一種煤層自生氣壓裂液及其施工工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于煤層壓裂技術領域，具體涉及一種煤層自生氣壓裂液及其施工工藝。
【背景技術】
[0002]我國煤層氣儲層具有低滲透性、低儲層壓力和低含氣飽和度的“三低”特點，嚴重制約著煤層氣資源的開發利用。若要實現煤層氣的商業化開采，必須對煤儲層進行強化改造，改善滲透性，增加含氣飽和度，提高儲層壓力。現有的技術方法主要集中在煤儲層的增透改造，并未改善煤儲層的含氣飽和度和儲層壓力。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提供一種煤層自生氣壓裂液，同時提供了利用該壓裂液進行施工的施工工藝。
[0004]為實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
一種煤層自生氣壓裂液，由46-49wt%氯化銨溶液、23-26wt%亞硝酸鈉溶液和激活劑組成，其中氯化銨溶液與亞硝酸鈉溶液的質量比為1: 1，激活劑的類型和用量根據儲層壓力、溫度獲得。
[0005]激活劑濃度選擇的基本原則為:儲層壓力< 5MPa時，激活劑的濃度為1000-3000ppm ;儲層壓力5_9MPa時，激活劑的濃度為3000-9000ppm ;儲層壓力> 9MPa時，激活劑的濃度為9000-12000ppm。
[0006]激活劑采用常溫下穩定性較好、酸性較弱的酸(本領域技術人員可根據常規技術進行選擇)，可以是固體酸，也可以是液體酸；所述激活劑濃度同時滿足以下條件:激活劑使壓裂液PH為5-6，產氣峰值在氯化銨溶液和亞硝酸鈉溶液混合后53-57min，產氣峰值持續時間為6-9min，且最終反應體系氣液比最大。
[0007]利用上述煤層自生氣壓裂液進行施工，當煤層自生氣壓裂液進行水力壓裂時，包括以下步驟:
(1)選擇進行壓裂改造的地面煤層氣井；
(2)根據選定的進行壓裂改造的地面煤層氣井的儲層壓力、溫度在實驗室條件下確定激活劑的類型和濃度；根據壓裂液數量，確定氯化銨溶液、亞硝酸鈉溶液和激活劑的總量；
(3)煤層自生氣壓裂液一般作為前置液使用，亦可作為攜砂液代替活性水使用；施工時，將氯化銨溶液、亞硝酸鈉溶液和激活劑采用不同泵組分源在井口混合后注入煤層，進行水力壓裂，水力壓裂結束后至少3h，確保自生氣壓裂液反應完全，再開始返排壓裂液；
(4)效果檢驗，主要指標包括儲層壓力、含氣飽和度和煤層氣井的臨界解吸壓力、日產氣量、最終采收率。
[0008]上述施工工藝步驟(4)中水力壓裂既包括煤層氣井的首次水力壓裂，也含有煤層氣井的二次壓裂改造和解堵施工。
[0009]當煤層自生氣壓裂液與其他非活性水壓裂液聯合壓裂時，包括以下步驟: (1)選擇進行壓裂改造的地面煤層氣井；
(2)根據選定的進行壓裂改造的地面煤層氣井的儲層壓力、溫度在實驗室條件下確定激活劑的類型和濃度；根據壓裂液數量，確定氯化銨溶液、亞硝酸鈉溶液和激活劑的總量(本領域技術人員可以根據常規技術做出，故具體過程不再贅述)；
(3)將壓裂液分別注入煤層，進行壓裂，煤層自生氣壓裂液與其他非活性水壓裂液之間要泵入20-30m3的活性水壓裂液進行隔離，壓裂結束后至少3h，確保自生氣壓裂液反應完全，再開始返排壓裂液。
[0010](4)效果檢驗，主要指標包括儲層壓力、含氣飽和度和煤層氣井的臨界解吸壓力、
日產氣量、最終采收率。
