一种煤层气井径向微井眼钻孔、水力压裂参数的确定方法技术

本发明专利技术公开了一种煤层气井的径向微井眼钻孔、水力压裂参数的确定方法，适用于目标煤层上下部为碎裂煤、中部为粉煤，且目标煤层的上下方为隔层的煤体结构，所述煤层气井的井眼轨迹与目标煤层层理面的夹角在0°～20°之间，且处于目标煤层段的井眼轨迹的曲率小于8°/25m；包括：确定水力喷射径向微井眼的钻孔位置，确定水力喷射径向微井眼的钻孔参数与钻孔施工参数和确定水力压裂参数。该确定方法能为煤层气地面压裂开采提供参数指导，提高煤层气单井开采产量。

A method for determining radial micro borehole drilling parameters and hydraulic fracturing parameters in coalbed methane wells

The invention discloses a method for determining the radial micro-hole drilling and hydraulic fracturing parameters of a coalbed methane well, which is suitable for the coal body structure with the upper and lower parts of the target coal seam being fractured coal and the middle part being pulverized coal, and the upper and lower parts of the target coal seam being separated layer. The borehole trajectory of the coalbed methane well and the angle between the target coal bed bedding surface and the target coal seam bedding surface are between 0 degrees and 20 degrees. Meanwhile, the curvature of the borehole trajectory in the target coal seam is less than 8 degrees/25m, including: determining the location of the hydraulic jet radial micro-borehole, determining the drilling parameters of the hydraulic jet radial micro-borehole and the drilling operation parameters and determining the hydraulic fracturing parameters. This method can provide parameter guidance for surface fracturing of coalbed methane and improve single well production of coalbed methane.

【技术实现步骤摘要】
一种煤层气井径向微井眼钻孔、水力压裂参数的确定方法
本专利技术涉及煤层气地面压裂开发领域，具体涉及一种煤层气井径向微井眼钻孔、水力压裂参数的确定方法。
技术介绍
水力喷射径向微井眼钻孔技术是根据高压水射流破岩钻孔原理，利用从喷嘴喷出的高速水流射到岩层上通过动能的转化最后打穿岩层形成一个微小井眼孔，该技术已在国内外各大油田开展了广泛的现场试验与应用，并取得了非常好的应用效果。国内方面，水力喷射径向微井眼钻孔技术在辽河油田、大庆油田、吐哈、江苏油田、胜利油田、宝浪油田、华北油田、吉林油田、华东局、冀东油田、华北煤层气分公司等进行了应用，涉及岩性有碳酸岩、砂岩、煤岩、泥页岩、泥质粉砂岩及火山岩多种岩性，主要用途为常规油气井改善注水、老井增产、底水发育井挖潜、煤层气开发。虽然水力喷射径向微井眼钻孔技术进行了大量的现场应用，但是水力喷射径向微井眼钻孔与压裂相结合的机理和参数研究比较少。常规煤层气井以活性水压裂为主，压裂液粘度非常低，携砂能力差，煤岩压裂过程中，煤层气井压裂具有滤失量大、有效压裂裂缝短、裂缝方向难以控制等特点。而煤层气高产稳产的根本条件为降压范围、解吸范围大，常规压裂井由于有效裂缝短，导致排采后期解吸面积难以扩大，无法最大限度提升单井产量和产能，并且常规水力压裂以射孔完井或者水力喷射射孔完井为主，孔眼直径较小、长度较短，一般射孔孔眼长度在2米以内，压裂过程中容易发生多点起裂，井筒地带形成多条压裂裂缝，加剧了井筒附近的裂缝干扰，压裂裂缝宽度较小，易发生砂堵，增加压裂施工难度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种煤层气井径向微井眼钻孔、水力压裂参数的确定方法，为煤层气地面压裂开采提供参数指导，以提高煤层气单井开采产量。