付守軍

摘 要：在我國煤層氣的開發(fā)過程中，大部分地區(qū)煤層氣儲層都具有低飽和、滲透性差的特性，因此需要改造煤層氣儲層，方能形成煤層氣的運移通道，其中套管水力壓裂技術是最常用的改造手段。以沁水盆地南部的鄭莊井田，也是目前我國煤層氣勘探和開發(fā)的熱點區(qū)域為研究對象，并對該井田內的煤層氣井壓裂方案提出了優(yōu)化建議。

關鍵詞：鄭莊井田；煤層氣井；壓裂方案；優(yōu)化

中圖分類號：TB

文獻標識碼：A

文章編號：16723198（2014）12018102

0 引言

由于活性水壓裂液具有貨源廣、價格低廉、儲層改造效果較好的特點，因此水力壓裂技術成為我國煤層氣儲層改造的主流手段。本文結合晉煤集團藍焰煤層氣公司在鄭莊井田勘探開發(fā)煤層氣過程中活性水壓裂技術的使用實際，從加砂程序、施工排量及更換支撐劑等方面對該區(qū)域內活性水壓裂方案提出了優(yōu)化建議。

1 加砂程序優(yōu)化

加砂程序對裂縫內支撐劑濃度的分布和導流能力及壓裂效果具有十分重要的影響。壓裂液按照其在不同壓裂施工階段所起的所用，分為前置液、攜砂液和頂替液。在注入前置液量相同的前提下，即基于裂縫延伸距離及裂縫形成縫高相同的前提，模擬軟件能夠模擬出三種不同加砂程序裂縫形成有效縫高、有效支撐距離和裂縫延伸距離間的關系（見圖1）。

從圖2可看出，在滲透率中等、前置液量相同的情況下，采用第二種方案加砂能夠讓壓裂形成的裂縫在長度上和高度上都具有相對有效地支撐。當然，如果地層滲透率較高，應當采用第一種方案加砂。

2 壓裂施工排量優(yōu)化

把壓裂液注入煤層氣井時，只有在煤層裂縫的吸入量小于壓裂液的注入量時，方能在井筒和煤儲層間建立起能夠使煤儲層裂開的有效壓差。這種壓差與壓裂施工排量成正比，與壓裂形成的裂縫面積和煤儲層的滲透率成反比。因此考慮到活性水壓裂相對較差的攜砂能力，如果想把支撐劑相對較遠的往前帶，就必須適度增加排量。以目前沁水盆地活性水壓裂的現(xiàn)場施工為例根據(jù)滲透率的好壞對施工參數(shù)進行定性分析。沁水盆地部分活性水壓裂施工工藝參數(shù)分類見表1。

2.1 當煤儲層原始滲透率好時

當煤儲層原始滲透性好時，由于活性水粘度相對較低，如果前置液的排量不大，煤層裂縫的吸入量有可能大于前置液的注入量，就不能在井筒和煤儲層間建立起能夠使煤儲層裂開的有效壓差，達不到理想的造縫效果。

當前置液注入量相對較大時，壓裂液所傳導來的外來力大于煤儲層自帶的軸應力，當這種壓裂液傳導來的外力超過煤層本身破碎所需要的臨界力量后，煤層就會從最薄弱的地方破損裂開，形成一條甚至幾條裂縫。反之，如果前置液排量不大，就不足以產生能夠使煤層破碎的臨界力量，也就達不到在煤儲層造縫的效果，前置液也就不能發(fā)揮其應有的作用，這種情況下，即使后續(xù)攜砂液的砂比較高，也只能是在井筒附近形成堆積。當然，前置液的排量也不宜過大，否則會造成壓裂液注入速度遠大于煤儲層的吸入速度，即使能夠成功在煤儲層中造縫，但隨著壓裂液的大量濾失，有效造縫的距離不會太長，有效造縫的寬度也不會太大，會造成攜砂液攜帶砂體的距離有限，很難讓支撐劑起到應有的作用，而且排量過大，很可能會造成堵砂現(xiàn)象和竄層現(xiàn)象，嚴重影響壓裂效果。

