孫晗森 馮三利 王國(guó)強(qiáng) 左景欒

中聯(lián)煤層氣責(zé)任有限公司

沁南潘河煤層氣田煤層氣直井增產(chǎn)改造技術(shù)

孫晗森 馮三利 王國(guó)強(qiáng) 左景欒

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沁水盆地南部潘河煤層氣田3#煤層和15#煤層的煤階屬于無(wú)煙煤,儲(chǔ)層具有低壓、低孔隙度、低滲透率的特點(diǎn),煤層氣井壓裂前基本不產(chǎn)氣。水力加砂壓裂是該地區(qū)進(jìn)行煤層氣勘探開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)之一。針對(duì)該區(qū)低壓致密煤層氣藏的儲(chǔ)層地質(zhì)特點(diǎn),通過(guò)近年來(lái)的攻關(guān)研究和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),提出了經(jīng)對(duì)比后效果最佳的壓裂工藝技術(shù)方案——氮?dú)馀菽瓑毫?大大提高了壓裂改造效果,初步形成了該地區(qū)低壓致密煤層氣藏壓裂工藝體系。應(yīng)用結(jié)果表明:無(wú)煙煤煤層氣增產(chǎn)措施增產(chǎn)量排序?yàn)榈獨(dú)馀菽瓑毫?活性水加砂壓裂>清水+氮?dú)鈮毫鸦蚯逅畨毫?在壓裂正常的情況下,前置液量大、攜砂液量大,總液量在400 m3以上的壓裂增產(chǎn)效果更好。

沁水盆地 南部 潘河煤層氣田 無(wú)煙煤 煤層氣 直井 壓裂 類型 效果

對(duì)于煤層特殊的儲(chǔ)層性質(zhì)和物理力學(xué)特性,煤層氣開(kāi)發(fā)中增產(chǎn)技術(shù)與常規(guī)油氣田有很大區(qū)別,需要壓裂液能夠與煤層配伍、攜砂能力強(qiáng)、低傷害、高返排的特點(diǎn)以至最終形成貫通的裂隙網(wǎng)絡(luò)過(guò)程[1]。煤層必須經(jīng)過(guò)壓裂之后才能獲得有工業(yè)價(jià)值的產(chǎn)量[2]。壓裂液的種類很多,其中泡沫壓裂液因其含液量小、易排、對(duì)儲(chǔ)層損害小,被認(rèn)為較適合煤層[3-4]。

山西沁水盆地南部潘河區(qū)塊3#煤和15#煤的地質(zhì)特點(diǎn)是:煤儲(chǔ)層屬于無(wú)煙煤,具有致密、低壓、低滲透的特點(diǎn)。無(wú)煙煤的含氣量高,增產(chǎn)難度大。例如PH1井含氣量在12 m3/t,PH1-006井約為16 m3/t。

壓裂技術(shù)是實(shí)現(xiàn)煤層氣井強(qiáng)化增產(chǎn)目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)。由于煤基質(zhì)對(duì)于物理及化學(xué)變化的敏感性以及煤層的特殊性,要求煤層氣井用壓裂液不但要有良好的造縫、攜砂能力,更要與煤儲(chǔ)層有良好的配伍性,從而減少對(duì)煤儲(chǔ)層的損害。

潘河煤層氣田共鉆井150口,其中的147口井進(jìn)行了壓裂增產(chǎn)改造,改造類型包括活性水加砂壓裂、氮?dú)馀菽瓑毫?、清?氮?dú)鈮毫选⑶逅畨毫选?6口井采用活性水?dāng)y砂壓裂技術(shù);2口井(PH1和PH1-006井)采用氮?dú)馀菽瓑毫鸭夹g(shù),4口井采用清水+氮?dú)鈮毫鸭夹g(shù), 107口井采用清水加砂壓裂技術(shù)。其中PH1-002和PH1-009的3#、15#煤層分別采用了不同的壓裂技術(shù)。

配液用水需精細(xì)過(guò)濾,配完的壓裂液要進(jìn)行充分的攪拌,混合均勻,保證固體KCl完全溶解。所有盛液、備液設(shè)備必需清洗干凈,最大限度地降低傷害。

1 活性水加砂壓裂及其效果分析

活性水加砂壓裂的優(yōu)點(diǎn):工藝簡(jiǎn)單、成本低、對(duì)煤儲(chǔ)層低傷害。加砂壓裂的缺點(diǎn):攜砂能力弱,造縫能力較差。

