[发明专利]水和低温流体交替压裂控制煤层裂缝扩展的方法及装置

说明书

本申请提供了一种水和低温流体交替压裂控制煤层裂缝扩展的方法及装置，该方法包括如下步骤：向煤层气井内注水，以对第一设定区域注水压裂形成沿天然裂隙扩展的人工裂缝。然后向煤层气井内注入低温流体，使煤层中的水结冰，将分散的煤岩颗粒冻结在一起，进而第一设定区域产生一条沿地层最大主地应力方向扩展的人工主裂缝。接着继续向煤层气井内注水，以对第二设定区域注水压裂，再向煤层气井内注入低温流体，使人工主裂缝向前延伸，穿过第二设定区域。重复上述步骤，对第n设定区域分别进行注水和注入低温流体压裂，使人工主裂穿过第n设定区域。通过水和低温流体交替压裂来实现分段冰冻煤层，从而控制人工裂缝走向，可以提高储层改造效果。

技术领域

本申请属于石油工程压裂技术领域，特别涉及一种水和低温流体交替压裂控制煤层裂缝扩展的方法及装置。

背景技术

煤层气作为与煤伴生、共生的气体资源，其主要成分为甲烷。在煤炭的开采过程中，煤层气是导致煤矿井下发生瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出灾害事故的主要有害源。煤层气作为一种清洁能源，合理开发利用不仅可以改善煤矿安全生产的条件，也可以起到保护环境的作用，同时对国家能源结构的调整也具有战略意义。我国煤层气资源比较丰富，储量位居世界第三，开发利用煤层气具有重要的现实价值。但与常规油气藏储层岩石相比，煤岩的渗透率较低，大部分煤层气储层具有低饱和、低渗透和低压力等特点，不经过有效地增产措施，煤层气井一般没有经济产能。煤层气在储层中的流动主要通过煤体自身裂隙系统，因此如何有效地连通井筒与煤层天然裂隙系统成为煤层气增产的关键因素。

近年来，通过自主研发和技术引进，我国煤层气产能得到了快速增长。目前煤层气开发的主体增产技术之一是水力压裂。由于煤岩具有松软、变形大且天然裂隙十分发育等特点，水力裂缝很容易沿着煤层天然裂隙进行扩展，形成的水力裂缝主要集中在井筒附近，很难对远处的煤层进行压裂，储层改造范围小，压裂效果差，对此目前尚未有有效的解决办法。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种水和低温流体交替压裂控制煤层裂缝扩展的方法及装置，其可以通过水和低温流体交替压裂来实现分段冰冻煤层，从而控制人工裂缝的走向。

本发明的具体技术方案是：

本发明提供一种水和低温流体交替压裂控制煤层裂缝扩展的方法，包括如下步骤：

获取煤层气井，所述煤层气井周围的煤层具有天然裂隙；

向所述煤层气井内注水，以对所述煤层气井周围第一设定区域注水压裂形成人工裂缝，所述人工裂缝沿所述天然裂隙扩展；

在所述第一设定区域完成注水压裂后，向所述煤层气井内注入低温流体，使煤层中的水结冰，进而将分散的煤岩颗粒冻结在一起；

继续向所述煤层气井内注入低温流体，使所述第一设定区域产生一条沿地层最大主地应力方向扩展的人工主裂缝；

在所述第一设定区域完成低温流体压裂后，继续向所述煤层气井内注水，以对所述第一设定区域外围的第二设定区域注水压裂，在所述第二设定区域完成注水压裂后，向所述煤层气井内注入低温流体，使所述人工主裂缝向前延伸，并穿过第二设定区域；

重复上述步骤，对第n设定区域分别进行注水和注入低温流体压裂，使所述人工主裂缝继续向前延伸，并穿过第n设定区域，其中n为大于等于3的正整数。

在一个优选的实施方式中，所述第一设定区域、所述第二设定区域、以及所述第n设定区域的范围根据所述煤层的饱和吸水能力和注水量进行划分。

在一个优选的实施方式中，所述第n设定区域环设在第n-1设定区域的外围。

在一个优选的实施方式中，在对第n设定区域完成水和低温流体交替压裂后，静置三天，使得煤层中的冰完全融化。