一种煤层气储层压裂驱替增产方法与流程

本发明属于煤层气高效开采，具体涉及一种煤层气储层压裂驱替增产方法。

背景技术：

1、我国煤层气资源储量十分丰富，高效高产的开采作业对于降低我国能源供应安全具有极其重大的战略意义。然而，煤层气储层由于地层岩石致密、渗透率低，其自然产能远不能满足工业化开发的需求，必须实施一系列的增产措施，如压裂改造等，方能实现其工业化的利用过程。

2、目前，水力压裂技术作为煤层气储层最常用的增产手段，在世界范围内得到了广泛的应用。它通过对储层进行高压注水，使得地层岩石产生裂缝，从而提高了煤层的渗透率，增加了煤层气的产量。然而，随着开采时间的不断延长，地层能量逐渐衰减，压裂井的产量也呈现出迅速递减的趋势。为了维持单井的产能，往往需要进行二次甚至多次改造作业，这无疑增加了开采的成本和技术难度。

3、为了解决煤层气储层压裂后产能递减、后继产量不足的技术难题，亟需对现有的煤层气开采方法进行革新，以能通过研发新的开采方案、优化压裂方案的该来来提高压裂效果，进而达到煤层气提产增效的目标。

4、综上所述，煤层气的高效高产开采是当前面临的重要任务，需要通过方法与技术的创新和融合，实现煤层气提产增效，为我国能源事业的可持续发展注入新的动力。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种低透气倾斜煤层煤与瓦斯流态化共采方法，该方法操作过程简单，实施成本低，对煤层气的驱替增产效果显著，能够解决井下煤层气随着开采的逐步进行，原有气体密度逐渐下降，气体压强衰减，导致难以抽采、后续产量下滑的问题，同时能为煤层气高效高产的开采作业提供可靠的技术支撑。

2、为了实现上述目的，本发明提供一种煤层气储层压裂驱替增产方法，包括以下步骤；

3、步骤一：钻顶板岩层水平压裂钻孔井；

4、在原井场中选定煤层气产量下降的原压裂钻孔井后，于原压裂钻孔井一侧的地面上选择合适位置，从地面向顶板岩层钻出一条新的水平压裂钻孔井，即顶板岩层水平压裂钻孔井，并确保顶板岩层水平压裂钻孔井水平井段的钻进方向朝向原压裂钻孔井；

5、步骤二：钻底板岩层水平压裂钻孔井；

6、在原压裂钻孔井另一侧的地面上选择合适位置，从地面向底板岩层钻出一条新的水平压裂钻孔井，即底板岩层水平压裂钻孔井，并确保底板岩层水平压裂钻孔井水平井段的钻进方向同样朝向原压裂钻孔井；

7、步骤三：对顶板岩层和底板岩层分别进行水力压裂作业；

8、通过地面上的压裂设备向顶板岩层水平压裂钻孔井和底板岩层水平压裂钻孔井内持续泵入高压水流，利用高压水流分别对顶板岩层和底板岩层进行水力压裂作业，分别在顶板岩层水平压裂钻孔井和底板岩层水平压裂钻孔井的水平井段长度方向产生多条多簇人工裂缝；

9、步骤四：进行首次加压驱替作业；

10、在顶板岩层水力压裂结束后，通过顶板岩层水平压裂钻孔井向顶板岩层内的人工裂缝注入co2/n2气体进行充压，该过程中，使该顶板岩层水平压裂钻孔井作为原压裂钻孔井的压力对冲井，一方面利用煤层气的强吸附性，通过注入的co2/n2气体将顶板岩层中的煤层气吸附出来，另一方面，利用不断注入的co2/n2气体使原有煤层气储层的环境气压逐渐增加，实现对煤层气储层的首次加压驱替作业，促使原压裂钻孔井的抽采产量增加；当煤层气储层的环境压强达到开采要求时，继续通过原压裂钻孔井进行煤层气的抽采作业；

11、步骤五：判断底板岩层的开采条件；

12、通过地面上的检测设备，配合底板岩层水平压裂钻孔井探查底板岩层中煤层气的储量情况，并根据储量情况对抽采条件进行判断；若抽采条件适宜，则直接利用该底板岩层水平压裂钻孔井抽采底板岩层中的煤层气；若抽采条件不适宜，则执行步骤六；