本专利技术所述的煤层气井的径向微井眼钻孔、水力压裂参数的确定方法，适用于目标煤层上下部为碎裂煤、中部为粉煤，且目标煤层的上下方为隔层的煤体结构，所述煤层气井的井眼轨迹与目标煤层层理面的夹角在0°～20°之间，且处于目标煤层段的井眼轨迹的曲率小于8°/25m；包括：第一步、确定水力喷射径向微井眼的钻孔位置；第二步、确定水力喷射径向微井眼的钻孔参数与钻孔施工参数；第三步、确定水力压裂参数。确定水力喷射径向微井眼的钻孔位置的步骤包括：第一步、获取目标煤层上下部碎裂煤、中部粉煤和上下隔层的厚度、孔隙度、渗透率、含气性、弹性模量、泊松比、抗拉强度、剪切强度和地应力参数。第二步、利用目标煤层上下部碎裂煤、中部粉煤和上下隔层的厚度、孔隙度、渗透率、弹性模量、泊松比、抗拉强度、剪切强度、地应力参数，以及设定的水力喷射径向微井眼钻孔长度、施工总液量、施工排量，通过有限元数值模拟方法和损伤力学理论，建立上部和下部碎裂煤层的径向微井眼钻孔压裂裂缝扩展模型，得到上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的一组压裂缝网分布长度和分布宽度，以及下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的一组压裂缝网分布长度和分布宽度。第三步、改变水力喷射径向微井眼钻孔长度和/或施工总液量和/或施工排量的设定值x-1次，并重复第二步x-1次，得到上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的x-1组压裂缝网分布长度和分布宽度，以及下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的x-1组压裂缝网分布长度和分布宽度。第四步、在上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的x组压裂缝网分布长度和分布宽度中剔除不符合开采需求的y1组压裂缝网分布长度和分布宽度；在下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的x组压裂缝网分布长度和分布宽度中剔除不符合开采需求的y2组压裂缝网分布长度和分布宽度。第五步、利用上部碎裂煤的厚度、含气性和剩余的上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的x-y1组压裂缝网分布长度和分布宽度，通过油藏数值模拟方法，建立上部碎裂煤压裂改造后的产量评价数值模型，得到上部碎裂煤压裂改造后的x-y1个累计产气量，选择其中累计产气量最大的一个，作为上部碎裂煤压裂改造后的最终产气量。第六步、利用下部碎裂煤的厚度、含气性和剩余的下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的x-y2组压裂缝网分布长度和分布宽度，通过油藏数值模拟方法，建立下部碎裂煤压裂改造后的产量评价数值模型，得到下部碎裂煤压裂改造后的x-y2个累计产气量，选择其中累计产气量最大的一个，作为下部碎裂煤压裂改造后的最终产气量。第七步、判断上部碎裂煤压裂改造后的最终产气量是否大于下部碎裂煤压裂改造后的最终产气量，如果是，则将上部碎裂煤层作为水力喷射径向微井眼的钻孔位置，否则将下部碎裂煤层作为水力喷射径向微井眼的钻孔位置。所述上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的压裂缝网分布长度和分布宽度，以及下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的压裂缝网分布长度和分布宽度，也能够通过上部、下部碎裂煤层的压裂缝网分布长度和分布宽度拟合公式计算得到。其中，上部、下部碎裂煤层的压裂缝网分布长度拟合公式为：上部、下部碎裂煤层的压裂缝网分布宽度拟合公式为：式(1)、(2)中，Dl表示上部或者下部碎裂煤层的压裂缝网分布长度，Dw表示上部或者下部碎裂煤层的压裂缝网分布宽度；n′1、n′2、n′3、n′4、n′5、n′6为常数，表示上部或者下部碎裂煤层的压裂缝网分布长度相关系数；a1、b1、c1、d1、e1为常数，表示上部或者下部碎裂煤层的压裂缝网分布长度函数指数；n"1、n"2、n"3、n"4、n"5、n"6为常数，表示上部或者下部碎裂煤层的压裂缝网分布宽度相关系数；a2、b2、c2、d2、e2为常数，表示上部或者下部碎裂煤层的压裂缝网分布宽度函数指数；L表示水力喷射径向微井眼钻孔长度，Kh表示上部或者下部碎裂煤水平主应力差异系数，σH-max表示上部或者下部碎裂煤水平最大主应力，σH-min表示上部或者下部碎裂煤水平最小主应力；dc表示上部或者下部碎裂煤厚度，dg表示上隔层或者下隔层厚度，Qt表示施工总液量，Qh表示施工排量，Ec表示上部或者下部碎裂煤弹性模量，Emax为常数，表示目标煤层最大弹性模量。