專利名稱：透鏡狀天然氣地層的激發(fā)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及了激發(fā)具有透鏡狀含氣地層特征的天然氣儲藏區(qū)的開采。更具體地說，本發(fā)明涉及了采用密封球的優(yōu)化開采方法，多段壓裂已適當(dāng)相隔的各個井和已穿孔的各個區(qū)。
背景技術(shù)：
水力壓裂是激發(fā)地下含碳?xì)浠衔锏貙娱_采的已知技術(shù)。在常見的操作中，在靠近地層的一個井孔的一個間隔上穿孔，并且用泵把壓裂液體壓入地層，其壓力足以使地層同時沿著離開井孔的橫向和沿著井孔長度的垂直方向產(chǎn)生裂縫。通常把如砂石或鋁礬土的支撐料與壓裂液體混合，以便進入裂縫并且一旦壓力降低時保持裂縫張開。這種作業(yè)提高了地層的開采率，從而也增加了碳?xì)浠衔锏纳a(chǎn)率。
水力壓裂已成功地應(yīng)用于多種類型的碳?xì)浠衔锏貙?，特別是滲透性低的儲藏區(qū)，它要求進行激發(fā)來加速開采率，達到可以節(jié)省地開發(fā)儲藏區(qū)的流速。偶爾，不得不修改常規(guī)的壓裂技術(shù)來激發(fā)一個儲藏區(qū)。例如，有些儲藏區(qū)具有許多含碳?xì)浠衔锏牡貙樱鼈冄刂椎拈L度方向垂直地堆積，并且被基本上不滲透的、不含碳?xì)浠衔锏牡貙臃珠_。已經(jīng)開發(fā)了可使每個地層連續(xù)壓裂的技術(shù)。采用臨時的措施來封閉相鄰于已壓裂地層的穿孔，同時在同一地層或另一地層中的不同深度上進行下一個壓裂作業(yè)。采用如橋式栓塞和壓實器的機械裝置來隔開作業(yè)區(qū)，最近，已采用便宜的密封球來進行多區(qū)壓裂。
雖然水力壓裂技術(shù)已發(fā)展到可以節(jié)省地開采許多低滲透性的碳?xì)浠衔锏貙?，但某些類型的天然氣儲藏區(qū)仍難以節(jié)省地壓裂開采；具體地說，該儲藏區(qū)的特征在于在有限地域范圍內(nèi)具有不連續(xù)的透鏡狀含氣砂石沉積物。這些透鏡狀的砂石往往也是“緊密”的，這意味著它們具有低或極低滲透性的特征。這種緊密氣體儲藏區(qū)的主要例子是美國西部Rocky山區(qū)中的各個盆地(Greater Green River、Piceance、Wind River和Uinta)，它們在厚地層中包含著無數(shù)的透鏡狀緊密氣體砂石。這四個盆地已被斷定是美國最大的未開發(fā)氣體資源，包括多達227×1012立方米(8000×1012立方英尺)的可采收氣體。這些巨大的氣體資源基本上保持未開發(fā)狀態(tài)，因為至今尚無開發(fā)這些資源的節(jié)省方法。
對于開發(fā)具有緊密透鏡狀氣體沉積物地層的壓裂技術(shù)，已經(jīng)引起了眾多的注意。由于可采收氣體的巨大儲備基地，美國能源部、政府和私人研究室、大學(xué)和私人部門均已進行了大量的研究，試圖開發(fā)壓裂技術(shù)來節(jié)省地開采透鏡狀地層。至今，這些努力基本上未取得成功。
開始試圖進入緊密透鏡狀地層的方法是核激發(fā)。在該計劃下，在大直徑的井孔內(nèi)引爆了核爆炸裝置，在爆炸周圍區(qū)域中產(chǎn)生了大的枝狀裂縫區(qū)。這種試驗的最大一次是在科羅來達州Rio Blanco附近一個透鏡狀氣體地層中的核爆炸，威力相當(dāng)于90,000噸的炸藥。除了與核激發(fā)有關(guān)的明顯的環(huán)境、健康和安全問題之外，該試驗在釋放大量儲存氣體方面沒有成功。對爆炸壓裂缺乏控制和隨后枝狀裂縫的閉合，使得核激發(fā)計劃遠(yuǎn)未達到預(yù)計的氣體激發(fā)結(jié)果。
在1970年代初，選用于激發(fā)緊密透鏡狀氣體地層的下一個方法是一個新的過程，稱為大量水力壓裂(MHF)，它設(shè)想采用非常大量的壓裂液體和支撐料來建立一條非常長的裂縫，長度達1.6公里(1英里)或以上。在能源部的主持下，聯(lián)合的工業(yè)財團在Rio Blanco區(qū)域試驗了MHF作業(yè)。為了說明這個計劃，在MHF試驗期間，一個裂縫作業(yè)把398,250kg(878,000磅)的砂支撐料噴射到一個28m(91英尺)的地層區(qū)段內(nèi)。盡管該MHF產(chǎn)生了約564m(1,850英尺)的動態(tài)裂縫長度和約267m(875英尺)的被支撐裂縫長度，在開采30天之后最終的被激發(fā)氣體流率僅為3,880標(biāo)準(zhǔn)立方米/天(137千標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/天)。(這里所用的術(shù)語“動態(tài)裂縫長度”是指雙翼裂縫的一個翼的長度，它從井孔到由壓裂液體產(chǎn)生的一個裂縫頂端為止，而術(shù)語“被支撐裂縫長度”，或簡稱“裂縫長度”，是支撐料從井孔開始達到的距離。)在Rio Blanco試驗期間，采用各種MHF規(guī)模激發(fā)了5個區(qū)域。被激發(fā)的開采水平低到令人失望，通常小于5,600立方米/天(200千標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/天)，壓裂后看到的最高開采率是約6,230立方米/天(220千標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/天)；遠(yuǎn)低于開采一年后約42,500立方米/天(1,500千標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/天)的所希望的流率，這個流率是達到節(jié)省地開采上述礦井所需的流率。
