一种煤层气直井压裂裂缝人工控制方法与流程

1.本发明属于煤层气开发技术领域，具体涉及一种煤层气直井压裂裂缝人工控制方法。


背景技术：

2.直井水力压裂是我国煤层气开发的主要方式之一，经过几十年的实践发现其煤层改造效果与常规储层差异大，究其原因是常规储层较煤层具有明显的脆性，裂缝在储层中伸展长度大，而对于煤层，尤其是碎软煤层，裂缝在煤层中伸展长度小，压裂砂展布在以井筒为中心的椭圆状范围，且受地层主应力方向影响，裂缝主要沿主应力方向伸展，造成煤层改造范围小，单井控制面积有限，产气效益低。
[0003]“碎软低渗煤层顶板水平井分段压裂裂缝扩展规律及机制研究”(煤炭科学研究总院，2017)证明了水力压裂裂缝在煤层顶板的扩展长度较煤层中大，顶板水平井压裂可提高煤层气开发效益。
[0004]
一种煤炭开采用的顶板致裂方法及装置(cn109539920)介绍了一种通过地面水平井分段压裂进行顶板致裂的装置及方法；一种邻近地层压裂改造开采煤层气的方法(cn108661604)选择在煤层上、下部邻近地层进行水力喷砂射孔压裂或在相邻两煤层之间钻进水平井眼进行分段压裂来进行煤层气开采的方法，上述方法提出了采用顶底板的水平井进行分段压裂来预裂顶板、开发煤层气，水平井分段压裂技术复杂，成本高，顶底板的水力喷砂所形成射孔孔眼穿透力有限，控制范围小。
[0005]
井上下联合压裂增透抽采瓦斯的方法(cn102392678)在煤储层或其顶、底板中施工井下大直径定向长钻孔，通过与地面垂直井相连通、进行煤层压裂改造，这对于地面垂直井的轨迹控制、垂直井与定向长钻孔连接部分要求高，对于定向长钻孔进行整体压裂，未下套管进行分段控制，实际上裂缝可能只是在某点形成，并未形成文献所写“立体裂隙网络”[0006]“径向井引导水力压裂裂缝定向扩展技术”(科学技术与工程，2017，17(20):154－159)和“径向井引导裂缝定向起裂机理研究”(中国石油大学，2016)进行了径向井引导水力压裂裂缝定向扩展的相关研究，提出了多口径向井在地应力条件下引导压裂裂缝定向扩展准则，研究了垂向多径向井引导水力压裂裂缝定向起裂的过程，但没有提出系统的适用于地面煤层气井的开发方式。
[0007]
为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种煤层气直井压裂裂缝人工控制方法，以解决现有煤层气开发中储层改造技术不足的问题。


