新型復(fù)合壓裂工藝在武鄉(xiāng)煤層氣開采區(qū)塊的應(yīng)用

云 劍

(山西藍(lán)焰煤層氣工程研究有限責(zé)任公司， 山西 晉城 048000)

我國深部煤層氣資源總量豐富，其地質(zhì)資源總量約為30.37×1012m3，是淺層煤層氣總量的2倍左右[1]，是我國煤層氣開采的發(fā)展方向。深部煤層氣開采價(jià)值大，但是隨著埋深增加，地應(yīng)力顯著增大同時(shí)滲透性變差。儲層改造是獲得低滲透煤層氣井高產(chǎn)的重要手段。光套管壓裂技術(shù)可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模壓裂,但容易造成儲層污染，且可調(diào)性較差導(dǎo)致壓裂效果偏差；連續(xù)油管壓裂技術(shù)自動化程度和作業(yè)效率高，是目前的主流壓裂技術(shù)，但是配套設(shè)施要求較高、成本高；常規(guī)油管壓裂技術(shù)可實(shí)現(xiàn)射孔、壓裂、封隔一體化作業(yè)，且射流效應(yīng)定向性強(qiáng)，但是不能帶壓作業(yè)，容易造成壓力激動、壓后堵前[2]. 沁水盆地中部長治武鄉(xiāng)區(qū)塊煤層埋深普遍較大(>1 300 m)，采用連續(xù)油管壓裂以及大排量光套管壓裂，施工過程中容易產(chǎn)生砂堵，造成施工困難。從裂縫監(jiān)測上看，裂縫延伸長度、延展寬度都不太理想。因此，擬在武鄉(xiāng)區(qū)塊15#煤層壓裂過程采用新型復(fù)合壓裂工藝。

1 區(qū)域概況

沁水盆地中部長治武鄉(xiāng)區(qū)塊地處太行山西麓，山西高原東南部，地形特征為低山丘陵。地勢呈東西高、中間低。區(qū)塊地處榆社—武鄉(xiāng)斷裂背斜構(gòu)造帶內(nèi)，東為娘子關(guān)—坪頭撓褶帶，西為沁水復(fù)向斜與漳源—沁源帶狀斷裂背斜構(gòu)造帶相接，南為雙頭—襄垣斷裂構(gòu)造帶，北為天中山—儀城斷裂構(gòu)造帶[3].

該地區(qū)目的煤層為3#上及15#煤層。15#煤層位于太原組下段下部，結(jié)構(gòu)簡單，為全區(qū)穩(wěn)定可采的薄煤層，厚度1.21～6.72 m，平均1.03 m，由南向北煤層厚度逐漸變大，埋深572～2 016 m，平均1 480 m. 15#煤層含氣量東北部較高，向南逐漸降低，最高處含氣量36.99 m3/t. 15#煤層下距K1砂巖1.31～4.89 m，平均3.01 m. 頂板巖性多為砂質(zhì)泥巖、泥巖及粉砂巖和細(xì)粒砂巖；底板為砂質(zhì)泥巖、泥巖以及粉砂巖。15#煤層滲透率0.434×10-3～7.82×10-3μm2，平均4.127×10-3μm2，15#煤層含氣量等值線見圖1.

2 新型復(fù)合壓裂工藝

結(jié)合現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，分析原壓裂工藝，發(fā)現(xiàn)造成壓裂施工困難以及后期產(chǎn)量不高的原因主要是目的煤層無法有效成縫，壓裂砂只能集中在近井地帶造成加砂困難，且由于射孔數(shù)少且是螺旋排布，無法保證壓裂過程中裂縫在煤層中延伸，形成穩(wěn)定有效的產(chǎn)氣通道。因此最終這些水平井產(chǎn)氣量不高，并且氣量衰減很快。水平井采用原壓裂工藝排采情況見表1.

表1 水平井原壓裂工藝排采情況表

因此，提出新型復(fù)合壓裂工藝：分簇定向射孔+泵送橋塞光套管壓裂。首先從壓裂選段上選取煤層伽馬值低、氣測高的煤層段，結(jié)合裂縫監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用相鄰壓裂段間隔60 m左右，這樣在保證充分利用資源的基礎(chǔ)上也防止兩個(gè)相鄰壓裂段互相干擾。其次射孔方式由之前的單射孔槍射孔變成分簇射孔，相對于之前提供了多個(gè)壓裂通道，并且定向射孔也保障了壓裂過程中裂縫延展盡量在煤層中，避免了砂堵的風(fēng)險(xiǎn)。

2.1 壓裂選段

收集鉆井過程中的測井、錄井、鉆井資料，充分利用煤層氣水平井鉆井過程中的伽馬、氣測錄井、鉆時(shí)、巖屑、套管節(jié)箍等數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)導(dǎo)入Resform軟件整理成圖。通過與鉆井井斜數(shù)據(jù)對比，得出鉆井過程中水平段鉆遇煤層情況及與煤層相對位置，結(jié)合后續(xù)的壓裂工藝進(jìn)行壓裂選段。WX-L-01井Resform壓裂選點(diǎn)圖見圖2,水平段軌跡圖見圖3. 圖2中黑色虛線是分簇定向射孔段，圖3中箭頭標(biāo)注了煤層相對位置和實(shí)際鉆井軌跡。

