新疆阜康礦區X井臺煤層氣井儲層壓裂改造簡析

張 軍

(新疆煤田地質局一五六煤田地質勘探隊，新疆 830009)

阜康礦區煤層氣井的增產主要靠儲層改造，而儲層改造的主要工程手段為水力加砂壓裂?，F對阜康礦區X井臺四口定向井儲層壓裂改造效果簡析，指導本礦區及其他區塊煤層氣井儲層改造工程工藝。

1 地質特點

1.1 地質構造情況

阜康礦區X井臺位于準噶爾盆地南緣，區內煤層呈南傾的單斜構造，走向為近東西向，地層傾角45°～53°，含煤地層在走向上和傾向上變化不大，工作區內未發現斷層，構造復雜程度劃分為簡單構造類型。

1.2 煤層情況

礦區內煤層發育，目的煤層位于侏羅系下統八道灣組下段(J1b1)，共含煤8層，其中以42號、41號和39號煤層為本項目開發的目的層，開發深度為520～1200m。煤層為湖沼相沉積的腐植煤，熱演化程度低，鏡質組反射率：42號煤平均0.70%、 41號煤平均0.85%、 39號煤平均0.90%，屬低煤階(長焰煤-氣煤)。

1.3 主力煤層厚度及含氣量

(1)煤層厚度

39號煤：4.16～14.93m，平均10.52m；41號煤：4.75～10.31m，平均7.31m；42號煤：8.67～22.39m，平均18.32m。39號煤與41號煤的間距為13.19～24.15m，41號煤與42號煤的間距為24.91～35.66m。

(2)含氣量

39號煤測試平均含氣量6.9～9.08m3/t；41號煤測試平均含氣量4.33m3/t；42號煤測試平均含氣量4.46～10.94m3/t。

1.4 主力煤層等溫吸附特征

本區域煤層具有較高的吸附氣量和較強的吸附能力，其中41號煤蘭氏體積33.45m3/t、蘭氏壓力2.48MPa，42號煤蘭氏體積34.60m3/t、蘭氏壓力2.52MPa。

1.5 主力煤層割理發育情況

主力煤層39號煤、41號煤、42號煤割理較發育～發育，連通性中等～好,孔隙度3%～8%。

1.6 煤巖特征

主力煤層宏觀煤巖成分大致相同，類型為半亮型煤～半暗型煤，顯微組分顯示有機質含量89.9%～92.4%，粘土礦物含量6.2%～9.0%，測井GR值結果：39號煤4～13API；41號煤10～23API；42號煤5.3～27API，整體說明煤層煤質較純，有機質含量高，泥質含量低。

1.7 煤體結構及夾矸情況

(1)煤體結構

根據取芯測試及測井曲線數據顯示：煤層的密度較低、井徑規則，煤體結構較好、煤硬度大。

(2)夾矸情況

39號煤夾矸0～4層，粉砂巖、碳質泥巖，41號煤夾矸0～4層，粉砂巖，42號煤夾矸0～3層，粉砂巖。

1.8 頂底板巖性及含水情況

39號煤層頂板巖性為中細砂巖、礫巖，可能含水；底板巖性是粉砂巖，為隔水層。

41號煤層板巖性是粉砂巖、細砂巖，為隔水層；底板巖性是砂巖，為隔水層。

42號煤層板巖性是粉砂巖、細砂巖，為隔水層；底板巖性是粉砂巖、中砂巖，為隔水層。

1.9 儲層溫度及壓力情況

井溫測試結果：地溫梯度在3.0℃/100m左右，主力煤層溫度15.6～36℃；注入壓降結果：儲層壓力梯度9.42～9.56×103MPa/m，接近靜水壓力；主力煤層儲層壓力：4.90～11.30MPa。

2 壓裂情況

2.1 井位部署

煤層氣田直井的布井方式通常采用矩形井網(正方形為其特殊形式)和梅花型井網。此次X井臺采用了梅花型井網布井(圖1)。39號、41號、42號、44號煤層儲層物性及流體性質、壓力系統、構造形態基本一致，煤層厚度大，含氣量高，均為全區可采的穩定煤層。其中42號煤層試采成果也證實了這套煤層具有較好的產氣能力，本次X井田四口煤層氣井選擇其中最有利的一層或者數層進行開發。