當前置液注入量相對適中時，在前置液的注入過程中，為了減少濾失而伴隨使用段塞技術，并且在攜砂液注入過程中，盡可能使用低砂比、低排量，從而改善裂效果。

當前置液注入量相對較少時，前置液的無謂濾失肯定會減少，那么在攜砂液注入過程中，也盡可能使用低砂比，從而使造縫的延伸距離盡可能的變長，而且由于煤儲層本身滲透率好，很有可能系統(tǒng)的聯(lián)通有效造縫，進而取得理想的壓裂效果。

2.2 當煤儲層原始滲透率差時

當煤儲層原始滲透率差時，對活性水壓裂液的濾失量相對較小，但是即便如此，如果前置液的排量過小，也不能在煤儲層中造出長而有效的裂縫，這種情況下，即便在加砂過程中采用分段加砂技術，最早注入的小半徑砂粒也不能被攜帶到較遠的地方，造成后面注入的大半徑砂粒只能堆積在井筒附近，嚴重影響壓裂效果。而且由于煤儲層滲透率較差，后期排采時，很難將遠距離的裂隙系統(tǒng)與壓裂造成的裂縫貫通，致使后期產氣量不高。

當前置液注入量相對較大時，由于煤儲層的濾失量相對較小，能夠在煤儲層中造出有效的長距離裂縫，后續(xù)注入攜砂液時，在加砂過程中采用分段加砂技術，就能夠使半徑較小的砂粒在遠距離處支撐，在煤儲層中形成階梯狀的連續(xù)支撐，而且離井筒越近支撐砂粒的半徑越大，便于煤層氣的擴散和滲流，從而形成好的壓裂效果，后期產氣量也比較高。

當前置液注入量相對適中時，考慮到煤儲層滲透率差的情況，可采用大排量、分段砂比的加砂模式，這樣能夠在煤儲層中形成一定距離的有效裂縫，但不如前當前置液注入量相對較大時的效果明顯。

當前置液注入量相對較少時，由于煤儲層的滲透率差，無論采用大排量還是小排量，都很難在煤儲層中形成有效寬度和距離的裂縫，而且由于煤儲層滲透性差，后期排采過程中也不可能將裂隙系統(tǒng)貫通，后期產氣量較低。

3 壓裂支撐劑優(yōu)化

通過該曲線，我們發(fā)現(xiàn)，由于鄭莊井田地應力比較大，壓裂煤層氣所需壓力比較高。而且經過排采一段時間后的取樣分析，我們發(fā)現(xiàn)，石英砂基本上都處于破碎狀態(tài)，而且石英砂大多在鉆孔周圍20米范圍內沉淀。這證明了由于該井田地應力大、滲透性差，活性水+石英砂的壓裂方式存在缺陷。為了提高壓裂效果，現(xiàn)建議使用核桃殼作為支撐劑。

核桃殼作為支撐劑，其密度要低于石英砂，便于壓裂液的攜帶；而且經過試驗，核桃殼抗壓能力要高于石英砂，在高地應力的情況下，能夠提高裂縫的支撐效果，保持住煤層氣的解析通道。

4 結束語

綜上所述，在進行鄭莊井田煤層氣井壓裂方案設計時，對于原始滲透率較好的煤儲層，要使劈開的裂縫有效支撐，其砂比不需太大，可采用小排量低砂比的壓裂方案，在煤儲層中易形成窄長的裂縫且能有效支撐，使壓裂真正起作用；當煤原始儲層滲透率一般時，則需采用逐級加砂程序施工，使壓裂效果相對較好；當煤原始儲層滲透率較差時，則需使砂比相對較高，從而在煤儲層中形成短而寬的裂縫，使原始儲層滲透率得到較大改善；當?shù)貞^大時，可以考慮使用核桃殼作為支撐劑，能夠提高裂縫的支撐效果，保持住煤層氣的解析通道。

參考文獻

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