所述上部、下部碎裂煤层的压裂缝网分布长度和分布宽度拟合公式，通过如下方式获得：第一步、利用目标煤层上下部碎裂煤、中部粉煤和上下隔层的厚度、孔隙度、渗透率、弹性模量、泊松比、抗拉强度、剪切强度、地应力参数，以及设定的水力喷射径向微井眼钻孔长度、施工总液量、施工排量，通过有限元数值模拟方法和损伤力学理论，建立上部和下部碎裂煤层的径向微井眼钻孔压裂裂缝扩展模型，得到上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的一组压裂缝网分布长度和分布宽度，以及下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的一组压裂缝网分布长度和分布宽度。第二步、改变水力喷射径向微井眼钻孔长度和/或施工总液量和/或施工排量的设定值r-1次，并重复第一步r-1次，得到上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的r-1组压裂缝网分布长度和分布宽度，以及下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的r-1组压裂缝网分布长度和分布宽度。第三步、利用r组水力喷射径向微井眼钻孔长度和/或施工总液量和/或施工排量的设定值，以及上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的r个压裂缝网分布长度、下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的r个压裂缝网分布长度，进行拟合，得到式(1)的上部、下部碎裂煤层的压裂缝网分布长度拟合公式。第四步、利用r组水力喷射径本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤层气井的径向微井眼钻孔、水力压裂参数的确定方法，其特征在于，适用于目标煤层上下部为碎裂煤、中部为粉煤，且目标煤层的上下方为隔层的煤体结构，所述煤层气井的井眼轨迹与目标煤层层理面的夹角在0°～20°之间，且处于目标煤层段的井眼轨迹的曲率小于8°/25m；包括：第一步、确定水力喷射径向微井眼的钻孔位置；第二步、确定水力喷射径向微井眼的钻孔参数与钻孔施工参数；第三步、确定水力压裂参数。

【技术特征摘要】
1.一种煤层气井的径向微井眼钻孔、水力压裂参数的确定方法，其特征在于，适用于目标煤层上下部为碎裂煤、中部为粉煤，且目标煤层的上下方为隔层的煤体结构，所述煤层气井的井眼轨迹与目标煤层层理面的夹角在0°～20°之间，且处于目标煤层段的井眼轨迹的曲率小于8°/25m；包括：第一步、确定水力喷射径向微井眼的钻孔位置；第二步、确定水力喷射径向微井眼的钻孔参数与钻孔施工参数；第三步、确定水力压裂参数。2.根据权利要求1所述的煤层气井径向微井眼钻孔、水力压裂参数的确定方法，其特征在于，确定水力喷射径向微井眼的钻孔位置的步骤包括：第一步、获取目标煤层上下部碎裂煤、中部粉煤和上下隔层的厚度、孔隙度、渗透率、含气性、弹性模量、泊松比、抗拉强度、剪切强度和地应力参数；第二步、利用目标煤层上下部碎裂煤、中部粉煤和上下隔层的厚度、孔隙度、渗透率、弹性模量、泊松比、抗拉强度、剪切强度、地应力参数，以及设定的水力喷射径向微井眼钻孔长度、施工总液量、施工排量，通过有限元数值模拟方法和损伤力学理论，建立上部和下部碎裂煤层的径向微井眼钻孔压裂裂缝扩展模型，得到上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的一组压裂缝网分布长度和分布宽度，以及下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的一组压裂缝网分布长度和分布宽度；第三步、改变水力喷射径向微井眼钻孔长度和/或施工总液量和/或施工排量的设定值x-1次，并重复第二步x-1次，得到上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的x-1组压裂缝网分布长度和分布宽度，以及下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的x-1组压裂缝网分布长度和分布宽度；第四步、在上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的x组压裂缝网分布长度和分布宽度中剔除不符合开采需求的y1组压裂缝网分布长度和分布宽度；在下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的x组压裂缝网分布长度和分布宽度中剔除不符合开采需求的y2组压裂缝网分布长度和分布宽度；第五步、利用上部碎裂煤的厚度、含气性和剩余的上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的x-y1组压裂缝网分