與Rio Blanco計劃無關(guān)，在1970年代末，在激發(fā)透鏡狀重油地層中取得了多段壓裂技術(shù)的提高[“委內(nèi)瑞拉Maracaibo湖中瀝青深井和淺井的激發(fā)”，世界石油會議，1979年，布加勒斯特，羅馬尼亞，P.D.7(1)(WPC報告)]。利用密封球轉(zhuǎn)向器來達到該技術(shù)的提高。WPC報告說明了完善帶有有限穿孔層的礦井，能使壓裂的每一段張開一個單獨的裂縫，裂縫僅與一組穿孔相連通。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，裂縫作業(yè)的每一段張開約30米(100英尺)的垂直區(qū)。采用在每3m(10英尺)上每米打3個孔(每英尺1個)的低穿孔密度，并結(jié)合在適當(dāng)時間釋放密封球，容許激發(fā)被一個給定礦井穿透的所有油砂石。雖然WPC報告討論了重油透鏡狀地層的多段壓裂，但它沒有提到根據(jù)油砂石尺寸、分布和位置來控制裂縫傳播的方法或技術(shù)。由于這些油砂石具有1-100mD范圍的高滲透性，它們的激發(fā)并不精確地相應(yīng)于緊密氣體儲藏區(qū)(其特征是具有如砂石礦體的透鏡狀沉積物)的激發(fā)開采。事實上，WPC報告建議，如果采用便宜的高滲透性支撐料來替代砂子，則較長的裂縫可使油砂石得到更大的激發(fā)。但是，如上所述，在透鏡狀砂石的緊密氣體儲藏區(qū)中，很長的MHF裂縫不能達到所希望的結(jié)果。
Rio Blanco計劃的失敗導(dǎo)致了在1980年代的多井試驗計劃(MWX)，它明確地研究了水力裂縫的形狀和液流能力，試圖提高氣體激發(fā)的效益。MWX包括三個井孔，在總深度上相隔約46m(150英尺)，因此其中兩個井孔可用于密切觀察和監(jiān)測在第一個井孔中所作的壓裂作業(yè)。MWX井中的大多數(shù)壓裂噴射是小到中等規(guī)模，因而監(jiān)測井可以敏感到整個壓裂區(qū)的信號。(例如，在一個試驗中，被支撐裂縫長度僅為65m(214英尺)左右。)該工作導(dǎo)致這樣的結(jié)論在這些緊密氣體砂石中形成的水力裂縫沒有內(nèi)在的錯誤，也就是說，裂縫長度、寬度和高度均是預(yù)計的尺寸。
接在MWX計劃之后在同一地點進行了M-地點計劃，它繼續(xù)測量水力裂縫參數(shù)，直到1996年底為止。在這整個時間中，致力于提高現(xiàn)有技術(shù)來更節(jié)省地開采Rocky山區(qū)的透鏡狀砂石。如在SPE報告35,630[“開采大量堆積透鏡狀砂石的先進技術(shù)”，1996年4月28日]中所述，先進的激發(fā)技術(shù)和與天然裂縫的相交，結(jié)合加密礦井的開展，可以開擴大量開采緊密透鏡狀砂石的前景。該報告建議把一個井遇到的透鏡狀砂石分成91到152m(300到500英尺)大間距的一系列單元。在610+m(2000+英尺)的飽和氣體區(qū)中，對于一個典型的礦井可以有4到7個這樣的單元。該報告的分析結(jié)論為完善在多區(qū)域中的礦井與增加開采率有很大關(guān)系。
為了開展加密的礦井，SPE35,630建議較密的礦井相隔面積會增加總的氣體采收率，例如，注意到每個井具有40英畝的相隔面積時，在16個井中有12個井仍穿透單獨的砂石礦體，也就是說，對于鄰近井的砂石，沒有或者僅有有限的干擾或連通。這有限干擾的產(chǎn)生是由于透鏡狀砂石的平均地域范圍(它與SPE35,630中評估的礦井連通)僅約22英畝。但是，即使采用多區(qū)域壓裂和加密鉆探，具有40英畝相隔面積鉆出的礦井具有的原始?xì)怏w采收率仍僅為26％。因此，采用SPE建議的方法，仍有約四分之三的原始?xì)怏w未被采收。雖然SPE報告建議把礦井相隔面積減到20英畝，可以進一步提高采收率，但它沒有公布控制激發(fā)技術(shù)來捕獲更大量原始?xì)怏w的方法，或者激發(fā)技術(shù)與礦井相隔面積之間的關(guān)系。因此，需要一種礦井激發(fā)方法，用于顯著提高具有緊密透鏡狀氣體沉積物特征的儲藏區(qū)開采率，使得它們成為可以大量開采的氣體礦區(qū)。
發(fā)明概述本發(fā)明提出一種方法，用于激發(fā)具有透鏡狀含氣沉積物特征儲藏區(qū)中鉆井的開采。在沿著儲藏區(qū)厚度方向相隔開的許多單段區(qū)中對礦井穿孔。最好是，把儲藏區(qū)厚度(通過該厚度礦井被鉆探和穿孔)分成許多個多段區(qū)，每個多段區(qū)具有兩個或兩個以上的單段區(qū)。然后在多個段中進行壓裂來使礦井產(chǎn)生裂縫，使得順序地壓裂各個單段區(qū)(在一個多段區(qū)內(nèi))；每個壓裂段由密封球隔開。控制壓裂過程來建立這樣的橫向裂縫它們引流的面積近似于多段區(qū)附近透鏡狀含氣沉積物的平均水平面積。在一個優(yōu)選實施例中，橫向裂縫的總長度近似于透鏡狀沉積物的平均直徑。
在本發(fā)明的一個實施例中描述了一種方法，用于開發(fā)具有透鏡狀含氣沉積物特征的儲藏區(qū)。在這個實施例中，在儲藏區(qū)中鉆出的每個井被如上所述方式穿孔和壓裂。在鉆探、穿孔和壓裂過程中，繼續(xù)在儲藏區(qū)中補充礦井，把各井隔開成使得在每個井周圍儲藏區(qū)中的水平截面積不小于沿井長度各橫向裂縫的近似平均引流面積。在一個優(yōu)選實施例中，在每個井周圍儲藏區(qū)中的截面積大致等于沿井長度各橫向裂縫的近似平均引流面積。在典型的Rocky山區(qū)盆地，井周圍的面積在約40,000到122,000平方米(10到30英畝)之間。
在開發(fā)儲藏區(qū)的另一個實施例中，在每個井周圍儲藏區(qū)中的水平截面積不小于透鏡狀含氣沉積物的近似平均截面積，并且控制橫向裂縫延伸到每個井附近的透鏡狀沉積物中。對于這個實施例，最好使每個井周圍儲藏區(qū)中的截面積大致等于含氣沉積物的近似平均水平截面積。同樣，井周圍的典型面積也在約40,000到122,000平方米(10到30英畝)之間。如果各裂縫的近似平均引流面積基本上不超過透鏡狀沉積物的平均截面積，這在實施例中也是更可取的。
對于上述本發(fā)明的所有主要實施例，均具有進行穿孔和壓裂技術(shù)的優(yōu)選方法。在對礦井穿孔時，最好在單段區(qū)的近似幾何中心對單段區(qū)穿孔。對于壓裂，優(yōu)選的壓裂液體是非牛頓液體，如交聯(lián)的膠態(tài)水。也希望產(chǎn)生的裂縫高度近似等于單段區(qū)的相應(yīng)垂直長度。如果已知裂縫方向，也最好使裂縫總長度近似于透鏡狀沉積物的平均長度，即沿裂縫方向橫跨透鏡狀沉積物的水平距離。
