專利名稱：壓裂劑和煤層氣水平井壓裂方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤層氣開采領(lǐng)域，更具體地說，涉及壓裂劑和煤層氣水平井壓裂方法。
背景技術(shù)：
在煤層氣的施工過程中，有一項工藝為在水平井井眼的水平段實施壓裂。實施壓裂的目的包括有:可以更有效的使水平井井眼的水平段的儲氣層內(nèi)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的天然裂縫與井眼連通起來，從而提高煤層氣的泄露面積，進(jìn)而提高采氣效率。此外，通過實施壓裂，還可以有效地增加水平井井眼的水平段的儲氣層內(nèi)地質(zhì)結(jié)構(gòu)中裂縫數(shù)目，以及裂縫的寬度和深度，從而起到了增加煤層氣產(chǎn)量的目的。在現(xiàn)有技術(shù)中，實施壓裂的方式一般為采用高壓水?dāng)y帶壓裂砂，在水平井井眼的水平段對水平井井眼的井壁實施壓裂，以增大井壁中裂縫數(shù)目，以及裂縫的寬度和深度。發(fā)明人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案至少存在有以下的缺陷:在經(jīng)過高壓水力壓裂后，相應(yīng)位置的儲氣層內(nèi)地質(zhì)結(jié)構(gòu)中的粘土礦物等地質(zhì)材料會吸附大量的水分并膨脹，從而傷害儲氣層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，而且，粘土礦物等地質(zhì)材料膨脹后還會堵塞水平井井眼的水平段井壁周圍的裂縫，對儲氣層中煤層氣的泄露造成阻礙，從而影響煤層氣的排采效率。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明實施例提供了煤層氣水平井壓裂劑壓裂方法和系統(tǒng)，以實現(xiàn)提高煤層氣的排采效率的目的。
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本發(fā)明實施例是這樣實現(xiàn)的:一種壓裂劑，其特征在于，包括:壓裂劑和壓裂砂；攜砂液包括濃度為5%至10%的氯化鉀水溶液，和，泡沫質(zhì)量為50%至80%的泡沫形態(tài)的氮氣。優(yōu)選的，在本發(fā)明實施例中，所述氯化鉀水溶液濃度為7%至8%。 優(yōu)選的，在本發(fā)明實施例中，包括:所述氮氣的泡沫質(zhì)量為65%至70%。在本發(fā)明實施例中，還提供了一種煤層氣水平井壓裂方法，包括步驟:采用油管連接噴砂射孔工具噴射壓裂劑進(jìn)行噴砂射孔；所述壓裂劑包括攜砂液和壓裂砂；所述攜砂液為濃度為5%至10%的氯化鉀水溶液；在進(jìn)行主壓裂過程中向所述攜砂液加入泡沫質(zhì)量為50%至80%的泡沫形態(tài)的氮氣。優(yōu)選的，在本發(fā)明實施例中，所述氯化鉀水溶液濃度為7%至8%。優(yōu)選的，在本發(fā)明實施例中，包括:所述氮氣的泡沫質(zhì)量為65%至70%。優(yōu)選的，在本發(fā)明實施例中，包括:所述攜砂液攜帶壓裂砂的攜砂量為500kg/m3至1600kg/m3。優(yōu)選的，在本發(fā)明實施例中，包括:所述攜砂量為550kg/m3至1250kg/m3。
優(yōu)選的，在本發(fā)明實施例中，包括:所述壓裂劑的排量為0.6m3/min至1.lm3/min。優(yōu)選的，在本發(fā)明實施例中，包括:所述進(jìn)行主壓裂過程中，在進(jìn)行預(yù)沖洗時，使用40目至70目的壓裂砂；在預(yù)沖洗完成后，使用20目至40目的壓裂砂。從上述的技術(shù)方案可以看出，在本發(fā)明實施例中，所提供的壓裂劑中的攜砂液采用了高濃度的氯化鉀水溶液，從而有效地控制了與壓裂劑接觸的粘土礦物等地質(zhì)材的膨脹系數(shù)；此外，由于本發(fā)明實施例中的壓裂劑還加入了泡沫形態(tài)的氮氣，所以可以通過較少的攜砂液用量即可攜帶足夠的壓裂砂，所以有效地減少了攜砂液的用量，從而也就減少了粘土礦物等地質(zhì)材料的水分吸收量，減少了對儲氣層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)傷害。