技术实现要素：

[0008]
本发明的主要目的在于提供一种煤层气直井压裂裂缝人工控制方法。
[0009]
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
[0010]
煤层气直井完钻后下套管固井完井，采用水力喷射径向水平井工具在距煤层b
(0.5-5米)的顶板位置钻进下径向水平孔眼，径向孔眼最少沿最大和最小水平应力方向各布置2个，再采用水力喷射径向水平井工具在距下径向水平孔眼垂向距离a(1-4米,且a《b)的位置钻进与之平行的上径向水平孔眼，以径向水平孔眼为压裂通道进行储层压裂改造。压裂施工以布置在煤层顶板的、垂向上平行的上下水平井眼为通道进行的；压裂时由于径向井眼周围的应力作用，裂缝首先沿垂向沟通上、下径向井眼，形成长方体装裂缝，裂缝长度大于径向孔眼长度的裂缝，长方体裂缝垂向上面的面积远大于其它部分面积，压裂时受到压力最大，裂缝沿上、下径向井眼垂向下扩展，向下切割煤层，进入煤层后，由于煤层的地应力远小于顶板岩层的地应力，裂缝主要在煤层中扩展，在垂向上形成切割顶板岩层-煤层的裂缝面，裂缝从顶板岩层起裂延伸，能够增加裂缝长度，在平面上形成以井筒为中心，向最大水平主应力和最小水平主应力的四个长度至少大于径向孔眼长度的裂缝，裂缝能够较均匀分布在井筒周边，提高采收率和抽采效率。通过对裂缝起裂延伸的控制能够避免常规压裂中支撑剂堆积在井筒周边、裂缝延展长度短且不可控的弊端,由于对压裂裂缝进行了人工干预，进行了精准压裂，避免了常规的“大水压裂”压裂，能够降低压裂规模，节约压裂费用，使每一部分支撑剂都能够起到支撑通道的作用而不是堆积在井筒周边。
[0011]
具体实施包括以下步骤：
[0012]
步骤1：煤层气直井完钻后下套管固井完井；
[0013]
步骤2：采用水力喷射径向水平井工具在煤层顶板位置钻进径向水平孔眼；
[0014]
步骤3：采用水力喷射径向水平井工具在上步骤2的径向井眼垂直方向上部钻进与之平行的径向井眼；
[0015]
步骤4：以步骤2和步骤3形成的成组的径向水平孔眼为压裂通道进行储层压裂改造。
[0016]
与现有技术相比，本发明的有益效果：
[0017]
本发明采用布置在煤层顶板的垂向上平行的成组径向井眼作为压裂通道进行煤层气井储层改造。具体优点如下：(1)裂缝在煤层中的扩展长度长；(2)地层应力对裂缝延伸方向的控制作用弱；(3)单井水力压裂改造储层体积大；(4)实现有限压裂规模下的裂缝精准可控压裂。
附图说明
[0018]
图1为本发明提供的控制压裂裂缝的井身结构示意图；
[0019]
图2是径向孔眼平面布置示意图；
[0020]
图3是图1压裂后裂缝剖面示意图；
[0021]
图4为本发明提供的单煤层分段压裂井身结构示意图；
[0022]
图5是图4压裂后裂缝剖面示意图；
[0023]
图6是图4压裂后裂缝伸展示意图；
[0024]
图7为本发明提供的多煤层压裂时的井身结构示意图；
[0025]
图8是图7压裂后裂缝剖面示意图；
具体实施方式
[0026]
下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行描述，显然，所描述的实施例
仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0027]
实施例1
[0028]
本发明实施例提供一种煤层气直井压裂裂缝人工控制方法，如图1、2所示，该方法通过以下步骤实现：
[0029]
步骤1：煤层气直井1完钻后下套管固井完井；
[0030]
步骤2：采用水力喷射径向水平井工具在煤层顶板位置2钻进下径向水平孔眼4；
[0031]
具体的，下径向水平孔眼4布置在煤层5顶板2位置，距煤层5顶板2距离为b，b＝0.5-5米，也可布置在煤层5底板位置；下径向水平孔眼4在平面上可呈辐射状布置，也可以井筒1为中心轴呈螺旋状布置。
[0032]
步骤3：采用水力喷射径向水平井工具在上步骤2的下径向井眼4垂直方向上部钻进与之平行的上径向井眼3；
[0033]
具体的，采用水力喷射径向水平井工具在步骤2所形成的下径向水平孔眼4垂向上a距离处钻进上径向井眼3，a＝1-4米。
[0034]
步骤4：以径向水平孔眼为压裂通道进行压裂。
[0035]
具体的，压裂施工以布置在煤层5顶板2的、垂向上平行的上下水平井眼3、4为通道进行的；压裂时由于径向井眼周围的应力作用，裂缝6首先沿垂向沟通上、下径向井眼3、4，形成长方体裂缝6，长方体裂缝6垂向上面的面积远大于其它部分面积，压裂时受到应力δ最大，裂缝沿上、下径向井眼3、4垂向上扩展，进入煤层5，由于煤层5的地应力远小于顶板岩层2的地应力，裂缝6主要在煤层5中扩展，形成产气通道。