圖2 WX-L-01井Resform壓裂選點(diǎn)圖

圖3 WX-L-01井水平段軌跡圖

2.2 分簇定向射孔+泵送橋塞光套管壓裂

分簇定向射孔技術(shù)是在一個(gè)壓裂點(diǎn)上根據(jù)前期得到的水平井鉆遇煤層情況及與煤層相對位置，對射孔點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確的向上、兩側(cè)或者向下定向射孔。保證壓裂施工中裂縫延展盡量在煤層中，確保壓裂施工順利進(jìn)行。

具體施工工藝順序：第一段采取連續(xù)油管噴砂射孔或者油管傳輸射孔，因?yàn)槭撬骄虼说谝欢尾荒懿捎盟Ρ盟蜆蛉淇追绞剑淇淄戤吅笕〕錾淇自O(shè)備進(jìn)行光套管壓裂作業(yè)，排量10 m3/min. 第二段采用水力泵把橋塞和射孔槍輸送至預(yù)定位置，點(diǎn)火坐封橋塞，并且上提射孔槍至目標(biāo)煤層位置進(jìn)行射孔作業(yè)，射孔完畢后起出射孔槍，對剛完成射孔層位進(jìn)行光套管壓裂工藝。用上述方式，根據(jù)壓裂段數(shù)要求，依次下入橋塞及射孔槍、上提射孔槍進(jìn)行射孔作業(yè)、光套管壓裂作業(yè)，直至壓裂完所有壓裂選段[4]. 射孔作業(yè)過程見圖4.

圖4 WX-L-01井泵送橋塞射孔工藝圖

最后壓裂完使用連續(xù)油管鉆塞，在連續(xù)油管上安裝鉆磨工具串，做好前期準(zhǔn)備工作，下入井中到達(dá)橋塞深度起泵并提高排量至鉆磨設(shè)計(jì)排量，確保鉆磨開始前達(dá)到合適的返排排量。下探橋塞位置，開始鉆磨作業(yè)，低密度鉆屑隨著循環(huán)液返出到井口，可從返出物中看到正在鉆磨的東西及碎屑尺寸，以指導(dǎo)后續(xù)鉆磨施工。第一個(gè)橋塞鉆完后，繼續(xù)進(jìn)行下一個(gè)鉆塞施工，直至全部完成[5]. WX-L-01井連續(xù)油管鉆塞示意圖見圖5.

圖5 WX-L-01井連續(xù)油管鉆塞示意圖

3 新型復(fù)合壓裂效果分析

3.1 鉆井壓裂效果分析

WX-L-01井第二段裂縫延展圖見圖6，從裂縫監(jiān)測效果來看，裂縫左翼、右翼分別為145 m、157 m，裂縫在煤層中延伸的范圍有了很大程度提升。表明15#煤層實(shí)施分簇定向射孔+泵送橋塞光套管壓裂的復(fù)合壓裂工藝效果顯著。

3.2 WX-L-01井排采情況

WX-L-01井2020年8月正式下泵排采，截至2021年6月初，該井產(chǎn)氣穩(wěn)定，井底流壓0.38 MPa，套壓0.22 MPa，產(chǎn)水量7 m3/d，產(chǎn)氣量5 376 m3/d. 在WX-L-01井10個(gè)月的見氣穩(wěn)定排采中，最高產(chǎn)氣量6 501 m3/d，最低產(chǎn)氣量1 900 m3/d，平均產(chǎn)氣量4 750 m3/d，總產(chǎn)氣量135.346 4×104m3. WX-L-01井排采情況見圖7. 對比之前水平井每天最高1 500 m3的產(chǎn)量來看，WX-L-01井的產(chǎn)氣量有很大程度提高。

圖7 WX-L-01井排采曲線圖

4 結(jié) 論

1) 新型復(fù)合壓裂工藝在壓裂過程中運(yùn)用Resform軟件，結(jié)合鉆井井斜數(shù)據(jù)、錄井氣測、巖屑數(shù)據(jù)、隨鉆伽馬、套管數(shù)據(jù)等，分析得出鉆井過程中水平段鉆遇煤層情況及與煤層相對位置，運(yùn)用分簇定向射孔技術(shù)找準(zhǔn)煤層位置。此種方法可以有效降低壓裂施工風(fēng)險(xiǎn)，提高壓裂施工成功率。

2) 在長治武鄉(xiāng)區(qū)塊15#煤層WX-L-01排采井實(shí)施分簇定向射孔+泵送橋塞光套管壓裂的復(fù)合壓裂工藝后，產(chǎn)氣穩(wěn)定，平均產(chǎn)氣量4 750 m3/d, 總產(chǎn)氣量135.346 4 m3,相比之下平井產(chǎn)氣量提高，為該區(qū)塊煤層氣開采摸索出新的路徑，在其他類似條件的煤層氣開采區(qū)塊具有借鑒意義和推廣價(jià)值。