煤層氣重復(fù)壓裂技術(shù)在沁水盆地南部的應(yīng)用

曹 超

(中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司，山西 048000)

煤層氣重復(fù)壓裂技術(shù)在沁水盆地南部的應(yīng)用

曹 超

(中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司，山西 048000)

目前的煤層氣開發(fā)過程中，孔道堵塞和滲透率的降低會導(dǎo)致煤層氣井產(chǎn)量下降，而重復(fù)壓裂技術(shù)可以有效改善或者減緩該問題。重復(fù)壓裂技術(shù)可以幫助清除近井地帶污染，改善天然裂縫的網(wǎng)狀溝通，從而更有效地進(jìn)行排水降壓，連通深部儲層及井筒，同時可提高儲層滲透率。本文針對沁水盆地南部煤層氣井壓裂作業(yè)，著重介紹了重復(fù)壓裂技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用，為今后低產(chǎn)井改造處理作業(yè)提供了可靠的經(jīng)驗。

煤層氣 重復(fù)壓裂 沁水盆地

1 柿莊南區(qū)塊煤層氣開發(fā)現(xiàn)狀

山西沁水盆地煤層氣田是我國煤層氣開發(fā)的主力區(qū)塊，該氣田具有低壓、低滲、低飽和及非均質(zhì)性強的“三低一強”典型特征。近些年來，通過對沁水盆地南部區(qū)塊的煤層氣開發(fā)生產(chǎn)作業(yè)，中聯(lián)公司在鉆完井工程和排采技術(shù)方面均取得了較好的成效，但目前開發(fā)生產(chǎn)過程中仍存在一定的難題。前期排采過程中的激動影響后期產(chǎn)氣量、產(chǎn)水量，且隨著開發(fā)的逐漸深入，壓裂效果逐漸降低，壓裂裂縫閉合、煤粉堵塞喉道、出砂以及壓裂后其他作業(yè)對近井地帶造成污染等情況時有發(fā)生，從而造成產(chǎn)量大幅下降。為了保證煤層氣井有效開發(fā)的可持續(xù)性，本文重點分析了重復(fù)壓裂技術(shù)在煤層氣井中的應(yīng)用，為今后該區(qū)塊的重復(fù)壓裂施工作業(yè)提供有效的技術(shù)支撐。

2 重復(fù)壓裂技術(shù)的應(yīng)用目的及必要性

重復(fù)壓裂技術(shù)可分為兩種方式，一種為大規(guī)模重復(fù)壓裂，另一種為小規(guī)模解堵重復(fù)壓裂。煤層氣開發(fā)過程中，影響產(chǎn)氣效果的因素較多，但歸結(jié)起來可概括為三個主要方面：一是儲層豐度，二是儲層是否有能量通過系統(tǒng)通道使得氣體得以產(chǎn)出。重復(fù)水力壓裂技術(shù)解決的即是煤層氣開發(fā)過程中的通道堵塞問題。低產(chǎn)量煤層氣井可分為三類：一是儲層豐度較低，無開發(fā)潛力；二是豐度較高，開發(fā)潛力較好，但由于壓裂施工等原因未能形成有效裂縫；三是豐度較高，開發(fā)潛力較好，且壓裂施工已形成有效裂縫，但由于后期排采等原因?qū)е铝芽p通道堵塞。上述三類情況，嚴(yán)重影響著煤層氣井的產(chǎn)氣效率。

3 重復(fù)壓裂井選井原則及依據(jù)

上述文章中的三類井，第一類受豐度限制無可改造的空間，第二類和第三類均可通過重復(fù)壓裂技術(shù)進(jìn)行儲層改造，以達(dá)到提產(chǎn)的目的。

第二類低產(chǎn)井型的成因較多，筆者總結(jié)可概括為以下幾點：

(1)套管限壓等原因?qū)е聣毫岩?guī)模不夠，裂縫未能充分延伸，僅在近井地帶形成微少裂縫，未能有效改造遠(yuǎn)井筒地帶；

(2)支撐劑粒徑較小，未能形成有效支撐，而更多的效果是鑲嵌作用；

(3)射孔工藝技術(shù)原因?qū)е聣毫研Ч^差。

該類低產(chǎn)井成因的本質(zhì)是是未能形成較為系統(tǒng)的有效裂縫。因此，重復(fù)壓裂技術(shù)思路為大規(guī)模重復(fù)壓裂改造，即在重復(fù)壓裂過程中采用大液量、大排量及高砂比的方式，以形成足夠的有效裂縫，將井筒與遠(yuǎn)井地帶充分溝通，降低系統(tǒng)能量消耗，從而達(dá)到提高產(chǎn)氣的目的。