考慮到煤巖吸附性強(qiáng)、濾失大、壓力系數(shù)低等特征,低傷害、低成本的活性水加砂壓裂在煤層壓裂中應(yīng)用較為廣泛。

潘河煤層氣田活性水加砂壓裂施工36口井。36口井平均產(chǎn)氣量2 540.77 m3/d,8口進(jìn)行二次壓裂的井平均產(chǎn)氣量2 645.37 m3/d,一次壓裂成功的井平均產(chǎn)氣量2 510.88 m3/d。8口進(jìn)行二次壓裂施工的井兩次總加砂量并未提高,但平均產(chǎn)氣量較一次壓裂成功的井要大。加砂量大于等于28.2 m3的井共有30口,平均產(chǎn)氣量2 632.10 m3/d;加砂量小于28.2 m3的井有6口,平均產(chǎn)氣量2 084.1 m3/d?？傄毫看笥?00 m3的共有14口井,平均產(chǎn)氣量2 687.96 m3/d;總液量小于500 m3的共有22口井,平均產(chǎn)氣量2 447.1 m3/d。3#煤的平均產(chǎn)氣量大于2 500 m3/d; 15#煤的平均產(chǎn)氣量只有500 m3/d。

壓裂時(shí),前置液量170 m3以上,攜砂液量250 m3以上,總液量在400 m3以上,絕大多數(shù)的井平均產(chǎn)氣量都超過(guò)了3 000 m3/d。

2 清水加砂壓裂及其效果分析

采用清水+1%KCl配成清水壓裂液。石英砂圓度不低于0.8,球度不低于0.8,清潔無(wú)雜質(zhì)。

清水加砂壓裂的優(yōu)點(diǎn):工藝簡(jiǎn)單,操作方便,成本低;壓裂液返排率高、殘?jiān)?對(duì)煤儲(chǔ)層造成的傷害小;適用于低滲透、低壓的煤儲(chǔ)層。清水加砂壓裂的缺點(diǎn):攜砂能力弱,造裂縫的有效長(zhǎng)度短。

考慮到煤儲(chǔ)層的特殊性質(zhì),低傷害、低成本的清水壓裂液體系在煤層壓裂中應(yīng)用較廣。潘河煤層氣田采用清水加砂壓裂技術(shù)進(jìn)行了107口井的壓裂施工,已有26口井產(chǎn)氣,26口井平均產(chǎn)氣量1 998.88 m3/d。加砂量大于等于40 m3的井共有21口,平均產(chǎn)氣量1 805.59 m3/d;加砂量小于40 m3的井有5口,平均產(chǎn)氣量2 810.67 m3/d?？傄毫看笥?00 m3的共有9口井,平均產(chǎn)氣量2 358.2 m3/d;總液量小于500 m3的共有17口井,平均產(chǎn)氣量1 808.65 m3/d。

總液量是影響產(chǎn)氣量的主要因素,總液量大的井產(chǎn)氣量明顯提高。加砂量不是決定性因素,隨著加砂量增大,產(chǎn)氣量減小。

3 清水+氮?dú)鈮毫鸭捌湫Ч治?/h2>

為了優(yōu)選出更加有效的單井改造方案,在潘河煤層氣田選出4口試驗(yàn)井,利用清水+氮?dú)鈮毫岩后w系進(jìn)行壓裂改造試驗(yàn),通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工程施工情況及壓后單井排采情況的分析研究,評(píng)價(jià)該壓裂液體系在煤層氣井壓裂改造中的適用性,為下一步更大規(guī)模壓裂工程提供優(yōu)選依據(jù)。

該區(qū)內(nèi)采用清水+氮?dú)鈮毫训?口井均已投入排采并產(chǎn)氣,4口井平均產(chǎn)氣量為2 010.53 m3/d,其統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 潘河煤層氣田清水+氮?dú)鈮毫研Чy(tǒng)計(jì)表

4 氮?dú)馀菽瓑毫鸭捌湫Ч治?/h2>

氮?dú)馀菽瓑毫鸭夹g(shù)是20世紀(jì)70年代以來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)壓裂技術(shù),具有攜砂、懸砂能力較強(qiáng),濾失小,較易造長(zhǎng)而寬的裂縫,地層損害較小等特點(diǎn),特別適用于低壓、低滲透和水敏性地層的壓裂改造。在低滲透油層壓裂改造和煤層氣壓裂增產(chǎn)中,氮?dú)馀菽瓑毫压に囋诿绹?guó)應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)普遍,在黑勇士盆地的煤層氣開(kāi)采井中,大多數(shù)的施工井都采用氮?dú)馀菽瓑毫压に嚒Ｈ欢?國(guó)內(nèi)還有待實(shí)驗(yàn)。