附圖簡述

圖1是包括透鏡狀沙石礦體的一個地下天然氣儲藏區(qū)垂直截面示意圖；圖2是一個天然氣儲藏區(qū)中一個井孔和一個已壓裂層的垂直截面示意圖；圖3是一個井和一個天然氣儲藏區(qū)的垂直截面示意圖，儲藏區(qū)已采用本發(fā)明方法來壓裂；圖4A-4E是被井孔穿透的三個截面(一個裂縫和兩個砂石礦體)的一系列平面示意圖，它們描繪了本發(fā)明的各種實施例；圖5A-5C是按照本發(fā)明方法穿孔的井孔壁的一系列垂直截面示意圖；圖6是表示裂縫高度與作業(yè)用量之間關(guān)系的數(shù)據(jù)曲線圖；圖7是表示穿孔層相隔距離與平均礦體尺寸之間關(guān)系的數(shù)據(jù)曲線圖；圖8A-8C是采用本發(fā)明實施例正在壓裂的井孔和地層的一系列垂直截面示意圖；圖9是地層的一個隔層的垂直截面示意圖，它已采用本發(fā)明方法壓裂；圖10A和10B是部分剖面的兩個視圖，采用本發(fā)明的一個實施例在儲藏區(qū)中設(shè)置了各個井孔。
本發(fā)明詳述由于顯著增加了在儲藏區(qū)中原始?xì)怏w的采收率，本發(fā)明的方法能夠大量開發(fā)天然氣儲藏區(qū)，該儲藏區(qū)的特征是在厚地層中具有無數(shù)透鏡狀的含氣沉積物。該方法應(yīng)用了可控的密封球多段壓裂技術(shù)，它被設(shè)計成把由支撐裂縫建立的礦井引流面積與透鏡狀含氣沉積物的近似水平面積相符合。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，許多已鉆探和壓裂的井達到的礦井相隔面積不小于含氣沉積物的平均近似面積?？梢栽O(shè)想，在預(yù)計的單井使用壽命(10-15年)期間，采用本發(fā)明方法充分開發(fā)的天然氣儲藏區(qū)能夠采收大部分原始?xì)怏w。
在本發(fā)明方法中，多段壓裂技術(shù)對盡量擴大氣體儲藏區(qū)的開采是很重要的。雖然方法主要是達到緊密透鏡狀含氣砂石(通常在美國Rocky山區(qū)發(fā)現(xiàn))的經(jīng)濟開采，但它也可以用于開發(fā)具有類似特征的其它含氣沉積物類型。例如，含有煤和沼氣的煤層也可以用本發(fā)明的方法來開采。實際上，本發(fā)明的方法可以開發(fā)任何天然氣儲藏區(qū)，其中天然氣被捕獲在分布于地層中的堆積而不連續(xù)沉積礦床內(nèi)。因此，作為本技術(shù)說明和專利要求中所用的術(shù)語“透鏡狀”是指包含天然氣的任何不連續(xù)礦床、礦穴、礦層或沉積物，而不僅是由Rocky山區(qū)盆地代表的透鏡形狀的河流砂石。
術(shù)語“儲藏區(qū)”也廣泛用于本技術(shù)說明和專利要求的上下文中，其中它一般用于油和氣工業(yè)中，但也可用于開采目標(biāo)區(qū)域的上下文中。例如，儲藏區(qū)可以是保持礦產(chǎn)的較大儲藏區(qū)的一部分，或者它可以代表儲藏區(qū)內(nèi)的“有利點”，其中氣體儲量可以最節(jié)省地開采。或者是，儲藏區(qū)可包含許多分離的碳?xì)浠铣练e物，它們以相互很接近的方式聚在一起，如上述的透鏡狀含氣砂石，而不管這種沉積物是否有類似的地質(zhì)起源。對于本發(fā)明的用途，術(shù)語“儲藏區(qū)”可意味著待開發(fā)的任何地下氣體沉積物或其一部分。
特別參照附圖，圖1說明了一個天然氣儲藏區(qū)10的垂直截面，它包含著全世界均可發(fā)現(xiàn)的通常堆積的透鏡狀砂石沉積物11。砂石礦體11具有不同的形狀和尺寸，并在儲藏區(qū)10內(nèi)具有不同的方向。古代河床流動的變遷與地質(zhì)上升的結(jié)合，造成了廣泛散布的不連續(xù)砂石礦體陣。儲藏區(qū)的上邊界12和下邊界13確定了儲藏區(qū)的厚度，通常為150m到1,220m(500英尺到4,000英尺)。在Rocky山區(qū)的盆地Piceance、Green River和Uinta中，這些儲藏區(qū)的上邊界通常在地面之下約1,830m(6,000英尺)到3,050m(10,000英尺)深度上發(fā)現(xiàn)。因此，與世界上其它天然氣地層相比，這些儲藏區(qū)屬于中等深度。但是，它們是非常厚的儲藏區(qū)，具有沿厚度14散布的堆積透鏡狀砂石，厚度14一般超過914m(3,000英尺)，通常約1,220m(4,000英尺)。
圖1所示的假想邊界15和16確定了總儲藏區(qū)的“有利點”，它被本發(fā)明選擇作為開采之用。如圖1所示，儲藏區(qū)的該部分17與邊界15和16以外部分相比，具有更多的透鏡狀砂石。邊界15左邊的部分具有高的礦體密度，但遠(yuǎn)不及部分17那樣厚。邊界16右邊的部分是厚的，但沒有足夠高的礦體密度。或者也可以是，由于在該儲藏區(qū)內(nèi)的砂石具有較高的滲透性、較好的多孔性、較高的氣體飽和性、較大的礦體尺寸，或者使它更適于開發(fā)的其它特征，由此可以選擇15和16之間的儲藏區(qū)部分。(地面地形、礦藏邊界和其它非儲藏區(qū)的因素也可以限定可開發(fā)儲藏區(qū)的部分。)本發(fā)明的方法用于由上、下邊界12和13以及側(cè)向邊界15和16界定的儲藏區(qū)。
圖2說明了采用在先前技術(shù)描述中前面討論的大量水力壓裂(MHF)技術(shù)是如何開采儲藏區(qū)的。在儲藏區(qū)10中，特別是在最適于開采的目標(biāo)區(qū)域17中鉆了單個礦井20。裂縫22是典型的MHF裂縫，沿橫向延伸通過大多數(shù)目標(biāo)儲藏區(qū)面積。這可能從井孔開始，多達1,525m(5,000英尺)，并且通常被支撐的裂縫長度至少610m(2,000英尺)。但是，如同在大多數(shù)MHF裂縫情形一樣，裂縫22的垂直高度23只有約30m(100英尺)的量級。
