煤層氣井脈沖徑向鉆孔與雙脈動(dòng)水力壓裂方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石油天然氣開采領(lǐng)域，是一種煤層氣井增產(chǎn)方法，具體為一種煤層氣井脈沖徑向鉆孔與雙脈動(dòng)水力壓裂方法。
【背景技術(shù)】
[0002]煤層氣是一種與煤伴生，以甲烷為主要成分的可燃性氣體，是一種潛力巨大清潔能源。我國煤層氣資源極為豐富，地下2000米以淺的煤層氣資源量超過36萬億方，占世界煤層氣總資源量的10%以上，位居全球第三，僅次于俄羅斯和加拿大。有效開發(fā)煤層氣等非常規(guī)油氣資源，有助于降低我國油氣對外依存度，緩解和改善能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)。
[0003]近幾年，國內(nèi)少數(shù)煤層氣井產(chǎn)量的突破標(biāo)志著我國煤層氣產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了高速發(fā)展的初期階段，但是，我國煤層大都具有非均質(zhì)性強(qiáng)，“低壓、低滲、低飽和”缺陷嚴(yán)重，構(gòu)造煤發(fā)育等特點(diǎn)，這決定了我國煤層氣井在投產(chǎn)前必須采取一定的增產(chǎn)措施。水力壓裂是目前煤層氣井增產(chǎn)的主要技術(shù)手段:水平井分段壓裂技術(shù)具有增產(chǎn)效果好，壓后穩(wěn)產(chǎn)周期長的優(yōu)點(diǎn)，但是施工難度大、成本高、建井周期長的缺陷，限制了其現(xiàn)場應(yīng)用:直井套管壓裂技術(shù)雖然增產(chǎn)效果相對較差，但相對低廉的施工成本使其成為目前煤層氣井的主力增產(chǎn)措施。因此，以直井套管壓裂為基礎(chǔ)，發(fā)展出適宜我國煤層氣藏地質(zhì)特點(diǎn)的高效完井增產(chǎn)技術(shù)，成為提高煤層氣單井產(chǎn)能的關(guān)鍵。目前，有兩項(xiàng)新型完井增產(chǎn)技術(shù)體現(xiàn)出了巨大的潛力:一種是徑向井技術(shù)，另一種是脈動(dòng)水力壓裂技術(shù)。
[0004]徑向井技術(shù)是在超短半徑水平井技術(shù)的基礎(chǔ)上，衍生出來的儲(chǔ)層改造新技術(shù)，是指在主井筒或者擴(kuò)徑后的主井筒中，利用一定的裝置和設(shè)備，沿徑向鉆開若干小尺寸井眼的技術(shù)措施，該項(xiàng)技術(shù)能增大井筒影響范圍，降低近井地帶滲流阻力，一定程度上達(dá)到水平井的效果，但該項(xiàng)技術(shù)存在無法進(jìn)行分段壓裂，卸壓范圍小的局限性。
[0005]煤層脈動(dòng)水力壓裂技術(shù)是近幾年來，為強(qiáng)化煤層瓦斯抽采效果而提出的一項(xiàng)新技術(shù)，該技術(shù)利用液體的脈動(dòng)能量，反復(fù)錘擊煤層，使煤巖產(chǎn)生疲勞破壞和剪切破壞，而形成體積縫網(wǎng)及卸壓區(qū)，但壓裂液的脈沖能量在天然裂縫和節(jié)理發(fā)育的煤層中衰減嚴(yán)重，作用范圍有限，這嚴(yán)重限制了其現(xiàn)場應(yīng)用。
[0006]鑒于此，本發(fā)明針對煤層氣井提出了脈沖徑向鉆孔與雙脈動(dòng)水力壓裂方法及整套施工方案，該方法立足于直井套管完井，結(jié)合徑向鉆孔與脈動(dòng)水力壓裂雙重增產(chǎn)措施，可望在煤層中形成大范圍體積縫網(wǎng)，大幅增加煤層滲透性，提高煤層氣單井產(chǎn)能，為經(jīng)濟(jì)高效開采煤層氣資源提供了一種行之有效的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種新的煤層氣井增產(chǎn)方法，緩解我國煤層氣單井產(chǎn)能低，經(jīng)濟(jì)性差的問題，為經(jīng)濟(jì)高效開采我國煤層氣資源，優(yōu)化我國能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提供新的技術(shù)路線。
