中所说的体积用量逐渐递增到每级大约5000至大约10，000加仑，之后，所说的压裂液注入级以所说的每级5，000～10，000加仑的体积用量继续进行下去。
18.根据权利要求
17所述的方法，其中所说的注入级体积用量的递增率为每级大约0至大约3000加仑。
19.根据权利要求
11所述的方法，其中所说的压裂液为产自地层的水，且每1000加仑所说的水中含有大约30磅的凝胶剂。
20.根据权利要求
11所述的方法，其中所说的酸化溶液为含大约15(重量)%盐酸的水溶液。
21.根据权利要求
11所述的方法，其中所说的注入速率为每分钟大约20至大约30桶。
22.压裂完井的地下含气体煤层的方法，其步骤包括在井内放入外径为大约7英寸的套管，该套管上有孔眼邻接煤层，并放入外径为大约3-1/2英寸，内径为大约2.875英寸的采气管，与所说的与孔眼邻接的井构成流体连通系统;经所说的孔眼将起始级酸化溶液注入煤层，所说的起始级酸化溶液的体积用量为大约2000至大约4000加仑;之后，经所说的孔眼将含有凝胶剂的大约1000至大约4000加仑的起始级压裂液注入煤层，所说的压裂液中悬浮有细支撑剂，其加入量为每加仑所说压裂液大约0至大约4磅，所说的细支撑剂基本上成球形且其平均粒度为大约100目;经所说的孔眼分多级连续将含有凝胶剂的压裂液注入煤层，每一注入级中的所说压裂液的体积用量最初为每级大约1000至大约4000加仑，在后续的压裂液体注入级中，该压裂液的体积用量以每级大约0至大约3000加仑的速率增加，直至每级注入的所说的压裂液量达到大约5000至大约10000加仑，之后，所说的压裂液注入级以所说的5，000～10，000加仑的压裂液体积用量继续进行下去，在所说的连续压裂液注入级中，所说的压裂液中悬浮有细支撑剂，其起始加入量为每加仑压裂液大约2至大约4磅，所说的支撑剂加入量逐渐以每加仑压裂液大约0至大约3磅所说的支撑剂的速率递增到支撑剂加入量达到每加仑压裂液大约8至大约12磅，之后，所说的压裂液注入级的注入作业就以所说的每加仑8～12磅的支撑剂加入量继续进行下去，直至在地层中沉积出所说的支撑剂量如下对于5≤h＜10，m≥500，000;对于10≤h＜15，m≥750，000;对于15≤h＜20，m≥1，000，000;对于20≤h＜25，m≥2，000，000;和对于h≥25，m≥3，000，000;其中h为煤层的垂直厚度(英尺)，m为沉积在煤层中的细支撑剂的最小(磅);以及在所说的压裂液注入级之间，经所说的孔眼将酸化溶液注入到井附近的煤层中，每一注入级注入的量为大约250至大约1500加仑，所说的酸化溶液和所说的压裂液的每一注入级的注入速率为每分钟大约15至大约35桶。
23.地下产气体地层，其中包括压裂的地下含气体煤层;穿过所说的压裂煤层的井;以及在所说的压裂地层中沉积出的其粒度分布范围基本上在60和140目之间的下列支撑剂量对于5≤h＜10，m≥500，000;对于10≤h＜15，m≥750，000;对于15≤h＜20，m≥1，000，000;对于20≤h＜25，m≥2，000，000;和对于h≥25，m≥3，000，000;其中h为煤层的垂直高度(英尺)，m为沉积在煤层中的细支撑剂的最小量(磅)。
24.根据权利要求
23所述的地层，其中所说的支撑剂基本上成球形且其平均粒度为100目。
25.根据权利要求
23所述的地层，其中在所说的井中放入公称直径为至少7英寸的套管，与所说的压裂地层邻接。
26.根据权利要求
23所述的地层，其中在所说的井中还包括公称直径至少为3-1/2英寸的采气管，与所说的与压裂地层邻接的井构成流体连通系统。
27.已打开的地下含气体煤层的压裂方法，其步骤包括分多级将压裂液注入井附近的煤层，所说的压裂液中悬浮有细支撑剂，其粘度分布范围基本上在60和140目之间，加入所说压裂液中的细支撑剂的用量比率为每加仑所说压裂液大约2至大约12磅支撑剂;在每一级所说压裂液注入级之后，紧接着将不含支撑剂的流体注入井附近的煤层中，所说压裂液和所说不含支撑剂的流体的注入速率为每分钟大约15至大约35桶，注入作业继续进行下去，直至每垂直英尺煤层的地层裂缝中沉积有至少3000磅所说的细支撑剂;继所说的注入之后，允许在所说的注入步骤中形成的裂缝闭合在所说的沉积于裂缝中的支撑剂上;以及重复所说的注入步骤，直到另有3000磅所说的支撑剂沉积在每一垂直英尺地层中。
28.根据权利要求
27所述的方法，其中所说的裂缝闭合步骤包括关井。
29.根据权利要求
27所述的方法，其中所说的裂缝闭合步骤包括从井生产气体。
30.根据权利要求
27所述的方法，其中所说的重复注入步骤，一直进行到在地层中注入的所说支撑剂量达到如下要求对于5≤h＜10，m≥500，000;对于10≤h＜15，m≥750，000;对于15≤h＜20，m≥1，000，000;对于20≤h＜25，m≥2，000，000;以及对于h≥25，m≥3，000，000;其中h为煤层的垂直厚度(英尺);m为沉积在地层中的所说细支撑剂的最小量(磅)。
专利摘要
多级水力压裂煤层的改进方法提高了煤层的产气量和总采出率。一方面，改进方法包括7英寸或更大尺寸的套管和3-1/2英寸或更大尺寸的采气管完井。另一方面，进行多级压裂直到有所要求数量的60～140目支撑剂沉积在地层中。再一方面，通过多级方法压裂的煤层在生产或关闭一段时间之后可以进行重复压裂。关闭期间，较早的多级压裂煤层中形成的裂缝可闭合在沉积于其中的支撑剂上。
文档编号E21B43/26GK86107208SQ86107208
公开日1987年7月1日 申请日期1986年10月16日
发明者威廉姆·普尔曼 申请人:威廉姆·普尔曼导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan