織金區塊多煤層分層壓裂工藝優化與應用

潘 嘉

（中石化華東油氣分公司采油氣工程服務中心，江蘇泰州 225300)

織金區塊多煤層分層壓裂工藝優化與應用

潘 嘉

（中石化華東油氣分公司采油氣工程服務中心，江蘇泰州 225300)

通過梳理織金區塊分層壓裂工藝，結合織金區塊煤層氣排采情況，找出了早期勘探開發過程中壓裂工藝的不足，針對儲層改造針對性不足、施工周期過長等問題，優化了不動管柱分層壓裂工藝，明確了不動管柱分層壓裂工藝的可靠性，指出了適用于織金多薄煤層煤層氣開發的分層壓裂工藝，指導織金區塊煤層氣后續開發，為非常規淺層氣分層壓裂工藝的選擇提供參考。

分層壓裂；煤層氣；封隔器；不動管柱

1 概況

1.1 地質概況

織金區塊面積7 302.056km2，含煤面積4 648.55km2，發育煤層多，煤層25～57層，可采煤層6～17層；單層厚度薄，0.3～4.6m不等，總厚度13.5～26.8m；平均含氣量10～15m3/t。織金區塊地溫梯度在2.8℃/100m左右，屬于常溫地層。織金區塊煤層地應力在4.66～17.56MPa，平均10.46MPa，測試數據顯示煤儲層壓力梯度在0.55～1.08MPa/100m，平均0.81MPa/100m。綜合而言，織金區塊煤層是具有“多、薄、淺”特點的常溫常壓煤層。

1.2 儲層改造概況

織金區塊開發前期共有排采井12口，包括探井十口、篩管完井生產井一口、水平井一組。十口探井中，四口井籠統壓裂，兩口井采用投球分壓，四口井填砂分壓；ZS1井篩管填砂完井未壓裂，直接轉入排采；一組水平井采用可鉆橋塞分段壓裂。

2 分壓工藝優化

為了提高織金區塊勘探開發效果，加強儲層改造針對性，對分壓工藝進行了優化，提出了采用封隔器跨隔目的層的不動管柱分層壓裂工藝。不動管柱分層壓裂是利用封隔器及滑套噴砂器等組合，實現目的層分層壓裂。首先將管柱按分層要求組配，下至預定深度，并投球座封封隔器，而后繼續升壓打掉球座，實現第一目的層連通及壓裂；投球，推動滑套噴砂器中心管下行，中心管與球到達球座封隔第一目的層，實現第二目的層壓裂；后續目的層壓裂，重復第二目的層壓裂步驟，實現下一層壓裂；入井鋼球直徑依次增大，依次打開對應的滑套噴砂器。

不動管柱分層壓裂工藝在常規油氣儲層改造時較常見，但在煤層壓裂時則受煤層氣井壓裂液、施工參數等影響，需考慮這些因素帶來的影響，克服這些技術難點，從而完成優化及現場應用。

2.1 壓裂液性質決定需大排量施工

織金區塊的煤層氣井均采用活性水壓裂也體系，具有低傷害、低成本、使用簡單等特點。煤層氣壓裂液的選擇必須基于煤層的特性、開采特點，且與儲層相匹配，以及在現有施工水平下所能達到的砂液比，使形成的裂縫能夠滿足煤層所需要的導流能力[1]。

圖1 不動管柱分層壓裂工藝示意圖

煤層儲層保護極其重要。煤層低壓、低滲、比表面積巨大的特點，使煤層儲層保護的重要性上升，煤層進一步污染所帶來的儲層傷害對于開發效果而言可能是致命的。室內實驗表明，活性水壓裂液體系具有較低的傷害率，僅11.96%。2%KCL壓裂液體系同樣傷害較低，但其成本較高且產出水處理難度更大。

目前煤層氣井勘探開發經濟效益仍較低，勘探開發單井投入有限，必須嚴格控制成本，在低傷害的同時，選用成本較低的活性水壓裂液體系。

2.2 大排量施工要求控制地面泵壓

在煤層壓裂施工時主要考慮的是如何控制施工排量、施工壓力完成設計加砂量。施工排量應首先考慮壓裂液攜砂性能，而后進一步考慮頂底板巖石力學性能，防止壓穿煤層頂底板造成外來水補給，影響排采效果。施工排量越大，壓裂液進入煤層后造縫能量也越充足，同時攜砂性能越好。在施工不超壓、不壓穿煤層頂底板情況下，排量越大，煤層改造也充分。排量的設計要考慮管柱內壁摩阻以便合理控制地面泵壓。

2.3 分層壓裂工具優化

活性水壓裂液體系的低黏度、高濾失等特點，決定了煤

層壓裂需要較高的排量以獲取較好的改造效果，也就要求管柱內徑不能過小，限制了連續油管、水力噴射在煤層氣井分層壓裂上的推廣應用。國內連續油管設備使用成本高，也是限制推廣使用的重要原因。而為了減少裂縫導流能力的損失，在支撐劑不返吐的前提下，應盡早進行放噴，降低支撐劑高圍壓下破碎、壓實及嵌入煤層。綜合而言，煤層氣井活性水加砂壓裂要求大排量施工、快速放噴。織金區塊以直斜井為主，宜采用不動管柱分層壓裂工藝，管柱采用Φ89mm油管、封隔器分壓管柱，施工排量較高、施工效率高、儲層改造針對性強，相較于其他常見的直斜井分層壓裂工藝，提高施工效率顯著，大大降低了壓裂費用。

