CN112112619A - 一种页岩气井下岩层水力压裂方法及其设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种页岩气井下岩层水力压裂方法及其设备，方法包括以下步骤：S1对地层进行第一次水力压裂钻探，在地层中形成若干产油气的裂缝，形成第一个产油条件的地层，开始油气开采；S2建立油井筒预监测***；S3利用油井筒预监测***监测地层中油气产量进行预监测，将第一个产油条件的地层的压力、油气产量和地层温度作为油井筒的特性进行预监测的指标，若油井筒产油量下降，油井压力下降，则继续对地层进行第二次水力压裂施工，形成二次产油条件的地层。本发明有效地解决采油过程中地层渗透率低、裂缝容易闭合、开采成本本高、效率低和油井产量低等问题，且极大的提高工作效率和产量，降低生产成本，具有重要的运用前景和实际意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种从低渗透性储层中开发页岩气的方法，尤其涉及一种页岩气井下岩层水力压裂方法及其设备。
背景技术
我国页岩气开发产业快速发展，但是页岩气储藏在低渗透率和超低渗透率地层中，需要在地下地层中创建新的裂缝或扩展现有裂缝，以建立将油气输送到井筒的流动路径。然而当前的页岩气开采难度极大，难以形成规模化的商业开采。
在出油气地层中，为了形成新裂缝，或延伸和连接现有裂缝，需要以足够的速度和压力通过井筒向地下地层注入水力压裂液，以实现增产。压裂液注入地层的速度超过了地层的过滤速度，从而增加了砂面的水力压力。当压力超过地层破裂压力时，地层岩石出现裂缝和裂缝。水力压裂阶段结束后，支撑剂可能会在井筒内流向井下并沉积。由于油气是从裂缝性地层中产生的，油井的压力就会降低。在可压缩地层中，压力的减小会增大促使裂缝闭合的力。在连续生产后，支撑剂可能不足以抵消促使裂缝闭合的力。增大压缩力可能会降低孔隙度和渗透率，并导致天然微裂缝和裂缝的闭合。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种页岩气井下岩层水力压裂方法及其设备。本发明能够在低渗透率的地区开采页岩气，并且简单、合理，操作使用便利，能够解决采油过程中地层渗透率低、裂缝容易闭合、开采成本本高、效率低和油井产量低等问题，极大的提高开采页岩气工作的效率和产量，降低成本，是一种具有重要的运用前景和实际意义的页岩气井下岩层水力压裂方法。
本发明的一种页岩气井下岩层水力压裂方法，包括以下步骤：
S1：对地层进行第一次水力压裂钻探，在地层中形成若干产油气的裂缝，形成第一个产油条件的地层，开始油气开采；
S2：建立油井筒预监测***，用于监测产油量及地层温度；
S3：利用油井筒预监测***监测地层中油气产量进行预监测，将第一个产油条件的地层的压力、油气产量和地层温度作为油井筒的特性进行预监测的指标，若油井筒产油量下降，油井压力下降，则继续对地层进行第二次水力压裂施工，形成二次产油条件的地层。
作为优选的技术方案，所述地层是页岩地层。
作为优选的技术方案，所述油气是页岩气。
作为优选的技术方案，所述步骤S1中，采用钻孔机对地层进行钻孔，通过泵体输送液体，形成初期裂缝，向所述初期裂缝中充填支撑剂，保持初期裂缝大小，使得油气通过裂缝传递到导管，运输至地面，形成第一个产油条件的地层，开始产油。
作为优选的技术方案，所述步骤S3中的第二次水力压裂施工包括以下步骤：
所述泵机再次启动，进行水力压裂施工，注入井筒的液体保持压力不变情况下至少持续3个小时，由于地层压力的增加，部分或完全封闭的受水力影响的裂缝会部分或完全重新打开或延伸。
作为优选的技术方案，所述水力压裂的液体包括水、硼酸、钛金属盐、锑、氧化铝。
作为优选的技术方案，其中水、硼酸、钛金属盐、锑、氧化铝的比例为92～95：2～5：3～6：1～4：4～7。
本发明的另一技术方案是一种页岩气井下岩层水力压裂设备，包括压裂钻探机构、油井筒预监测***；
所述压裂钻探机构包括井筒，所述井筒穿过地层表面并延伸到地下地层中，所述井筒采用套管井，套管布置在井眼内；所述套管包括一个井筒流体通道，用于引导流体进出地下层的裂缝中，井口连接到地层表面的井筒，并与井筒密封，所述井口包括阀门和导管，用于引导和控制流体进入和流出井筒；所述井筒流体通道、水力裂缝和套管在地层中形成一个封闭的采油气井，通过所述套管上下滑动打开或关闭裂缝端口，以决定油气开采的启动或停止；所述套管的管身开设至少一个小孔，所述泵机内水从所述井口注入所述井筒中，通过所述流体通道导入地层中，通过管身小孔给与地层更大的水压力，从而使得裂缝进一步扩大；