這種結(jié)果對大多數(shù)常規(guī)氣體儲藏區(qū)一般是合適的，因為有生產(chǎn)力的含氣沉積礦床通常是比較薄而連續(xù)的水平砂石層，沿著垂直和橫向MHF均可充分進入。因此裂縫能夠激發(fā)大部分有生產(chǎn)力的砂石。但是，如圖2所示，堆積的透鏡狀砂石儲藏區(qū)中MHF造成的裂縫僅貫穿少量百分比的有生產(chǎn)力砂石礦體11。這是因為與散布透鏡狀砂石的儲藏區(qū)厚度1,220m(4000英尺)相比，垂直裂縫高度23僅延伸約30m(100英尺)。因此在儲藏區(qū)10中的大多數(shù)砂石礦體11未被MHF過程所激發(fā)。
與MHF相反，在本發(fā)明中引入的多段壓裂系統(tǒng)可進入在礦井引流半徑內(nèi)極的大部分有生產(chǎn)力砂石中。如以下將討論那樣，如果與本文公布的礦井間隔系統(tǒng)相結(jié)合，則在儲藏區(qū)(或其目標(biāo)部分)中所有鉆井的多段裂縫將貫穿儲藏區(qū)中極大多數(shù)的透鏡狀砂石。
圖3說明了一個在儲藏區(qū)10部分17中鉆出的多段壓裂礦井，其位置與圖2所鉆的MHF礦井位置相同。用于本發(fā)明的受控多段壓裂產(chǎn)生了沿目標(biāo)儲藏區(qū)整個厚度均勻分布的一系列雙翼裂縫32。熟悉該技術(shù)的人員會明白，圖3中從井30延伸的裂縫32僅是說明性的，在實際的壓裂過程中，可能有更多具有不同形狀的裂縫沿徑向從井向外延伸，并且裂縫可以具有不同長度的翼。另外，在一個深度上的裂縫可以與或者也可以不與其它相近深度上的裂縫對準(zhǔn)。盡管如此，本發(fā)明試圖產(chǎn)生盡可能均勻的裂縫，圖3代表了該過程的一個理想結(jié)果。與MHF技術(shù)不同，不把裂縫位置設(shè)成貫穿特定的有生產(chǎn)力砂石。相反地，各裂縫以近似相等的距離隔開，每條裂縫之間的距離代表了裂縫的垂直高度。在多段井30中的垂直裂縫具有與MHF井中極長裂縫大致相同的垂直高度。因此，如同MHF井的情形，這些裂縫通常具有約30m(100英尺)的垂直高度。
多段裂縫與MHF井明顯不同的是被支撐裂縫長度。由于對每一段控制了壓裂液體和支撐料的數(shù)量，使得裂縫32的長度引流的面積近似于通常在井孔附近儲藏區(qū)中發(fā)現(xiàn)的透鏡狀砂石11的平均水平面積。換句話說，從井孔沿橫向向外延伸的裂縫范圍(雙翼)所覆蓋距離(橫向裂縫)最好近似于透鏡狀砂石的平均直徑。因此，與極長的MHF水力裂縫相反，多段裂縫相當(dāng)短。
在圖3中描繪了沿著儲藏區(qū)厚度均勻隔開的無數(shù)短裂縫的總體效果。如圖3所說明，裂縫32貫穿了井孔附近的大部分透鏡狀砂石11。因為裂縫通過整個儲藏區(qū)厚度14沿井30均勻向下延伸，它們可以非常有效地采收到捕獲在透鏡狀砂石內(nèi)氣體的很大百分比。與可能的采收率比較，以上在圖2中描述的典型Piceance盆地MHF礦井在井的壽命期內(nèi)，將可能引流約0.57×106立方米(0.020到0.030×109立方英尺)。相反，在儲藏區(qū)同一位置中鉆出的如圖3所示的單個多段壓裂井則可能采收10倍以上的氣體。
雖然與多段裂縫井的約30-50條裂縫不同，MHF井僅有一條長裂縫，但MHF井往往在產(chǎn)生其單條裂縫和支撐裂縫張開中消耗更多的支撐料。例如，圖2所示類型的MHF井將采用多達約0.91×106kg(3×106磅)的砂支撐料，而在15英畝相隔面積上，多段裂縫井的許多裂縫僅消耗該支撐料量的三分之一左右。
本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例是根據(jù)裂縫的方向和儲藏區(qū)中砂石礦體的方向來修改裂縫的長度。如上所述，基本方法是使得產(chǎn)生出的總裂縫長度近似于儲藏區(qū)中透鏡狀砂石的平均直徑。但是，砂石礦體的截面一般不是圓的，也就是說，是圓透鏡形狀。因為其地質(zhì)演變是從古代河流彎曲形成的河砂，礦體形狀可以是橢圓形或矩形，其長度比寬度長得多(或者也可能是更復(fù)雜的形狀，如馬蹄形或飛標(biāo)形)。
圖4A到4E說明了砂石礦體與裂縫方向的各種組合，以及根據(jù)這些方向如何優(yōu)化裂縫的長度。(一般說，在水力壓裂的緊密氣體礦體中，裂縫的地域引流模式是橢圓形，其雙翼裂縫沿著橢圓的主軸。記住這種引流模式，可以很好地理解以下的討論。)為了簡化，在圖中僅描繪了兩個重疊砂石礦體(即在不同深度上)的俯視圖，每個為矩形，其長度等于寬度的4倍。井40位于砂石礦體內(nèi)的中心，裂縫均具有相同的方向41(左右向)。(雖然其它因素也會影響方向，但裂縫方向一般對準(zhǔn)與最小主應(yīng)力垂直的方向。)圖4A說明了兩個砂石礦體42A和42A′相互對準(zhǔn)并垂直于裂縫方向41的情形。由于這個方向，最好把被支撐裂縫43A長度(即雙翼裂縫的長度)限制到近似于砂石礦體的寬度44。任何比寬度44長的裂縫將穿入無生產(chǎn)力的地層，不能采收任何附加的氣體。圖4B表示了砂石礦體42B和42B′同樣平行對準(zhǔn)裂縫方向41。此時，希望產(chǎn)生較長的雙翼裂縫43B，它橫貫砂石礦體的整個長度45。因此，這些裂縫將具有4倍于圖4A所示裂縫43A的所希望長度。比長度45短的裂縫43B將不穿過整個砂石礦體，并且不能采收到最大的可采收氣體量。
圖4C和4D說明了更為可能的情形，其中砂石礦體相互不對準(zhǔn)。在圖4C中，礦體42C垂直于裂縫方向41，但礦體42C′與礦體42C的對準(zhǔn)相差45°角度。在圖4D中，礦體42D平行于裂縫方向41，礦體42D′與礦體42C′方向相同。確定沿裂縫方向橫跨每個礦體的平均距離可得到所希望的裂縫長度。例如，在圖4D中，平均值包括砂石礦體42D的長度45加上由裂縫方向41橫跨礦體42D′的對角線長度46；再除以2。所算出的裂縫43D的裂縫長度為長度45的3/4(0.75)。在圖4C情形中，裂縫43C算出為寬度44的1.5倍(或為長度45的0.375倍)。
