煤层气井控压注入增产的方法 【技术领域】
本发明涉及高阶煤煤层气增产作业中的一种新型增产工艺方法。背景技术 煤层气的直井开发， 压裂是增产的主要措施之一。 目前， 直井压裂普遍采用水力压 3 裂工艺， 施工参数 ： 注入液量 400 ～ 600m ， 注入压力 8 ～ 22MPa， 砂量 30 ～ 50m3， 排量 4 ～ 3 9m /min， 压后 2 小时返排采气生产。据统计， 沁水地区煤层气井压裂后有 1/3 产气量未达 到开发开发方案要求。根据室内实验结合现场压裂施工曲线， 证明高阶煤煤岩结构差异较 大， 存在较大的塑性变形， 煤岩的产气机理和构造与砂岩油藏存在着显著的区别， 单纯的将 油井压裂工艺用于煤层气井压裂， 不能达到预期的产气效果。其主要表现在以下几点 ：
1) 现有的油井压裂工艺在煤层气井上应用， 造成煤岩的应力集中， 形成单一裂隙， 不能有效沟通煤岩自身割理与裂隙， 沟通的压力波及范围较小， 影响产气量 ；
2) 现有的压裂方式造成煤岩的破碎、 坍塌， 致使粉煤灰堆积， 影响煤层气井的压裂 效果 ；
3) 现有的压裂添加的石英砂支撑剂嵌入煤储层， 降低裂缝导流能力， 影响压裂效 果。
在此状况下， 利用柱塞泵， 采用小排量、 大液量连续泵入的工艺， 完成不同结构煤 岩的塑性变形， 使裂隙不再闭合， 提高裂缝波及体积。
中国专利公开号 ： CN1156785A， 提供了 “一种开采煤层气的方法” 。 首先从地面钻井 到煤层的围岩中， 然后对围岩作改善透气性处理， 煤层中的煤层气经围岩后流到井中被抽 取。该方法特别适用于我国许多透气性很差的煤层开采煤层气。对围岩作改善透气性处理 也比煤层容易。 另外， 这种方法使煤层与直接接触的岩层有宽大的接触面， 可大大提高煤层 气的开采量。
发明内容
本发明的目的是 ： 提供一种煤层气井控压注入增产的方法， 采用小排量、 控压注入 方式进行煤层气井压裂， 保护煤层结构， 确保压裂时煤层有足够的充填液， 完成微裂缝的开 启并达到塑性变形的状态， 扩大煤层气解吸范围， 降低投资成本。 克服现有压裂方式对煤岩 易造成破碎、 坍塌及粉煤灰堆积等伤害的缺陷的不足。
本发明采用的技术方案是 ： 煤层气井控压注入增产的方法， 采用小排量、 不加入支 撑剂、 控压注入方式进行煤层气井压裂， 确保煤层有足够的充填液， 完成煤岩由弹性变形到 塑性变形的过程。其特征在于 ：
具体工艺步骤如下 ：
煤层气井控压注入增产的方法， 其特征是通过以下步骤实现 ：
步骤 A、 采集高阶煤煤岩储层的孔隙度、 储层厚度、 压力波及半径和煤储层体积参 数；步骤 B、 根据煤储层体积、 煤岩孔隙度及煤储层厚度测算水力压裂后人工裂缝的压 力波半径 ；
式中 ： φ——孔隙度 ； 无量纲 ；
H——煤储层厚度， 单位 ： m；
R——压力波半径， 单位 ： m；
V——煤储层体积， 单位 ： m3
步骤 C、 运用 MTS 真三轴岩石力学性质测试仪测试并确定煤储层中煤岩的杨氏模 量、 泊松比和抗拉强度参数 ；
步骤 D、 运用裂缝扩展实验设备， 模拟煤岩压裂裂缝形态， 确定人工裂缝体积 ；
步骤 E、 依据压力波及的半径， 确定注入液量 ； 2
Q ＝ πR φH
式中 ： φ——孔隙度， 无量纲 ；
H——煤储层厚度， 单位 ： m；
R——压力波及的半径， 单位 ： m； 3
Q——注入液量， 单位 ： m
步骤 F、 根据步骤 E 的计算， 确定注入液量， 进行现场施工 ：
①将两个压裂液储存罐的出口通过管线并联后连接柱塞泵的入口 ； 在压裂液储存 罐到柱塞泵的入口的管线上连接有阀门， 柱塞泵的出口通过管线连接一个井口采气树进液 阀门， 在柱塞泵出口到井口采气树进液阀门之间的管线上连接有流量表和承压 35Mpa 的压 力表 ； 采气树固定在套管顶部的法兰盘上。
②将施工井在该方法实施前生产期间累计产水量以最大排量注入煤层， 以充填储 层裂缝中采出部分的体积， 使储层裂缝完全充填液体。
③控制注入液体的压力低于 20Mpa 时， 保持每小时注入量 7 ～ 25m3 ；
④井口压力小于 20Mpa 时注入液体， 井口压力达到或超过 20Mpa 时停注， 关井 ； 等 待压力自然下降至 5 ～ 10MPa 时注入液体， 最终完成步骤 E 计算的液体量， 或地层饱和不能 注入液体为止。
⑤根据区块内压裂后压力自然降落数据统计， 3 ～ 5 天井口无压力。当地层饱和， 压力在 5 ～ 7 天没有降落至 5MPa， 该井施工结束。