經(jīng)如上分析，大規(guī)模重復(fù)壓裂改造井選井原則為：

(1)資源豐度、含氣飽和度較高，有開發(fā)潛力；

(2)一次壓裂改造不明顯；

(3)氣井產(chǎn)量明顯低于鄰井；

(4)生產(chǎn)過程中，氣井產(chǎn)量一直不理想，或無產(chǎn)量。

上述文章中的第三類低產(chǎn)井，其主要影響因素為排采工程。在排采過程中，需要逐級平穩(wěn)降壓，高排采強度會帶來較大的負(fù)面影響：

(1)引起井底流壓激動，容易導(dǎo)致煤粉形成和產(chǎn)出，產(chǎn)生裂隙堵塞，從而降低煤層滲透率；

(2)在排采初期，裂縫未完全閉合，排采強度過大會導(dǎo)致井底壓差過大引起支撐劑外吐，影響壓裂效果；

(3)壓降漏斗得不到充分?jǐn)U展，僅在近井地帶形成了壓降漏斗，將近井地帶的煤層氣解吸出來，遠(yuǎn)井地帶未能有效溝通；

(4)煤粉、石英砂等外吐物可能會堵塞孔眼，影響泵效，造成卡泵等現(xiàn)象，使得修井作業(yè)次數(shù)極大增加，甚至嚴(yán)重影響煤層。

此外，由于其它原因造成的非連續(xù)性排采也會對排采效果帶來不利影響，主要包括兩個方面：一是近井地帶地層壓力的逐漸恢復(fù)，會導(dǎo)致解吸出的甲烷在煤層中被重新吸附；二是煤層中的裂隙被水再次充填，減小了煤層喉道處的流動空間，使得甲烷氣泡通過喉道時產(chǎn)生賈敏效應(yīng)而消耗系統(tǒng)能量。針對該類低產(chǎn)井，由于壓裂過程中已形成較長的有效裂縫，只是由于近井地帶污染而導(dǎo)致產(chǎn)量較低，因此在采用重復(fù)壓裂技術(shù)時可考慮小規(guī)模解堵壓裂。

經(jīng)如上述分析，小規(guī)模解堵井選井原則為：

(1)資源豐度、含氣飽和度較高，有開發(fā)潛力；

(2)生產(chǎn)過程中產(chǎn)氣量較為穩(wěn)定，穩(wěn)產(chǎn)時間長；

(3)排采制度變動直接造成氣井產(chǎn)能下降。

4 重復(fù)壓裂施工參數(shù)的確定

對于重復(fù)壓裂井，存在兩種不同的裂縫體系，即初次壓裂人工裂縫和重復(fù)壓裂新裂縫。重復(fù)壓裂改造的兩個分類就分別對應(yīng)著這兩種不同的裂縫體系：小規(guī)模解堵重復(fù)壓裂即為了疏通初次壓裂人工裂縫，而大規(guī)模改造重復(fù)壓裂則為了在原有裂縫的條件下形成新裂縫。

對于小規(guī)模解堵性重復(fù)壓裂，目的是為了近井地帶解堵，無需重新造縫，僅需要將初次壓裂形成的裂縫重新溝通，并將支撐劑分布在近井周圍，因此可采取小液量、小排量及低加砂強度的壓裂方式。

對于大規(guī)模重復(fù)壓裂改造，其目的為重新形成裂縫，因此不僅需要將初次壓裂裂縫重啟，且需要形成轉(zhuǎn)向裂縫，在重復(fù)壓裂過程中，若要形成新裂縫，則井底注入壓力應(yīng)滿足以下條件。因此，建議采用大液量、大排量、高加砂強度的壓裂方式。

筆者經(jīng)過對沁水盆地南部柿莊區(qū)塊進(jìn)行調(diào)研，查閱相關(guān)地質(zhì)及壓裂工程資料，綜合考慮頂?shù)装迩闆r和改造效果分析得出：小規(guī)模解堵性重復(fù)壓裂支撐劑規(guī)?？刂圃?0～30m3之間，施工排量控制在5m3/min左右；大規(guī)模重復(fù)壓裂改造支撐劑規(guī)?？刂圃?0～50m3之間，施工排量控制在7m3/min左右。

圖1 A井排采曲線

5 重復(fù)壓裂技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用

結(jié)合重復(fù)壓裂技術(shù)的相關(guān)理論分析，可從小規(guī)模解堵和大規(guī)模壓裂改造兩方面探討其應(yīng)用效果。

(1)小規(guī)模解堵應(yīng)用

A井于2010年5月3日完井，完井井深765.00m。2010年7月3日壓裂3號煤層，壓裂井段713.90～721.40m，厚度7.5m，共注入活性水562.72m3，加石英砂54.32m3。2010年12月9日開始排采，排采588天后開始產(chǎn)氣，最高日產(chǎn)氣量為311m3/d，產(chǎn)氣高峰時，日產(chǎn)水量2.1m3/d，后因排采不連續(xù)導(dǎo)致產(chǎn)氣下降為0m3/d。