最后說明圖4E，它代表了兩個相互垂直的礦體42E和42E′，一個礦體42E平行于裂縫方向41。在該例子中，裂縫43E的優(yōu)選長度是寬度44的2倍(或長度45的一半)。圖4E的結(jié)果也反映出如果無數(shù)砂石礦體具有隨機方向時將選擇的裂縫長度；也就是說，裂縫長度就是典型砂石礦體長度和寬度的平均值。另外在對礦體方向的信息知道極少時(如在初次鉆井時)，熟悉該技術(shù)的人員會選擇裂縫長度最好近似于礦體的平均尺寸。當(dāng)收集到更多礦體方向的信息時(如補充的礦井鉆探)，則裂縫長度的計算可變得更精確，并修改成圖4所示情形的類型。
熟悉該技術(shù)的人員也可理解到，砂石礦體一般不會如圖4所示正好以井孔為中心。在大多數(shù)情形中，砂石礦體是偏離中心。(例如，可參見在圖1、2和3中是如何描繪砂石礦體11的。)例如，如果圖4B中井孔進一步向右(即偏離中心但仍與裂縫方向41對準(zhǔn))，則裂縫長度43B在井孔之左將不再橫跨砂石礦體42B和42B′的整個長度，而在井孔之右將延伸超出砂石礦體進入無生產(chǎn)力的地層。盡管如此，裂縫將貫穿礦體的大部分，礦體會有效地引流。
上述討論要點是想闡明，即使采用了礦體和裂縫方向的大量信息，總裂縫長度的選擇至多也只是一個近似值。因此，在本發(fā)明的實踐中，對裂縫長度、引流面積、砂石礦體尺寸和礦井相隔面積等的所有參考值均作為粗略的近似值，它們可以有很大的變動范圍。熟悉該技術(shù)的人員可根據(jù)事先已有的地質(zhì)和儲藏區(qū)信息，加上在儲藏區(qū)開發(fā)時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和分析來進行工作，由此能夠最有效地實施本發(fā)明。換句話說，儲藏區(qū)開發(fā)是一個學(xué)習(xí)的過程，它使熟練的專業(yè)人員能夠針對具體的盆地和儲藏區(qū)來優(yōu)化本發(fā)明的應(yīng)用。
對于多段壓裂，本發(fā)明中采取的技術(shù)是應(yīng)用密封球來改變通過目標(biāo)穿孔的壓裂液體方向。最好是，壓裂液體是非牛頓液體，如交聯(lián)的膠態(tài)水。其它如二氧化碳泡沫的非牛頓液體，或者如油或水的牛頓液體也可用于壓裂礦井。但是，優(yōu)選交聯(lián)的膠態(tài)水，因為它費用低和簡單，并且其液體性能可盡量減少采用密封球產(chǎn)生的問題，這些問題是緣于在落下球的填充段中，密封球會向上(飄浮)或向下(不飄浮)移動。由于與機械隔離每個穿孔層的方法相比，密封球能夠更迅速和更有效地展開，因此本發(fā)明技術(shù)采用了密封球來順序封閉各段之間的已穿孔層。例如，采用密封球可使礦井在約4天內(nèi)完全激發(fā)，而采用費錢的機械隔離方法達到同樣結(jié)果將花40天。
以下連續(xù)幾張附圖將描述礦井的完善和激發(fā)技術(shù)，最好采用它們來實施本發(fā)明。圖5A到5C說明了在壓裂開始之前所需的井中穿孔位置。從圖5A開始，所示井孔壁50穿過了儲藏區(qū)的整個厚度52。不連續(xù)處53說明大部分井孔未被表示；僅描繪了最上面和最下面部分。在所示例子中，儲藏區(qū)具有總厚度1,220m(4,000英尺)，并被分成幾個多段區(qū)，每個區(qū)厚度約305m(1,000英尺)。圖5A表示了礦井的頂區(qū)54和底區(qū)55。這些區(qū)在這里稱為多段區(qū)，它們反映了通常在一天作業(yè)中能夠進行的密封球段數(shù)(約10)的實際限制。因此，為了處理整個儲藏區(qū)的1,200m(4,000英尺)，需要在井孔上順序進行4個多段(10段)作業(yè)，從最深多段區(qū)55開始逐步到最淺的多段區(qū)54。每個多段區(qū)還再分成約30m(100英尺)的較小間隔，每個間隔在這里稱為單段區(qū)。圖5A中，與多段區(qū)54相應(yīng)的間隔56A-J和與多段區(qū)55相應(yīng)的間隔57A-J均是單段區(qū)。
單段區(qū)56I被放大并表示在圖5B中。選擇3m(10英尺)的穿孔層58作為在間隔56I內(nèi)待穿孔的位置。穿孔層的高度最好大致設(shè)在每個單段區(qū)的幾何中心上，但并不精確限制在這個位置。如果實際砂石礦體位于穿孔層高度的優(yōu)選中心位置3到6m(10到20英尺)之內(nèi)，則穿孔層高度可以移到這個附近砂石礦體的中心。雖然最好在可能時使穿孔大致對著砂石礦體位置，但在應(yīng)用本發(fā)明時不一定要使穿孔位于這個位置。從優(yōu)選位置移動穿孔層高度的位置超過6m(20英尺)，可能有害于密封球的能力，不能有效地產(chǎn)生基本上不重疊的單段裂縫高度。雖然可以發(fā)生裂縫高度的某些重疊而無害于本發(fā)明的實施，但最好盡量減少這種重疊。圖5C進一步放大了井孔的穿孔層58，用于說明在層58內(nèi)所作穿孔59的位置，它們穿過井孔壁50。圖5C說明了穿孔59沿著通常為3m(10英尺)層58，相互隔開約0.3m(1英尺)；也就是說，在3m(10英尺)的穿孔層內(nèi)，沿著井壁在垂直對準(zhǔn)方向上射出10個穿孔。從圖5A整體來看，井孔壁在30m(100英尺)的單段區(qū)中已被穿孔，穿孔集中在每個單段區(qū)內(nèi)大致中間的位置，具有3m(10英尺)的穿孔層。
應(yīng)該注意到，穿孔位置的選擇基本上是一種幾何的做法，它僅稍稍受到地層中透鏡狀砂石位置的影響。這種方法與礦井水力壓裂之前的大多數(shù)穿孔作業(yè)極不相同。在常規(guī)礦井的穿孔時，通常把穿孔目標(biāo)對準(zhǔn)儲藏區(qū)中有生產(chǎn)力地層的砂石。而在本發(fā)明中，從全局意義上使穿孔沿著整個儲藏區(qū)厚度相隔開，最好是位于短的穿孔層高度中，穿孔層沿著井孔位于等間距的單段高度之內(nèi)，如圖5A所示。
