单井多层多次拖动式氮气震动压裂工艺制造技术

本发明专利技术属于煤层气开采技术领域，为了实现针对含有黏土矿物的煤储层中的压裂，解决煤层气低产井、不产气井及高产转低产井的产能问题，提供了一种单井多层多次拖动式氮气震动压裂工艺，采用地面投球、打压、大排量注入氮气、拖动的施工程序实现对含有黏土矿物的煤储层的口井的每个目的层的多次震动压裂。压裂过程中所采用的震动压裂工具串的震动触发单元能实现对密封球的震动触发作用，震动及大排量注入氮气释放的高能气体，能够在煤基质中发展异常微裂缝网络系统并与原始裂隙沟通，提高煤储层渗透率，有效解决煤层气低产井、不产气井及高产转低产井的产能问题，解除近井地带阻塞，疏通产气通道。

Single well multi layer multi drag type nitrogen vibration fracturing process

The invention belongs to the technical field of coal-bed gas exploitation, in order to achieve the coal reservoir containing clay minerals in fracturing, solve the coalbed gas wells and wells, low production capacity problems of high yield and low yield wells turn, provides a single well multilayer multiple drag type nitrogen fracturing technology with ground vibration, vibration and multiple fracturing each pitch the purpose of the construction procedure, large displacement pressure layer into the nitrogen, drag the realization of coal reservoir containing clay mineral wells. The fracturing of the shock in the process of fracturing tool string vibration triggering unit can realize the triggering effect on sealing ball vibration, vibration and large displacement injection of high energy gas nitrogen release, can develop abnormal micro fracture network system and communication with the original cracks in the coal matrix, improve the permeability of coal reservoir, effectively solve the coal seam gas stripper wells no, wells and capacity problems of high yield and low yield wells turn, remove near wellbore blockage, dredge gas channel.

