[其他]煤层多级压裂的改进方法

说明书

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;