布长度和分布宽度，通过油藏数值模拟方法，建立上部碎裂煤压裂改造后的产量评价数值模型，得到上部碎裂煤压裂改造后的x-y1个累计产气量，选择其中累计产气量最大的一个，作为上部碎裂煤压裂改造后的最终产气量；第六步、利用下部碎裂煤的厚度、含气性和剩余的下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的x-y2组压裂缝网分布长度和分布宽度，通过油藏数值模拟方法，建立下部碎裂煤压裂改造后的产量评价数值模型，得到下部碎裂煤压裂改造后的x-y2个累计产气量，选择其中累计产气量最大的一个，作为下部碎裂煤压裂改造后的最终产气量；第七步、判断上部碎裂煤压裂改造后的最终产气量是否大于下部碎裂煤压裂改造后的最终产气量，如果是，则将上部碎裂煤层作为水力喷射径向微井眼的钻孔位置，否则将下部碎裂煤层作为水力喷射径向微井眼的钻孔位置。3.根据权利要求2所述的煤层气井径向微井眼钻孔、水力压裂参数的确定方法，其特征在于：所述上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的压裂缝网分布长度和分布宽度，以及下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的压裂缝网分布长度和分布宽度，能通过上部、下部碎裂煤层的压裂缝网分布长度和分布宽度拟合公式计算得到；其中，上部、下部碎裂煤层的压裂缝网分布长度拟合公式为：上部、下部碎裂煤层的压裂缝网分布宽度拟合公式为：式(1)、(2)中，Dl表示上部或者下部碎裂煤层的压裂缝网分布长度，Dw表示上部或者下部碎裂煤层的压裂缝网分布宽度；n′1、n′2、n′3、n′4、n′5、n′6为常数，表示上部或者下部碎裂煤层的压裂缝网分布长度相关系数；a1、b1、c1、d1、e1为常数，表示上部或者下部碎裂煤层的压裂缝网分布长度函数指数；n"1、n"2、n"3、n"4、n"5、n"6为常数，表示上部或者下部碎裂煤层的压裂缝网分布宽度相关系数；a2、b2、c2、d2、e2为常数，表示上部或者下部碎裂煤层的压裂缝网分布宽度函数指数；L表示水力喷射径向微井眼钻孔长度，Kh表示上部或者下部碎裂煤水平主应力差异系数，σH-max表示上部或者下部碎裂煤水平最大主应力，σH-min表示上部或者下部碎裂煤水平最小主应力；dc表示上部或者下部碎裂煤厚度，dg表示上隔层或者下隔层厚度，Qt表示施工总液量，Qh表示施工排量，Ec表示上部或者下部碎裂煤弹性模量，Emax为常数，表示目标煤层最大弹性模量。4.根据权利要求3所述的煤层气井径向微井眼钻孔、水力压裂参数的确定方法，其特征在于，所述上部、下部碎裂煤层的压裂缝网分布长度和分布宽度拟合公式，通过如下方式获得：第一步、利用目标煤层上下部碎裂煤、中部粉煤和上下隔层的厚度、孔隙度、渗透率、弹性模量、泊松比、抗拉强度、剪切强度、地应力参数，以及设定的水力喷射径向微井眼钻孔长度、施工总液量、施工排量，通过有限元数值模拟方法和损伤力学理论，建立上部和下部碎裂煤层的径向微井眼钻孔压裂裂缝扩展模型，得到上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的一组压裂缝网分布长度和分布宽度，以及下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的一组压裂缝网分布长度和分布宽度；第二步、改变水力喷射径向微井眼钻孔长度和/或施工总液量和/或施工排量的设定值r-1次，并重复第一步r-1次，得到上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的r-1组压裂缝网分布长度和分布宽度，以及下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的r-1组压裂缝网分布长度和分布宽度；第三步、利用r组水力喷射径向微井眼钻孔长度和/或施工总液量和/或施工排量的设定值，以及上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的r个压裂缝网分布长度、下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的r个压裂缝网分布长度，进行拟合，得到式(1)的上部、下部碎裂煤层的压裂缝网分布长度拟合公式；第四步、利用r组水力喷射径向微井眼钻孔长度和/或施工总液量和/或施工排量的设定值，以及上部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的r个压裂缝网分布宽度、下部碎裂煤层钻一个径向微井眼孔条件下的r个压裂缝网分布宽度，进行拟合，得到式(2)的上部、下部碎...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘林华，张烨，陆朝晖，贺培，张义，蒙春，康远波，董兵强，
申请(专利权)人：重庆地质矿产研究院，
类型：发明
国别省市：重庆,50