[发明专利]一种煤层气水平井液氮冰晶暂堵分段压裂方法

说明书

技术领域

本发明涉及油气井压裂技术领域，具体而言，涉及一种煤层气水平井液氮冰晶暂堵分段压裂方法。

背景技术

煤层气主要以吸附态赋存于煤岩基质孔隙内，作为一种非常规油气资源，在我国资源量巨大，埋深在2000米以内的煤层气资源量为36.81×10¹²m³，与所有常规天然气资源量相当。

我国煤层气通常具有低压、低渗、低饱和度的“三低”特征，给煤层气的开发过程带来了较大难度，常表现出“高资源、低产能”的现象。截止2012年底，全国共完成煤层气井共计11000多口，其中具有工业产气量的气井只有6000多口，且平均单井产气量只有1090-1700m³/d，与美国的3000-6000m³/d的平均产气量有较大差距。鉴于此，在开采的过程中，均会采用增产措施，而最常用的煤层气增产措施是水力压裂。

水力压裂的一般办法是：在目的储层注入高压水，使得目的储层受到压力后开裂，并向地层深处延伸，且为了防止裂缝闭合，均需要向裂缝中注入支撑剂。通过压裂，改变了地层中油、气的渗流方式，增加了渗流面积，减少了流动阻力，使油或气的产量成倍增加。然而，由于在页岩、泥岩或者煤层中，通常会含有大量的粘土矿物，粘土矿物遇水后水化膨胀，非常容易堵堵死压开的裂缝，且水力压裂存在较大的滤失，增产效果不理想。

另外，公布号为102493795A的中国专利申请公开了一种液化氮气在油气层内气化压裂方法。该工艺中，通过隔热油管和封隔器将液氮作为压裂液泵入地层进行目的层裂缝，然后关井、焖井，液氮在地层吸热、气化，裂缝内流体压力增加，岩石温度降低体积收缩，使裂缝继续扩展，直至恢复到地层原始温度，并指出为了防止裂缝闭合在液化氮气压裂液中内加入支撑剂。但是该工艺中，被压入裂缝中的液氮难免存在回返井筒的缺陷，一旦液氮回返井筒，则会影响裂缝延伸，从而造成压裂失败。同时，若将支撑剂与液氮一同注入时，支撑剂会与存在于储层中的小颗粒煤粉混合并沉降聚集，造成渗流通道被堵。

此外，水平井分段压裂技术是油、气井增产措施中重要的技术，是开发低渗透油气藏、页岩气、煤层气等非常规油气藏的有效手段，目前，主要的水平井分段压裂技术主要包括液体胶塞隔离技术、机械封隔分段压裂技术、封隔器+滑套喷砂器分段压裂技术、限流压裂技术等。

然而，对于液体胶塞隔离技术，其存在液体胶塞浓度高，对所隔离的层段伤害大，同时压后排液之前要冲开胶塞和砂子，冲砂过程中对上下储层均会造成伤害，而且施工工序繁杂，作业周期长，综合成本高的缺陷。机械封隔分段压裂技术存在需要频繁起下管柱，工艺周期长，封隔器砂卡风险较大的缺陷。封隔器+滑套喷砂器分段压裂技术存在对固井质量要求高，同时，封隔器砂埋危险大、管柱上提较为困难的缺陷。限流压裂技术多用于形成纵向裂缝的水平井，分段的针对性相对较差；裂缝(储层)覆盖率和水平段的改造不确定，不同段的应力和裂缝迂曲有差异时难以设计；各裂缝启裂和延伸不均衡，从而会影响增产效果。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤层气水平井液氮冰晶暂堵分段压裂方法，该分段压裂方法，以液氮作为压裂液，通过液氮冻结层段内部流体，从而降低了滤失，且被冻结的区域由于内部流体结冰膨胀，产生张应力将煤岩岩体破坏，从而产生更长的裂缝，提高了压裂效果；而且利用液氮压裂在储层中产生的极低储层环境，使得所注入的清水即可在射孔孔眼及周围冻结，形成的冰晶暂堵作用，只需要一个单通道封隔器就可以完成分段压裂，工序简单，易于操作，节约了时间、空间。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

本发明提供了一种煤层气水平井液氮冰晶暂堵分段压裂方法，包括以下步骤：

射开层段，排出井筒积液后，用液氮压开地层裂缝，并使液氮进入裂缝后，向裂缝入口处注入水，水在液氮的作用下在裂缝入口处冻结成冰，形成冰晶暂堵，完成此层段压裂。

本发明提供的这种煤层气水平井液氮冰晶暂堵分段压裂方法，液氮作为压裂液进入裂缝内，能够冻结煤岩割理和天然微裂缝内流体，从而有效降低煤层压裂过程中的滤失；液氮接触裂缝壁面后，煤岩骨架发生剧烈收缩，发生不规则破碎，压后可以对裂缝进行支撑；液氮在裂缝周围冻结区域，由于骨架收缩及孔隙内流体结冰体积膨胀，会产生大量微裂缝，有效增加裂缝周围煤岩渗透性；压后关井过程，液氮气化膨胀，缝内流体压力增加，裂缝继续延伸，在主裂缝周围形成复杂裂缝网络，增大泄气面积，增产效果明显。