[0011 ] 上述兩種施工工藝中，自生氣壓裂液返排時不需伴注助排劑(助排劑為液氮、氮氣泡沫、二氧化碳或二氧化碳泡沫)
本發明利用氯化銨與亞硝酸鈉的水溶液在激活劑的作用下發生反應，釋放出的熱量和氣體在煤層中通過徑向和垂向傳導作用可以大幅度的提高近井地帶的溫度和地層壓力。壓裂液釋放出的大量高能氮氣能夠進入液體無法進入的孔隙，破壞毛細管阻力，提高裂縫導流能力。通過控制激活劑的用量，可自主控制生熱產氣峰值和生熱產氣速度，確保在完成造縫之后迎來生熱峰值。本發明可改善煤儲層滲透性，增加含氣飽和度，提高儲層壓力，提高單井日產氣量和最終采收率，且反應產物對儲層不造成污染和傷害。
[0012]本發明自生氣壓裂液，與傳統的伴注液氮壓裂液相比，只需要常規壓裂施工設備，不需要液氮增能壓裂注入裝備。傳統的伴注液氮壓裂液中液氮增能壓裂注入裝置設備相對龐大，成本相對高，注氣組織施工工序相對復雜。自生氣壓裂液無需改變原有壓裂施工設備，具有經濟投入少、功能作用多、可操作性強、工藝簡便，安全性高等特點，還能夠有效減少伴注液氮對煤儲層造成的冷傷害。本發明壓裂液我國低滲、低壓、低溫煤儲層具有較強的針對性和較好的應用前景。
【具體實施方式】
[0013]下面結合實施例對本發明作進一步的說明，但本發明的保護范圍并不僅限于此。
[0014]實施例1
煤層自生氣壓裂液，由47.5wt%氯化銨溶液、24.5wt%亞硝酸鈉溶液和激活劑組成，其中47.5wt%氯化銨溶液與24.5 wt %亞硝酸鈉溶液的質量比為1:1，選用固體草酸作為激活劑。
[0015]當煤層自生氣壓裂液進行水力壓裂時，包括以下步驟:
(1)選擇進行壓裂改造的地面煤層氣井；
(2)經檢測，煤層氣井的儲層壓力為7MPa、儲層溫度20°C，在實驗室條件下確定草酸溶液的濃度為6000ppm ;根據壓裂液數量，確定47.5wt%氯化銨溶液、24.5 wt %亞硝酸鈉溶液和固體草酸的總量；
(3)煤層自生氣壓裂液作為前置液使用；施工時，將氯化銨溶液、亞硝酸鈉溶液和草酸溶液采用不同泵組分源在井口混合后注入煤層，進行水力壓裂，水力壓裂結束后4h，此時自生氣壓裂液反應完全，開始返排壓裂液；
(4)效果檢驗，主要指標包括儲層壓力、含氣飽和度和煤層氣井的臨界解吸壓力、日產氣量、最終采收率。
[0016]上述施工工藝步驟(4)中水力壓裂既包括煤層氣井的首次水力壓裂，也含有煤層氣井的二次壓裂改造和解堵施工。
[0017]實施例2
煤層自生氣壓裂液，由46wt%氯化銨溶液、26wt %亞硝酸鈉溶液和激活劑組成，其中46wt%氯化銨溶液與26wt %亞硝酸鈉溶液的質量比為1: 1，選用固體草酸作為激活劑。
[0018]當煤層自生氣壓裂液與其他非活性水壓裂液聯合壓裂時，包括以下步驟:
(1)選擇進行壓裂改造的地面煤層氣井；
(2)煤層氣井的儲層壓力為6MPa、儲層溫度20°C，在實驗室條件下確定草酸溶液的濃度為5000ppm ;根據壓裂液數量，確定氯化銨溶液、亞硝酸鈉溶液和固體草酸的總量；
(3)將壓裂液分別注入煤層，進行壓裂，煤層自生氣壓裂液與其他非活性水壓裂液之間要泵入25m3的活性水壓裂液進行隔離，壓裂結束后5h，此時自生氣壓裂液反應完全，開始返排壓裂液。
[0019](4)效果檢驗，主要指標包括儲層壓力、含氣飽和度和煤層氣井的臨界解吸壓力、日產氣量、最終采收率。
[0020]實施例3
煤層自生氣壓裂液，由49wt%氯化銨溶液、23wt %亞硝酸鈉溶液和激活劑組成，其中49wt%氯化銨溶液與23wt %亞硝酸鈉溶液的質量比為1: 1，選用固體草酸作為激活劑。