所述油井筒预监测***，用于监测到油井内产量、温度、压强变化，判定需要重新进行水力压力施工，则重新开启泵机，重新打开裂缝，增加裂缝的数量。
作为优选的技术方案，水力裂缝是由套管内水压射孔枪向地层中进行射孔形成，通过流体在井下泵送产生水压射孔枪。
作为优选的技术方案，所述地层的基质渗透率小于0.1mm。
有益效果在于：
本发明有效地解决采油过程中地层渗透率低、裂缝容易闭合、开采成本本高、效率低和油井产量低等问题，并且极大的提高开采页岩气工作的效率和产量，降低生产成本，具有重要的运用前景和实际意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1是本发明实施例中的页岩气井下岩层水力压裂方法示意图。
其中，1为井口，2为套管，3为井眼，4为水力裂缝，5a、5b为管身小孔，6为套管滑动槽，7为泵机，8为地层表面，9为地层，10为自然裂缝，11为井筒流体通道，21为阀门，31为导管。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
需要说明的是，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定发明。
现在结合说明书附图对本发明做进一步的说明。
页岩气井下岩层水力压裂方法包括以下几个步骤：
1、通过钻孔机机井对地层进行第一次水力压裂钻探，在地层中形成大量产油气的裂缝，形成第一个产油条件的地层，开始油气开采；
2、建立油井筒预监测***，能够监测产油量及地层温度；
3、利用油井筒预监测***监测地层中油气产量进行预监测。将第一个产油条件的地层的压力、油气产量和地层温度作为油井筒的特性进行预监测的指标，若油井筒产油量下降，油井压力下降，则继续对地层进行第二次水力压裂施工，形成二次产油条件的地层。
本发明实施例，所述地层是页岩地层。
本发明实施例，所述油气是页岩气。
所述钻孔机对地层进行钻孔，通过泵泵送水体，根据水力压裂的原理形成初期裂缝，向裂缝中充填支撑剂，保持裂缝大小，使得油气通过裂缝传递到导管，运输至地面，形成第一个产油条件的地层，开始产油。
所述油气筒预监测***对油井压力、油气产量和地层温度等指标进行检测。在采油过程中，由于围岩压力迫使已经生成的裂缝逐渐闭合，随着地层压力的降低，裂缝数量减少，宽度变窄，从而导致油气产量的下降。
所述泵机再次启动，进行水力压裂施工，注入井筒的液体保持压力不变情况下至少持续3个小时，由于地层压力的增加，部分或完全封闭的受水力影响的裂缝可能会部分或完全重新打开，甚至延伸。如果水力压力继续增加，超过裂缝承压，形成额外的水力裂缝，更多的油气释放出来，地层产油量大幅提升。
所述水力压裂的水体包括水、硼酸、钛金属盐、锑、氧化铝等添加剂，添加剂可以减少摩擦和粘性，增加油气的易活性及挥发性。
具体的，请参考图1所示，井筒3穿过地层表面8，并延伸到地下地层9中。地下地层9可以表示陆地地层也可以表示海洋地层。地下层9包含多个岩层自然10，并能够受到水力压力影响。
井筒3可以是直筒、弯筒或其他形状筒体；井筒材质可以是任何材料组成；井筒的轴向长度根据需求设定。
井筒3采用套管井，其中套管2布置在井眼3内。套管3包括一个井筒流体通道11，用于引导流体进出地下层9的裂缝10中。
地层9的至少一个自然裂缝10区域内渗透性质是低渗透或超低渗透，如致密砂油藏、致密砂气藏、富油页岩油藏或富气页岩。所述地层的基质渗透率小于0.1毫米。例如，致密砂储层的渗透率可以在0.1至0.001毫米之间；页岩储层渗透率可达0.001至0.0001毫米。
井口1连接到地层表面8的井筒3，并与井筒3密封。井口1包括阀门21和导管31，用于引导和控制流体进入和流出井筒3。
井筒流体通道11、水力裂缝4和套管2在地层9中形成一个封闭的采油气井，可以通过套管2上下滑动打开或关闭裂缝端口。决定油气开采的启动或停止。
套管2管身小孔5a、5b，水力裂缝4是由套管内水压射孔枪向地层9中进行射孔形成，水压射孔枪通过流体在井下泵送产生的。
射孔枪是通过电缆在井下展开的，例如通。在这方面，当端口或开口24是通过电缆部署在井下的射孔炮射孔时，例如通过流体泵送的方式。
通过水力压裂来刺激地层，以达到增加地层9中的油气产量的目的。将泵机7内水从进口1注入井筒3中，通过流体通道11导入地层9中，通过管身小孔5a、5b给与地层9更大的水压力，从而使得裂缝4进一步扩大。