13、步骤六：进行二次加压驱替作业；

14、通过底板岩层水平压裂钻孔井向底板岩层内的人工裂缝注入co2/n2气体进行充压，该过程中，使该底板岩层水平压裂钻孔井作为原压裂钻孔井的压力对冲井，一方面利用煤层气的强吸附性，通过注入的co2/n2气体将底板岩层中的煤层气吸附出来，另一方面，利用不断注入的co2/n2气体使原有煤层气储层的环境气压逐渐增加，实现对煤层气储层的二次加压驱替作业，促使原压裂钻孔井的抽采产量进一步增加；当煤层气储层的环境压强达到开采要求时，继续通过原压裂钻孔井进行煤层气的抽采作业。

15、进一步，为了防止出现煤层气扩散的情况，以确保后续煤层气的开采效果，在步骤三中的压裂过程中，采用控制缝高技术，控制顶板岩层内裂缝的扩展高度不超过顶板岩层的厚度，控制底板岩层内裂缝的扩展高度不超过底板岩层的厚度，以防止裂缝延伸至煤层气储层内。

16、进一步，为了防止顶板岩层内的裂缝与煤层气储层内的裂缝贯通形成短路通道，以确保煤层气的吸附效果和注气加压驱替效果，在步骤四中注入co2/n2气体的过程中，控制co2/n2气体的注入压力高于顶板岩层的孔隙压力，且低于顶板岩层内人工裂缝的延伸压力。

17、进一步，为了防止顶板岩层内的裂缝与煤层气储层内的裂缝贯通形成短路通道，以确保煤层气的吸附效果和注气加压驱替效果，在步骤六中注入co2/n2气体的过程中，控制co2/n2气体的注入压力高于底板岩层的孔隙压力，且低于底板岩层内人工裂缝的延伸压力。

18、进一步，为了确保驱替增产的效果，在步骤二中，所述底板岩层水平压裂钻孔井的竖直井段和顶板岩层水平压裂钻孔井的竖直井段到原压裂钻孔井的距离相等，且底板岩层水平压裂钻孔井的水平井段和顶板岩层水平压裂钻孔井的水平井段向相互靠近的方向延伸，同时，底板岩层水平压裂钻孔井的水平井段末端到原压裂钻孔井的距离与顶板岩层水平压裂钻孔井的水平井段末端到原压裂钻孔井的距离相等。

19、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

20、首先，本发明将水力压裂技术与co2/n2驱替技术结合了在一起，其中，水力压裂技术可以充分提高煤层气储层的渗透率，而co2/n2驱替技术则可以有效提高煤层气的抽采率，由此，通过将这两种技术进行有效结合，不仅提升了煤层气煤层的渗透率，更是实现了煤层气的高效开采。具体来说，本发明利用水力压裂技术在不同岩层层位中建立裂缝通道，充分沟通了煤层与顶板岩层、底板岩层之间的孔隙通道，使得原本难以开采的煤层气得以释放。接着，通过顶板岩层水平压裂钻孔井和底板岩层水平压裂钻孔井与原压裂钻孔井组成两组“压力对冲井”，在煤层和顶板岩层、底板岩层之间形成了有效的渗流通道，这样，从顶板岩层水平压裂钻孔井和底板岩层水平压裂钻孔井中分别注入到顶板岩层和底板岩层内的co2/n2气体，便能顺利地通过水力压裂裂缝进入至煤层中，并能在煤层内充分地扩散，有效地驱替出了煤层中的煤层气，实现了煤层气的增量开采。使顶板岩层水平压裂钻孔井的水平井段和底板岩层水平压裂钻孔井的水平井段均相靠近原压裂钻孔井的方向延伸，有利于驱替出的煤层气向着靠近原压裂钻孔井的方向运移，同时，能便于利用顶板岩层和底板岩层所加入的co2/n2气体促使煤层气储层的环境压力增加，进而有助于利用原压裂钻孔井进行驱替后煤层气的继续开采。

21、其次，在煤层气开采过程中，地下空间会随着煤层气的采出而逐渐增大。本发明充分利用了这一特点，将co2注入到这些地下空间中，实现了co2的地质封存。同时，通过水力压裂技术在岩层内形成的复杂裂缝，不仅增加了co2的封存空间，还提高了封存的效率。此外，co2从底板岩层水平压裂钻孔井进入煤层的过程中，还能将煤层内剩余的煤层气逐渐驱替至煤层原有的原压裂钻孔井中，进一步提高了煤层气的抽采率。

