沁水盆地某區(qū)塊壓裂工藝對煤儲層改造效果的影響

侯巖波 劉一楠 胡秋萍

(中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司，北京 100016)

我國煤層氣賦存總體特征為“四低一高”，即含氣飽和度低、滲透率低、資源豐度低、儲集層壓力低和變質(zhì)程度高。要獲得低成本高產(chǎn)氣量的煤層氣井，必須提高煤層氣儲層的滲透率、擴(kuò)大解吸體積。水力壓裂工藝廣泛應(yīng)用于煤層氣儲層增滲，但由于煤儲層本身具有泊松比大、楊氏模量小、面割理和端割理較為發(fā)育等特點(diǎn)，且縱向和橫向上非均質(zhì)較強(qiáng)，導(dǎo)致同一區(qū)塊內(nèi)壓裂效果好壞不一，單井產(chǎn)氣量差距較大。如何在煤儲層內(nèi)形成有效支撐的網(wǎng)狀裂縫是儲層擴(kuò)大解吸體積的關(guān)鍵工藝措施，壓裂施工工藝的與地質(zhì)條件的匹配性是決定能否形成有效的壓裂裂縫的。前人對沁水盆地某區(qū)塊儲層改造的研究主要集中在壓裂縫延伸機(jī)理及效果評價，對壓裂施工工藝對儲層改造效果的影響研究較少。本文以沁水盆地某區(qū)塊20口地質(zhì)條件相似的煤層壓裂生產(chǎn)井為研究對象，在統(tǒng)計煤儲層產(chǎn)氣效果的基礎(chǔ)上，基于單因素敏感性、皮爾遜相關(guān)性、灰色關(guān)聯(lián)法和壓后凈壓力擬合等方法，系統(tǒng)分析了總液量、套壓、前置液量、加砂量、平均排量和平均砂比等施工參數(shù)對儲層改造的影響特征，進(jìn)而揭示壓裂施工工藝對改造效果的影響特征。

1 井位優(yōu)選及產(chǎn)氣特征

為了消除由于現(xiàn)場存在多種原因的關(guān)機(jī)、停機(jī)等因素對產(chǎn)氣的影響，需對分析進(jìn)行合理的篩選，優(yōu)選出排采時間在2年以上且排采較為連續(xù)井進(jìn)行分析?；谏鲜鲈瓌t，在相似地質(zhì)條件下優(yōu)選出20口壓裂生產(chǎn)井，匯總結(jié)果如表1。

如果將以上20口壓裂井壓后生產(chǎn)數(shù)據(jù)中日產(chǎn)氣量(單位：m3/d)分級別，分別為q>500，500≤q>200，200≤q>100以及100≤q，可以從圖1中明顯看出壓裂整體效果。

圖1 20口壓裂井壓后效果分布

除QS-27、QS-31、QS-24壓裂效果相對來說較好，但是從數(shù)值上看，仍沒有達(dá)到好的壓后產(chǎn)氣量，其他氣井壓后效果不明顯，尤其是類似于QS-52、QS-26井，產(chǎn)量極小，幾乎無壓裂效果，造成這種情況的因素很多，可能是單因素直接導(dǎo)致，也有可能是多種因素共同影響，下面我們從地質(zhì)因素、工程因素來分析造成這種結(jié)果的原因，并且對各個因素進(jìn)行主次關(guān)系排序，有助于在二次壓裂和投產(chǎn)時盡量避免再次出現(xiàn)壓裂效果不明顯甚至壓裂無效果的結(jié)局。

2 影響壓裂效果工程因素分析

根據(jù)已有的數(shù)據(jù)對影響壓裂效果的工程因素進(jìn)行相關(guān)性分析，包括壓裂工藝參數(shù)如前置液量、總液量、加砂量、平均砂比、平均排量等。采用了單因素敏感性分析、皮爾遜相關(guān)分析法、灰色相關(guān)度等方法進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)采用穩(wěn)定產(chǎn)氣時數(shù)據(jù)，不穩(wěn)定數(shù)據(jù)采用加權(quán)平均方法。

工程單因素敏感性分析按照相對影響系數(shù)絕對值大小排序為：總液量>前置液量>加砂量>平均排量>平均砂比。工程因素皮爾遜相關(guān)性分析，r值絕對值大小排序為：前置液量>平均排量>加砂量>平均砂比>總液量。工程因素灰色關(guān)聯(lián)度分析大小排序為：總液量>前置液量>加砂量>平均排量>平均砂比。通過單因素敏感性分析、多因素相關(guān)性分析如皮爾遜相關(guān)性分析、灰色關(guān)聯(lián)度分析，得到該區(qū)塊煤層氣井壓后平均日常氣量與工程因素之間的相關(guān)性。綜合對比圖如圖2所示。

圖2 相關(guān)性綜合對比圖

從上圖中可以看出，相關(guān)性大致可以分為三個等級如表2所示。

表2 相關(guān)性等級分類

3 壓后凈壓力擬合分析

壓裂過程中，水力裂縫內(nèi)流體流動壓和地層閉合壓力的差值稱為凈壓力。凈壓力擬合就是將指將水力壓裂施工時的監(jiān)測井底縫口凈壓力與軟件模擬計算的縫口凈壓力進(jìn)行擬合，擬合后可了解地下裂縫參數(shù)、反演地層參數(shù)和評價壓裂施工效果。壓裂施工凈壓力歷史擬合分析與評價技術(shù)方法包括地應(yīng)力分析、測試壓裂特征曲線分析、測試壓裂凈壓力擬合、降排量分析、主壓裂凈壓力擬合。

井底縫口凈壓力等于井底壓力減去裂縫閉合壓力和裂縫入口摩阻，其中，井底壓力等于環(huán)空或油管壓力加上靜液柱壓力，裂縫入口摩阻等于孔眼摩阻加上近井筒摩阻。在收集計算所需地層、施工等參數(shù)后，選擇模型運(yùn)用FracproPT軟件對該區(qū)塊20口煤層氣井的凈壓力進(jìn)行歷史擬合，擬合結(jié)果如表3所示。

表3 20口井前期壓裂凈壓力擬合結(jié)果

續(xù)表

從表3中可以看出，整體壓裂效果不理想，單翼縫長范圍為40～81.9m，平均單翼縫長為60.1m，縫高范圍為11～26.9m，平均縫高為17.2m，逢高一般是儲層厚度的1～3倍。圖3為QS-56井裂縫剖面。

圖3 QS-56井裂縫剖面

在儲層地質(zhì)方面，儲層物性差，滲透率低，有效厚度小，隔層與儲層間壓差小，隔層厚度小，縫高得不到有效控制，支撐縫長達(dá)不到理想效果；在壓裂施工參數(shù)上，砂量、平均砂比、總擠入量等的選擇和把握也會影響裂縫形態(tài)，例如在上述井中存在加砂量過大造成井筒脫砂，使得造縫不利，伴隨著排量較大，進(jìn)而造成逢高過高，穿透產(chǎn)層。