黏彈性表面活性劑是由季銨鹽表面活性劑在高鹽環(huán)境下形成蠕蟲狀膠束并相互纏繞形成凍膠,具有很強(qiáng)的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),進(jìn)入煤儲(chǔ)層后,黏彈性表面活性劑可以在煤層氣及大量水源的稀釋下破膠,不會(huì)對(duì)煤層產(chǎn)生傷害,是煤層氣井壓裂液重要發(fā)展方向之一[5-7]。

潘河示范工程項(xiàng)目采用研制的泡沫壓裂液進(jìn)行2口井的氮?dú)馀菽瓑毫?圖1為PH1井的氮?dú)馀菽瓑毫咽┕で€圖。

潘河煤層氣田采用氮?dú)馀菽瓑毫训?口井均已投入排采并產(chǎn)氣,其統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表2所示。根據(jù)統(tǒng)計(jì),2口井采用氮?dú)馀菽瓑毫押笃骄a(chǎn)氣量為3 037.47 m3/ d,增產(chǎn)效果顯著。

表2 潘河煤層氣田氮?dú)馀菽瓑毫研Чy(tǒng)計(jì)表

氮?dú)馀菽瓑毫训膬?yōu)越性表現(xiàn)在以下兩方面。

1)加速排液。氮?dú)馀菽瓑毫丫谂挪?～2 d即產(chǎn)氣,壓后返排快,產(chǎn)氣速度快,氮?dú)馀菽瓑毫丫骄?.5 d排液完成后開(kāi)始產(chǎn)氣,并可以在井口點(diǎn)火;而活性水壓裂井從排采到產(chǎn)氣時(shí)間在2～30 d,平均在12 d左右。氮?dú)馀菽瓑毫丫脑霎a(chǎn)效果非常顯著。氮?dú)馀菽瓑毫丫漠a(chǎn)量增加是其他增產(chǎn)措施的1.5倍以上。

2)氮?dú)馀菽瓑毫岩吼ざ雀?攜砂能力好,用液量少,對(duì)煤層污染較小,降低壓裂液在多裂縫發(fā)育的煤層中的濾失量,可以有效地控制裂縫形態(tài)的發(fā)育。

5 壓裂效果綜合評(píng)價(jià)

采用4種壓裂方式的壓裂效果對(duì)比如圖2所示。從圖2中可以看出:氮?dú)馀菽瓑毫研Ч詈?壓裂井的平均產(chǎn)氣量為3 037.47 m3/d;其次是活性水加砂壓裂壓裂的井,平均產(chǎn)氣量為2 540.77 m3/d;清水+氮?dú)鈮毫选⑶逅由皦毫研Ч嗖畈淮?分別為2 010.53 m3/d和1 998.88 m3/d。

圖2 4種壓裂方式效果對(duì)比圖

6 結(jié)論與建議

1)在裂縫前沿的支撐劑鋪砂濃度低,由于煤層楊氏模量較低,部分支撐劑嵌入到煤層。

2)潘河地區(qū)煤層壓裂施工壓力通常較高、容易產(chǎn)生復(fù)雜裂縫,裂縫形態(tài)很難預(yù)測(cè)。

3)建議結(jié)合微地震監(jiān)測(cè)結(jié)果、壓裂后產(chǎn)量數(shù)據(jù)和壓裂施工數(shù)據(jù)優(yōu)化今后的壓裂設(shè)計(jì)。

4)黏彈性表面活性劑形成的泡沫壓裂液主要靠增加吸附層的強(qiáng)度,而不是靠增加水的本體黏度來(lái)增加泡沫的穩(wěn)定性,不存在需要破膠以及對(duì)儲(chǔ)層的損害問(wèn)題,比第二代和第三代泡沫壓裂液具有優(yōu)越性。應(yīng)進(jìn)一步推廣氮?dú)馀菽瓑毫鸭夹g(shù)應(yīng)用的成功經(jīng)驗(yàn)。

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2011-03-15 編輯 韓曉渝)

孫晗森等.沁南潘河煤層氣田煤層氣直井增產(chǎn)改造技術(shù).天然氣工業(yè),2011,31(5):21-23.

國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)國(guó)家高技術(shù)發(fā)展專項(xiàng)“沁南煤層氣開(kāi)發(fā)利用高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程”(編號(hào):高技[2004] 2395)。

孫晗森,1973年生,碩士,高級(jí)工程師;現(xiàn)從事煤層氣增產(chǎn)技術(shù)和數(shù)值模擬技術(shù)研究工作。地址:(100011)北京市東城區(qū)安外大街甲88號(hào)。電話:(010)64299471。E-mail:jing2008com@163.com