⑥施工结束关井， 拆除柱塞泵 ； 阀门和流量表 5 通过管线 2 连接， 压力自然下降为 0.11 ～ 2MPa 后， 打开井口采气树进液阀门 7 开井。
⑦现场施工工人作业， 井下管柱与井口采气树连接， 安装抽油机进行采气生产。
本发明的有益效果 ： 本发明煤层气井控压注入增产的方法， 小排量、 压力控制多裂 缝产生的工艺方法适合高阶煤煤岩发育特点， 可以较好的抑制煤粉的产生， 并且避免煤岩 应力的集中， 达到沟通煤岩自身割理、 裂隙， 形成多裂缝、 沟通的波及范围较大的增产效果。 可以解决压裂过程中产生的裂缝波及范围小， 产气量低， 投资成本高的问题。
附图说明 图 1 是采用煤层气井控压注入增产的方法时的地面设备连接结构示意图。
图中， 1- 压裂液储存罐， 2- 管线， 3- 阀门， 4- 柱塞泵， 5- 流量表， 6- 压力表， 7- 井口 采气树进液阀门， 8- 套管， 9- 法兰盘。
具体实施方式
实施例 1 ： 以一个煤层气井控压注入增产的方法为例， 对本发明作进一步详细说 明。
本发明本发明是利用柱塞泵 4 在高阶煤煤储层中小排量、 不添加支撑剂及控压注 入的方式， 致使煤岩自身割理裂隙充分连通， 扩大解吸面积， 提高产气量。
具体实施步骤如下 ：
步骤 A、 采集高阶煤煤岩储层的含气量、 产气量、 计算煤储层气体占体积 ； 吨煤含 3 3 3 气量 ： 23m /t ； 压裂后产气量 44589m ， 煤比重 1.46t/m ， 3
已产气所占煤的体积 m ： 产气量 / 吨煤含气量 / 煤比重
即： 44589/23/1.46 ＝ 1328 ；
步骤 B、 孔隙度 (φ) ＝ 5％、 层厚度 (H) ＝ 5.7m ； 根据煤储层体积、 煤岩孔隙度及 煤储层厚度测算水力压裂后产气量波及的半径， 计算后为 38.5m。
煤体积 ：
式中 ： φ——孔隙度 ； 无量纲 ；
H——煤储层厚度， 单位 ： m；
R——产气量波及的半径， 单位 ： m； 3
V——煤储层体积， 单位 ： m
运用 MTS 真三轴岩石力学性质测试仪测试全应力 - 应变曲线反映煤岩为塑性变 形。煤岩破裂时破裂面不规则， 较粗糙， 形成多裂缝状态。
步骤 C、 裂缝多裂缝状态， 高度充满储层， 压力波及半径为已经产气量所占半径的 2 倍， 确定注入液量 ； 孔隙度 (φ) ＝ 5％、 储层厚度 (H) ＝ 5.7m， 水力压裂后产气量波及的 半径 38.5m， 2 倍半径为 77m ；
式中 ： φ——孔隙度 ； 无量纲 ； H——煤储层厚度， 单位 ： m； R——产气量波及的半径， 单位 ： m； 3 Q——注入液量， 单位 ： m 步骤 D、 根据步骤 C 的计算， 确定注入液量为 5305m3。参阅图 1。进行现场施工 ： ①将两个压裂液储存罐 1 的出口通过管线 2 并联后连接柱塞泵 4 的入口 ； 在压裂液储存罐 1 到柱塞泵 4 的入口的管线 2 上连接有阀门 3， 柱塞泵 4 的出口通过管线 2 连接一 个井口采气树进液阀门 7， 在柱塞泵 4 出口到井口采气树进液阀门 7 之间的管线 2 上连接有 流量表 5 和承压 35Mpa 的压力表 6 ； 采气树固定在套管 8 顶部的法兰盘 9 上。
②水罐车向两个压裂液储存罐 1 中备水， 打开阀门 3 和井口采气树进液阀门 7， 将 施工井在该方法实施前生产期间累计产水量以最大排量注入煤层， 以充填储层裂缝中采出 部分的体积， 使储层裂缝完全充填液体。
③控制注入液体的压力低于 20Mpa 时， 以每小时 7.2m3 的流量向井内煤储层注入 液体 ；
④注入量为 36m3 时， 井口压力上升， 近井筒地带饱和， 继续以每小时 7.2m3 的流量 注入液体， 压力持续上升至 14Mpa， 注入液量为 1600m3， 至此压力在 13.3 ～ 13.9Mpa 之间反 复波动， 井口压力始终小于 20Mpa， 直至达到注入液量 5305m3。 该井施工结束， 关闭阀门 3 和 井口采气树进液阀门 7。
⑤根据该井压裂后压力自然降落数据， 5 天井口无压力。当地层饱和， 压力在 7 天 没有降落至 5MPa， 该井注入液体施工结束。
⑥施工结束关井， 拆除柱塞泵 4 ； 阀门 3 和流量表 5 通过管线 2 连接， 压力自然下 降为 0.2MPa 后， 打开井口采气树进液阀门 7 开井。 ⑦现场施工工人作业， 井下管柱与井口采气树连接， 安装抽油机进行采气生产。 3
该井注入增产改造措施前日产气量 100m ， 增产改造后， 经过四个月的排采阶段， 3 日产气量为 500m 。