【技术实现步骤摘要】
单井多层多次拖动式氮气震动压裂工艺
本专利技术属于煤层气开采
，具体涉及一种单井多层多次拖动式氮气震动压裂工艺。
技术介绍
压裂技术作为煤层气开发过程中的一项关键增产技术，其重要性在于对产层的改造以提高煤岩储层的渗流能力，当前水力压裂仍旧占据主导地位。但煤储层中有时含有大量的黏土矿物，特别是高岭石和伊利石的存在，该种硅铝酸盐矿物会贴附于颗粒表面或充填于粒间孔隙内，易于水结合膨胀，堵塞孔隙和喉道，尤其是在细小喉道中影响最大，从而降低孔隙度和渗透率，影响压裂效果。同时水力压裂中的压裂液会添加一定比例的化学试剂，易对环境造成一定的污染，此外煤层气低产井、不产气井及高产转低产井较多，当前的重复压裂、径向井等增产解堵技术工艺复杂、投资较高，且增产效果有限，因此立足于我国地质背景、煤储层物性特征的压裂增产工艺及方法仍比较单一，新型的清洁压裂增产方式亟需研发。
技术实现思路
本专利技术为了实现针对含有黏土矿物的煤储层中的压裂，解决煤层气低产井、不产气井及高产转低产井的产能问题，以及对环境无影响的一种清洁压裂方式，提供了一种单井多层多次拖动式氮气震动压裂工艺。本专利技术采用如下技术方案：一种单井多层多次拖动式氮气震动压裂工艺，采用地面投球、打压、大排量注入氮气、拖动的施工程序实现对含有黏土矿物的煤储层的口井的每个目的层的多次震动压裂。震动压裂工艺的具体施工步骤为：1）排液及试压排液：下放油管至煤层气井完井底部，启动液氮泵车对井底进行氮气排液洗井工作，清洗后的井底气水混合物通过连续油管返出地面；试压：排液完成并待液氮泵车冷却后，进行管汇试压，若承压并稳压一定时间后无压降，则试压合格；其中，稳压值不小于60MPa，稳压时间不少于5min；2）单层单次氮气震动压裂：连接震动压裂工具串（5）并随油管下放到指定目的层后，通过地面投球装置进行一次投球，启动液氮泵车将密封球运送到震动压裂工具串（5）的震动触发处，达到预定压力后，球体破裂，高能气体通过释放装置进入到目的储层，随即进行大排量注入氮气，完成本次震动压裂；3）单层多次氮气震动压裂：在地面投球装置处重复投球，按照上述步骤2）的压裂步骤进行多次氮气震动压裂；4）多层多次氮气震动压裂：在上一目的层压裂完毕后，向上拖动震动压裂工具串（5）的杯型封隔器到下一目的层，按步骤3）重复投球震动，实现多层多次氮气震动压裂。所述的排液过程中，地面返排管线上安装有回收罐及火炬，火炬单元距离井口不少于50m。在地面投球装置投球后，液氮泵车启动时的排量为300m3/min；大排量注入时，排量不低于800m3/min。密封球的预定压力由密封球与震动压裂工具串球座之间的匹配性决定，预定压力与测试压力误差不超过10MPa。一种完成单井多层多次拖动式氮气震动压裂工艺的作业系统，包括液氮泵车、连续油管车、注入头和震动压裂工具串，液氮泵车的氮气输出管路分为两组，一组依次经连续油管车、注入头后进入震动压裂工具串，第二组直接通过油管接入井底。所述液氮泵车组氮气输出管路与连续油管车之间的连接管路以及井底管路管汇后外接有回收池。所述的震动压裂工具串包括由上到下依次连接的上封隔单元、震动触发单元、能量释放单元、压力记录单元、下封隔单元和导向引鞋，震动触发单元完成对投球密封球的震动，能量释放单元完成对密封球爆裂所产生的高能气体的释放，上封隔单元的顶端通过连续油管与地面压裂车泵车连接。所述的上封隔单元和下封隔单元分别至少包括两组杯型封隔器，上封隔单元的两组杯型封隔器的皮碗开口向下，下封隔单元的两组杯型封隔器的皮碗开口向上，上封隔单元和下封隔单元构成对高能气体的密封单元。所述的震动触发单元是一个具有缓冲性能的锥形球座，锥形球座的两端通道宽、中间通道窄，中间窄通道直径小于投球密封球直径，两端宽通道直径大于投球密封球直径。所述能量释放单元是一个两侧各有一个泄压孔的短节。所述压力记录单元包括承载体和存储式压力传感器，承载体采用实心油管，存储式压力传感器安装于实心油管端头。所述密封球的直径为38.1mm或34.9mm。本专利技术具有如下有益效果：（1）本专利技术采用氮气作为压裂介质，可实现对含有黏土矿物的煤储层中的压裂；（2）本专利技术能够补国内煤层气在氮气震动压裂领域的一项空白，单井多层多次拖动式氮气震动压裂工艺的研发，可以实现每口井的每个目的层均实现了多次震动压裂，既节省了时间，也降低了工具串的消耗强度；（3）震动压裂工具串的震动触发单元能实现对密封球的震动触发作用，震动及大排量注入氮气释放的高能气体，能够在煤基质中发展异常微裂缝网络系统并与原始裂隙沟通，提高煤储层渗透率，有效解决煤层气低产井、不产气井及高产转低产井的产能问题，解除近井地带阻塞，疏通产气通道；（4）压裂中不添加任何化学试剂，返排的氮气对环境也不造成任何污染，是一种清洁的压裂方式。附图说明图1为本专利技术的作业施工流程图；图2为震动压裂工具串的结构示意图；图3为震动触发单元的结构示意图；图4为能量释放单元的结构示意图；图中：1-液氮罐车、2-液氮压裂车、3-连续油管车、4-注入头、5-震动压裂工具串、6-节流管汇、7-回收池（泥浆池）、①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩-阀门；51-上封隔单元、52-震动触发单元、53-能量释放单元、54-压力记录单元、55-下封隔单元、56-导向引鞋、57-母扣、58-锥形球座、59-公扣、60-泄压孔。具体实施方式结合附图，对本专利技术的具体实施方式作进一步说明：本专利技术的施工流程如图1所示，完成氮气震动压裂工艺的作业系统包括液氮泵车组、连续油管车3、注入头4和震动压裂工具串5，液氮泵车的氮气输出管路分为两组，一组依次经连续油管车3、注入头4后进入震动压裂工具串5，第二组直接通过油管接入井底。所述液氮泵车组氮气输出管路与连续油管车3之间的连接管路以及井底管路管汇后外接有回收池。其中，液氮泵车至少设置两组，包括相连接的液氮罐车1和液氮压裂车2。管路之间可通过三通连接，在图1管路中的①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩位置处分别设有控制管路通断的球阀阀门。所述的震动压裂工具串5的结构如图2所示，包括由上到下依次连接的上封隔单51、震动触发单元52、能量释放单元53、压力记录单元54、下封隔单元55和导向引鞋56，震动触发单元52完成对投球密封球的震动，能量释放单元53完成对密封球爆裂所产生的高能气体的释放，上封隔单元51的顶端通过连续油管与地面压裂车泵车连接。该装置能满足震动、释放两项主要内容，且释放出的气体能进入到目的层位，各单元所起的作用如下：1）上、下杯型封隔器单元上封隔单元51和下封隔单元55分别至少包括两组杯型封隔器，上封隔单元51的两组杯型封隔器的皮碗开口向下，下封隔单元55的两组杯型封隔器的皮碗开口向上，上封隔单元51和下封隔单元55构成对高能气体的密封单元。上封隔器的作用是当震动触发单元动作，高压气体（N2）由连续油管向上下封隔器之间释放时，阻止气体向上泄漏的密封单元，下封隔器的作用是当震动触发单元动作，高压气体（N2）由连续油管向上下封隔器之间释放时，阻止气体向下泄漏的密封单元。2）震动触发单元如图3所示，该单元的设计为一个具有缓冲性能的锥形球座，锥形球座的两端通道宽、中间通道窄，中间窄通道直径小于投球密封球直径，两端宽通道直径大于投球密封球直径。在未投球前，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单井多层多次拖动式氮气震动压裂工艺，其特征在于，采用地面投球、打压、大排量注入氮气、拖动的施工程序实现对含有黏土矿物的煤储层的口井的每个目的层的多次震动压裂，具体的施工步骤为：1）排液及试压排液：下放油管至煤层气井完井底部，启动液氮泵车对井底进行氮气排液洗井工作，清洗后的井底气水混合物通过连续油管返出地面；试压：排液完成并待液氮泵车冷却后，进行管汇试压，若承压并稳压一定时间后无压降，则试压合格；其中，稳压值不小于60MPa，稳压时间不少于5min；2）单层单次氮气震动压裂：连接震动压裂工具串（5）并随油管下放到指定目的层后，通过地面投球装置进行一次投球，启动液氮泵车将密封球运送到震动压裂工具串（5）的震动触发处，达到预定压力后，球体破裂，高能气体通过释放装置进入到目的储层，随即进行大排量注入氮气，完成本次震动压裂；3）单层多次氮气震动压裂：在地面投球装置处重复投球，按照上述步骤2）的压裂步骤进行多次氮气震动压裂；4）多层多次氮气震动压裂：在上一目的层压裂完毕后，向上拖动震动压裂工具串（5）的杯型封隔器到下一目的层，按步骤3）重复投球震动，实现多层多次氮气震动压裂。