[0021]當煤層自生氣壓裂液進行水力壓裂時，包括以下步驟:
(1)選擇進行壓裂改造的地面煤層氣井；
(2)經檢測，煤層氣井的儲層壓力為4MPa、儲層溫度23°C，在實驗室條件下確定草酸溶液的濃度為2000ppm ;根據壓裂液數量，確定49wt%氯化銨溶液、23wt %亞硝酸鈉溶液和固體草酸的總量；
(3)煤層自生氣壓裂液作為攜砂液使用；施工時，將氯化銨溶液、亞硝酸鈉溶液和草酸溶液采用不同泵組分源在井口混合后注入煤層，進行水力壓裂，水力壓裂結束后3.5h，此時自生氣壓裂液反應完全，開始返排壓裂液；
(4)效果檢驗，主要指標包括儲層壓力、含氣飽和度和煤層氣井的臨界解吸壓力、日產氣量、最終采收率。
【主權項】
1.一種煤層自生氣壓裂液，其特征在于，由46-49wt%氯化銨溶液、23-26wt%亞硝酸鈉溶液和激活劑組成，其中氯化銨溶液與亞硝酸鈉溶液的質量比為1: 1，激活劑的類型和用量根據儲層壓力、溫度獲得。
2.如權利要求1所述的煤層自生氣壓裂液，其特征在于，儲層壓力<5MPa時，激活劑的濃度為1000-3000ppm ;儲層壓力5_9MPa時，激活劑的濃度為3000-9000ppm ;儲層壓力>9MPa時，激活劑的濃度為9000-12000ppm。
3.如權利要求2所述的煤層自生氣壓裂液，其特征在于，所述激活劑濃度滿足以下條件:激活劑使壓裂液pH為5-6，產氣峰值在氯化銨溶液和亞硝酸鈉溶液混合后53-57min，產氣峰值持續時間為6-9min，且最終反應體系氣液比最大。
4.如權利要求1或2所述的煤層自生氣壓裂液壓裂施工工藝，其特征在于，當煤層自生氣壓裂液進行水力壓裂時，包括以下步驟: (I)根據選定的進行壓裂改造的地面煤層氣井的儲層壓力、溫度在實驗室條件下確定激活劑的類型和濃度； (2 )將氯化銨溶液、亞硝酸鈉溶液和激活劑采用不同泵組分源在井口混合后注入煤層，進行水力壓裂，水力壓裂結束后至少3h再開始返排壓裂液。
5.如權利要求1或2所述的煤層自生氣壓裂液壓裂施工工藝，其特征在于，當煤層自生氣壓裂液與其他非活性水壓裂液聯合壓裂時，包括以下步驟: (1)根據選定的進行壓裂改造的地面煤層氣井的儲層壓力、溫度在實驗室條件下確定激活劑的類型和濃度； (2)將壓裂液分別注入煤層，進行壓裂，煤層自生氣壓裂液與其他非活性水壓裂液之間要泵入20-30m3的活性水壓裂液進行隔離，壓裂結束后至少3h再開始返排壓裂液。
【專利摘要】本發明公開了一種煤層自生氣壓裂液，由46-49wt%氯化銨溶液、23-26wt%亞硝酸鈉溶液和激活劑組成，其中氯化銨溶液與亞硝酸鈉溶液的質量比為1∶1，激活劑的類型和用量根據儲層壓力、溫度獲得。同時提供了利用該壓裂液進行施工的施工工藝，本發明自生氣壓裂液無需改變原有壓裂施工設備，具有經濟投入少、功能作用多、可操作性強、工藝簡便，安全性高等特點，還能夠有效減少伴注液氮對煤儲層造成的冷傷害，可改善煤儲層滲透性，增加含氣飽和度，提高儲層壓力，提高單井日產氣量和最終采收率，且反應產物對儲層不造成污染和傷害。本發明壓裂液我國低滲、低壓、低溫煤儲層具有較強的針對性和較好的應用前景。
【IPC分類】E21B43-26
【公開號】CN104790933
【申請號】CN201510238210
【發明人】蘇現波, 宋金星, 蘇黎楠, 張士偉, 司青
【申請人】河南理工大學
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年5月12日