[0008]本發(fā)明結(jié)合了徑向井和脈動(dòng)水力壓裂的技術(shù)優(yōu)勢，用徑向井代替常規(guī)水力壓裂所產(chǎn)生的主裂縫，聯(lián)合井上脈動(dòng)栗組和井下脈沖發(fā)生器所產(chǎn)生的不同形式的壓力波動(dòng)，在煤層深部形成兼具低頻錘擊和高頻振蕩的雙脈動(dòng)壓裂施工，反復(fù)錘擊、振蕩煤層，迫使煤巖產(chǎn)生疲勞破壞和剪切破壞，在煤層中形成大范圍應(yīng)力擾動(dòng)，產(chǎn)生大規(guī)模體積縫網(wǎng)并延伸一定長度，可望大幅提高近井地帶滲透率，強(qiáng)化應(yīng)力釋放效果，而達(dá)到煤層氣井增產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的目的。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了相應(yīng)的整套施工方案，主要包括以下步驟:在煤層氣井儲(chǔ)層段，利用現(xiàn)有的技術(shù)手段，進(jìn)行套管開窗，利用普通油管下入導(dǎo)向裝置；隨后，從普通油管中，通過連續(xù)油管下入帶有脈沖發(fā)生器和多孔噴嘴的高壓軟管，在井下產(chǎn)生多股高壓脈沖射流，帶動(dòng)高壓軟管在煤層中快速鉆進(jìn)，形成具有一定長度，井壁微裂縫充分發(fā)育的徑向井眼；然后，從連續(xù)油管內(nèi)投球形成憋壓，剪斷限位銷釘，分離多孔噴嘴；最后，利用高壓栗和脈動(dòng)栗組分別從連續(xù)油管和油套環(huán)空中注入壓裂液，在徑向井中形成兩種不同形式的壓力波動(dòng)并疊加，形成兼具低頻錘擊和高頻振蕩效果的雙脈動(dòng)壓裂施工，大規(guī)模沖擊、破壞煤層，達(dá)到體積壓裂的目的。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為:
[0011]1、本發(fā)明利用葉輪式脈沖發(fā)生器和多孔噴嘴，在井下產(chǎn)生多股高壓脈沖射流破碎煤巖，能夠有效提高徑向井鉆進(jìn)速度，節(jié)約作業(yè)時(shí)間；同時(shí)，在鉆進(jìn)過程中，脈沖射流能在井眼內(nèi)形成壓力波動(dòng)，在徑向井井壁及周圍小范圍內(nèi)形成微裂縫，達(dá)到預(yù)壓裂的效果。
[0012]2、利用脈沖能量沖擊煤層，能有效降低煤巖的起裂壓力，從而降低壓裂施工對地面設(shè)備的要求；同時(shí)，周期性的水力錘擊和高頻振蕩作用，能在煤層中產(chǎn)生反復(fù)交替的應(yīng)力，迫使煤巖產(chǎn)生疲勞破壞和剪切破壞，形成大面積體積縫網(wǎng)，并有效溝通節(jié)理和天然裂縫，大幅增加煤巖滲透性。
[0013]3、脈沖發(fā)生器所產(chǎn)生的壓力波動(dòng)直接作用于徑向井端部，有效緩解了波動(dòng)能量在天然裂縫發(fā)育的煤巖中損失嚴(yán)重的問題，可增大壓裂施工波及范圍，提高脈動(dòng)壓裂效果。
[0014]4、徑向鉆孔時(shí)產(chǎn)生的脈沖和壓裂時(shí)的井下脈沖源于同一脈沖發(fā)生器，兩個(gè)過程在井下直接完成轉(zhuǎn)換，工具利用率高，作業(yè)時(shí)間短。
