分層壓裂在煤層氣開發(fā)中的應(yīng)用

衛(wèi)佳濤

摘 要：煤層氣是中國重要的非常規(guī)天然氣。作為常規(guī)天然氣的補(bǔ)充，煤層氣開發(fā)具有重要意義。儲層改造是煤層氣增產(chǎn)的主要措施，而水力壓裂是儲層改造的主要手段。對于鄰近多儲層的改造，分層壓裂具有較好的效果。本文應(yīng)用分層壓裂對XS井的山西組山22段和山23段進(jìn)行改造，取得了較好的儲層改造效果。

關(guān)鍵詞：分層壓裂;煤層氣開發(fā);應(yīng)用

1 當(dāng)前我國煤層氣開發(fā)技術(shù)的現(xiàn)實(shí)狀況

1.1 煤層氣開發(fā)團(tuán)隊對地質(zhì)研究不夠充分

對煤層氣的有效開發(fā)是建立在充分掌握地質(zhì)構(gòu)造基礎(chǔ)之上的。當(dāng)前實(shí)踐中，煤層氣開發(fā)技術(shù)在運(yùn)用中，無法準(zhǔn)確的掌握煤層氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展特征，特別是對煤層氣地質(zhì)環(huán)境的特點(diǎn)存在判斷上的錯誤，不能準(zhǔn)確的掌握煤層氣的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，從而為煤層氣的高效開發(fā)造成了不利影響。某些地質(zhì)研究人員雖然掌握了一定的地質(zhì)研究工作的規(guī)范，但是對煤層氣勘探開發(fā)的分析不足，不能準(zhǔn)確的估算出煤層氣的儲存量，一定程度上影響著地質(zhì)研究工作的價值體現(xiàn)。另外，有些地質(zhì)勘探技術(shù)人員對煤層氣的開發(fā)技術(shù)學(xué)習(xí)和掌握不足，不能依據(jù)實(shí)際情況選用恰當(dāng)?shù)拿簩託獾拈_采技術(shù)，使得一些煤層氣勘探新技術(shù)不能高效的運(yùn)用到煤層氣的開發(fā)工作中，無法發(fā)揮新技術(shù)的優(yōu)勢，為煤層氣的勘探和開發(fā)提供高效支持。另外，有的時候在煤層氣的開發(fā)過程中，也存在著對測井的手段的認(rèn)識不足，對測井方法的影響因素太過大意，以致于影響到了隨后的實(shí)際勘探和開發(fā)工作的效率和質(zhì)量。

1.2 煤層氣開發(fā)技術(shù)設(shè)備需要更新和優(yōu)化

在煤層氣開發(fā)的過程中，煤層氣開發(fā)技術(shù)設(shè)備的質(zhì)量直接影響著煤層氣開發(fā)的效果和質(zhì)量。在實(shí)踐過程中，由于各個地方的地質(zhì)條件具有很大的差異性，需要運(yùn)用的煤層氣開發(fā)技術(shù)也就不同，而煤層氣開發(fā)技術(shù)設(shè)備存在一定的落后性，不能真正滿足煤層氣的勘探和開發(fā)使用要求。而實(shí)踐中，一些運(yùn)用的煤層氣開發(fā)技術(shù)，并沒有針對當(dāng)?shù)氐膶?shí)際地質(zhì)特點(diǎn)做好設(shè)備的創(chuàng)新，特備是在煤礦進(jìn)行采動分析過程中，一些新型的設(shè)備不能被充分的利用和推廣開來，導(dǎo)致實(shí)際的裝備不能完全滿足實(shí)際的煤層氣開發(fā)應(yīng)用的實(shí)際要求，不能真正發(fā)揮出其利用價值，為煤層氣的開發(fā)提供助力。

1.3 煤層氣開發(fā)抽采技術(shù)有待進(jìn)一步的完善

在煤層氣的開發(fā)過程中，抽采技術(shù)的應(yīng)用，可以有效提升開發(fā)的效率和質(zhì)量。然而，在抽采技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，也存在著對煤層氣的碎軟煤層考察不周的狀況，使得常規(guī)壓裂的效果難以得到合理處置。同時，在抽采技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用過程中，也存在著對煤層氣的敏感性特征考慮不周的狀況，對儲層應(yīng)力的有效分析不足，很可能造成煤層氣所在區(qū)域的干擾因素不能有效排除，很大程度上影響了抽采技術(shù)的全面實(shí)施。有些煤層氣開發(fā)技術(shù)對于井下抽采的具體情況預(yù)估不夠周全，特別是在進(jìn)行程控效率分析的過程中，不能全面的掌握煤礦采動區(qū)的實(shí)際情況，以致于影響到了聯(lián)合抽采方案的實(shí)際制定和實(shí)施，不能保障抽采技術(shù)的高效、順利實(shí)施。