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綜上所述，通過本發(fā)明實施例中的煤層氣水平井壓裂劑，可以有效地抑制了壓裂后水平井井眼的水平段井壁周圍的粘土礦物等地質(zhì)材料的膨脹，從而避免了粘土礦物等地質(zhì)材料膨脹后堵塞水平井井眼的水平段井壁周圍的裂縫，進(jìn)而也就有效地提高煤層氣的排米效率。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明實施例中所述煤層氣水平井壓裂方法的流程圖；圖2為本發(fā)明實施例中所述煤層氣水平井壓裂系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。在實際施工過程中，為了解決現(xiàn)有技術(shù)中，壓裂后井眼的井壁周圍的粘土礦物等地質(zhì)材的膨脹堵塞裂縫，影響煤層氣的排采效率的問題，本發(fā)明實施例提供了一種壓裂劑；包括壓裂劑和壓裂砂；攜砂液包括濃度為5%至10%的氯化鉀水溶液，和，泡沫質(zhì)量為50%至80%的泡沫形態(tài)的氮氣。在本發(fā)明實施例中，實施壓裂的具體過程中，需要使用壓裂劑；在泵的作用下，壓裂劑經(jīng)油管通過噴砂射孔工具形成高速流體，在水平井井眼實施噴射，從而增加水平井井眼的水平段的儲氣層內(nèi)地質(zhì)結(jié)構(gòu)中裂縫數(shù)目，以及裂縫的寬度和深度。本發(fā)明實施例中的攜砂液為濃度為6%至10%的氯化鉀水溶液；而在現(xiàn)有技術(shù)中，一般會采用濃度為2%的氯化鉀作為攜砂液。通過增加氯化鉀水溶液的濃度,可以有效地減少與壓裂劑接觸的粘土礦物等地質(zhì)材料的膨脹系數(shù)，從而也就可以減少了由于地質(zhì)材料的膨脹造成的裂縫堵塞。
優(yōu)選的，為了更好的控制地質(zhì)材料的膨脹系數(shù)，在本發(fā)明實施例中，氯化鉀水溶液濃度進(jìn)一步的可以控制為7%至8%。由于地質(zhì)材料膨脹的程度還與攜砂液的使用量有著直接關(guān)系，S卩，使用的攜砂液的量越大，地質(zhì)材料所吸收的水分也就越多，地質(zhì)材料膨脹也就越嚴(yán)重，從而對儲氣層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)傷害也就越大。為此，在本發(fā)明實施例中，在進(jìn)行主壓裂過程中，還在攜砂液中加入了泡沫形態(tài)的氮氣；這樣，由于壓裂劑中充滿了泡沫，所以水分的含量也就大大的減少了，同時，由于混有泡沫的壓裂劑雖然含水量很少，但是仍然可以攜帶有大量的壓裂砂，所以實施壓裂時還可以保證很好的壓裂效果。此外，在本發(fā)明實施例中，通過在攜砂液中加入了泡沫形態(tài)的氮氣，還可以有效地提高壓裂劑的放噴能力，壓裂劑可以快速的向遠(yuǎn)端擴(kuò)散，從而對井眼周圍的細(xì)小裂縫實施吹掃，以溝通煤層的天然裂縫及割理系統(tǒng)，提高儲氣層在井眼的泄露面積，從而提高煤層氣的開采效率。具體的，加入了泡沫形態(tài)的氮氣的方式可以為:向攜砂液中拌注氮氣，并在起泡劑的作用下使氮氣在攜砂液中形成泡沫。在本發(fā)明實施例中，攜砂液加入泡沫形態(tài)的氮氣后形成的壓裂劑中，包括了大量的泡沫形態(tài)的氮氣，其泡沫質(zhì)量具體可以為50%至80%，通過保持一定的泡沫質(zhì)量，從而可以有效地降低壓裂劑的水含量；優(yōu)選的，為了使壓裂劑還能保持最佳的壓裂砂的攜帶量，在本發(fā)明實施例中，泡沫形態(tài)的氮氣，其泡沫質(zhì)量具體可以進(jìn)一步的控制為65%至70%。