3 現場應用效果

3.1 壓裂效率高，改造排量大，加砂強度高

不動管柱分壓工藝單次壓裂下井封隔器最多四個，實現兩層分壓6井次、實現三層分壓3井次、實現四層分壓6井次；總計應用15井次，成功完成設計要求加砂量15井次，大大增強了各井目的層改造的針對性。各井停泵壓力8.1～38.2MPa，平均14.2MPa，地應力相對較低，施工相對容易，15井次不動管柱分層壓裂未因井下管柱及工具造成返工，壓裂成功率100%。

壓裂施工2層至4層目的層，壓裂周期普遍為1～2d。壓裂效率提高，工具費及井下作業費用有所提高，但壓裂費用明顯降低，降本增效作用顯著，15口井節約資金200萬元。

15口井分45層壓裂，其中44層采用不動管柱分壓工藝，排量4.6～6.0m3/min，平均排量5.2m3/min，排量垂厚比0.9～7.3m2/min，平均排量垂厚比2.7m2/min。排量垂厚比高一定程度上反應了壓裂液造縫能量較為充足，攜砂相對容易。相對于較薄的煤層而言，排量已經較大。

15口井分45層壓裂，加砂強度5.2～28.7m3/m，平均加砂強度14.3m3/m，滿足地質上勘探開發評價要求。

3.2 排采井產氣分析

織金區塊試驗井組10口新井及ZS1井，基本表現出較好的生產態勢，產水量大多較好，如Z2-10-54井分四層壓裂，用液1 855m3，加砂114.4m3，日產氣達2 321.43m3，分層改造取得了較好的改造效果。

4 結論與建議

4.1 不動管柱分層壓裂工藝可靠性高

不動管柱分層壓裂工藝應用15口井，成功15口井，未因管柱原因造成多次壓裂，可靠性高。

4.2 不動管柱分層壓裂工藝是織金區塊直斜井多煤層分壓的有效方式

不動管柱分壓工藝實施15口井，平均加砂強度達14.3m3/m，超過地質上對儲層改造加砂強度10m3/m的要求，加強了儲層改造針對性，提高縱向上了儲層動用程度，各井生產態勢良好。Z2-10-54井分四層壓裂，用液1 855m3，加砂114.4m3，日產氣達2 321.43m3，分層改造取得了較好的改造效果。該工藝是織金區塊直斜井多煤層分壓的有效方式。

4.3 不動管柱分層壓裂工藝降本增效效果顯著

直斜井壓裂施工中，主要涉及壓裂隊、作業隊、射孔隊等施工隊伍，其中壓裂隊費用最高。通過不動管柱分層壓裂工藝優化與應用，單井壓裂施工周期降至1～2d、單井射孔作業壓縮至一天，僅增加了作業隊伍工作量，卻大大降低了壓裂施工費，實現了快速同步放噴，最大限度地保留了裂縫導流能力，降本增效效果顯著。

不動管柱分層壓裂工藝有其自身特點，應用時建議注意以下幾點：

（1）不動管柱分壓工藝不宜在水平井內應用

大直徑工具串在水平段壓裂施工，面對砂堵等異常情況造成的卡管等復雜情況，處理難度大，因此，該工藝不宜在水平井內應用。

（2）首次壓裂停泵壓力過高井重復壓裂時不宜采用不動管柱分層壓裂

高停泵壓力井易造成施工排量受限，無法達到較高排量壓裂。如Z7井煤層埋深超過1 000m，首次壓裂時停泵壓力達23.6MPa，采用不動管柱分層重復壓裂時兩層目的層施工壓力均較高，施工排量4.5m3/min、4.2m3/min，未能進一步提高儲層改造效果。

[1] 伊向藝，雷群，丁云宏，等.煤層氣壓裂技術及應用[M].北京：石油工業出版社，2012.

[2] 李士倫.天然氣工程[M].北京：石油工業出版社，2008.

Optimization and Application of Multi-coal Seam Stratified Fracturing Process in Zhijin Block

Pan Jia

By combing the stratified fracturing process of the weaving block and combining with the coalbed methane drainage in the weaving area，the deficiency of the fracturing process in the early exploration and development process is found.In view of the shortcomings of the reservoir modification，the construction period is over And the stability of the non-action column stratified fracturing process is clarified，and the layered fracturing process suitable for the development of coalbed methane in the multi-seam coal seam is pointed out.To guide the follow-up development of coalbed methane in Zhijin block，and to provide reference for the selection of unconventional shallow gas stratification fracturing process.

stratified fracturing；coalbed methane；packer；immobile

P642.23

B

1003–6490（2017）11–0130–02

2017–08–27

潘嘉（1989—），男，江蘇泰州人，助理工程師，主要從事非常規油氣資源勘探開發工作。