2 XS井基本情況

XS井位于山西省柳林縣石西鄉(xiāng)何峁村北0.3km，處于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡帶。井位海拔806m，井深2215m。山西組山22段和山23段為分層壓裂改造區(qū)段。山22段井段位于井深1264.8～1271.5m處，從測井資料分析自然伽馬60～70API，聲波時差220.59μs/m，地層電阻率38.81Ω·m，孔隙度6.64%，含氣飽和度21.22%;氣測解釋最大值29.82%，氣測解釋基值3.16%，氣測解釋平均值15.67%，氣測解釋成果為干層。山23段井段位于井深1289～1296.5m處，從測井資料分析自然伽馬40～70API，聲波時差235.43～238.08μs/m，地層電阻率27.01～34.24Ω·m，孔隙度9.2%～9.55%，含氣飽和度35.63%～40.82%;氣測解釋最大值4.25%，氣測解釋基值0.78%～1.45%，氣測解釋平均值2.16%～2.66%，氣測解釋結(jié)果為差氣層。綜合該井區(qū)塊整體情況，地層壓力梯度按0.85MPa/100m計算，預(yù)計山22段、山23段壓力均在11MPa左右。結(jié)合該區(qū)整體情況，XS井地溫梯度約2.5℃/100m，預(yù)計山22段氣層溫度在39.4℃左右，山23段氣層溫度在40.4℃左右。

3 分層壓裂工程設(shè)計

山22、山23組縱向厚度大，含油氣井段長，籠統(tǒng)壓裂難以實(shí)現(xiàn)縱向上的充分改造，為了提高開發(fā)效果，優(yōu)化分層壓裂工藝，采用了封隔器跨隔目的層的分層壓裂工藝。山22段、山23段測井解釋和氣測解釋均為差氣層，但山22段砂體厚度較大，儲層物性顯示一般，采用中等偏大規(guī)模壓裂，充分解放儲層產(chǎn)能。壓裂目的層天然裂縫發(fā)育情況未知，可采用較高排量壓裂，降低液體濾失，同時最大限度溝通天然裂縫，增加泄氣面積。

3.1 壓裂液的選擇

根據(jù)該區(qū)塊整體性儲層特征，確定采用堿性條件下交聯(lián)的羥丙基胍膠低溫水基壓裂液配方。借鑒鄰近區(qū)域儲層特征，XS井儲層可能具有中強(qiáng)水敏特征，外來液體易造成水鎖傷害，添加黏土穩(wěn)定劑和防水鎖劑，優(yōu)選長效防膨劑，防止黏土膨脹、運(yùn)移;配伍防水鎖劑，增強(qiáng)壓裂液防水敏、防水鎖、快速破膠、返排能力。通過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，優(yōu)化后的壓裂液配方為：0.3%胍膠+0.5%黏土穩(wěn)定劑+0.5%KCl+0.3%氣井助排劑+0.1%環(huán)保殺菌劑+0.3%起泡劑+0.5%水鎖傷害處理劑。

黏度測試。最初測試溫度45℃，剪切120min后，黏度保持在110MPa·s，黏度下降平緩。破膠試驗(yàn)。對不同溫度下不同劑量、不同破膠時間的測試如圖1所示。

3.2 支撐劑的選擇

經(jīng)測，閉合壓力系數(shù)為1.42MPa/100m，因此1300m閉合壓力為18.46MPa。優(yōu)選40目/70目陶粒作為段塞主劑，打磨炮眼，降低摩阻，同時嘗試加砂，觀察地層吃砂能力;20目/40目陶粒作為主支撐劑，以滿足施工要求并取得較高的導(dǎo)流能力。

3.3 射孔參數(shù)的優(yōu)化

山22段射孔段位于井深1266.0～1270.0m處，山23組射孔段位于井深1292.0～1296.0m處。射孔選擇大孔徑、深穿透的射孔槍彈射孔，同時優(yōu)選合適的排量與孔眼個數(shù)，選擇較低的孔眼摩阻。

3.4 管柱的優(yōu)化

針對該井地質(zhì)條件，經(jīng)實(shí)驗(yàn)分析、數(shù)值模擬及前期試壓等工作，壓裂管柱自下而上：節(jié)流器（1324m）+油管2根+封隔器（1304m）+水力錨+滑套（1294m）+封隔器（1278m）+滑套（1268m）+封隔器（1258m）+水力錨（1257m）+安全接頭（1256m）+油管至井口。

4 分層壓裂現(xiàn)場應(yīng)用

本次壓裂試驗(yàn)嚴(yán)格按設(shè)計執(zhí)行，壓裂泵注程序如表3所示。射孔厚度4m，孔密16孔/m，破裂壓力32.44MPa，工作壓力28～32.44MPa，停泵壓力19.3MPa，排量3.4m3/min，加砂量25.34m3，砂比10.85%。前置液86.79m3，攜砂液140.01m3，頂替液4.93m3，入地總液量233.59m3。

壓裂過程中總體壓力平穩(wěn)，裂縫發(fā)育良好，主裂縫長度、高度正常，支撐劑鋪設(shè)的效果較好，整體儲層改造效果好。壓裂目的層為山22段，山23段的壓裂周期普遍較短，壓裂效率高，壓裂費(fèi)用降低，成本顯著降低。

5 結(jié)束語

水力壓裂是儲層改造的主要手段，對于鄰近多儲層的改造，分層壓裂具有較好的效果。根據(jù)鉆探、測井資料，分析了XS井的基本情況，進(jìn)行了適用于XS井的山西組山22段和山23段的分層壓裂工程設(shè)計，進(jìn)行了泵注模擬，并對其現(xiàn)場應(yīng)用進(jìn)行了分析?，F(xiàn)場應(yīng)用取得了較好的儲層改造效果。

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