在本發(fā)明實施例中，還提供了一種煤層氣水平井壓裂方法，如圖1所示，在實際應(yīng)中，本發(fā)明實施例中壓裂劑的使用方法，即，煤層氣水平井壓裂方法，包括以下步驟:S11、采用油管連接噴砂射孔工具噴射壓裂劑進(jìn)行噴砂射孔；所述壓裂劑包括攜砂液和壓裂砂；所述攜砂液為濃度為5%至10%的氯化鉀水溶液；在本發(fā)明實施例中，實施壓裂的具體過程中，需要使用壓裂劑；在泵的作用下，壓裂劑經(jīng)油管通過噴砂射孔工具在水平井井眼實施噴射，從而增加水平井井眼的水平段的儲氣層內(nèi)地質(zhì)結(jié)構(gòu)中裂縫數(shù)目，以及裂縫的寬度和深度。在壓裂劑中，包括有壓裂砂和攜砂液；其中攜砂液的作用是攜帶壓裂砂，使壓裂砂在攜砂液的帶動下被泵入油管，并通過噴砂射孔工具噴射；而壓裂砂的作用則是增加對噴射位置的噴射力度，從而增強(qiáng)制造裂縫、加大裂縫的效果。本發(fā)明實施例中的攜砂液為濃度為6%至10%的氯化鉀水溶液；而在現(xiàn)有技術(shù)中，一般會采用濃度為2%的氯化鉀作為攜砂液。通過增加氯化鉀水溶液的濃度,可以有效地減少與壓裂劑接觸的粘土礦物等地質(zhì)材料的膨脹系數(shù)，從而也就可以減少了由于地質(zhì)材料的膨脹造成的裂縫堵塞。優(yōu)選的，為了更好的控制地質(zhì)材料的膨脹系數(shù)，在本發(fā)明實施例中，氯化鉀水溶液濃度進(jìn)一步的可以控制為7%至8%。S12、在進(jìn)行主壓裂過程中向攜砂液加入泡沫質(zhì)量為50%至80%的泡沫形態(tài)的氮氣。地質(zhì)材料膨脹的程度還與攜砂液的使用量有著直接關(guān)系，S卩，使用的攜砂液的量越大，地質(zhì)材料所吸收的水分也就越多，地質(zhì)材料膨脹也就越嚴(yán)重，從而對儲氣層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)傷害也就越大。為此，在本發(fā) 明實施例中，在進(jìn)行主壓裂過程中，還在攜砂液中加入了泡沫形態(tài)的氮氣；這樣，由于壓裂劑中充滿了泡沫，所以水分的含量也就大大的減少了，同時，由于混有泡沫的壓裂劑雖然含水量很少，但是仍然可以攜帶有大量的壓裂砂，所以實施壓裂時還可以保證很好的壓裂效果。此外，在本發(fā)明實施例中，通過在攜砂液中加入了泡沫形態(tài)的氮氣，還可以有效地提高壓裂劑的放噴能力，壓裂劑可以快速的向遠(yuǎn)端擴(kuò)散，從而對井眼周圍的細(xì)小裂縫實施吹掃，以溝通煤層的天然裂縫及割理系統(tǒng)，提高儲氣層在井眼的泄露面積，從而提高煤層氣的開采效率。具體的，加入了泡沫形態(tài)的氮氣的方式可以為:向攜砂液中拌注氮氣，并在起泡劑的作用下使氮氣在攜砂液中形成泡沫。在本發(fā)明實施例中，攜砂液加入泡沫形態(tài)的氮氣后形成的壓裂劑中，包括了大量的泡沫形態(tài)的氮氣，其泡沫質(zhì)量具體可以為50%至80%，通過保持一定的泡沫質(zhì)量，從而可以有效地降低壓裂劑的水含量；優(yōu)選的，為了使壓裂劑還能保持最佳的壓裂砂的攜帶量，在本發(fā)明實施例中，泡沫形態(tài)的氮氣，其泡沫質(zhì)量具體可以進(jìn)一步的控制為65%至70%。由于在實施壓裂的過程中，主要是依靠壓裂劑中的壓裂砂的沖擊來擴(kuò)大裂縫或是造成新的裂縫，所以，壓裂劑的攜砂量直接影響著壓裂的效果，為此，本發(fā)明實施例中在實施壓裂的過程中，在壓裂劑中攜帶了更多的壓裂砂，具體的，壓裂劑攜帶壓裂砂的攜砂量可以控制為500kg/m3至1600kg/m3。優(yōu)選的，在本發(fā)明實施例中，壓裂劑攜帶壓裂砂的攜砂量進(jìn)一步的可以控制為550kg/m3至1250kg/m3。 進(jìn)一步的，為了取得更好的壓裂效果，在本發(fā)明實施例中，還對壓裂液的排量進(jìn)行了控制，具體的，可以將壓裂劑的排量控制為0.6m3/min至1.lm3/min。