單段區(qū)的數(shù)目、它們的垂直范圍、在單段區(qū)內(nèi)穿孔層的高度和穿孔數(shù)目均可改變，圖5A-5C描繪的例子僅是一種可能情形的說明示例。在單個井孔中，單段區(qū)和穿孔層的長度，以及在穿孔層內(nèi)的穿孔數(shù)目可以改變。影響這些變量(單段裂縫高度、穿孔層高度和穿孔數(shù)目)的最重要因素是在多段水力壓裂過程中產(chǎn)生的預(yù)計裂縫高度。有許多因素影響到裂縫高度，包括在儲藏區(qū)中的應(yīng)力模式和不連續(xù)性，如滑移區(qū)和天然裂縫，它們在含氣透鏡狀砂石和散布砂石礦體的無生產(chǎn)力地層中均可能存在。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，不管裂縫長度如何，大多數(shù)水力壓裂產(chǎn)生的裂縫高度范圍為15到60m(50到200英尺)。對于具有堆積透鏡狀砂石的Rocky山區(qū)盆地的許多部分，按經(jīng)驗裂縫高度約為30m(100英尺)。為了產(chǎn)生這種裂縫高度，不必穿透裂縫的整個預(yù)計高度。相反，最好僅穿透裂縫間隔的中心部分，通過它將進入壓裂液體。因此，如同與圖5A-5C有關(guān)的討論，選擇各穿孔層的相隔距離為30m(100英尺)，它是儲藏區(qū)預(yù)計平均裂縫高度的常見值。選擇具有10個垂直相隔穿孔的3m(10英尺)穿孔層，可使得壓裂液體有效地傳播一個垂直裂縫，它從穿孔層的中心向外擴散，并且以單段高度向外橫移到引流半徑。
穿孔層的相隔距離一般以復(fù)雜方式與許多儲藏區(qū)和地質(zhì)因素有關(guān)，但是對于以上討論的四個西部緊密氣體盆地，有一個目前礦區(qū)導(dǎo)出的關(guān)系。所測量的礦區(qū)裂縫高度與噴射的壓裂液體用量之間關(guān)系描繪在圖6中，它表示了在這些盆地中，裂縫高度隨液體用量的增加而增加。如果與井孔連接的礦體平均尺寸愈大，則必須噴射更多的液體量來使支撐裂縫到達引流半徑上。這增加了裂縫高度，并且相應(yīng)地增加了優(yōu)選穿孔層的相隔距離，以保持單獨的單段裂縫高度。圖7是優(yōu)選穿孔層的相隔距離與平均礦體尺寸的關(guān)系，它是從圖6曲線演變得出?？梢灶A(yù)計到，一旦根據(jù)測井、常規(guī)儲藏區(qū)干擾試驗或其它方法確定了平均礦體尺寸，對于附近新礦井的完善，可從與圖7相似的曲線確定穿孔層的相隔距離。圖7不可以具體地應(yīng)用于西部緊密氣體盆地的所有區(qū)域，也不可以應(yīng)用于世界上其它盆地。但是可以估計到，用于產(chǎn)生圖7的同樣方法可以應(yīng)用于世界上其它透鏡狀含氣儲藏區(qū)，采用這些儲藏區(qū)中相當(dāng)于圖6的不同輸入數(shù)據(jù)。
在礦井中控制壓裂所有穿孔層的過程涉及到采用密封球的多段壓裂技術(shù)。多段壓裂最好從儲藏區(qū)的底部多段區(qū)開始，按此方式向上工作到頂部多段區(qū)(再參照圖5A，首先壓裂底區(qū)55，最后壓裂頂區(qū)54)。在井壁內(nèi)放置砂塞(或機械的橋式塞)，把正在壓裂的區(qū)與井孔中較深的已壓裂的多段區(qū)相隔離。在每一個多段區(qū)中，順序地壓裂各個單段區(qū)，直到在區(qū)中的所有穿孔層被壓裂為止。不一定要按照任何特定次序(例如從頂?shù)降祝驈牡椎巾?來壓裂各單段區(qū)。事實上，選擇基本上等間距的具有相同穿孔數(shù)的穿孔層，其主要原因就是使得單段區(qū)的壓裂次序不同，不會產(chǎn)生任何不同影響。然后該技術(shù)作業(yè)沿井孔向上移到下一個多段區(qū)，在那里所有單段區(qū)也被壓裂，直到每一個單段區(qū)均被壓裂為止。
在每一個多段區(qū)內(nèi)，從一個單段區(qū)到下一個單段區(qū)的壓裂過程的情形如圖8A-8C所示。在圖8A中，把壓裂液體噴射到井孔60中，并通過設(shè)在充填器65上(或者沒有充填器)的管道向下到達單段區(qū)62A，穿孔64近似地位于單段區(qū)的中心。壓裂液體63，最好是含有支撐料的非牛頓交聯(lián)膠態(tài)水，通過穿孔64進入地層。由于多段區(qū)61內(nèi)的最淺單段區(qū)62A通常比較深單段區(qū)62B的應(yīng)力低，因此當(dāng)壓裂液體的噴射壓力增加時，單段區(qū)62A易于先被壓裂。雖然這是最可能的情形，但單段區(qū)壓裂的不同次序不會改變本發(fā)明所述的整個多段、密封球分段過程的有效性。采用在現(xiàn)有技術(shù)中已知的程序，如砂之類的支撐料被壓裂液體帶進并被噴入裂縫中。帶砂的壓裂液體進入水力裂縫，并且在壓裂液體的液壓降低和液體被回收之后，用于保持裂縫處于張開位置。
如圖8A所示，一般在個別單段區(qū)的帶支撐料壓裂液體終結(jié)之后，把密封球66噴射到井內(nèi)充填液體段中，從而在正確的時間上它們到達正在壓裂的特定單段區(qū)。進行這部分技術(shù)作業(yè)的關(guān)鍵是在帶有支撐料液體段63之前或之后的正確時間上落下密封球。通常球的比重為0.9到1.5，可以在充填液體中上升(如果飄浮)或下降(如果不飄浮)，并且可能過早或過遲到達穿孔處。如果需要，可以改變密封球的噴射時間，使得在正確時間上球到達單段區(qū)的穿孔層上。圖8B表示了位于穿孔層62A中穿孔64上的球，它已在正確時間到達，由此封閉了該單段裂縫區(qū)。如果球到達過早，它們可能在所有砂噴完之前就封閉了穿孔，造成用帶砂液體來開始壓裂下面的穿孔層。其結(jié)果是，泵壓到下一個單段區(qū)的下段充填液體會包含少量帶支撐料液體的前端，它易于遮擋這個單段區(qū)，妨礙了多段區(qū)的以后作業(yè)。
如上所述，由于正確確定密封球的噴射時間，在多段區(qū)中的第一個單段區(qū)被封閉。參照圖8C，在穿孔64被封閉之后，噴射不包含支撐料的充填液體67，開始壓裂下一個單段區(qū)(很可能是穿孔層62B)。然后采用支撐料和定時噴射的密封球重復(fù)這個過程，直到該穿孔層被壓裂和封閉為止。因此在可控的多段壓裂過程中，在每個多段區(qū)內(nèi)的每個單段區(qū)被激發(fā)。
還可控制壓裂技術(shù)來限制被支撐的總裂縫長度。把規(guī)定用量的壓裂液體和砂噴射到每個單段區(qū)內(nèi)。代替MHF礦井噴射中常用的1.38×106kg(3×106磅)的砂，如果平均砂石礦體尺寸約為15英畝，則通常僅需把11,340kg(25,000磅)的砂噴射到每個單段裂縫區(qū)周圍的地層中。具有40個壓裂間隔的整個礦井消耗約0.45×106kg(1×106磅)的砂?？煽氐囊阎瘟芽p長度具有離井孔約122m(400英尺)的徑向距離，它沿橫向從井孔延伸到地層中。