[0015]5、多支徑向井眼施工采用從下往上，螺旋布孔，鉆一支壓一支的方式，該施工方式能集中能量于一支徑向井眼上，在其周圍形成更大范圍的破碎區(qū)，不同徑向井眼的多個(gè)區(qū)域組合能在整體上增大脈動(dòng)壓裂施工的影響范圍，溝通整個(gè)縱向儲(chǔ)層。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明現(xiàn)場施工示意圖；
[0017]圖2為多支徑向井眼空間螺旋式分布示意圖；
[0018]圖3為葉輪式脈沖發(fā)生器與高壓噴嘴的爆炸視圖；
[0019]圖4為脈沖發(fā)生器本體結(jié)構(gòu)圖。
[0020]附圖符號(hào)說明:
[0021]1、脈動(dòng)栗組；2、連續(xù)油管；3、高壓栗；4、連續(xù)油管卷盤；5、地層；6、水泥環(huán)；7、套管；8、普通油管；9、導(dǎo)向器；10、高壓軟管；11、煤層；12、脈沖發(fā)生器和多孔噴嘴；13、主井筒；14、徑向井筒；15a-15b、銷釘；16a_16b、銷釘孔；17、主噴射孔；18、副噴射孔；19、球座；20、多孔噴嘴本體；21、葉輪軸；22、葉輪；23、葉輪軸孔；24、銷釘槽；25、脈沖發(fā)生器本體；26、葉輪擋板；27、導(dǎo)流斜面。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明提出了一種煤層氣井脈沖徑向鉆孔和雙脈動(dòng)壓裂的方法，同時(shí)，公開了相應(yīng)的井下工具與整套施工方案，為增大煤層滲透性，增加煤層氣井產(chǎn)能，延長穩(wěn)產(chǎn)周期，經(jīng)濟(jì)、高效開采煤層氣提供了一種新的技術(shù)手段。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的井下工具和施工流程作進(jìn)一步的描述:
[0023]首先，在套管完井的煤層氣井主井筒(13)中，利用套管開窗技術(shù)，在指定位置和指定方位進(jìn)行套管開窗；開窗完成后，利用普通油管(8)下入導(dǎo)向器(9)，定位、定向并固定；從普通油管中下入連續(xù)油管(2)，連續(xù)油管下端連接帶有葉輪式脈沖發(fā)生器(25)和多孔噴嘴(20)的高壓軟管(10);利用高壓栗(3)向連續(xù)油管(2)中注入高壓流體，高壓流體流經(jīng)高壓軟管(10)，經(jīng)導(dǎo)流斜面(27)引導(dǎo)后，推動(dòng)葉輪(22)轉(zhuǎn)動(dòng)，葉輪葉片周期性的介入主流道，使多孔噴嘴(20)產(chǎn)生多股高壓脈沖射流，帶動(dòng)高壓軟管(10)快速破碎煤巖，形成具有一定長度，井壁微裂縫充分發(fā)育的徑向井眼(14)。
[0024]獲得預(yù)定徑向進(jìn)尺后，繼續(xù)噴射一段時(shí)間，將井下煤肩循環(huán)出井并在多孔噴嘴
(20)前端形成一定空穴，停栗；從連續(xù)油管內(nèi)投球并開栗，在水流的推動(dòng)下，投球通過葉輪上部的擋板(26)，落在多孔噴嘴(20)前的球座(19)上；向井中栗注高壓流體，形成憋壓，當(dāng)井內(nèi)壓力達(dá)到一定值時(shí)剪斷銷釘(15)，釋放多孔噴嘴(20)。
[0025]然后，在油套環(huán)空接入脈動(dòng)栗組(1)，與高壓栗(3)同時(shí)向井中注入壓裂液，在井下形成兩種不同形式的壓力波動(dòng)并疊加，在煤層中產(chǎn)生周期性的應(yīng)力擾動(dòng)，反復(fù)錘擊和振蕩煤層，使煤巖產(chǎn)生疲勞破壞和剪切破壞，形成大規(guī)模體積裂縫并延伸一定長度和范圍，此時(shí)，一支徑向井眼的鉆進(jìn)和壓裂施工完成，下入橋塞封隔徑向井眼，重復(fù)上述步驟進(jìn)行下一支徑向井眼的施工作業(yè)。