22、再者，本发明的应用不仅有助于解决煤层气开采的技术难题，更对推动能源行业的绿色可持续发展具有重要意义。随着全球能源需求的不断增长和环保意识的日益加强，寻找高效、环保的能源开采与利用方式已成为行业发展的迫切需求。本发明通过水力压裂技术与co2驱替技术的结合，不仅提高了煤层气的抽采率，还实现了co2的地质封存，减少了温室气体的排放，为能源行业的绿色转型提供了有力的技术支持。

23、综上所述，本发明在煤层气开采领域展现出了显著的有益效果，它不仅提高了煤层气的抽采率和生产效率，还通过co2的地质封存实现了环保与效益的双重目标。同时，本发明的应用也为能源行业的绿色可持续发展提供了新的思路和方向。在未来的发展中，本发明将在更多领域得到广泛应用和推广，为我国的能源事业做出更大的贡献。

技术特征：

1.一种煤层气储层压裂驱替增产方法，其特征在于，包括以下步骤；

2.根据权利要求1所述的一种低透气倾斜煤层煤与瓦斯流态化共采方法，其特征在于，在步骤三中的压裂过程中，采用控制缝高技术，控制顶板岩层(6)内裂缝的扩展高度不超过顶板岩层(6)的厚度，控制底板岩层(8)内裂缝的扩展高度不超过底板岩层(8)的厚度，以防止裂缝延伸至煤层气储层(7)内。

3.根据权利要求1所述的一种低透气倾斜煤层煤与瓦斯流态化共采方法，其特征在于，在步骤四中注入co2/n2气体(9)的过程中，控制co2/n2气体(9)的注入压力高于顶板岩层(6)的孔隙压力，且低于顶板岩层(6)内人工裂缝(1)的延伸压力。

4.根据权利要求1所述的一种低透气倾斜煤层煤与瓦斯流态化共采方法，其特征在于，在步骤六中注入co2/n2气体(9)的过程中，控制co2/n2气体(9)的注入压力高于底板岩层(8)的孔隙压力，且低于底板岩层(8)内人工裂缝(1)的延伸压力。

5.根据权利要求1所述的一种低透气倾斜煤层煤与瓦斯流态化共采方法，其特征在于，在步骤二中，所述底板岩层水平压裂钻孔井(4)的竖直井段和顶板岩层水平压裂钻孔井(3)的竖直井段到原压裂钻孔井(2)的距离相等，且底板岩层水平压裂钻孔井(4)的水平井段和顶板岩层水平压裂钻孔井(3)的水平井段向相互靠近的方向延伸，同时，底板岩层水平压裂钻孔井(4)的水平井段末端到原压裂钻孔井(2)的距离与顶板岩层水平压裂钻孔井(3)的水平井段末端到原压裂钻孔井(2)的距离相等。

技术总结
一种煤层气储层压裂驱替增产方法，在原压裂钻孔井的一侧向顶板岩层钻出顶板岩层水平压裂钻孔井；在原压裂钻孔井另一侧向底板岩层钻出底板岩层水平压裂钻孔井；对顶板岩层水平压裂钻孔井和底板岩层水平压裂钻孔井分别进行水力压裂作业，以产生多条多簇人工裂缝；向顶板岩层内的人工裂缝注入CO<subgt;2</subgt;/N<subgt;2</subgt;气体进行充压，实现对煤层气储层的首次加压驱替作业；探查底板岩层中煤层气的储量情况，并根据储量情况对抽采条件进行判断；若抽采条件适宜，则直接利用该底板岩层水平压裂钻孔井抽采底板岩层中的煤层气；若抽采条件不适宜，向底板岩层内的人工裂缝注入CO<subgt;2</subgt;/N<subgt;2</subgt;气体进行充压，实现对煤层气储层的二次加压驱替作业。该方法对煤层气的驱替增产效果显著。

技术研发人员：王满,高亚楠,牛泽华,丁峰,王玉杰,孙景阁,符辉,陈召繁,焦慧策
受保护的技术使用者：中国平煤神马控股集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5