[0036]
实施例2
[0037]
如图3、4、5所示，本发明实施例提供一种煤层气直井压裂裂缝人工控制方法，可对于单煤层进行分段压裂，该方法通过以下步骤实现：
[0038]
步骤1：煤层气直井1完钻后下套管固井完井；
[0039]
步骤2：采用超短半径钻柱在煤层5底板2-1位置钻进垂向上相互平行的径向水平孔眼组3-1、3-2；
[0040]
具体的，下径向水平孔眼组3-1、3-2布置在煤层5底板位置，距煤层5距离为b的底板岩层5中，b＝0.2-1米；下径向水平孔眼组3-1、3-2每组至少有垂向上相互平行的两个径向井眼组成；垂向上平行的径向水平孔眼间距为a，a＝0.1-1米；下径向水平孔眼组3-1、3-2在平面上可呈辐射状布置，也可以井筒1为中心轴呈螺旋状布置。
[0041]
步骤3：以径向水平孔眼为压裂通道进行压裂。
[0042]
具体的，压裂施工以布置在煤层4底板5的、垂向上平行的下径向水平孔眼组为通道进行的；压裂时由于径向井眼周围的应力作用，裂缝7首先沿垂向沟通上、下径向井眼，形成长方体裂缝6，长方体裂缝6垂向上面的面积远大于其它部分面积，压裂时受到应力最大，裂缝沿上、下径向井眼组垂向上扩展，进入煤层4，由于煤层4的地应力远小于底板岩层5的地应力，裂缝6主要在煤层4中扩展。
[0043]
步骤4：用桥塞封隔或者填砂至煤层顶板2位置，封隔已压裂3-1、3-2孔眼段；
[0044]
步骤5：采用超短半径钻柱在煤层5顶板位置钻进垂向上相互平行的径向水平孔眼组3、4；
[0045]
具体的，上径向水平孔眼组3、4布置在煤层5顶板位置，距煤层5距离为b的顶板岩层中，b＝0.2-1米；上径向水平孔眼组3、4每组至少有垂向上相互平行的两个径向井眼组成；垂向上平行的径向水平孔眼间距为a，a＝0.1-1米；上径向水平孔眼组3、4在平面上可呈辐射状布置，也可以井筒1为中心轴呈螺旋状布置。
[0046]
步骤6：以径向水平孔眼为压裂通道进行压裂。
[0047]
具体的，压裂施工以布置在煤层5顶板2的、垂向上平行的下径向水平孔眼组3、4为通道进行的；压裂时由于径向井眼周围的应力作用，裂缝6首先沿垂向沟通上、下径向井眼，形成长方体裂缝6，长方体裂缝7垂向上面的面积远大于其它部分面积，压裂时受到应力最大，裂缝沿上、下径向井眼组垂向上扩展，进入煤层5，由于煤层5的地应力远小于底板岩层的地应力，裂缝7主要在煤层5中扩展。根据煤层具体情况，也可不施工步骤4，以布置在煤层顶、底板的径向井眼组3、4、3-1、4-1为通道仅进行一次压裂。
[0048]
实施例3
[0049]
如图6、7所示，本发明实施例提供一种煤层气直井压裂裂缝人工控制方法，可对于多煤层煤层气井进行合层开发，该方法通过以下步骤实现：
[0050]
步骤1：煤层气直井1完钻后下套管固井完井；
[0051]
步骤2：采用超短半径钻柱在下煤层5-1底板2-2位置钻进垂向上相互平行的下径向水平孔眼组3-2、4-2；
[0052]
步骤3：以径向水平孔眼组3-2、4-2为压裂通道进行第一段压裂。
[0053]
步骤4：用桥塞封隔或者填砂至煤层间岩层9位置，封隔已压裂径向水平孔眼组3-2、4-2段；
[0054]
步骤5：采用超短半径钻柱在煤层间岩层位置2-1钻进垂向上相互平行的径向水平孔眼组3-1、4-1；
[0055]
步骤6：以中间径向水平孔眼组3-1、4-1为压裂通道进行第二段压裂。
[0056]
具体的，压裂施工以布置在煤层间岩层2-1的、垂向上平行的下径向水平孔眼组3-1、4-1为通道进行的；压裂时由于径向井眼周围的应力作用，裂缝6首先沿垂向沟通上、下径向井眼，形成长方体裂缝6，长方体裂缝6垂向上面的面积远大于其它部分面积，压裂时受到应力最大，裂缝沿上、下径向井眼组垂向上扩展，进入上、下煤层5、5-1，由于煤层5、5-1的地应力远小于岩层2-1的地应力，裂缝6主要在煤层5、5-1中扩展。如果上下煤层厚度较小，仅进行第二段压裂施工就可以穿透上下煤层5、5-1，则可不施工第一段、第三段压裂，即可省略步骤2-4和步骤7-9，仅进行步骤1、5、6施工。
[0057]
步骤7：用桥塞分隔或者填砂至上煤层5顶板2位置；
[0058]
步骤8：采用超短半径钻柱在煤层5顶板2位置钻进垂向上相互平行的上径向水平孔眼组3、4；
[0059]
步骤9：以上径向水平孔眼组3、4为压裂通道进行第三段压裂。
[0060]
本发明有如下优点：裂缝在煤层延伸长度长，压裂裂缝扩展方向受地应力控制弱，单井压裂改造体积大。
[0061]
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。