[0026]若干支徑向井眼采用從下到上，空間螺旋展布的布孔方式，并采用鉆開一支壓裂一支的施工程序，所有徑向井眼施工結(jié)束后，提出井內(nèi)工具和管柱并循環(huán)洗井，完成整個(gè)壓裂施工。
[0027]以上所述【具體實(shí)施方式】僅為本發(fā)明較佳實(shí)施方案，并不用以限制本發(fā)明的范圍，在本發(fā)明原則和思想的基礎(chǔ)上，所作的同等替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種煤層氣井脈沖徑向鉆孔與雙脈動(dòng)水力壓裂方法，以及整套施工方案，其系統(tǒng)組成主要包括:連續(xù)油管作業(yè)機(jī)、高壓栗、脈動(dòng)注水栗組、導(dǎo)向器、高壓軟管、脈沖發(fā)生器、多孔噴嘴等，其特征在于:利用脈沖發(fā)生器和多孔噴嘴，在井下產(chǎn)生多股高壓脈沖射流，在煤層中鉆開一支徑向井眼，隨后從連續(xù)油管中投球憋壓，分離多孔噴嘴，最后利用高壓栗和脈動(dòng)栗組，分別從連續(xù)油管和油套環(huán)空中同時(shí)栗注壓裂液，進(jìn)行雙脈動(dòng)壓裂施工。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中脈沖發(fā)生器為葉輪式脈沖發(fā)生器，特征在于:葉輪上部覆有帶割槽的擋板，擋板與導(dǎo)流斜面連接，在不影響工作液推動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，避免了投球與高速旋轉(zhuǎn)的葉輪發(fā)生碰撞。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其所述雙脈動(dòng)壓裂施工，特征在于:脈動(dòng)栗組產(chǎn)生低頻率、高振幅壓力波動(dòng)，井下脈沖發(fā)生器產(chǎn)生高頻率、低振幅壓力波動(dòng)，兩種不同形式的壓力波動(dòng)在井下共同作用，完成雙脈動(dòng)壓裂施工。4.多支徑向井眼采用沿主井筒從下至上、螺旋展布的方式，一支徑向井眼壓裂完成后，下入橋塞封隔，再開展下一支徑向井眼的鉆進(jìn)和壓裂，依此類推，依次進(jìn)行。
【專利摘要】一種煤層氣井脈沖徑向鉆孔與雙脈動(dòng)水力壓裂方法，及整套施工方案。該方法配套設(shè)備包括：連續(xù)油管作業(yè)機(jī)，高壓泵，脈動(dòng)泵組，導(dǎo)向器，脈沖發(fā)生器，多孔噴嘴等。在煤層氣井中，利用脈沖發(fā)生器和多孔噴嘴，產(chǎn)生多股高壓脈沖射流，帶動(dòng)高壓軟管快速鉆進(jìn)煤層，形成一定長度的徑向孔眼；隨后，從連續(xù)油管內(nèi)投球憋壓，剪斷銷釘，分離多孔噴嘴；最后，利用高壓泵和脈動(dòng)泵組分別從連續(xù)油管和油套環(huán)空中同時(shí)泵入壓裂液，脈沖發(fā)生器產(chǎn)生高頻率、低振幅壓力波動(dòng)，脈動(dòng)泵組產(chǎn)生低頻率、高振幅壓力波動(dòng)，形成兼具低頻錘擊與高頻振蕩效果的雙脈動(dòng)壓裂施工，沖擊、破壞煤層，最終實(shí)現(xiàn)體積壓裂，達(dá)到大幅提升煤層滲透率、增加煤層氣井單井產(chǎn)能的目的。
【IPC分類】E21B43/26
【公開號(hào)】CN105464638
【申請?zhí)枴緾N201510711377
【發(fā)明人】黃中偉, 張宏源, 李根生, 陸沛青, 田守嶒, 李小江
【申請人】中國石油大學(xué)(北京)
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年10月29日