神府區塊SM1-6-2D井本1段深部煤層壓裂完井參數優化

楊國通，張 超，金 鑫，黎石松

(中海油能源發展股份有限公司 山西分公司，山西 晉中 030600)

神府區塊位于鄂爾多斯盆地，具有良好的勘探開發前景，本溪組的非常規煤層氣更是近幾年開發的熱點。但由于深部煤層具有低孔低滲的特征，需要經過壓裂提高儲層的動用程度。楊兆中等[1]認為深部煤層氣藏處于高溫、高壓、高地應力的地質環境中，這在一定程度上增大了壓裂完井的難度；袁照永[2]等提出井深、井斜較大的井在壓裂完井作業中管柱下入及壓裂施工較為困難；杜黎航[3]等認為在壓裂完井作業過程中，根據目的層的實際地質情況進行壓裂完井參數的優化至關重要。針對以上實際情況，本文以神府區塊SM1-6-2D井為例，以本1段深部煤層為壓裂層段，在射孔設計及壓裂管柱的設計、納米清潔壓裂液體系的優選、支撐劑的優選、裂縫參數的優化、壓裂參數優化的基礎上進行了壓裂完井作業，這對類似神府區塊深部煤層其他井的壓裂完井作業的開展具有重要的指導意義。

1 區域地質概況

神府區塊位于鄂爾多斯盆地東緣陜北斜坡及晉西撓褶帶北段，屬于黃土丘陵地區，地勢東高西低，起伏變化強烈(見圖1)[4]。區塊上古生界地層自下而上發育石炭系本溪組、二疊系太原組、山西組、下石盒子組、上石盒子組和石千峰組，勘探結果顯示,研究區具有良好的致密砂巖氣、煤層氣和頁巖氣資源前景[5]。研究區的SM1-6-2D井構造位置位于陜北斜坡，神木平緩背斜構造帶翼部，為一口開發評價井。該井完鉆井深為2 521 m，垂深為2 252.03 m，最大井斜為34.32°，完鉆層位于馬家溝組，且鉆遇的煤層厚度大、裂縫發育、煤層氣含量適中、頂底板封閉性好。在完井的過程中壓裂射孔目的層為本1段煤層，地層壓力為22.71 MPa，含氣量平均7.2 m3/t，孔隙度平均6.4%，滲透率平均0.11 mD，屬于低孔低滲儲層。本1段8+9號煤層測井解釋斜厚為15.9 m，因目的層為深部煤層，儲層整體厚度較大，在壓裂過程中縫高難以控制，壓裂完井施工較為困難。

2 壓裂完井設計與優化

2.1 射孔及壓裂管柱設計

射孔壓裂位置充分考慮致密砂巖砂體、物性、含氣含水等特征，有效改造儲層，達到產能、效益的最優化。射孔管柱采用正壓射孔管柱，滿足射孔求產后可直接生產要求。壓裂目的層地層溫度為57.6 ℃，根據本井的儲層溫度、套管組合及對儲層保護和射孔方式的要求，本井射孔設計采用區塊已成熟的射孔參數，具體見表1。射孔前通過自然伽瑪和磁定位曲線，校正射孔深度，確保深度誤差小于0.2 m。完井液配方為0.5%防水鎖劑+1.5%KCl+0.1%黏土穩定劑。

表1 SM1-6-2D井射孔參數表

預計本1段地層壓力系數為1.05，在此基礎上附加0.07～0.15 g/cm3。現場應備足KCl壓井材料，根據實際壓井情況調整完井液密度。SM1-6-2D井本1段采用光套管壓裂管柱，壓裂施工井口限壓43.00 MPa，計算套管抗內壓強度安全系數為1.71。

2.2 納米清潔壓裂液體系優選

根據壓裂層段地層溫度、氣層特性、黏土含量等參數，結合施工要求，使用納米清潔壓裂液體系，并參照行業標準對壓裂液體系進行了優選實驗。優選實驗表明，1%(質量分數，下同)的納米溶解液劑(合層擴喉劑)A、1.1%的納米壓裂液(納米清潔壓裂液)B、1%的納米溶解劑(破膠劑)C及2%～5%的氯化鉀溶液組成的納米清潔壓裂液體系懸砂能力強、抗剪切性能好、儲層保護性能好，且防膨率達到91.5%。前置液使煤巖、砂巖、煤頁巖合層壓裂降壓明顯，通過溶解、絡合、沉淀變為納米粒級，再加液氮助排，壓裂液更易高效返排。綜合以上特性，選擇納米清潔壓裂液配方如表2所示。其中0.5%的合層納米溶解擴喉劑A有效作用距離為30%～100%，可以在煤層、砂層、煤頁巖合層時同時進行壓裂。在成本不變的情況下，前置液用量可以增加一倍，解吸體積也增加一倍。合層納米溶解擴喉劑A可以使聚合物破膠，可以部分或完全解除鉆完井或壓裂中聚合物堵塞。

表2 壓裂液配方表

2.3 裂縫參數及壓裂施工參數優化

根據區塊設計經驗，同時結合產能模擬結果，本1段煤層裂縫半長120 m，導流能力150 mD·m，能達到該井的產能要求(見圖2)。本1段壓裂井段為2 419.5～2 435.4 m、射孔井段為2 421.5～2 424.5 m、2 428.0～2 431.0 m。分別模擬加砂量為40 m3、50 m3、60 m3，施工排量為4.0 m3/min、5.0 m3/min、6.0 m3/min對裂縫形態的影響(見表3)。根據模擬結果可知，在排量為4.0～6.0 m3/min 時均能達到較好的造縫效果，且在同一排量下，當加砂量為50 m3及60 m3時裂縫半縫長、縫高及鋪砂濃度無明顯變化，同時結合施工壓力、施工風險及成本費用，最終選定施工排量為4.0～6.0 m3/min，加砂量為50 m3(見圖3)。

表3 不同排量及加砂量下裂縫參數表

3 壓裂完井施工

根據以上優選的壓裂完井施工參數對神府區塊SM1-6-2D井本1段深部煤層實施壓裂完井作業。施工累計注入凈液量630.1 m3，為減小儲層傷害，加速返排，并伴隨注有液氮14.6 m3。施工排量在4.0～6.0 m3/min，加砂量為50 m3(見圖4)。

4 結論與建議

1)優選的納米清潔壓裂液配方為1%的納米溶解液劑(合層擴喉劑)A、1.1%的納米壓裂液(納米清潔壓裂液)B、1%的納米溶解劑(破膠劑)C及2%～5%的氯化鉀溶液，懸砂能力強、抗剪切性能好、儲層保護性能好，且防膨率達到91.5%。2)本1段煤層裂縫半長120 m，導流能力150 mD·m，能達到該井的產能要求，最終選定施工排量為4.0～6.0 m3/min，加砂量為50 m3，取得了較好的壓裂完井效果。3)SM1-6-2D井目的層為煤層，煤體結構差，發育5層夾矸，天然裂縫發育，儲層整體厚度較大，縫高難以控制，裂縫延伸存在困難，施工過程中應控制加砂規模，為降低濾失影響，減少施工風險，同時適當提高施工排量。在加砂困難時，可多打隔離液，提排量、降砂比施工。