在進(jìn)行主壓裂過程中，一般都包括有預(yù)沖洗的過程，通過對壓裂區(qū)域的表層進(jìn)行沖洗，可以調(diào)整產(chǎn)層的吸收能力，減少對儲氣層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)傷害。此時需要較細(xì)的壓裂砂，具體的，在本發(fā)明實施例中，在進(jìn)行預(yù)沖洗時，所采用的壓裂砂可以為40目至70目。而在在預(yù)沖洗完成后，為了裂縫能被支撐劑很好的支撐，提供持續(xù)、穩(wěn)定的倒流能力，需要較粗的壓裂砂，具體的，在本發(fā)明實施例中，此時所采用的壓裂砂可以為20目至40目。在實際應(yīng)用中，本發(fā)明實施例中的煤層氣水平井壓裂方法可以通過圖2所示的煤層氣水平井壓裂系統(tǒng)來實施，煤層氣水平井壓裂系統(tǒng)包括:水罐1、砂罐車2、混砂車3、泵車
4、液氮罐車5、液氮泵車6、油管7和噴砂射孔工具(圖中未示出)；混砂車3分別與砂罐車2和水罐I連接，將水罐I傳輸?shù)臐舛葹?%至10%的氯化鉀水溶液混入壓裂砂，形成攜砂液；泵車4連接油管7的進(jìn)口，泵車4將攜砂液泵入油管7 ；本發(fā)明實施例中的攜砂液為濃度為6%至10%的氯化鉀水溶液；而在現(xiàn)有技術(shù)中，一般會采用濃度為2%的氯化鉀作為攜砂液。通過增加氯化鉀水溶液的濃度,可以有效地減少與壓裂劑接觸的粘土礦物等地質(zhì)材料的膨脹系數(shù)，從而也就可以減少了由于地質(zhì)材料的膨脹造成的裂縫堵塞。優(yōu)選的，為了更好的控制地質(zhì)材料的膨脹系數(shù)，在本發(fā)明實施例中，氯化鉀水溶液濃度進(jìn)一步的可以控制為7%至8%。液氮泵車6將液氮罐車5中的氮氣加入油管7，與油管7中的攜砂液混合，形成壓裂劑；氮氣與攜砂液混合后為泡沫形態(tài)，氮氣的泡沫質(zhì)量為50%至80% ；地質(zhì)材料膨脹的程度還與攜砂液的使用量有著直接關(guān)系，S卩，使用的攜砂液的量越大，地質(zhì)材料所吸收的水分也就越多，地質(zhì)材料膨脹也就越嚴(yán)重，從而對儲氣層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)傷害也就越大。為此，在本發(fā)明實施例中，在進(jìn)行主壓裂過程中，還在攜砂液中加入了泡沫形態(tài)的氮氣；這樣，由于壓裂劑中充滿了泡沫，所以水分的含量也就大大的減少了，同時，由于混有泡沫的壓裂劑雖然含水量很少，但是仍然可以攜帶有大量的壓裂砂，所以實施壓裂時還可以保證很好的壓裂效果。在本發(fā)明實施例中，泡沫形態(tài)的氮氣，可以通過氮氣控制裝置，將泡沫質(zhì)量控制為50%至80%，通過保持一定的泡沫質(zhì)量，從而可以有效地降低壓裂劑的水含量；優(yōu)選的，為了使壓裂劑還能保持最佳的壓裂砂的攜帶量，在本發(fā)明實施例中，泡沫形態(tài)的氮氣，其泡沫質(zhì)量具體可以進(jìn)一步的控制為65%至70%。具體的，氮氣控制裝置可以安裝于氮氣泵車6上，來控制氮氣的加入量。氮氣與攜砂液混合形成壓裂劑后，壓裂劑可以經(jīng)由油管7進(jìn)入與油管7的出口連接噴砂射孔工具。所述噴砂射孔工具經(jīng)由水平井的井眼8進(jìn)一步的，在本發(fā)明實施例中，還可以包括壓裂劑排量控制裝置9，壓裂劑排量控制裝置9用于將壓裂劑的排量控制為0.6m3/min至1.lm3/min。從而可以取得更好的壓裂效果。具體的，壓裂劑排量控制裝置9可以安裝于油管7的管路中，以控制油管7向噴砂射孔工具輸送壓裂劑的排量。進(jìn)一步的 ，在本發(fā)明實施例中，還可以包括壓裂砂控制裝置，壓裂砂控制裝置用于控制壓裂劑攜帶壓裂砂的攜砂量保持為500kg/m3至1600kg/m3。具體的，壓裂砂控制裝置可以安裝于混砂車3上，以控制壓裂砂的流量。由于在實施壓裂的過程中，主要是依靠壓裂劑中的壓裂砂的沖擊來擴(kuò)大裂縫或是造成新的裂縫，所以，壓裂劑的攜砂量直接影響著壓裂的效果，為此，本發(fā)明實施例中在實施壓裂的過程中，在壓裂劑中攜帶了更多的壓裂砂，具體的，壓裂劑攜帶壓裂砂的攜砂量可以控制為500kg/m3至1600kg/m3。