随着地层9中不断的注入水体，地层压力逐渐增大，当地层9中的压力大于裂缝4的极限承载能力，裂缝4将进一步增大，然后停止泵送水。随着泵机7注水的停止，水体将向地面回流，同时带走地层9中油气。形成第一个产油条件的地层，开始油气开采油气。
随着油气被抽走，地层9中的压力降低，裂缝4体积逐渐变小，甚至封闭，此时油井筒预监测***12监测到油井内产量、温度、压强变化，判定需要重新进行水力压力施工，则重新开启泵机7，再次重复以上操作，重新打开裂缝4，并增加裂缝4的数量，从而提高油气产量。
综上，本明页岩气井下岩层水力压裂方法包括以下几个步骤：①通过钻孔机机井对地层进行第一次水力压裂钻探，在地层中形成大量产油气的裂缝，形成第一个产油条件的地层，开始油气开采；②建立油井筒预监测***，能够监测产油量及地层温度；③利用油井筒预监测***监测地层中油气产量进行预监测。
优点主要体现在于：解决采油过程中地层渗透率低、裂缝容易闭合、开采成本本高、效率低和油井产量低等问题，能极大的提高开采页岩气工作的效率和产量，降低成本。
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (10)
1.一种页岩气井下岩层水力压裂方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：对地层进行第一次水力压裂钻探，在地层中形成若干产油气的裂缝，形成第一个产油条件的地层，开始油气开采；
S2：建立油井筒预监测***，用于监测产油量及地层温度；
S3：利用油井筒预监测***监测地层中油气产量进行预监测，将第一个产油条件的地层的压力、油气产量和地层温度作为油井筒的特性进行预监测的指标，若油井筒产油量下降，油井压力下降，则继续对地层进行第二次水力压裂施工，形成二次产油条件的地层。
2.根据权利要求1所述的页岩气井下岩层水力压裂方法，其特征在于：所述地层是页岩地层。
3.根据权利要求1所述的页岩气井下岩层水力压裂方法，其特征在于：所述油气是页岩气。
4.根据权利要求1所述的页岩气井下岩层水力压裂方法，其特征在于：所述步骤S1中，采用钻孔机对地层进行钻孔，通过泵体输送液体，形成初期裂缝，向所述初期裂缝中充填支撑剂，保持初期裂缝大小，使得油气通过裂缝传递到导管，运输至地面，形成第一个产油条件的地层，开始产油。
5.根据权利要求4所述的页岩气井下岩层水力压裂方法，其特征在于：所述步骤S3中的第二次水力压裂施工包括以下步骤：
所述泵机再次启动，进行水力压裂施工，注入井筒的液体保持压力不变情况下至少持续3个小时，由于地层压力的增加，部分或完全封闭的受水力影响的裂缝会部分或完全重新打开或延伸。
6.根据权利要求4所述的页岩气井下岩层水力压裂方法，其特征在于：所述水力压裂的液体包括水、硼酸、钛金属盐、锑、氧化铝。
7.根据权利要求6所述的页岩气井下岩层水力压裂方法，其特征在于：其中水、硼酸、钛金属盐、锑、氧化铝的比例为92～95：2～5：3～6：1～4：4～7。
8.一种页岩气井下岩层水力压裂设备，其特征在于：包括压裂钻探机构、油井筒预监测***；
所述压裂钻探机构包括井筒，所述井筒穿过地层表面并延伸到地下地层中，所述井筒采用套管井，套管布置在井眼内；所述套管包括一个井筒流体通道，用于引导流体进出地下层的裂缝中，井口连接到地层表面的井筒，并与井筒密封，所述井口包括阀门和导管，用于引导和控制流体进入和流出井筒；所述井筒流体通道、水力裂缝和套管在地层中形成一个封闭的采油气井，通过所述套管上下滑动打开或关闭裂缝端口，以决定油气开采的启动或停止；所述套管的管身开设至少一个小孔，所述泵机内水从所述井口注入所述井筒中，通过所述流体通道导入地层中，通过管身小孔给与地层更大的水压力，从而使得裂缝进一步扩大；
所述油井筒预监测***，用于监测到油井内产量、温度、压强变化，判定需要重新进行水力压力施工，则重新开启泵机，重新打开裂缝，增加裂缝的数量。
9.根据权利要求8所述的页岩气井下岩层水力压裂设备，其特征在于：水力裂缝是由套管内水压射孔枪向地层中进行射孔形成，通过流体在井下泵送产生水压射孔枪。
10.根据权利要求8所述的页岩气井下岩层水力压裂设备，其特征在于：所述地层的基质渗透率小于0.1mm。
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