圖1 井位示意圖(井距250～300m)

2.2 壓裂施工參數

優化壓裂施工參數，實現壓裂對儲層的高效改造，具體施工參數如下。

① 裂縫規模：100～120m。

② 前置液量：總液量的40%～50%。

③ 壓裂液總量：活性水約1500m3。

④ 注入方式：光套管注入。

⑤ 施工排量：活性水施工排量10～12m3；階梯式提升排量。

⑥ 加砂量及砂比：砂比9%～11%，單層砂量50～70m3；階梯式提升砂比，楔形加砂。

⑦ 支撐劑類型：支撐劑的粒徑：40～70目中細砂、20～40目中砂、16～30目覆膜變形砂。中細砂用于前置液中對裂縫進行打磨和降濾；中砂用于攜砂液，主要用于支撐裂縫；覆膜變形砂用于增加近井筒地帶裂縫導流能力及防治支撐劑回流。

2.3 壓裂施工情況

按照壓裂施工參數總體進行了X井臺4口井共計9次壓裂工作(具體數據見表1)，除X-3井41號煤未達到設計要求支撐劑量，其他均到達設計要求支撐劑量。

表1 X井臺煤層氣井壓裂施工情況一覽表

2.4 壓后放噴情況

X井臺4口井壓裂施工完成后均進行了壓后放噴工作，放噴數據見表2。

表2 X井臺煤層氣井壓后放噴情況一覽表

3 排采情況

經過近半年的生產，X井臺4口井均產氣，除X-2井外，其余3口井日產量均超過1000m3/d，具體產氣情況見表3。

表3 X井臺煤層氣井生產情況一覽表

4.壓裂分析

4.1 X-1井壓裂42、41號煤層

(1)42號煤層

42號煤層射開6m，活性水壓裂總液量1553m3、總砂量69m3，每米射孔段液量259m3、砂量11.5m3，平均砂比8.2%，攜砂液階段施工壓力34.63～40.15MPa，排量11m3/min，每米射孔段平均進液排量1.83m3/min(圖2)，壓裂過程中總體壓力平穩，并在加砂過程中多次上升，表明裂縫在向前端受限擴展并多次在裂縫中形成砂橋后突破，但縫高正常，多裂縫發育。整體支撐劑鋪設效果一般，基本屬于連續鋪砂，裂縫遠端鋪設差，近井地帶鋪設過多。

圖2 X-1井42號煤壓裂施工曲線圖

圖3 X-1井41號煤壓裂施工曲線圖

停泵壓力24.53MPa，30～45分鐘壓降至17.25MPa，30～45分鐘壓降7.28MPa，由于儲層的基質滲透率較差，表明支撐裂縫溝通儲層體積大，整體儲層改造效果好。

(2)41號煤層

41號煤層射開5m，活性水壓裂總液量1489m3、總砂量60m3，每米射孔段液量298m3、砂量12m3，平均砂比8.3%，攜砂液階段施工壓力26.69～34.12MPa，排量12m3/min，每米射孔段平均進液排量2.4m3/min(圖3)，壓裂過程中總體壓力平穩上升，并在加砂過程中持續上升，表明裂縫在向前端良好延伸，支撐劑鋪設好呈楔形鋪設，連續鋪砂，縫高正常，炮眼處同裂縫溝通順暢，且形成長主縫。

停泵壓力19.67MPa，30～45分鐘壓降至15.39MPa，30～45分鐘壓降4.28MPa，儲層基質滲透率較差，但支撐裂縫長且鋪砂好，整體儲層改造效果非常好。

4.2 X-2井壓裂42號煤層

42號煤層射開4m，活性水壓裂總液量1513m3、總砂量68m3，每米射孔段液量328m3、砂量17m3，平均砂比7.39%，攜砂液階段施工壓力24.27～40.16MPa，排量12.5m3/min，每米射孔段平均進液排量3.13m3/min(圖4)，符合“大排量+大液量+大砂量”壓裂工藝，壓裂過程中總體壓力上升到后期突降，表明裂縫高度失控，可能溝通上部地層。