優(yōu)選的，在本發(fā)明實施例中，壓裂劑攜帶壓裂砂的攜砂量進(jìn)一步的可以控制為550kg/m3至1250kg/m3。進(jìn)一步的，在本發(fā)明實施例中，水罐I與泵車4均可以設(shè)有多個。本說明書中各個實施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1.一種壓裂劑，其特征在于，包括:攜砂液和壓裂砂； 所述攜砂液包括濃度為5%至10%的氯化鉀水溶液，和，泡沫質(zhì)量為50%至80%的泡沫形態(tài)的氮氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述壓裂劑，其特征在于，所述氯化鉀水溶液濃度為7%至8%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述壓裂劑，其特征在于，包括:所述氮氣的泡沫質(zhì)量為65%至70%。
4.一種煤層氣水平井壓裂方法，其特征在于，包括步驟: 采用油管連接噴砂射孔工具噴射壓裂劑進(jìn)行噴砂射孔；所述壓裂劑包括攜砂液和壓裂砂；所述攜砂液為濃度為5%至10%的氯化鉀水溶液； 在進(jìn)行主壓裂過程中向所述攜砂液加入泡沫質(zhì)量為50%至80%的泡沫形態(tài)的氮氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述壓裂方法，其特征在于，所述氯化鉀水溶液濃度為7%至8%。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述壓裂方法，其特征在于，包括:所述氮氣的泡沫質(zhì)量為65%至70%。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述壓裂方法，其特征在于，包括:所述攜砂液攜帶壓裂砂的攜砂量為 500kg/m3 至 1600kg/m 3。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述壓裂方法，其特征在于，包括:所述攜砂量為550kg/m3至1250kg/m3。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述壓裂方法，其特征在于，包括:所述壓裂劑的排量為0.6m3/min至1.lm3/min。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述壓裂方法，其特征在于，包括:所述進(jìn)行主壓裂過程中， 在進(jìn)行預(yù)沖洗時，使用40目至70目的壓裂砂； 在預(yù)沖洗完成后，使用20目至40目的壓裂砂。
全文摘要
本實施例公開了壓裂劑和煤層氣水平井壓裂方法，其中壓裂劑包括攜砂液和壓裂砂；所述攜砂液包括濃度為5％至10％的氯化鉀水溶液，和，泡沫質(zhì)量為50％至80％的泡沫形態(tài)的氮氣。本發(fā)明實施例中，所提供的壓裂劑中的攜砂液采用了高濃度的氯化鉀水溶液，從而有效地控制了與壓裂劑接觸的粘土礦物等地質(zhì)材的膨脹系數(shù)；此外，由于本發(fā)明實施例中的壓裂劑還加入了泡沫形態(tài)的氮氣，所以可以通過較少的攜砂液用量即可攜帶足夠的壓裂砂，所以有效地減少了攜砂液的用量，從而也就減少了粘土礦物等地質(zhì)材料的水分吸收量，減少了對儲氣層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)傷害。
文檔編號E21B43/267GK103074047SQ20121059419
公開日2013年5月1日 申請日期2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月31日
發(fā)明者楊陸武, 王浩, 喬廷立, 商昌盛 申請人:山西域方天然氣開采技術(shù)有限公司