沁水盆地某區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

(中聯煤層氣有限責任公司，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程度高。要獲得低成本高產氣量的煤層氣井，必須提高煤層氣儲層的滲透率、擴大解吸體積。水力壓裂工藝廣泛應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育等特點，且縱向和橫向上非均質較強，導致同一區塊內壓裂效果好壞不一，單井產氣量差距較大。如何在煤儲層內形成有效支撐的網狀裂縫是儲層擴大解吸體積的關鍵工藝措施，壓裂施工工藝的與地質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塊儲層改造的研究主要集中在壓裂縫延伸機理及效果評價，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塊20口地質條件相似的煤層壓裂生產井為研究對象，在統計煤儲層產氣效果的基礎上，基于單因素敏感性、皮爾遜相關性、灰色關聯法和壓后凈壓力擬合等方法，系統分析了總液量、套壓、前置液量、加砂量、平均排量和平均砂比等施工參數對儲層改造的影響特征，進而揭示壓裂施工工藝對改造效果的影響特征。

1 井位優選及產氣特征

為了消除由于現場存在多種原因的關機、停機等因素對產氣的影響，需對分析進行合理的篩選，優選出排采時間在2年以上且排采較為連續井進行分析。基于上述原則，在相似地質條件下優選出20口壓裂生產井，匯總結果如表1。

如果將以上20口壓裂井壓后生產數據中日產氣量(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，但是從數值上看，仍沒有達到好的壓后產氣量，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致，也有可能是多種因素共同影響，下面我們從地質因素、工程因素來分析造成這種結果的原因，并且對各個因素進行主次關系排序，有助于在二次壓裂和投產時盡量避免再次出現壓裂效果不明顯甚至壓裂無效果的結局。

2 影響壓裂效果工程因素分析

根據已有的數據對影響壓裂效果的工程因素進行相關性分析，包括壓裂工藝參數如前置液量、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、皮爾遜相關分析法、灰色相關度等方法進行分析。數據采用穩定產氣時數據，不穩定數據采用加權平均方法。

工程單因素敏感性分析按照相對影響系數絕對值大小排序為：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。工程因素灰色關聯度分析大小排序為：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、多因素相關性分析如皮爾遜相關性分析、灰色關聯度分析，得到該區塊煤層氣井壓后平均日常氣量與工程因素之間的相關性。綜合對比圖如圖2所示。

圖2 相關性綜合對比圖

從上圖中可以看出，相關性大致可以分為三個等級如表2所示。

表2 相關性等級分類

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測井底縫口凈壓力與軟件模擬計算的縫口凈壓力進行擬合，擬合后可了解地下裂縫參數、反演地層參數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方法包括地應力分析、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、施工等參數后，選擇模型運用FracproPT軟件對該區塊20口煤層氣井的凈壓力進行歷史擬合，擬合結果如表3所示。

表3 20口井前期壓裂凈壓力擬合結果

續表

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，支撐縫長達不到理想效果；在壓裂施工參數上，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，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，進而造成逢高過高，穿透產層。