現(xiàn)場數(shù)據(jù)表明，A井處于向斜軸部，構(gòu)造位置較低，第一次壓裂施工正常，滿足設(shè)計要求，后期排采過程中動液面波動較大，產(chǎn)氣量與鄰井相比較低，實際產(chǎn)水量也偏低，與正常情況不符。分析其原因為近井地帶煤粉堵塞，因此對該井進(jìn)行了小規(guī)模解堵重復(fù)壓裂改造，并在壓裂后立即放噴。本次重復(fù)壓裂于2014年12月8日進(jìn)行，壓裂加砂量為12.75m3，入井液量為283.87m3，最高施工排量為5m3/min，且采用多級排量的方式，以避免排量激動對地層產(chǎn)生負(fù)作用而形成大量煤粉。A井有3口鄰井，分別編號A1、A2、A3。表1為A井與鄰井生產(chǎn)數(shù)據(jù)對比。

表1 A井與鄰井生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

表1及圖1結(jié)果表明，該井壓后保持持續(xù)排采，壓后不久即見氣，且產(chǎn)量達(dá)到900m3/d，比重復(fù)壓裂之前的最高產(chǎn)氣量提高了189%。由此可見，小規(guī)模解堵重復(fù)壓裂技術(shù)的應(yīng)用可顯著改善近井地帶儲層狀況，重新溝通地層，從而達(dá)到提高產(chǎn)氣量的目的。

圖2 B井排采曲線

(2)大規(guī)模重復(fù)壓裂改造

B井于2011年7月22日完井，完井井深802.46m。2012年3月25日壓裂3號煤層，壓裂井段764.00～769.00m，厚度5.0m，共注入活性水583.1m3，加石英砂40.28m3。2012年11月17日開始排采，排采55天后開始產(chǎn)氣，最高日產(chǎn)氣量為170m3/d， 產(chǎn)氣高峰時日產(chǎn)水量3.4m3/d (圖2)。

現(xiàn)場數(shù)據(jù)表明，該井在一次壓裂過程中，壓力一直較高且呈現(xiàn)上升趨勢，加砂量未滿足設(shè)計要求，壓裂施工造縫效果較差，故該井于2014年12月17日進(jìn)行大規(guī)模重復(fù)壓裂改造。本次壓裂加砂量為56.62m3，入井液量為1063.32m3，最高施工排量為7.55m3/min，且采用多級排量的方式，以避免排量激動對地層產(chǎn)生負(fù)作用而形成大量煤粉。B井周圍有4口井，分別編號為B1、B2、B3、B4，表2為B井與鄰井生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計表。

分析表中數(shù)據(jù)可知，B井壓后保持連續(xù)排采，產(chǎn)氣量逐步上升，現(xiàn)已達(dá)到490m3/d，相比重復(fù)壓裂改造之前提升了188%，且產(chǎn)量仍有較大上升空間。由此可見，針對該井的大規(guī)模重復(fù)壓裂改造效果明顯，經(jīng)過改造，該井形成了較大裂縫，將遠(yuǎn)井地帶有效溝通，達(dá)到了較好的產(chǎn)期效果。

6 結(jié)論

(1)一次壓裂未達(dá)到施工目標(biāo)和排采不連續(xù)是導(dǎo)致煤層氣井產(chǎn)量低的重要原因。

(2)沁水盆地南部煤層氣井的小規(guī)模解堵重復(fù)壓裂和大規(guī)模重復(fù)壓裂改造均取得了較好的效果，本文總結(jié)出了重復(fù)壓裂技術(shù)使用時的選井原則，對今后低產(chǎn)井改造處理提供了理論依據(jù)，可在該區(qū)塊低產(chǎn)井中推廣重復(fù)壓裂技術(shù)。

(3)二次壓裂選井應(yīng)著重考慮本井一次壓裂施工情況、排采情況、鄰井產(chǎn)氣量及產(chǎn)水量等因素，且二次壓裂后一定要選擇合理的工作制度，以保持穩(wěn)定排采，避免二次壓裂后再次受到污染。

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(責(zé)任編輯 黃 嵐)

Application of CBM Repeated Fracturing Technology in Southern Qinshui Basin

CAO Chao

(China United Coalbed Methane Co.,Ltd.,Shanxi 048000)

In the current process of CBM development,the pore blockage and the reduction of permeability will cause the decline of production,and the repeated fracturing technology can effectively improve or relieve this problem. The repeated fracturing technology can improve the communication of natural fractures by removing the pollution of wellbore area,thus drainage and decrease the pressure more effectively,connect the deep reservoir and wellbore,and can improve reservoir permeability. This paper is aimed at the fracturing operation of South Qinshui Basin CBM well,emphatically introduces the field application of repeated fracturing technology,which could provide reliable experience for the future treatment of low production wells.

CBM; repeated fracturing; Qinshui Basin

曹超，男，工程師，學(xué)士，主要從事煤層氣井壓裂和井下作業(yè)技術(shù)研究及現(xiàn)場管理工作。