已壓裂的多段區(qū)部分的最后結(jié)果描繪在圖9中。井孔70周圍有三個單段區(qū)，采取利用密封球的上述多段技術(shù)，已對它們穿孔(穿孔71)和成功地壓裂。每個單段裂縫翼72沿橫向延伸約122m(400英尺)到單段區(qū)73A、B和C內(nèi)；由此對井孔張開，從儲藏區(qū)流動的面積具有水平隔開面積約60,700m2(15英畝)。該雙翼裂縫的橫向范圍74大致達到包含在儲藏區(qū)內(nèi)透鏡狀砂石的平均面積。約30m(100英尺)的單段區(qū)的裂縫高度把穿孔層高度上下的砂石礦體與井孔連通，如圖由虛線75表示，它在穿孔層周圍的地層內(nèi)。
在所有壓裂作業(yè)完成之后，連續(xù)范圍的水力壓裂的儲藏區(qū)地層延伸通過井孔周圍地層的整個厚度。該壓裂技術(shù)可用于貫穿和激發(fā)與井孔相交或者在礦井引流半徑內(nèi)的大部分透鏡狀砂石。從而被捕獲在這些砂石中的氣體將流入已產(chǎn)生的水力裂縫內(nèi)，并積累起來產(chǎn)生有效引流透鏡狀砂石的大量氣體。
實施本發(fā)明的優(yōu)選方法涉及到把多段壓裂技術(shù)與在儲藏區(qū)內(nèi)定位和隔開礦井的系統(tǒng)相結(jié)合。雖然在優(yōu)質(zhì)砂石大量集中的儲藏區(qū)主要區(qū)域，可以采用單礦井鉆探來實施本發(fā)明的方法，但最好采用多井鉆探來實施該方法，它可充分地開發(fā)整個儲藏區(qū)或其主要部分。多段壓裂技術(shù)產(chǎn)生地域影響約為40,500到121,400m2(10到30英畝)的橫向裂縫。在這個范圍內(nèi)，礦井將有效地引流相鄰的和靠近井孔的透鏡狀砂石，即在礦井附近的砂石礦體。在裂縫半徑之外，砂石礦體將不被貫穿和不被引流。
圖10A表示了儲藏區(qū)80的水平區(qū)段(片段)。該區(qū)段包括三個井81、82和83，它們在儲藏區(qū)中鉆探，并且采用本發(fā)明的多段壓裂技術(shù)進行壓裂。區(qū)段可以是代表礦井中一個單段高度的100英尺單片段。區(qū)段還貫穿了幾個在儲藏區(qū)片段之內(nèi)的有生產(chǎn)力的砂石礦體95。由于在儲藏區(qū)中僅鉆了三個井，許多砂石礦體未被井的裂縫區(qū)96貫穿。
為了完成儲藏區(qū)的開發(fā)，需要鉆探補充的礦井，使隔開面積約等于每個井的有效引流面積，即40,500到121,400m2(10到30英畝)。該有效引流面積也近似于在礦井附近砂石礦體的平均面積。礦井引流面積是指在儲藏區(qū)內(nèi)礦井周圍的截面積，它可以不同于地面上隔開面積。例如，可以從地面上單個鉆探點更有效地鉆出多個有方向的井?？梢怨烙嫷?，對于Rocky山區(qū)盆地的許多儲藏區(qū)，有效引流面積約為81,000m2(20英畝)或以下。因此，為了充分開采這些透鏡狀砂石儲藏區(qū)，應(yīng)該把礦井的底孔位置隔開到接近礦井的引流面積和接近砂石礦體的平均尺寸。圖10B描繪了同樣的儲藏區(qū)截面80，具有適當(dāng)隔開的17個井101到117，使得礦井的集體引流面積幾乎覆蓋了全部儲藏區(qū)。
由于礦區(qū)的充分開發(fā)，基本上所有透鏡狀砂石至少被一個井的裂縫區(qū)96(描繪為一個圓)貫穿，因而砂石被有效地引流。按這種方式開發(fā)儲藏區(qū)，在理論上可以貫穿包含在儲藏區(qū)厚度內(nèi)的大多數(shù)透鏡狀砂石96。由于儲藏區(qū)砂石和性能以及引起的斷裂機理可以有很高程度的變化，在實際儲藏區(qū)應(yīng)用中不可能達到所有砂石礦體被貫穿。盡管如此，如果實現(xiàn)這里所述的可控多段壓裂和適當(dāng)?shù)牡V井相隔面積，本發(fā)明的方法應(yīng)該使儲藏區(qū)的大部分透鏡狀砂石被貫穿和引流。
在儲藏區(qū)中礦井的相隔面積應(yīng)該不小于透鏡狀砂石的近似平均截面積(橫向裂縫已大致與該面積相符合)。超過這里所述的更密相隔面積可能是有害的，由此會產(chǎn)生不必要的干擾、在各井之間重疊引流和增加費用?？偟膩碚f，這種過度的鉆探不會產(chǎn)生任何附加的氣體，而且事實上會抵消這里所述的可控壓裂技術(shù)成果。因此，礦井相隔面積不應(yīng)該小于透鏡狀含氣沉積物的近似平均引流截面積?；蛘呤牵刂V井長度方向，橫向裂縫的近似平均引流面積應(yīng)該不大于每個井附近砂石礦體的平均截面積。
本發(fā)明方法的大多數(shù)描述涉及了具體的例子或圖示。例如，設(shè)想控制礦井橫向裂縫來引流45,500到121,400(10到30英畝)的面積，用于貫穿礦井附近的透鏡狀砂石，該礦井的地域范圍平均起來具有大致相同的尺寸。熟悉水力壓裂技術(shù)和透鏡狀碳?xì)浠衔锍练e物地質(zhì)的人員可以明白，這些示例是有效實施本發(fā)明的粗略而理想的近似情形。地質(zhì)學(xué)家和儲藏區(qū)的工程師會明白，透鏡狀沉積物和周圍地層的尺寸、形狀、分布和物理性能會有顯著的變化，即使已知的盆地也如此。Rocky山區(qū)是一個地質(zhì)多變區(qū)，具有很大程度的不連續(xù)性和不可預(yù)見性。相似地，水力壓裂過程也不易預(yù)計或控制，因為產(chǎn)生的裂縫會在目標(biāo)砂石旁邊遇到不同類型的地層巖石。在這種儲藏區(qū)類型中還會有許多天然裂縫，它們進一步產(chǎn)生不可預(yù)見的結(jié)果。
因此，熟悉該技術(shù)的人員會明白，這里描述的“可控”多段壓裂方法不是精確的，而是試圖產(chǎn)生一條近似于井孔附近透鏡狀沉積物平均尺寸的裂縫。所以，不應(yīng)該把對裂縫尺寸精確測量、透鏡狀沉積物的地域范圍、礦井相隔面積等等的限制硬性歸入本發(fā)明。相反，本發(fā)明是利用專業(yè)人員現(xiàn)有的信息來近似估計這些相關(guān)的變量。利用現(xiàn)有的信息和將有的信息以及在儲藏區(qū)開發(fā)期間鉆探的礦井，熟悉該技術(shù)的人員能夠在Rocky山區(qū)中以及世界上發(fā)現(xiàn)這種沉積物的其它地區(qū)，利用本發(fā)明來節(jié)省地開采至今未能大量生產(chǎn)的透鏡狀氣體沉積物。