通過后期排采可知本井產水量高于本井臺其他3口井，判斷溝通了上部含水層，儲層壓力降無法向遠端傳遞，產氣效果差。

4.3 X-3井壓裂42、41號煤層

(1)42號煤層

42號煤層射開11m，活性水壓裂總液量1332m3、總砂量30m3，每米射孔段液量121m3、砂量2.7m3，平均砂比4.5%，攜砂液階段施工壓力38.08～44.48MPa，排量11m3/min，每米射孔段平均進液排量1m3/min(圖5)，壓裂過程中總體壓力平穩上升，并在加砂過程中數次上升，表明裂縫在向前端受限擴展，前幾次在裂縫中形成砂橋后突破，最后一次未形成突破造成砂堵，但縫高正常。整體支撐劑鋪設效果差，段塞式加砂，鋪砂不連續，裂縫遠端鋪設差，近井地帶鋪設一般。整體儲層改造效果一般。

圖4 X-2井42號煤壓裂施工曲線圖

圖5 X-3井42號煤壓裂施工曲線圖

圖6 X-4井42號煤下段壓裂施工曲線圖

停泵壓力28.72MPa，30～45分鐘壓降至18.54MPa，30～45分鐘壓降10.18MPa，儲層的基質滲透率好，支撐裂縫差，整體儲層改造效果一般。

(2)41號煤層

41號煤層兩次壓裂施工，施工壓力高、排量小、基本未加砂，壓裂施工未達到目的。

4.4 X-4井壓裂42、41號煤層

(1)42號煤層

42號煤層下段，射開6m，活性水壓裂總液量766m3、總砂量16m3，每米射孔段液量128m3、砂量2.7m3，平均砂比4.2%，攜砂液階段施工壓力38.68～44.68MPa，排量11m3/min，每米射孔段平均進液排量1.83m3/min(圖6)，壓裂過程中總體壓力平穩，并在加砂過程中數次上升，表明裂縫在向前端受限擴展并數次在裂縫中形成砂橋，前幾次突破砂橋但最后一次未突破形成砂堵，縫高正常，炮眼處同裂縫溝通不暢存在扼流效應。整體支撐劑鋪設效果差，段塞式加砂，鋪砂不連續。

圖7 X-4井42號煤上段壓裂施工曲線圖

圖8 X-4井41號煤上段壓裂施工曲線圖

停泵壓力29.58MPa，30～45分鐘壓降至18.19MPa，30～45分鐘壓降10.18MPa，儲層的基質滲透率較好，支撐裂縫溝通儲層體積小，整體儲層改造效果差。

42號煤層上段，射開5m，活性水壓裂總液量762m3、總砂量40m3，每米射孔段液量152m3、砂量8m3，平均砂比8.8%，攜砂液階段施工壓力34.53～35.79MPa，排量11m3/min，每米射孔段平均進液排量2.2m3/min(圖7)，壓裂過程中總體壓力平穩微升，裂縫正常向遠端延伸形成長主縫，縫高正常。整體支撐劑鋪設效果好，連續鋪砂，鋪砂效果好。

停泵壓力21.34MPa，30～45分鐘壓降至16.45MPa，30～45分鐘壓降4.89MPa，儲層的基質滲透率一般，支撐裂縫溝通儲層體積大，整體儲層改造效果好。

(2)41號煤層

41號煤層射開3m，活性水壓裂總液量1382m3、總砂量67m3，每米射孔段液量460m3、砂量22.3m3，平均砂比9%，攜砂液階段施工壓力25.46～29.61MPa，排量12.5m3/min，每米射孔段平均進液排量4.17m3/min(圖8)，壓裂過程中總體壓力平穩，裂縫正常向遠端延伸形成長主縫，縫高正常。整體支撐劑鋪設效果好，連續鋪砂，鋪砂效果好。

停泵壓力13.41MPa，30～45分鐘壓降至11.11MPa，30～45分鐘壓降2.30MPa，儲層的基質滲透率差，支撐裂縫溝通儲層體積大，整體儲層改造效果好。

5 結論

(1)水力壓裂是阜康礦區煤層氣井獲得高產的有效儲層改造工藝。

(2)X井臺采用的“活性水+大排量+大液量+大砂量+低砂比”適用于阜康礦區及類似的大厚度、低孔滲、煤體結構好的區塊。

(3)對于阜康礦區的淺井，要注意裂縫控高，避免溝通上部含水層。