【技术特征摘要】
1.一种单井多层多次拖动式氮气震动压裂工艺，其特征在于，采用地面投球、打压、大排量注入氮气、拖动的施工程序实现对含有黏土矿物的煤储层的口井的每个目的层的多次震动压裂，具体的施工步骤为：1）排液及试压排液：下放油管至煤层气井完井底部，启动液氮泵车对井底进行氮气排液洗井工作，清洗后的井底气水混合物通过连续油管返出地面；试压：排液完成并待液氮泵车冷却后，进行管汇试压，若承压并稳压一定时间后无压降，则试压合格；其中，稳压值不小于60MPa，稳压时间不少于5min；2）单层单次氮气震动压裂：连接震动压裂工具串（5）并随油管下放到指定目的层后，通过地面投球装置进行一次投球，启动液氮泵车将密封球运送到震动压裂工具串（5）的震动触发处，达到预定压力后，球体破裂，高能气体通过释放装置进入到目的储层，随即进行大排量注入氮气，完成本次震动压裂；3）单层多次氮气震动压裂：在地面投球装置处重复投球，按照上述步骤2）的压裂步骤进行多次氮气震动压裂；4）多层多次氮气震动压裂：在上一目的层压裂完毕后，向上拖动震动压裂工具串（5）的杯型封隔器到下一目的层，按步骤3）重复投球震动，实现多层多次氮气震动压裂。2.根据权利要求1所述的单井多层多次拖动式氮气震动压裂工艺，其特征在于：在地面投球装置投球后，液氮泵车启动时的排量为300m3/min；大排量注入时，排量不低于800m3/min。3.根据权利要求2所述的单井多层多次拖动式氮气震动压裂工艺，其特征在于：密封球的预定压力由密封球与震动压裂工具串（5）球座之间的匹配性决定，预定压力与测试压力误差不超过10MPa。4.一种完成权利要求1至3任一所述单井多层多次拖动式氮气震动压裂工艺的作业系统，其特征在于：包括液氮泵车、连续油管车（3）、注入头（4）和震动压裂工具串（5），液氮泵车的氮气输出管路分为两组，一组依...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝春生，李军军，王维，田庆玲，贾晋生，牛晋忠，马杨鹏，侯海兵，管俊科，周成忠，
申请(专利权)人：山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：山西,14