權(quán)利要求
1.一種用于激發(fā)礦井開采率的方法，該礦井在具有透鏡狀含氣沉積物特征的儲藏區(qū)中鉆出，方法包括(1)在沿著上述儲藏區(qū)厚度方向隔開的許多單段區(qū)中，對上述礦井穿孔，(2)在許多段中壓裂上述單段區(qū)，用密封球隔離上述段，把上述壓裂過程控制到產(chǎn)生這樣的橫向裂縫它引流的面積近似于上述單段區(qū)附近的上述透鏡狀含氣沉積物的平均水平面積。
2.權(quán)利要求1的方法，其中，把上述儲藏區(qū)厚度分成許多多段區(qū)，每個多段區(qū)具有兩或多個單段區(qū)。
3.權(quán)利要求1的方法，其中，上述裂縫的高度近似等于上述單段區(qū)的相應(yīng)垂直長度。
4.權(quán)利要求1的方法，其中，上述橫向裂縫的總長度近似于上述透鏡狀含氣沉積物的平均水平直徑。
5.權(quán)利要求1的方法，其中，上述橫向裂縫的總長度近似于上述透鏡狀含氣沉積物的平均長度，上述長度是沿著上述裂縫方向橫跨上述透鏡狀沉積物的距離。
6.權(quán)利要求1的方法，其中，采用非牛頓液體來進行上述壓裂過程。
7.權(quán)利要求1的方法，其中，上述非牛頓液體是交聯(lián)膠態(tài)水。
8.權(quán)利要求1的方法，其中，在上述單段區(qū)的近似幾何中心上穿孔上述單段區(qū)。
9.一種開發(fā)具有透鏡狀含氣沉積物特征的儲藏區(qū)的方法，方法包括(1)在上述儲藏區(qū)中鉆一個井，(2)在沿著上述儲藏區(qū)厚度方向隔開的單段區(qū)中對上述礦井穿孔，把上述儲藏區(qū)厚度分成許多多段區(qū)，每個多段區(qū)具有兩或多個單段區(qū)，(3)在許多段中壓裂每個多段區(qū)內(nèi)的上述單段區(qū)，用密封球隔離上述段，把上述壓裂過程控制到產(chǎn)生這樣的橫向裂縫它引流的面積近似于上述多段區(qū)附近的上述透鏡狀含氣沉積物的平均水平面積。(4)在上述儲藏區(qū)中重復(fù)鉆探，穿孔和壓裂附加礦井的過程，使得每個礦井周圍的儲藏區(qū)中截面積不小于沿上述礦井長度上橫向裂縫的近似平均引流面積。
10.權(quán)利要求9的方法，其中，上述裂縫的高度近似等于上述單段區(qū)的相應(yīng)垂直長度。
11.權(quán)利要求9的方法，其中，上述橫向裂縫的總長度近似于上述透鏡狀含氣沉積物的平均長度，上述長度是沿著上述裂縫方向橫跨上述透鏡狀沉積物的距離。
12.權(quán)利要求9的方法，其中，采用非牛頓液體來進行上述壓裂過程。
13.權(quán)利要求12的方法，其中，上述非牛頓液體是交聯(lián)膠態(tài)水。
14.權(quán)利要求9的方法，其中，在上述單段區(qū)的近似幾何中心上穿孔上述單段區(qū)。
15.權(quán)利要求9的方法，其中，每個井周圍儲藏區(qū)中的上述截面積大致等于沿上述井長度橫向裂縫的近似平均引流面積。
16.權(quán)利要求15的方法，其中，每個井周圍儲藏區(qū)中的上述截面積平均約為40,000到122,000平方米(10到30英畝)。
17.一種開發(fā)具有透鏡狀含氣沉積物特征的儲藏區(qū)的方法，方法包括(1)在上述儲藏區(qū)中鉆井，使得每個井周圍的儲藏區(qū)中平均水平截面積不小于上述儲藏區(qū)中上述透鏡狀含氣沉積物的近似平均截面積，(2)在沿著上述儲藏區(qū)厚度方向隔開的單段區(qū)中，對上述礦井穿孔，把上述儲藏區(qū)厚度分成許多多段區(qū)，每個多段區(qū)具有兩或多個單段區(qū)，(3)在許多段中壓裂每個多段區(qū)內(nèi)的上述單段區(qū)，用密封球隔離上述段，把上述壓裂過程控制到在每個井中產(chǎn)生這樣的橫向裂縫它延伸到在上述井附近的透鏡狀含氣沉積物中。
18.權(quán)利要求17的方法，其中，上述裂縫的高度近似等于上述單段區(qū)的相應(yīng)垂直長度。
19.權(quán)利要求17的方法，其中，上述橫向裂縫的總長度近似于上述透鏡狀含氣沉積物的平均長度，上述長度是沿著上述裂縫方向橫跨上述透鏡狀沉積物的距離。
20.權(quán)利要求17的方法，其中，采用非牛頓液體來進行上述壓裂過程。
21.權(quán)利要求20的方法，其中，上述非牛頓液體是交聯(lián)膠態(tài)水。
22.權(quán)利要求17的方法，其中，在上述單段區(qū)的近似幾何中心上穿孔上述單段區(qū)。
23.權(quán)利要求17的方法，其中，每個井周圍儲藏區(qū)中的上述截面積大致等于上述透鏡狀含氣沉積物的近似平均截面積。
24.權(quán)利要求23的方法，其中，每個井周圍儲藏區(qū)中的上述截面積平均約為40,000到122,000平方米(10到30英畝)。
25.權(quán)利要求22的方法，其中，上述裂縫的近似平均引流面積基本上不大于上述透鏡狀含氣沉積物的上述平均截面積。
全文摘要
一種用于激發(fā)礦井(30)開采率的方法,礦井(30)在具有透鏡狀沉積物(11)特征的天然氣儲藏區(qū)(10)中鉆出。把鉆出礦井(30)的儲藏區(qū)厚度分成許多多段區(qū)(61),多段區(qū)(61)再分成幾個單段區(qū)(62A,62B)。每個單段區(qū)(62A,62B)被穿孔,然后被壓裂。在許多段(64)中進行壓裂,順序地壓裂多段區(qū)(61)內(nèi)每個單段區(qū)(62A,62B);用密封球(66)隔離壓裂段(64)。還可控制井的相隔面積來與裂縫引流面積和透鏡狀沉積物(11)尺寸相符合。
文檔編號E21B43/267GK1268207SQ98808550
公開日2000年9月27日 申請日期1998年8月14日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月26日
發(fā)明者戴爾·E·尼羅德, 沃爾特·J·拉姆 申請人:?？松梨谏嫌窝芯抗?br>