分層壓裂在煤層氣開發中的應用

衛佳濤

摘 要：煤層氣是中國重要的非常規天然氣。作為常規天然氣的補充，煤層氣開發具有重要意義。儲層改造是煤層氣增產的主要措施，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。本文應用分層壓裂對XS井的山西組山22段和山23段進行改造，取得了較好的儲層改造效果。

關鍵詞：分層壓裂;煤層氣開發;應用

1 當前我國煤層氣開發技術的現實狀況

1.1 煤層氣開發團隊對地質研究不夠充分

對煤層氣的有效開發是建立在充分掌握地質構造基礎之上的。當前實踐中，煤層氣開發技術在運用中，無法準確的掌握煤層氣產業的發展特征，特別是對煤層氣地質環境的特點存在判斷上的錯誤，不能準確的掌握煤層氣的地質結構，從而為煤層氣的高效開發造成了不利影響。某些地質研究人員雖然掌握了一定的地質研究工作的規范，但是對煤層氣勘探開發的分析不足，不能準確的估算出煤層氣的儲存量，一定程度上影響著地質研究工作的價值體現。另外，有些地質勘探技術人員對煤層氣的開發技術學習和掌握不足，不能依據實際情況選用恰當的煤層氣的開采技術，使得一些煤層氣勘探新技術不能高效的運用到煤層氣的開發工作中，無法發揮新技術的優勢，為煤層氣的勘探和開發提供高效支持。另外，有的時候在煤層氣的開發過程中，也存在著對測井的手段的認識不足，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際勘探和開發工作的效率和質量。

1.2 煤層氣開發技術設備需要更新和優化

在煤層氣開發的過程中，煤層氣開發技術設備的質量直接影響著煤層氣開發的效果和質量。在實踐過程中，由于各個地方的地質條件具有很大的差異性，需要運用的煤層氣開發技術也就不同，而煤層氣開發技術設備存在一定的落后性，不能真正滿足煤層氣的勘探和開發使用要求。而實踐中，一些運用的煤層氣開發技術，并沒有針對當地的實際地質特點做好設備的創新，特備是在煤礦進行采動分析過程中，一些新型的設備不能被充分的利用和推廣開來，導致實際的裝備不能完全滿足實際的煤層氣開發應用的實際要求，不能真正發揮出其利用價值，為煤層氣的開發提供助力。

1.3 煤層氣開發抽采技術有待進一步的完善

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

2 XS井基本情況

XS井位于山西省柳林縣石西鄉何峁村北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%，氣測解釋結果為差氣層。綜合該井區塊整體情況，地層壓力梯度按0.85MPa/100m計算，預計山22段、山23段壓力均在11MPa左右。結合該區整體情況，XS井地溫梯度約2.5℃/100m，預計山22段氣層溫度在39.4℃左右，山23段氣層溫度在40.4℃左右。

3 分層壓裂工程設計

山22、山23組縱向厚度大，含油氣井段長，籠統壓裂難以實現縱向上的充分改造，為了提高開發效果，優化分層壓裂工藝，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，采用中等偏大規模壓裂，充分解放儲層產能。壓裂目的層天然裂縫發育情況未知，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

根據該區塊整體性儲層特征，確定采用堿性條件下交聯的羥丙基胍膠低溫水基壓裂液配方。借鑒鄰近區域儲層特征，XS井儲層可能具有中強水敏特征，外來液體易造成水鎖傷害，添加黏土穩定劑和防水鎖劑，優選長效防膨劑，防止黏土膨脹、運移;配伍防水鎖劑，增強壓裂液防水敏、防水鎖、快速破膠、返排能力。通過實驗室試驗，優化后的壓裂液配方為：0.3%胍膠+0.5%黏土穩定劑+0.5%KCl+0.3%氣井助排劑+0.1%環保殺菌劑+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。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

經測，閉合壓力系數為1.42MPa/100m，因此1300m閉合壓力為18.46MPa。優選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流能力。

3.3 射孔參數的優化

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，同時優選合適的排量與孔眼個數，選擇較低的孔眼摩阻。

3.4 管柱的優化

針對該井地質條件，經實驗分析、數值模擬及前期試壓等工作，壓裂管柱自下而上：節流器（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 分層壓裂現場應用

本次壓裂試驗嚴格按設計執行，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，裂縫發育良好，主裂縫長度、高度正常，支撐劑鋪設的效果較好，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，壓裂費用降低，成本顯著降低。

5 結束語

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。根據鉆探、測井資料，分析了XS井的基本情況，進行了適用于XS井的山西組山22段和山23段的分層壓裂工程設計，進行了泵注模擬，并對其現場應用進行了分析。現場應用取得了較好的儲層改造效果。

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